城市交通系统低碳发展策略

宋伟男，李振宇，王林阳，高 畅

（交通运输部科学研究院，北京 100029）

0 引言

为应对全球气候变化，我国于2020年提出了“2030年前碳达峰、2060年前碳中和”的“双碳”目标。当前交通运输是仅次于工业和能源产业的第三大能耗产业。《中共中央国务院关于完整准确全面贯彻新发展理念做好碳达峰碳中和工作的意见》[1]提出“加快推进低碳交通运输体系建设；积极引导低碳出行”。在我国快速城镇化的背景下，人口增加和城市规模扩张等因素导致私人小汽车数量激增，城市交通碳排放快速增长，碳排放治理迫在眉睫。“双碳”目标下，促进城市交通系统低碳化转型已成为城市交通行业发展的重要使命。

国内外众多学者围绕城市交通的碳排放测算和减排治理措施两个方面开展了研究。目前交通运输碳排放测算常用方法主要有“自上而下”法和“自下而上”法[2]。“自上而下”法基于交通运输工具在使用过程中的总能源消耗量计算碳排放量，在国外得到广泛应用，但用于测算我国交通运输碳排放量时存在局限性，因为我国在能源统计时将交通运输、仓储和邮政行业作为一个整体进行能耗量统计，且非营运车辆能耗未纳入统计范围，因此测算结果不能体现交通运输总体及细分交通方式的碳排放量。“自下而上”法则是以各类交通运输工具为主体，基于其活动水平计算碳排放量，能够测算细分交通方式的碳排放量，频繁应用于我国交通运输行业的碳排放测算。截至目前，针对我国城市交通系统碳排放量测算的研究较少，如田佩宁等[3]虽测算了我国交通运输行业及不同运输方式的碳排放量和强度，但未将城市交通作为交通运输的子系统进行独立测算；单肖年等[4]、王杰等[5]对北京、上海等城市的公共交通的碳排放量进行了测算，但测算范围局限于国内部分城市的部分交通方式，缺少对私人小汽车和出租汽车等交通方式的碳排放评估。另外，由于涉及的数据较多，数据获取和处理难度较大，上述研究在计算过程中对不同交通方式的交通工具活动水平（主要指周转量）的统计未涵盖所有燃料类型，造成测算结果不够精确。

城市交通碳减排治理措施研究主要有定性和定量两种。定性分析方面，Pooja 等[6]从社会、经济和环境等3 个角度提出了发展公共交通、减少高能耗车辆的使用等实现城市交通低碳发展的对策；赵继敏[7]对推进超大城市的交通碳减排提出了发展TOD 模式、推进节能减排技术应用、培育低碳出行文化等实施路径；李丽等[8]提出了交通与土地协同发展、优化出行结构、推动科技创新、推广低碳理念等北京市交通低碳发展路径和政策建议。相比定性分析，定量分析能够有效量化不同减排治理策略的效用，提出更具信服力的交通减排策略。现有研究普遍采用情景分析法，对实施不同减排措施场景下的城市交通碳减排情况进行量化评估，进而针对性提出减碳措施，如Arioli 等[9]设置了基准情景和低碳排放情景，研究加大出行方式转变、车辆节能技术应用和低碳燃料使用等策略实施力度对亚洲四国实现低碳交通目标的推动作用；Hickmanr 等[10]基于基准情景和“碳中和”情景下4种措施的减排潜力分析，提出了低排放车辆应用、替代燃料技术进步、定价制度优化、公共交通发展等伦敦市交通碳减排策略；周德群等[11]针对南京市城市交通设置了基准情景和碳达峰情景，提出了能源结构低碳化转型、私人交通工具使用强度降低、机动车排放控制技术发展等减排措施。但上述研究情景设置比较简单，基于多种情景设置对我国城市交通系统的碳减排组合策略开展效果评估的研究较少。

鉴于此，本研究将系统梳理城市交通领域的碳排放现状，分析城市交通减碳面临的关键问题，采用“自下而上”的碳排放测算法对城市交通全方式开展碳排放量评估，在此基础上，设置基准情景、中度脱碳情景和深度脱碳发展情景评估多种减碳措施的减碳潜力，并结合国情实际和“双碳”目标提出城市交通系统碳减排策略，旨在为城市交通行业深入推进绿色低碳发展提供理论依据。

