湖北交通运输能源消费和碳减排潜力分析

周红玉

[提要] 随着我国工业化和城镇化不断推进，交通运输部门的能源需求持续增长，成为我国区域温室气体的主要排放源。本文通过构建湖北省交通运输LEAP模型，分别设置基准情景和节能情景，模拟湖北省交通运输部门在2015～2035年能源消费和碳排放情况。结果显示：与基准情景相比，节能情景下能源消费量和碳排放量均有所降低，但还是呈现上升趋势。到2035年，节能情景下能源需求总量将达到1，052.5百万吉焦，碳排放达到128.5百万吨二氧化碳当量，较基准情景分别下降16.74%、38.23%。因此，湖北省要不断提升交通工具的清洁化与能效水平，从政策推动、交通结构、技术水平等方面推动形成湖北省低碳高效的综合运输体系。

关键词：能源需求;碳排放;交通运输;LEAP模型;情景分析

项目支撑：能源革命推动中部地区崛起（编号：2018-ZD-06）;通讯作者：龙妍

中图分类号：F512 文献标识码：A

收录日期：2020年5月6日

一、引言

湖北省是我国“中部崛起”战略的重要省份之一。自“中部崛起”战略实施以来，湖北省经济社会发展速度不断加快，核心竞争力不断提升。但是，能源需求与资源不足之间的矛盾、“高碳”特征明显、产业结构的不合理等一系列问题阻碍着湖北省的进一步发展。随着我国在“中美峰会”上提出2030年二氧化碳达峰、湖北省成为我国首批低碳试点省份之一，以及武汉市加入“C40城市气候领袖群”，湖北省关于如何在保持经济增长的情况下同时削减碳排放的需求将越来越迫切。因此，推动低碳循环发展，建设清洁低碳、安全高效的现代能源体系，实施近零碳排放区的示范工程，建立健全碳排放权的分配制度，实现经济的低碳发展是湖北省重要发展方向。

交通运输业作为国民经济的重要部门之一，也是温室气体和大气污染排放的重要来源之一。近年来，交通运输部门的能源消费在不断增加。湖北省作为中国经济板块中心的交汇点，是东西互動、南北对接的必经之地。截至2018年底，湖北省综合交通网总里程达29.55万公里，其中全省公路总里程27.5万公里，全省水路航道总里程8，667公里。2018年，湖北省公路水路客运量、货运量分别达10.12亿人、20.69亿吨，旅客周转量、货物周转量分别突破1，573.77亿人公里、6，951.99亿吨公里，有力地支撑了湖北省的经济社会发展。

LEAP模型是瑞典德哥尔摩研究所开发的一款基于情景分析的能源-经济-环境的综合建模平台，目前也已经有多位学者应用LEAP模型对国家和区域的交通运输部门的能源消费和碳排放进行预测研究。Hong S.等人考虑了提高燃油效率、推进绿色汽车、提高公共交通等政策对韩国交通部门进行情景分析，并得出了更加强有力和有效的政策才能实现国家交通部门减少温室气体排放的目标。Pedro L.Castro Verdezoto等人综合考虑厄瓜多尔的最新政治和基础设施计划，对厄瓜多尔的交通运输部门进行预测分析，表明交通运输部门的能源效率政策将减少石油产品消费量。同时，也有很多国内学者采用LEAP模型针对中国交通运输部门的能源消费和碳排放进行研究，LeiLiu和KeWang等人应用LEAP模型估算中国2010年到2050年交通运输行业的二氧化碳和空气污染物的排放情况，表明积极采取政策措施可以减少交通部门二氧化碳和污染物的排放;黄莹、郭洪旭等人应用LEAP模型，通过设置不同的情景模拟广州市交通领域未来的能源消费需求和碳排放，分析城市低碳发展的方向与路径。

二、LEAP湖北交通运输模型

LEAP（Long Range Energy Alternatives Planning System）模型全名为长期能源可替代规划系统模型，这个模型是由瑞典斯德哥尔摩环境研究所和美国波士顿 Tellus 研究所联合开发的一个能源-环境-经济情景分析模型。主要有五个模块：能源需求模块、能源转化模块、生物资源模块、环境影响评价模块、费用分析模块。本文主要运用能源需求模块，以湖北省交通运输为研究对象，按照客运、货运和城市客运进行部门划分，建立基于 LEAP 模型的湖北省交通运输能源与环境模型，研究范围涵盖整体交通运输体系。同时，从社会发展、政府规划、技术创新等多方面来研究对未来湖北省交通运输能源需求和环境排放的影响。

