绿色低碳循环体系下河北省交通碳排放测算及预测分析

2022-06-27国一帆王久亮

交通节能与环保 2022年3期

国一帆，王久亮

（河北省交通规划设计研究院有限公司，河北石家庄 050000）

0 引言

建立健全绿色低碳循环发展的经济体系是党的十九大提出的重大发展任务。2020年12月31日，习近平总书记主持召开中央全面深化改革委员会第十七次会议时强调：“建立健全绿色低碳循环发展经济体系，促进经济社会发展全面绿色转型，是解决我国资源环境生态问题的基础之策。”2021年2月22日，国务院印发《关于加快建立健全绿色低碳循环发展经济体系的指导意见》指出，到2025年，产业结构、能源结构、运输结构明显优化，绿色产业比重显著提升，基础设施绿色化水平不断提高，碳排放明显降低，到2035年，广泛形成绿色生产生活方式，碳排放达峰后稳中有降，生态环境根本好转，美丽中国建设目标基本实现。

《交通强国建设纲要》要求“构建安全、便捷、高效、绿色、经济的现代化综合交通体系”，并从促进资源节约集约利用、强化节能减排和污染防治、强化交通生态环境保护修复等方面提出了交通运输绿色发展的重点方向。国内外对绿色低碳循环交通运输并无明确一致的定义，宿凤鸣[1]、陆化普[2]、茅林[3]、卫蓝[4]、池熊伟[5]等从不同角度论述了对低碳交通运输的了解。综合来看，绿色低碳循环交通运输体系追求以最少的资源投入、最小的环境代价、最大限度地满足社会经济发展产生的合理交通需求，具有资源集约、生态友好、排放清洁、能源低碳和运行高效等基本特征。通过技术革新、组织优化、结构调整、制度完善等手段，努力推动交通运输绿色低碳循环发展，是行业加强生态文明建设和推动可持续发展的战略举措，是建设交通强国的关键内容，是建设美丽中国的重要领域。

河北省是华东、华南和西南等区域连接三北地区的枢纽，是全国放射状公路、铁路网布局的关键节点，河北交通体系是保障首都与全国便捷交通联系的重要基础。目前河北省现代化综合立体交通网络完善，服务京津冀协同发展成效显著，已基本形成“南北贯通、东出西联”的大交通格局，交通运输先行保障作用不断增强。立足发展新阶段，对全省交通运输发展提出了新的更高要求，加快交通运输创新发展、绿色发展、高质量发展，实现安全、便捷、高效、绿色、经济的现代化综合交通运输体系迈上新台阶。

为此，针对河北省绿色交通发展现状，开展专题分析研究，采用定量分析与定性分析相结合的方式，应用不同分析方法，为未来一段时期河北省交通运输绿色低碳循环发展提供技术支撑，对我国建立健全绿色低碳循环发展的经济体系，确保实现碳达峰、碳中和目标具有重要意义。

1 河北省交通碳排放现状分析

为更好地建立河北省绿色低碳循环交通运输体系、建设交通强国河北篇章，需要对河北省交通碳排放现状进行计算来提供数据支撑。本文选择基于交通燃料消耗的计算方法（自上而下法）进行河北省交通运输碳排放计算[6]。河北省交通运输业的能源消耗数据来自2001—2020年的《中国能源统计年鉴》，能源种类包括原煤、汽油、煤油、柴油、燃料油、液化石油气、天然气、液化天然气8 类，由于电力在消费过程不直接产生二氧化碳，不纳入计算统计范畴。国内生产总值、人口等数据来自2001—2020年《河北经济年鉴》。碳排放系数综合考虑《IPCC国家温室气体清单指南》（2006）、《综合能耗计算通则》（GB/T 2589—2020）计算得出。

根据IPCC 所提供的计算方法来测算二氧化碳排放量，测算公式为[7]：

式中：C为碳排放量；E为能源消耗量；K为能源碳排放系数；j为第j种能源。采用IPCC（2006）的缺省碳排放系数，结合《综合能耗计算通则》（GB/T 2589—2020）上的各类能源平均低位发热量，计算得出各类能源以质量为单位的碳排放系数（表1）。

表1 各类能源碳排放系数Tab.1 Carbon emission coefficients of different types of energy

由公式计算得到2000—2019年河北省交通运输碳排放总量（表2）。从表1和图1可以看出，2000—2019年20年间，河北省交通运输碳排放总量总体呈上升趋势，总量从2000年的417.3万吨增长到2019年的2 008.7万吨，增长约3.8倍；各年份增速波动较大，平均增速为10.8%，其中2005年增速达94.8%。

图1 河北省交通碳排放量总量及增速Fig.1 Transportation carbon emissions and growth rate in Hebei Province

表2 河北省交通运输能源消费碳排放（万吨）Tab.2 Carbon emissions of transportation energy consumption in Hebei Province（10 000 tons）