1 城市交通低碳发展现状与存在的问题

1.1 发展现状

1）城市交通已成为交通运输领域碳排放的重要主体

近年，城市交通已成为交通运输二氧化碳排放的重要来源之一。田佩宁等[3]研究结果表明，2019 年我国交通运输业碳排放量占全国总碳排放量的比重为12.42%，其中城市交通（含公共汽电车、城市轨道交通、出租汽车、私人小汽车等）碳排放量占交通运输业碳排放量的比重达31.25%。当前，实现城市交通的低碳化发展已成为实现我国“双碳”目标的重要抓手。

2）城市公共交通已达较高低碳发展水平

城市公共交通是目前公认的节能低碳的机动化出行方式，其碳排放量仅为私人小汽车和社会车辆的1/9[3]。当前，我国新能源公交车快速普及，部分城市的轨道交通实现规模化、网络化发展，总体来看，城市公共交通低碳发展水平较高。根据《中国城市客运发展年报（2022）》[12]，截至2022年底，全国53个城市开通292条轨道交通线路，通车总里程超9 500 km，居世界第一；纯电动公交车辆数（含无轨电车）占公交车辆总数的比例达65.5%，新能源公交车辆数（含纯电动、混合动力和无轨电车）占公交车辆总数比例达77.4%（见图1），居世界首位；全国城市公共交通完成客运量546.46 亿人次，而其二氧化碳排放量占交通运输业碳排放总量的比例不足3%[3]。

图1 2016—2022年不同能源类型公交车占比情况[14]

3）私人小汽车碳排放量最大且存量高、增速快

当前，私人小汽车碳排放量占城市交通碳排放总量的比例最高，2019 年为3.47 亿t，占城市交通二氧化碳排放总量的87.88%[3]。近年来，我国私人小汽车保有量持续快速攀升，据国家统计局公布的《2022 年国民经济和社会发展统计公报》[13]显示，2022 年全国私人小汽车保有量达1.67 亿辆，与2002 年相比增长了近28 倍。然而，2022 年中国千人汽车拥有量（197 辆）与美国、欧盟国家、日本等发达国家交通碳达峰时相比数量较少，未来仍有较大增长空间[14]。据中国国家信息中心预测，中国千人汽车拥有量的峰值为450 辆，意味着中国私人小汽车拥有量还有1.28倍的增长潜力，由此带来的碳排放增长不容小觑[14]。

1.2 存在的问题

1）城市绿色出行模式尚未全面形成

城市交通出行结构与碳排放强度密切相关。世界上一些典型城市绿色出行比例与碳排放强度的关系如图2 所示，可以看出，绿色出行比例（公交、自行车和步行的出行比例之和）越高，碳排放强度就越低。目前，我国大城市绿色出行结构基本稳定且绿色出行比例较高。《典型城市绿色出行发展研究报告（2022）》[15]显示，我国36 个典型城市（省会城市、直辖市和计划单列市）的高峰时段绿色出行比例均超过70%。但由于财政负担乏力、公交企业负担过重、发展创新不足等因素使得目前城市公交普遍存在可持续发展能力不足等问题。另外，占全国城市数量70%以上的中小城市尚未形成稳定的绿色出行发展模式，绿色出行全链条的效率和服务质量与个体机动化交通方式相比竞争乏力，加上国家宏观经济政策下小城市的私家车保有量正以20%～35%的年均增长率迅猛增加，绿色出行比例极易被高碳的私家车出行挤占。

图2 绿色出行比例与碳排放强度之间的关系

2）城市交通拥堵频繁加剧了碳排放增长

我国城市交通拥堵已成为普遍现象。《中国主要城市交通分析报告（2020）》[16]显示，全国有145个城市通勤高峰时段处于拥堵或缓行状态。根据《2022 年中国主要城市道路网密度与运行状态监测报告》[17]，全国36 个主要城市工作日高峰时段车流平均行驶速度为22.6 km/h，总体处于中度拥堵状态。城市交通拥堵频繁将导致低速低效行驶增加，大幅增加能源消耗和碳排放。冯海霞等[18]研究发现，当监测路段通勤高峰时段处于严重拥堵状态时，机动车的二氧化碳年排放量为畅通状态下的7.8倍。

3）小汽车电动化程度仍处于较低水平

当前，我国小汽车电动化比例较低。根据《2022 年国民经济和社会发展统计公报》[13]，截至2022 年底，全国纯电动汽车保有量为1 045 万辆，仅占汽车总保有量的3.27%。纯电动小汽车的便利性短期内还达不到传统燃油车的水平，低温环境下车辆续航里程缩减严重，城市内充电桩等配套设施尚不完善，部分城市存在纯电动汽车配套政策不完善或政策执行力度不够的情况，市民对新能源小汽车的认可度有待提高，这些都将对小汽车电动化推进速度造成一定影响。