（一）部门层次划分。按照湖北省交通运输方式特征的不同，可将交通运输能源消费行为划分为三个部分：城际客运、城际货运与城市内客运，其中城市内客运主要指城市内部公共运输，主要有道路交通和地铁等方式。从能源角度考虑终端利用层次，便于比较不同技术的能源强度及排放强度，从而从节能环保的角度进行技术选择。

（二）模型参数设置。本研究应用 LEAP 模型的终端能源需求模块，根据各部门的活动水平和各种活动所对应的能源强度、能源消费品种和环境排放因子，进行能源需求量和环境排放量计算。

1、活动水平。对于交通运输能源消费模型的活动水平选择为交通周转量，交通周转量是在一定时期内，由各种运输工具运送的货物（旅客）数量与其相应运输距离的乘积之总和。

2、能源强度。能源强度则是指完成单位客运、货运交通运输周转量所消耗的能源量，可以较好地说明终端利用层次中各种能源技术的能源需求水平。

3、排放因子。LEAP 拥有内置的技术和环境数据库（TED），该数据库包括使用各种能源利用技术和设备消耗各种能源形式所产生的大气污染、水污染以及对人体危害排放的各种数据。本研究中所有的环境排放因子均取自 LEAP 模型 TED中的 IPCC 默认排放因子。

（三）交通周转量分析与预测。根据湖北省统计部门的统计对象及范围，本研究所涉及的客运周转量和货运周转量历史数据来自《湖北省统计年鉴》。城市客运方面，由于湖北省统计部门未对城市客运部门的交通周转量进行统计，本研究采取调研、资料查阅和专家咨询等方式，进行相关数据搜集，对交通周转量收集基准期的数据，拟合曲线得出预测期的发展趋势和参考数据。其中，水运在客运周转量上的占比较少，假设在基准情景中水运旅客周转量不变。在《湖北统计年鉴》中，公路运输统计口径在2014年发生变化，数据在前后不可比较，故公路部分不做拟合曲线，仅根据2014年到2016年的数据进行分析，设定其年均增长率为1%。结合已有的2016年的数据，设置铁路、公路和水运货物周转量每2%的速率增长。铁路和航空周转率根据历史数据进行拟合，拟合公式分别为：y=51.501x-102927，y=6.1486x-12263。

对于城市客运部门的交通周转量，采用公式：公共交通周转量=城市居民人口数×日出行次数×每次出行平均距离×年平均出行天数。个体交通周转量=车辆保有量×年平均行驶距离×车辆平均载客量。

根据需要，本研究选取2020年、2025年、2035年作为时间节点，具体参数见表1。（表1）

三、湖北省交通运输能源情景分析

（一）情景结构。交通运输部门的能源需求和碳排放潜力受到多种因素的影响，但是由于数据采集的限制，本研究仅设置基准情景、节能情景两个情景，以基准情景为参照，节能情景分别从政策引导、交通结构优化和技术创新等层面上综合考虑湖北省交通运输部门的能源需求和碳排放潜力。

（二）情景设置

1、基准情景。依据历史发展趋势，假设在基准情景下，湖北省交通部门没有采取任何措施来减少能源消耗量和污染物排放量，交通运输结构及能源消费模式没有发生转变。基准情景采用2005～2015年的数据，采用趋势外推线性拟合的方法对数据进行合理外推，不考虑新政策对未来的影响，即只考虑过去政策对湖北省交通运输能源消费和碳排放影响。

2、节能情景。从政策引导角度，假设国家及湖北省政府部门制定的各项节能减排政策能够顺利执行。

从运输结构调整的角度，对于公共交通部门，大力发展公共交通，逐步降低出租车的使用，倡导以公交车、地铁为主的交通运输模式;同时推进新能源车在交通运输工具中的应用。

从技术发展的角度，假设随着社会的发展和技术的创新，到 2035年我国交通运输部门的能源利用率达到国外先进水平，公路部门和水路部门的油耗相比2015年分别下降30%和20%，航空部门的年平均能耗下降率达到3%，个体交通工具的年平均能耗下降率达到 1%。考虑到铁路部门、公共交通的服务需求量不断增加，为满足人们对车辆快速、舒适的要求，假设其油耗基本维持不变。

（三）计算结果与分析。为便于研究，本文选取2015年、2016年、2020年、2025年、2030年和2035年为时间节点，从交通运输能源需求和碳排放这两个方面对基准情景和节能情景进行对比分析。

