中国道路交通二氧化碳排放达峰路径研究

黄志辉，纪 亮，尹 洁，吕 晨，王军方*，尹 航，丁 焰，蔡博峰，严 刚

1.中国环境科学研究院，国家环境保护机动车污染控制与模拟重点实验室，北京 100012

2.生态环境部环境规划院碳达峰碳中和研究中心，北京 100012

3.生态环境部环境规划院，北京 100012

汽车行业是我国重要支柱产业，是道路交通最主要的交通运输工具，也是我国二氧化碳(CO2)重点排放源之一.1980 年以来，我国汽车产业快速增长，保有量增速由80 年代年均增长几十万辆增至目前年均增长2 000 万辆[1]以上，实现了跨越式发展.2020 年，全国汽车产销量分别为2 522.5×104和2 531.1×104辆，位居世界第一；全国新能源汽车产销量分别为136.6×104和136.7×104辆，约占世界的一半[2]；全国汽车保有量达2.81×108辆，仅次于美国，其中70 个城市汽车保有量超过1×104辆，31 个城市超2×104辆，13 个城市超3×104辆[3].由于汽车保有量大带来道路交通行业CO2排放贡献突出，已有研究[4-7]表明，我国交通领域CO2排放量为9×108～11×108t，占全国温室气体排放的9%～10%，其中汽车行业占比最高，占70%～80%.2018 年，欧盟交通领域CO2排放量约为9.41×108t，占比为27.34%[8].2019 年，美国交通领域CO2排放量约为18.43×108t，占比为34.95%，是最大的排放贡献者[9].汽车使用阶段CO2排放为欧美国家交通领域CO2排放最大领域.与发达国家相比，我国交通领域CO2排放占比较低但增长潜力较大.

汽车按用途可分为乘用车和商用车，按车辆类型可分为载客汽车(微、小、中、大型客车)和载货汽车(微、轻、中、重型货车)，按燃油种类可分为汽油车、柴油车及其他燃料车.汽车使用阶段CO2排放计算方法主要包括基于交通油耗的“自上而下”法、基于行驶里程的“自下而上”法[10-13].目前，IPCC 推荐采用油耗法，美国和欧洲采用行驶里程法.国内大多数研究采用油耗法，但国内缺少基于交通领域油耗专项统计数据，且我国正在大力推广的乙醇汽油中乙醇使用量未纳入交通油耗统计范畴[1,14-15]，以及有相当数量的非标柴油销售[16]，利用油耗法计算的结果不确定性较大，一定程度上低估了汽车CO2排放量.

道路交通CO2排放分析和峰值预测方面，大多使用国际CO2排放模型，以情景分析为核心，采用碳排放进行因素分解，确定碳排放驱动因素后预测或“自上而下”建立能源−环境−经济模型等方法研究不同发展情景下区域碳排放趋势与减排潜力.有研究学者使用LEAP 模型预测国家[17-19]或地方[20-23]交通CO2排放.刘建国等[18]利用LEAP 模型对我国交通碳排放进行定量评估，并得出在碳中和情景下交通碳排放量最早可在2025 年达峰，但该模型使用参数为欧美国家的排放因子，与我国实际情况有较大差异.有研究学者利用“自上而下”或“自下而上”方法自行开发的交通CO2排放模型，设计多种情景方案，预测分析国家[24-30]或地方[31-33]交通油耗、CO2排放达峰时间和峰值等.Gambhir 等[26]利用“自下而上”的方法，预测我国道路运输的能源消耗、CO2排放，发现我国道路交通CO2排放可于2032 年达峰.

加快道路交通等部分行业低碳转型并有效降低CO2排放是实现国家碳达峰、碳中和目标的客观要求.该研究以交通领域中道路交通为研究对象，构建基于行驶里程法的汽车行业CO2排放计算方法，利用本地化的行驶里程和排放因子对全国尺度汽车使用环节CO2排放进行分析，结合未来经济社会发展、运输需求、运输结构、能源结构和能效结构等影响因素变化，分析我国道路交通行业CO2未来排放变化趋势和主要驱动因素，以期为制定道路交通领域碳达峰、碳中和方案提供参考.

