碳达峰战略要求下的上海城市交通电动化路径与策略研究

2021-09-03陈文彬房晋源李挺然

交通与港航 2021年4期

陈文彬，房晋源，李挺然

1.上海市交通发展研究中心，2.上海交通规划设计研究院有限公司

0 引言

据世界能源组织预测，2010—2030年，全球城市交通碳排放将以1.7%的年增长率递增，发展中国家及经济转型国家的交通碳排放增长率将分别达到3.4%和2.2%[1]。2020年9月，习总书记首次提出我国2030年实现碳达峰和2060年实现碳中和的战略目标。2021年1月，上海率先提出力争2025年实现碳达峰，早于国家目标5年要求。目前上海全市的碳排放峰值尚未确定，城市交通领域的碳排放峰值规模和时间也尚在研究论证阶段。根据上海交通运输行业历年能源消费量统计数据，城市交通领域碳排放量约占全市CO2排放总量比重的7%～10%。因此，分析预测上海城市交通领域车辆碳排放峰值和时间段，加快研究上海城市交通领域碳达峰路径和策略，对助力上海交通行业尽快实现碳达峰具有重要意义。本文研究主要聚焦城市交通领域的车辆碳排放，车辆类型涉及车辆数占比最大的非营业性小客车和营业性车辆，其中营业性车辆包括道路货运车辆和客运车辆。

1 推动车辆电动化对实现碳达峰的重要意义

燃油车保有量见顶，有助于巩固好碳达峰任务成果，并为实现碳中和目标奠定坚实基础。

三是发展电动化有助于从“碳链条”整体角度推动实现碳达峰。汽车、交通、能源三者形成紧密且完整的“碳链条”，且互为支撑和约束，交通行业实现碳达峰离不开与车辆电动化进程的紧密结合，电动汽车在交通与能源相互融合过程中，将发挥重要的载体作用。

一是正常燃油汽车场景下无法有效实现碳排放达峰要求。据相关环保数据测算，汽车尾气CO2排放约占CO2排放总量的10%～15%。截至2020年底，上海汽车保有量近560万辆（含常驻沪外省市号牌车辆），以燃油车为主，特别是私人小客车领域，全市新能源汽车占比约10%。如不推进电动化，仍按既有车辆能源结构比例增长，则难以实现国家2030和上海2025碳达峰的目标要求。

二是发展电动化有助于巩固碳达峰成果并进一步降低碳排放贡献值。从国家战略要求看，碳达峰只是阶段性目标，最终目标是实现碳中和。进一步推广应用电动汽车，尽快推动

2 城市交通领域车辆电动化的可行性和主要制约因素

2.1 车辆电动化的可行性

一是进一步推进车辆电动化已成为全球共识。2015年12月，各国共同签署通过《巴黎协定》，控制全球平均气温上升幅度，推广应用电动汽车是重要实现路径。欧盟市场预计到2035年将只销售纯电动、氢燃料以及插电式混合动力汽车；到2040年只销售纯电动汽车、氢燃料汽车。2020年我国新能源车销量133.6万辆，同比增长11%。全球部分国家及国内部分省市禁售燃油汽车时间见表1。

表1 全球部分国家及国内部分省市禁售燃油汽车时间表

二是电动汽车具备进一步推广应用工作基础。上海新能源车专用号牌政策极大地促进了新能源汽车产业发展，“十三五”时期新能源小客车年均增速超过40%，总量近40万辆。道路货运车辆电动化实现突破，轻型货车电动化率达到14%。城市公交车、网约车和租赁汽车电动化率均超过50%，市内包车领域已基本实现车辆电动化。“十三五”时期上海桩充电量年均增长约60%，已建成各类充换电设施37.8万个，中心城占比约40%，车桩比1.12:1。