2 城市交通碳排放评估方法

国内目前尚未公布城市交通碳排放的官方统计数据，本文将根据城市交通系统的数据特点明确碳排放测算方法，以评估城市交通各运输方式及总的碳排放量。碳排放量测算的关键在于明确测算边界、测算方法和数据来源。

2.1 测算边界

本文城市交通指市区客运交通，交通方式包括公共汽电车、城市轨道交通、巡游出租汽车、小汽车、非机动车、摩托车等。测算边界设定如下。

1）因交通运输中的碳排放主要来源于运输过程中交通运输工具燃料燃烧产生的二氧化碳排放[19]，故本文仅对城市交通不同运输方式运行阶段的二氧化碳排放进行测算，不包含其他温室气体和建设等生命周期排放。

2）由于非机动车的碳排放水平较低、摩托车保有量较少，二者对城市交通碳排放水平影响不大，故本研究不考虑非机动车、摩托车等的碳排放。

2.2 测算方法

城市交通领域碳排放测算方法主要有基于能源消耗的测算方法和基于活动水平的测算方法。由于城市交通各运输方式的能源消耗量数据难以获取，因此本文采用基于运输周转量、车辆行驶里程、客运量等活动水平的测算方法。

基于运输周转量的碳排放测算公式为：

式（1）中：E为城市交通领域二氧化碳排放总量；Ti,j为城市交通领域j类子领域使用第i种燃料运输装备的周转量；Fi,j为城市交通领域j类子领域单位周转量第i种燃料的消耗量；Ci为第i种燃料的碳排放因子。

考虑到部分交通方式的运输周转量数据难以获取，可以采用基于车辆行驶里程或基于客运量的计算方法进行碳排放量测算。

基于车辆行驶里程的碳排放测算公式为：

式（2）中：Ni,j为第i种燃料类型的j类车辆的保有量；Mi,j为第i种燃料类型的j类车辆年均行驶里程；Vi,j为第i种燃料类型的j类车辆百公里燃料消耗量；E和Ci含义同前。

基于客运量的碳排放测算公式为：

式（3）中：Pi,j为第i种燃料类型的j类车辆的客运量；Di,j为第i种燃料类型的j类车辆单次平均行驶里程；E,Fi,j,Ci含义同前。

本文根据城市交通不同交通方式的数据可获取程度，分别选取式（3）测算城市公共汽电车、巡游出租汽车碳排放量，式（1）测算城市轨道交通碳排放量，式（2）测算私人小汽车碳排放量。

2.3 数据来源

本文以2020年为基准年，测算城市交通不同运输方式的碳排放水平。根据《中国城市客运发展报告（2020）》[20]，获取城市公共汽电车、巡游出租汽车的客运量，城市轨道交通周转量，以及不同燃料类型的车辆数。同时，选取36个典型城市开展城市交通数据调查，获取城市公共汽电车和巡游出租汽车平均运距，以及不同燃料类型的车辆单位行驶里程燃料消耗量。根据国家统计局数据，2020 年全国民用汽车保有量2.81 亿辆，其中私人小汽车保有量1.47 亿辆[21]，另根据新能源汽车国家监管平台数据，私人小汽车年均行驶里程8 806 km[22]，据此可折算出私人小汽车年行驶总里程。

依据《IPCC 2006 年国家温室气体清单指南》（2019 修订版）[23]，以及中国工程院、国家发展改革委能源研究所等研究机构相关研究成果[24]，确定汽油、柴油、液化石油气、天然气、煤炭、煤油、燃料油、电力的碳排放系数分别为2.03 tCO2/tce,2.17 tCO2/tce,2.15 tCO2/tce,1.64 tCO2/tce,2.77 tCO2/tce,2.10 tCO2/tce,2.27 tCO2/tce,0。

3 城市交通碳排放减碳潜力评估

基于城市交通碳排放量的测算，本文利用情景分析法分析不同政策情景下未来城市交通的碳减排变化趋势，进而评估相应的碳减排潜力，探讨城市交通低碳发展策略。

3.1 情景设定

城市交通的二氧化碳排放量与各交通方式的总活动水平、交通方式占比、能耗强度等因素密切相关[23]。城市交通主要减排措施可归结为出行结构优化、替代燃料技术发展、交通工具能效提升、新兴技术及行为模式等4 个方面，其中替代燃料技术发展包括车辆电动化、电力结构清洁化和燃料电池技术发展；交通工具能效提升指单位燃料消耗量降低；新兴技术及行为模式主要指智能交通技术和共享出行[19,25]。