1 方法与数据

1.1 技术路线

交通领域通常包括道路机动车、铁路内燃机车、船舶、民用航空等，该研究针对道路交通研究汽车使用环节化石燃料燃烧CO2排放情况，构建了包含需求预测模块、控制情景模块及排放分析模块的研究框架，对我国汽车发展情景和CO2排放变化趋势进行预测分析，以支撑汽车CO2排放达峰路径的研究和判断，总体技术路线见图1.

图1 汽车CO2 排放达峰路径研究的技术路线Fig.1 Approach frameworkof vehicle CO2 emission peak path research

1.2 行业发展预测方法

1.2.1 乘用车保有量

乘用车保有量预测采用国际上广泛使用的Gompertz 模型法[34-40]，以家庭乘用车拥有量1.1 辆/户〔392.9 辆/(1 000 人)〕为高增长情景，综合考虑汽车限购政策、人口老龄化等的影响，以家庭乘用车拥有量0.9 辆/户〔321.4 辆/(1 000 人)〕为低增长情景，利用2002−2019 年人均GDP 和千人乘用车保有量变化情况开展曲线拟合，结合对我国2021−2035 年经济社会发展的宏观形势判断，对未来乘用车保有量进行预测，计算方法见式(1)：

式中：V为千人乘用车保有量，辆/(1 000 人)；g为人均GDP，104元/人；K为乘用车保有率的饱和值，辆/(1 000人)；a和b均为模型回归参数.

未来GDP[41-44]、GDP 年均增速、人口[44-47]、人均GDP 等数据参考国内外相关研究成果确定，结果如表1 所示.

表1 经济社会关键指标选取Table 1 Selection of key economic and social indicators

1.2.2 商用车保有量

根据国际经验[34,37-40]，在人均GDP 达到2.5×104美元之前，商用车保有量与GDP 或货运量呈线性关系；2.5×104美元之后，商用车保有量基本保持不变.2035 年底前，我国人均GDP 未达到2.5×104美元.商用车保有量预测采用历史趋势修正法，利用2002−2019 年货运量和商用车保有量变化情况开展线性拟合，结合对我国2021−2035 年经济社会发展的宏观形势判断，对未来商用车保有量进行预测，计算方法见式(2)：

式中：Ps为商用车保有量，辆；H为货运量，104t；c和d均为模型回归参数.

未来货运量根据交通运输行业现状、国家相关政策导向[48-50]以及业内专家对货运量变化趋势等确定.其中，低增长情景下公路货运量年均增长率为4.2%，高增长情景下公路货运量年均增长率为4.5%(见图2).

图2 高增长情景和低增长情景下未来公路货运量的变化Fig.2 Changes of future highway freight volume under high and low growth scenarios

1.3 情景设置

汽车减排措施分为常规措施情景和强化措施情景.其中，常规措施指低铁路水路运输结构、低新能源销售占比、低燃油车(含混合动力，下同) CO2降低比例；强化措施指高铁路水路运输结构、高新能源销售占比、高燃油车CO2降低比例.将需求增长和减排措施相结合，形成汽车未来控制情景方案，即高增长常规措施情景、高增长强化措施情景、低增长常规措施情景和低增长强化措施情景(见表2).

表2 汽车行业未来情景方案设置Table 2 Setting up future scenarios for the automotive industry

不同情景的铁路水路运输结构(见表3)、新能源车销售占比(见表4)、燃油车CO2排放降低比例(见表5)等参数取值综合考虑汽车“减污降碳”治理现状，国家相关政策导向以及业内专家[51]对汽车节能降碳技术发展动向预测等确定.

表3 未来运输结构调整情况Table 3 Adjustment of transportation structure in the future

表4 未来新能源汽车销售占比情况Table 4 Proportion of new energy vehicle sales in the future

表5 燃油车CO2 排放降低比例Table 5 Proportion of carbon dioxide emission reduction for internal combustion engine vehicles

1.4 碳排放分析方法

汽车CO2排放量计算方法一般分为行驶里程法和燃油法.鉴于以下三个方面：①燃油消耗量无法细化到道路交通等具体领域；②非标柴油以及乙醇等替代燃料的消耗未纳入交通燃油消耗量统计口径，一定程度上低估了交通领域CO2排放量；③通过两次全国污染源普查，积累了较为完善的行驶里程等基础数据信息，该研究利用行驶里程法计算了CO2排放量及其变化趋势，同时利用油耗法对CO2排放量进行了校核.