1、交通运输能源需求

（1）交通运输部门能源需求总量。根据LEAP模型的计算结果，由于社会经济的发展，两个情景下的能源需求量均呈现上升趋势。到2025年，基准情景下的能源需求总量将达到886.2百万吉焦，节能情景下的能源需求总量将达到804.9百万吉焦，较基准情景下降9.17%。到2035年，基准情景下的能源需求总量将达到1，265.3百万吉焦，节能情景下的能源需求总量将达到1，052.5百万吉焦，较基准情景下降16.74%。两个情景的能源需求量如表2所示。（表2）

（2）分部门能源需求。城间客运部门、货运部门和城市客运部门在不同情景下的能源需求量如图1、图2、图3所示。2035年，城间客运部门、货运部门和城市客运部门这三个部门在节能情景下，相较于基准情景分别下降了23.64%、23.15%、25.86%。由于货运部门承担着60%以上的交通周转量，且终端设备的能源强度相对较高，以至于货运部门的能源需求增长量最大，所以建议湖北省可以在货运这一领域加大节能力度，以达到相应的节能效果。（图1、图2、图3）

2、碳排放量。根据模型的模拟结果，如图4所示，湖北省交通运输部门2035年由能源消费产生的碳排放较2015年增长了73.03%，为了实现低碳发展，湖北省采用强有力的政策措施，同时大力推进新能源汽车的使用，加大技术的创新力度，在节能情景下，湖北上交通运输部门2035年的碳排放较2015年增长了34.8%，与基准情景相比下降了38.23%，总量减至128.5百万吨二氧化碳当量。（图4）

四、结论

随着城镇化进程的加快和生产生活需求对运输要求的增加，交通运输部门的能源需求和碳排放也越来越成为政府关注的重点。本文应用LEAP模型对湖北省的交通运输部门进行情景分析，模拟在基准情景和节能情景下湖北省的能源消费需求和碳排放趋势，为城市交通领域的低碳发展提供借鉴。

（一）随着社会经济的发展，湖北省2015～2035年的交通运输能源需求和碳排放总量的增加是短期内无法改变的趋势，基准情景、节能情景都不同程度地呈现出湖北省能源总量向上的一个趋势。

（二）在节能情景下的能源需求量以及环境排放量，较基准情景都大幅下降，但该情景对政府政策执行、交通结构优化和技术创新等层面上都提出较高的要求。与基准情景相比，节能情景下的能源消费量和碳排放量均有所降低，但还是呈现上升趋势，到2035年，节能情景下的能源需求总量将达到1，052.5百万吉焦，碳排放达到128.5百万吨二氧化碳当量，较基准情景分别下降16.74%、38.23%。

（三）湖北省货运部门承担着60%以上的交通周轉量，且终端设备的能源强度相对较高，以至于货运部门的能源需求增长量最大，所以建议湖北省可以在货运加大节能减排力度，推动形成湖北省低碳高效的综合运输体系。

主要参考文献：

[1]马鑫.中部崛起战略背景下湖北资源综合利用研究[D].湖北工业大学，2014.

[2]龙妍，丰文先，王兴辉.基于LEAP模型的湖北省能源消耗及碳排放分析[J].电力科学与工程，2016（5）.

[3]潘鹏飞，王平，李伟，宋冠良，徐广印.基于LEAP的河南省交通运输节能减排潜力分析[J].河南农业大学学报，2014.48（3）.

[4]谢琼芳.城市交通系统应对气候变化协同效应评价研究[D].华中科技大学，2014.

[5]Hong，S.，Chung，Y.，Kim，J.& Chun，D.Analysis on the level of contribution to the national greenhouse gas reduction target in Korean transportation sector using LEAP model[J].Renewable and Sustainable Energy Reviews，2016.60.

[6]Castro Verdezoto，P.L.，Vidoza，J.A.，& Gallo，W.L.R..Analysis and projection of energy consumption in Ecuador：Energy efficiency policies in the transportation sector[J].Energy Policy，2019.134.

[7]Liu，L.，Wang，K.，Wang，S.，Zhang，R.，& Tang，X..Assessing energy consumption，CO2 and pollutant emissions and health benefits from China's transport sector through 2050[J].Energy Policy，2018.116.

[8]黄莹，郭洪旭，廖翠萍，赵黛青.基于LEAP模型的城市交通低碳发展路径研究——以广州市为例[J].气候变化研究进展，2019.10.8.