三是电动汽车具备良好发展的政策环境。《新能源汽车产业发展规划（2021—2035年）》（国办发〔2020〕39号）提出，到2025年，我国新能源汽车新车销售量达到新车总销售的20%，到2035年公共领域用车全面电动化[2]。《上海市加快新能源汽车产业发展实施计划（2021—2025年）》（沪府办〔2021〕10号）提出，到2025年个人新增购置纯电动汽车占比超过50%；公交汽车、巡游出租车、党政机关公务车辆、中心城区载货汽车、邮政用车全面使用新能源汽车，网约出租车新能源汽车占比超过50%，重型载货车辆、工程车辆新能源汽车渗透率明显提升[3]。

2.2 电动汽车进一步发展的主要制约因素

一是电动汽车续航里程不足有待解决。目前电动汽车应用领域主要集中在公交车、出租车、租赁车、公务用车等领域，私家车和货运领域占比相对较低，主要原因在于目前电动汽车的电池续航里程技术限制，特别是冬季寒冷气候下，续航里程还要进一步下降。

二是充换电设施建设布局和技术有待进一步加强。目前充电设施主要以服务私家车的私人桩为主，服务营业性车辆的充电设施相对较少；中心城区域的充电设施占比低于其他区域；目前慢充时间仍相对较长（约需6～8 h），即使快充补电也需约半小时，与有效匹配营业性客货运车辆营运特征及营运需求仍存有差距。

三是电动汽车安全技术有待进一步提升。无论私人领域还是经营性领域，安全始终是发展电动汽车的前提和关键，进一步发展电动汽车，需要特别关注电池、电机、车身等关键部位，切实降低电动汽车自燃、碰撞起火和过充等安全事故隐患。

四是电动汽车购置价格仍相对较高。营业性电动汽车的电费等运营成本要低于燃油车的油费成本，但电动汽车购置成本仍高于燃油汽车，残值率也低于燃油汽车，且目前国家对于新能源汽车购置补贴标准呈逐年退坡趋势。由此可见，购车成本相对较高仍是制约电动汽车消费的重要因素之一。

3 上海城市交通领域车辆碳排放量预测分析

3.1 燃油汽车车辆规模预测

（1）非营业性小客车

一是预测各目标年的车辆总体规模。主要基于上海中心城小客车极限承载能力和将新能源小客车纳入上海全市小客车总量管理等两项重要约束条件，根据外牌车辆限行政策，结合中心城拥有通行权的非营业性小客车规模及其增速研判，预测各目标年的非营业性小客车总体规模。小客车总量规模预测中包含了上海市区号牌、新能源号牌和沪C号牌三类号牌的情况。经预测，2025年上海全市非营业性小客车保有量约628万辆（含常驻沪外省市号牌车辆），2030年约703万辆（含常驻沪外省市号牌车辆）。

二是预测各目标年的燃油车车辆规模。以2025年个人新增购置纯电动汽车占比50%为目标，结合私人小客车占非营业性小客车比重预测新能源小客车总量，再测算非营业性燃油小客车总数。本文分析了2030年和2035年两种新增小客车100%电动化场景的可行性，并预测上海全市非营业性燃油小客车总量（见表2）：①按2030年可实现新增车辆100%电动化。根据《节能与新能源汽车技术路线图2.0》中提到的动力电池特别是快充技术的发展，结合对市场主流电动汽车续航里程在2030年可实现800 km及以上的可能性较高的研判，同时考虑到电池和车辆技术不断进步将进一步降低电动汽车生产成本，预计2030年实现新增汽车100%电动化的可能性较高，测算2025年非营业性新能源小客车约占总量比重10%，2030年占比约18%。②按2035年实现新增车辆100%电动化。考虑到2025年已完成新增车辆50%电动化目标，为继续让新能源车发展和燃油车减量保留一定的政策缓冲期，将新增车辆100%电动化目标时间延后至2035年，2030年新增小客车电动化率目标设定为70%～80%，测算2030年非营业性新能源小客车占比约16%，2035年占比约24%。