基于此，本文综合考虑国家“十四五”规划和2035 年远景目标纲要[26]、交通运输行业“双碳”目标等，设定基准情景、中度脱碳情景和深度脱碳情景三种情景，选取对城市交通二氧化碳排放量影响较大的措施进行减碳潜力量化评估，包括优化交通出行结构、加大新能源车推广力度、提升车辆燃油经济性、推广智能交通技术等[25]。三种情景设置如表1所示。

表1 情景设置与描述

3.2 主要评估结果

三种不同情景下城市交通碳减排的效果显示，与基准情景相比，中度脱碳情景下的城市交通减碳效果显著。2030 年，各项节能减排措施按减碳贡献从大到小顺序依次为加大新能源车辆推广力度、提升车辆燃油经济性、优化交通出行结

构、推广智能交通技术和实施城市交通其他减排措施，对应的碳减排量分别为2 063.5 万t、1 758.9 万t、1 286.6 万t、795.6 万t 和310.8 万t。2050 年，提升车辆燃油经济性措施的减碳贡献最大（碳减排量达5 365.6 万t），其他措施按减碳贡献从大到小顺序依次为加大新能源车辆推广力度、推广智能交通技术、优化交通出行结构、城市交通其他减排措施，碳减排量分别为4 134.4 万t、3 754.4 万t、1 200.8 万t和744.8 万t，如图3所示。

图3 中度脱碳情景下的城市交通的碳减排量

深度脱碳情景下，城市交通的减碳效果更为显著，减碳量较中度脱碳情景增加近1 倍。2030年，各项节能减排措施按减碳贡献从大到小顺序依次为加大新能源车辆推广力度、提升车辆燃油经济性、优化交通出行结构、推广智能交通技术、城市交通其他减排措施，碳减排量依次为3 963.1 万t、3 378.2 万t、2 470.9 万t、1 527.9 万t和596.8 万t。2050 年，提升车辆燃油经济性措施的减碳贡献最大（碳减排量达9 488.6万t），其他措施按减碳贡献从大到小顺序依次为加大新能源车辆推广力度、推广智能交通技术、优化交通出行结构、城市交通其他减排措施，碳减排量分别为7 311.4万t、6 639.4万t、2 123.5万t和1 317.1万t，如图4所示。

图4 深度脱碳情景下的城市交通的碳减排量

通过对比中度脱碳和深度脱碳两个情景的减排效果，发现加大新能源车辆推广力度和提升车辆燃油经济性可在很大程度上促进城市交通碳减排，其中加大新能源车辆推广力度是见效最快的减碳措施，而长期看提升车辆燃油经济性的减碳效果最显著。因此，城市交通碳减排的首要措施是大力推广新能源车和提升车辆燃油经济性。相比而言，优化交通出行结构的减碳效果于2030—2048 年间较为明显，是见效慢、减碳周期较长的措施；因城市交通出行结构优化主要体现在城市绿色出行比例上，随着绿色出行发展水平的提升，优化交通出行结构的减碳效果将有所减弱；推广智能交通技术在2030—2050年的碳减排贡献较2030年以前更为显著，长远来看，提升智能交通技术水平在城市交通碳减排措施中前景较好。此外，在城市交通其他措施中加强减少小汽车出行宣传、推动小汽车共享合乘等从城市交通需求侧驱动减碳的措施也是不可或缺的。

4 城市交通低碳发展策略

当前，我国城市交通发展现状与交通强国建设目标相比还有一定的差距，完善便捷顺畅的城市（群）交通网将诱使私人小汽车出行量增加，导致碳排放随之增加，未来一段时间内城市交通量与经济发展、碳排放还无法脱钩，通过控制城市交通发展水平来减少碳排放的途径不可行。因此，在加快推进交通强国建设、为公众提供更加便捷和高效的运输服务的基础上，应围绕运输装备、运输结构、智能化水平等方面采取措施，促进城市交通实现高效率、低碳化的高质量发展格局，最终实现碳达峰碳中和目标。基于前文分析结果，按照“控制增量、减少存量”的原则，现提出以下城市交通低碳发展策略。