基于行驶里程法的汽车CO2排放总量计算公式：

式中：E为CO2排放总量，t；i为车型；j为燃油种类；k为初次登记日期所在年份；L为车辆整备质量或总质量分类，参照油耗标准划分；N为新注册车辆数，辆；η为存活率，%；µ为燃油种类占比，%；P为车辆保有量，辆；VMT 为年均行驶里程，km/a；EF 为CO2排放系数，g/km.

1.5 数据来源

该研究基准年为2019 年，研究时段为2021−2035 年.2002−2019 年汽车保有量、新注册车辆保有量来源于国家统计局统计数据[1]；存活率根据存活曲线(见图3)和车龄取值，存活曲线由我国保有量历年数据推导得到；各车型燃油比例根据机动车排放检验数据汇总得到.年均行驶里程基于全国第二次污染源普查结果，通过机动车排放检验、售后维修保养、卫星定位数据及小样本实际调查得到.CO2排放系数结合机动车环保信息公开、RDE 实测、小熊油耗公开数据等[52-53]形成不同车辆类型CO2排放系数(见图4).燃油消耗量来源于国家统计局统计数据[1,13-14].

图3 各车型汽车存活曲线Fig.3 Survival curves of various vehicle types

图4 各车型汽车CO2 排放系数Fig.4 Carbon dioxide emission coefficient of various vehicle types

2 结果与讨论

2.1 行业排放现状和特征

2019 年，全国汽车CO2排放量为9.52×108t，其中，乘用车、商用车分别占38.5%、61.5%.从车型看，出租车、公交车、微型客车、小型客车、中型客车、大型客车、微型货车、轻型货车、中型货车、重型货车分别占1.3%、0.5%、0.3%、38.2%、1.1%、3.0%、0.01%、13.6%、2.2%、39.7%〔见图5(a)〕.从燃料种类看，汽油、柴油、其他燃料(天然气、醇类燃料等)分别占42.8%、52.5%、4.7%〔见图5(b)〕.由此可见，重型货车和小型客车是汽车CO2排放的主要来源，应作为汽车CO2排放控制的重点方向.

图5 我国汽车CO2 排放构成Fig.5 The contribution of carbon dioxide emissions from vehicles in China

与油耗法计算结果相比，基于行驶里程法计算的2019 年汽车CO2排放量较高，高20%左右(约1.56×108t)，与汽油燃烧排放的CO2接近，比柴油燃烧排放的CO2高30%左右.另外，约有0.45×108t CO2来源于天然气、醇类等其他燃料燃烧.目前，我国尚未建立全面的交通燃料消耗统计制度，主要结合能源平衡表和汽油、柴油产销量数据进行估算，部分交通燃料消耗涵盖在其他部门，未统计在内.同时我国还存在地方炼厂、黑加油站、部分走私油、替代燃料统计不全的情况，导致交通燃料消耗数据统计偏低.因此，采用行驶里程法计算汽车行业CO2排放量相对合理.

2.2 行业发展预测结果

我国汽车保有量当前处于较低水平，预计未来仍将持续增长，但增速将逐步放缓(见图6).其中，高增长常规措施情景下2030 年汽车保有量将达到4.76×108辆，其中乘用车4.23×108辆、商用车5.34×106辆；高增长强化措施情景下2030 年汽车保有量将达到4.76×108辆，其中乘用车4.23×108辆、商用车5.28×106辆；低增长常规措施情景下2030 年汽车保有量将达到4.31×108辆，其中乘用车3.82×108辆、商用车4.94×106辆；低增长强化措施情景下2030 年汽车保有量将达到4.30×108辆，其中乘用车3.82×108辆、商用车4.76×106辆.