表2 非营业性燃油小客车车辆规模预测表

（2）道路货运车辆

货运车辆总量主要基于未来上海公路货运量变化趋势以及上海道路货运车型结构变化情况进行预测，再根据对重型、中型、轻型货车等不同车型能源结构变化情况及应用场景的分析，包括港口、物流园区、铁路场站等区域重型货车应用场景逐步推开，轻型货车电动化应用场区域和场景逐步扩大化，预测各目标年各种车型的电动化率，测算燃油货车车辆规模。“十三五”时期，上海公路货运量总体呈逐年下降态势。车辆车型结构呈现向重型和轻型两极不断分化发展趋势，重型货车保有量占比不断上升，目前占比超过60%。考虑到未来道路承载能力以及城市配送需求量增速变缓，货车增长趋势将变缓。根据对重型、中型和轻型等各类型货运车辆车型保有量以及各类型货车新能源结构占比的预测，2025年上海市货车燃油车辆总量约32万辆，2030年约24万辆，2035年约15万辆。

（3）营业性客运车辆

车辆规模预测主要结合上海“十三五”时期城市客运交通各领域车辆数量的变化情况以及营业性客运车辆更新报废周期等情况。“十三五”时期，公交车、巡游出租汽车、网约车和租赁汽车车辆总量基本稳定，“十四五”时期车辆总体可基本实现全面电动化。2025年道路客运行业车辆总量基本与现状水平相当，重点在省际客运领域力争车辆电动化率实现大幅度提升。

3.2 构建碳排放量预测模型

车辆碳排放量与车辆技术参数和车辆使用强度特征密切相关。构建车辆技术参数、使用强度与碳排放系数相关联的碳排放测算模型。模型中，车辆技术参数的假定条件为该类型车辆的排量为L，速度为v，则在该假定条件下的碳排放量为CE；使用强度特征主要采用车辆行驶里程作为测算参数。构建的碳排放预测模型如下所示，根据模型测算的2020年城市交通领域车辆碳排放结构分布如图1所示。

图1 2020年上海城市交通领域车辆碳排放结构分布图

式中，CE：某一类型汽车的碳排放总量（kg）；

Ci：满足某一类型车辆排量和速度假定条件下的第i辆汽车的车辆油耗（L/百km）；

Ti：第i辆汽车的日均行驶里程（km/日）；

D：第i辆汽车的行驶天数（日）；

λ：该类型汽车使用的燃料类型对应的碳排放系数（kg-CO2/kg）；

ρ：该类型汽车使用的燃料类型对应的燃料密度（kg/L）；

i：该类型的第i辆汽车；

n：该类型汽车总量。

3.3 车辆碳排放量预测

根据国家发改委《省级温室气体清单编制指南》（发改办气候〔2011〕1041号）[4]和国家市场监管总局《综合能耗计算通则》（GB/T 2589—2020）[5]，结合各能源类型CO2排放系数（见表3）和碳排放预测模型，预估上海城市交通各使用类型汽车的碳排放值。

表3 能源（汽油、柴油）碳排放参考系数

（1）非营业性小客车碳排放量预测。基于各目标年的非营业性燃油小客车规模预测结果及车辆使用强度特征，结合CO2排放系数，若2030年实现新销售车辆100%电动化，则2025年非营业性小客车碳排放总量993万t，2030年为1 019万t；若2035年实现新销售车辆100%电动化，则2025年非营业性小客车碳排放总量993万t，2030年为1 040万t，2035年为1 053万t。

（2）道路货运车辆碳排放量预测。根据对目标年货车规模以及各类型货车能源结构比重的预测，结合碳排放模型，2025年上海全市货车碳排放总量952万t，其中重型货车占比约91%；2030年约780万t，重型货车占比约97%；2035年约540万t。

（3）营业性客运车辆碳排放量预测。随着电动汽车在上海公交、出租、租赁等客运行业的推广应用，上海营业性客运车辆整体已于“十三五”时期实现碳排放达峰，达峰期碳排放总量约305万t，目前碳排放总量约195万t，2025年碳排放总量约15万t。