1）强化能源转型，深入推广低碳交通运输装备

为加大新能源车辆推广力度，可按照“先公共、后私人，先短途、后长途，先局部，后全国”的思路，加快实施新能源全面替代。近年来，在国家和地方政策的双重扶持下，电动汽车产业已从导入期向成长期过渡[27]。纯电动汽车的大规模应用过程中也暴露出一些问题，如电池寿命短、续航时间较短、成本高，还存在稳定性和安全性不足问题，难以满足大功率、长距离以及低温地区的运输需求。发达国家将氢能作为未来重要能源，推动氢燃料电池汽车应用的思路值得借鉴[26]。短期内，纯电动汽车技术仍是地面公交、出租汽车、网约车等领域的推广重点；中远期看，氢能源汽车技术将发挥无污染、高效能、长续航等优势，是未来的重点推广方向。应进一步加快车辆的电动化进程，同时完善城市充换电站、加氢站等配套设施建设，在公交场站试点示范交通自洽能源系统建设。在私人小汽车等社会车辆领域，继续加大纯电动等新能源车的推广力度，并在城市交通近零碳排放控制区内探索实施更为严格的限购限行政策，促进社会车辆的能源动力结构改善。

2）聚焦节能应用，全面提升运输装备能效水平

为提升车辆燃油经济性，需聚焦节能关键技术研发应用和节能驾驶推广，全面提升运输装备能效水平。①推动城市交通节能关键技术研发和应用：通过推动公交动力系统节能、驱动系统效率提升、车身轻量化等整车节能技术进步与应用，提升地面公交车辆能效；从地铁车辆牵引制动系统升级、车体轻量化设计、再生制动能利用、列车运输组织模式优化等方面促进地铁车辆的能耗降低；在现有乘用车燃油经济性标准的基础上，逐步提高汽车节能效果的准入门槛，实施更严格的乘用车燃料经济性标准，从而推动私人小汽车的能效提升。②推广节能驾驶：将节能驾驶作为独立模块纳入地面公交、城市轨道、出租汽车驾驶员培训和考试内容；加快公交场站内作业装备的节能操作应用。加大小汽车节能驾驶宣传力度，助力城市交通节能降耗。

3）发展绿色出行，持续优化城市交通出行结构

围绕交通出行结构优化，需从城市发展规划和绿色出行服务两个层面入手。①加强国土空间和城市公共交通统筹规划，推动建立功能复合、立体开发、公交导向的集约紧凑型城市发展模式。通过城市功能布局优化和土地利用调整，强调紧凑化或公交走廊化城市设计，人口居住和就业沿公交走廊两侧集聚，构建最佳“居住地+公交走廊+就业地”出行组合，为打造便捷、高效、低碳的城市绿色出行体系奠定基础。②提升城市绿色出行效率和服务水平，增强绿色出行吸引力。促进城市轨道、地面公交和慢行交通三网融合，强化公共交通出行的衔接组织，提高城市公共交通的满载率和服务水平。加强城市群地区公共交通服务系统建设，构建经济、便捷、舒适的城市群一体化公共交通服务体系，以适应当前城市居民节假日赴周边城市旅游的出行需求；推动巡游出租汽车和网约车的融合发展，降低巡游出租汽车和网约车的空驶率；开展城市绿色出行碳普惠，提升市民参与绿色出行的积极性和主动性，从而降低私家车出行频次。

4）加强科技创新，着力提升智能交通发展水平

针对智能交通技术推广，应充分利用自动驾驶、智慧出行、共享出行等技术，重构未来客运出行场景，创造性提升城市交通系统效率。未来交通应是在出行预约的前提下实现人、车、路协同发展，建立畅行的交通系统，避免产生交通拥堵，实现系统运行效率最优。应推动“互联网+”便捷城市交通发展，构建以绿色出行为主体涵盖多种交通方式的城市交通出行服务平台，为用户提供多模式全链出行的规划、预约、查询、支付、评价等一体化智慧出行服务，满足个性化高品质出行需求。随着小汽车自动驾驶技术的进步和应用，应逐步建立与自动驾驶技术相匹配的城市交通规划建设与运营管理框架体系，提前部署新型交通基础设施。加快构建“城市交通大脑”，推动建设城市交通超级计算平台，实现千万级交通出行的组织优化和效率提升，以减少碳排放。

5 结束语

本文利用情景分析法，基于城市交通系统碳排放评估测算，分析了新能源车辆推广、交通出行结构优化、车辆燃油经济性提升、智能交通技术推广等措施对城市交通碳减排的贡献程度，最后提出了我国城市交通低碳发展策略。

城市交通具有难监测、边界范围难确定等特点，由于缺少稳定可靠的统计数据等原因，本研究对城市交通减碳措施的潜力分析偏于笼统，关于“双碳”目标下城市交通碳减排治理决策模型的建立，以及研究提出区分城市类型的城市交通碳减排策略将是下一步研究的重点和方向。