图6 我国汽车保有量预测Fig.6 The prediction of vehicle ownership in China

2.3 行业碳排放预测及达峰路径

2.3.1 行业碳排放预测结果

道路交通行业CO2排放预计于2027−2029 年达峰，峰值在12.2×108～13.9×108t 之间(见图7).其中，高增长常规措施情景下汽车CO2排放在2027−2031年处于峰值平台期，2029 年达峰，峰值为13.87×108t；高增长强化措施情景下在2026−2029 年处于峰值平台期，2027 年达峰，峰值为13.48×108t；低增长常规措施情景下在2027−2031 年处于峰值平台期，2029 年达峰，峰值为12.77×108t；低增长强化措施情景下在2026−2029 年处于峰值平台期，2027 年达峰，峰值为12.24×108t.总体来说，汽车CO2排放量在“十四五”期间迅速上升，“十五五”期间缓慢上升并于“十五五”中后期达峰，“十六五”期间逐渐下降.

图7 2019−2035 年汽车CO2 排放变化趋势Fig.7 The trends of carbon dioxide emissions from vehicles in 2019-2035

2.3.2 不同因素碳减排效果动态评估

为识别未来主要CO2减排驱动力，研究分析了运输结构调整、新能源车推广、燃油车降碳等因素对汽车CO2排放量的影响，计算原则见表6.

表6 不同因素对汽车CO2 排放影响的计算原则Table 6 Estimation principle of the effect of different factors on vehicle CO2 emission

2021−2030 年，新能源车推广对汽车CO2减排贡献最显著，其次为能效提升，运输结构调整在前期有一定的贡献(见图8).到2030 年，新能源车推广可实现的CO2减排效果为1.6×108～2.1×108t，其中乘用车为0.8×108～1.1×108t，商用车为0.8×108～1.0×108t；燃油车降碳技术可实现的CO2减排效果为1.0×108～1.5×108t，其中乘用车为0.4×108～0.5×108t，商用车为0.6×108～1.0×108t；运输结构调整可实现的CO2减排效果为0.1×108～0.4×108t.

图8 不同因素对汽车CO2 减排效果动态评估Fig.8 Dynamic evaluation of vehicle CO2 emission mitigation effect of different factors

2.4 行业碳达峰路径政策建议

从排放趋势看，我国道路交通行业CO2排放量将于2027−2029 年达峰，峰值为12.2×108～13.9×108t，达峰后有2～3 年的平台期.统筹考虑我国构建新发展格局建设要求与2030 年前国家碳排放达峰目标约束，该研究选择高增长强化措施情景作为推荐情景.在此情景下，汽车保有量将于2030 年达到4.76×108辆，CO2排放于2027 年达峰，峰值为13.48×108t，达峰后有2 年的平台期.从减排潜力看，新能源车推广对道路交通行业CO2减排贡献最显著，其次为能效提升，运输结构调整在前期有一定的贡献，2025 年上述措施对汽车CO2减排量占比分别为56%、34%和10%左右，2030 年分别为55%、40%和5%左右.因此，为实现道路交通行业碳达峰，应重点优化推进运输结构调整、构建绿色出行体系、加大新能源汽车推广力度、持续降低新生产燃油车碳排放强度、加速淘汰老旧汽车、加快充电桩和充换电等基础设施建设等，持续削减CO2排放.

3 结论

a) 采用行驶里程法计算汽车行业CO2排放量相对合理.与油耗法计算结果相比，基于行驶里程法的2019 年汽车CO2排放量高20%左右，约1.56×108t；汽油燃烧排放的CO2接近；柴油燃烧排放的CO2高30%左右；另外，约有0.45×108t CO2来源于天然气、醇类等其他燃料燃烧.2019 年，全国汽车CO2排放量为9.52×108t.其中，乘用车、商用车分别占38.5%、61.5%；从车型看，重型货车和小型客车是汽车CO2排放的主要来源，分别占39.7%、38.2%；从燃料种类看，汽油、柴油、其他燃料(天然气、醇类燃料等)分别占42.8%、52.5%、4.7%.

b) 从排放趋势看，道路交通行业CO2排放预计于“十五五”达峰，峰值为12.2×108～13.9×108t，达峰后有2～3 年的平台期.推荐采用高增长强化措施情景.

c) 从减排潜力看，新能源车推广对道路交通行业CO2减排贡献最显著，其次为能效提升，运输结构调整在前期有一定的贡献，2025 年上述措施对汽车CO2减排量占比分别为56%、34%和10%左右，2030年分别为55%、40%和5%左右.为实现道路交通行业碳达峰，应重点加大新能源汽车推广力度、持续降低新生产燃油车碳排放强度、推进运输结构调整等.