（4）车辆碳排放总量峰值及峰值期预测。根据本文构建的碳排放模型，考虑到存量非营业性小客车占比仍相对较大、增量非营业性燃油小客车数量仍将保持一定规模的增速惯性、电动货车应用仍处于起步至推广发展阶段等因素影响，结合对目标年2025年、2030年和2035年的车辆碳排放量预测，可研判上海城市交通领域车辆碳排放总量在“十四五”时期仍将呈现上升趋势，预计2030年前可整体实现碳达峰并进入达峰平台期，碳排放峰值约1 820～1 960万t，2030年至2035年可实现车辆碳排放总量整体下降。

4 上海城市交通领域车辆电动化发展路径与主要策略

4.1 发展路径与主要策略

以进一步推进非营业性小客车和道路货运车辆电动化作为重点工作方向，有效提高电动汽车渗透率。非营业性小客车方面，2025年实现新增非营业性小客车电动化率50%，2030年非营业性电动小客车占上海全市小客车总量比重进一步提升，2035年力争实现新增非营业性小客车100%电动化。道路货运车辆方面，到2025年，中心城区载货汽车、邮政用车全面电动化；2030年前，推动4.5 t以下小型货车全面电动化，市域范围内轻型货车力争实现100%电动化，推动港区、机场、铁路货场、工业园区、物流园区等区域的短途运输、专线运输、场内运输等特定场景实现重型货车100%电动化；2035年前，市域范围内轻型、中型载货汽车实现100%电动化，新增重型货车实现100%电动化，市域范围内运行的重型货车基本实现电动化。营业性客运车辆方面，力争2030年前基本实现省际道路客运车辆全面电动化。

上海城市交通领域车辆电动化发展主要策略如下：

一是非营业性小客车领域。建议“十四五”时期统筹考虑非营业性小客车总量调控政策，扩大额度总量调控范围，并在总量调控目标基础上，一方面构建科学有序的新能源汽车专用牌照额度投放机制；另一方面，额度投放量逐步有序向新能源车倾斜。

二是道路货运车辆领域。建议“十四五”时期，充分发挥货运行业龙头企业作用，逐步推动城配领域轻型货车和港口集疏运领域重型货车的电动化；在城市配送领域依托国有承托运人企业，在港口集疏运领域依托运输链上游的国有企业，推动下辖业务车队的新能源化发展，对于采用社会运力资源的国有企业，优先考虑新能源货车进行运输；鼓励具有一定规模的民营企业推动自有货运车辆实现电动化；研究制定并扩大货车通行“绿色物流区”，明确该区域内禁止燃油货车通行。中远期，建议继续优化货车额度管理政策，逐步推动轻型燃油货车退出市场；发挥政企协同作用，研究拓展新能源集卡应用场景，推动新能源重型货车应用推广。

三是营业性客运车辆领域。在动力电池技术和充（换）电服务设施建设有力支撑的基础上，结合线路经营权考核等管理举措，推动新增省际道路客运车辆全面电动化，鼓励有条件的客运企业提前更新电动客车。

4.2 配套保障与技术支撑

一是继续推动动力电池技术发展。动力电池技术的发展要顺应纯电驱动的发展战略，切实提升电池能量密度、电芯技术等相关技术，切实提升电动汽车续航里程，进一步缩短充电服务时间。

二是加快充（换）电服务设施建设。以充电设施安全稳定运营为基础，推动交通枢纽、城市重点区域充电桩建设，有序推进充电设施升级改造；加快建设国省干线公路充电设施，充分利用高速公路服务区停车位建设城际快充设施；鼓励具有一定规模、具备停车位的物流园区和配送中心，新建或更新货运车辆专用充电桩、换电服务设施；鼓励快递企业、港口集疏运企业等在自有停车场站内建设货运车辆充换电设施。

三是积极鼓励电动汽车拥有与使用新模式发展。为进一步推动城市交通领域车辆电动化进程，减少个人购车成本压力、行业企业经营压力，建议支持“车电分离”等模式的应用，针对新模式推广过程中出现的主要问题，应加强跟踪评估，优化完善相应政策。