同时，各类型能源增长和占比情况变化较大（图2）。其中，柴油碳排放量增长最快，由2000年的125.9万吨增长至2019年的1 135.8万吨，占比从30.2%到56.5%，自2005年起，柴油消费碳排放量一直占据主导地位；原煤、汽油消费碳排放量先上升后大幅下降，煤油、燃料油、液化石油气、天然气、液化天然气总体呈上升趋势。至2019年，除柴油外，燃料油、天然气、汽油消费碳排放量分别占比14.5%、11.0%、9.5%，煤油、液化天然气、原煤、液化石油气碳排放量占比较低。

图2 河北省交通各类能源碳排放量占比Fig.2 The proportion of carbon emissions from various types of energy in Hebei Province

近年来使用煤炭作为燃料的高能耗蒸汽机车被逐渐淘汰是河北省交通运输业原煤消费碳排放下降的主要原因。同时，营运车辆柴油化进程的加快、大型货运汽车及其他机动车使用量快速上升、道路运输需求的不断增加，使柴油消费碳排放上升并成为了河北省主要的交通碳排放能源。除此之外，新增重型货车、营运客车、公交车、出租车中天然气及LNG车辆的广泛应用，是天然气和液化天然气碳排放量上升的主要原因。总的看来，原煤消费对交通运输业碳排放影响较小且趋于稳定，石油类制品的能源消费在河北省交通能源消费结构中占主导地位，天然气及液化天然气对交通运输碳排放的影响也在逐年加大，交通运输能源消费结构已得到初步改善。

2 河北省交通运输碳排放预测分析

基于上述河北省交通碳排放总量历年的变化情况以及对河北省社会经济发展、交通运输需求、能源消耗等情况的具体了解，对河北省未来交通运输碳排放情况进行趋势分析，并选取不同方法进行预测并综合取值。

2.1 趋势分析

未来一段时间交通需求尚有较大增长空间。2019年河北省城镇化率为57.62%，居全国第十九位，随着城镇化进度加快和京津冀一体化程度加深，客运需求量在未来一段时间内仍将保持较快增长。而在新冠肺炎疫情影响下，选择小汽车出行的人数大幅增长，公共交通出行比例有所下降，为客运的低碳化转型蒙上一层不确定性。货运方面，随着河北省充分发挥京津冀经济圈作用以及河北省经济发展战略的实施，工业仍然是河北省主导产业，国民经济将继续处于持续、稳定、快速增长时期，在这个发展阶段内，货运量总体将呈现稳步增长的趋势。

能源消费仍以化石燃料为主，新能源替代仍在发展。运输装备的能源清洁化是交通领域碳减排的重要手段。国家推出的一系列节能减排的法律法规以及交通运输新规定有效限制了原煤、柴油的大量消耗，一定程度上削减了碳排放量。从前文能源消耗计算碳排放可知，汽油、柴油、煤油、燃料油等化石燃料在2011年左右有所下降，但总体占比仍然超过90%，带来了大量的碳排放。新能源技术的发展使得天然气、电动车应用日益普遍，但是能源结构短期内改变的可能性较小，重型货车、船舶在短期内还缺乏成熟的能源替代方案。

总体上来看，交通运输碳达峰相对较晚。交通运输是居民出行和物流服务的基础支撑和保障，碳排放总量控制难度很大。大宗商品长途运输公路占比较大，铁路货运和客运比例偏低，机场港口缺乏统筹导致基础设施利用率不高，各种运输方式衔接不畅导致多式联运发展滞后，从而造成交通运输结构不合理、能源利用率低和碳排放量大。城市公共交通的出行分担率偏低，生活水平的提高使人们对运输时效性、个性化和舒适度等要求越来越高，大排量小汽车客运出行比例过高，从而导致单位运输周转量的二氧化碳排放强度下降面临瓶颈，低碳交通发展面临严重挑战。从我国目前所处的发展阶段以及河北省产业结构和能源结构情况来看，目前还未出现交通碳排放与GDP脱钩的明显迹象。

2.2 总量预测

根据上述分析，本文结合以下三种预测方法综合分析，最终确定河北省交通运输碳排放总量特征年份（2030年、2060年）预测结果。

（1）时间序列法

利用按时间顺序排列的数据预测未来的方法，事物的发展变化趋势会延续到未来，反映在随机过程理论中就是时间序列的平稳性或准平稳性。时间序列法就是研究预测对象自身变化过程及发展趋势。根据前文统计数据，用时间序列法研究河北省交通碳排放量随时间的变化，分别采用了多项式、线性、对数三种方法进行了回归分析，结果如图3所示。

图3 碳排放量随时间变化趋势图Fig.3 Trend chart of carbon emissions

（2）弹性系数法

根据交通行业能源消耗和经济发展关系的规律，交通运输碳排放总量仍然与GDP增长保持一定的弹性关系。截至目前，我国经济的增长会导致相应交通运输碳排放总量的增加。随着河北省经济的增长，交通运输需求呈现总体上升的趋势，但受“双碳”政策和行业结构调整整体发展趋势影响，预计2030年前后趋于平稳。利用公式应用弹性系数分析法对GDP年均增长率分别进行预测，计算得到目标年交通运输碳排放量。公式如下：

式中：Q为预测碳排放量；Q0为现在碳排放量；T为弹性系数；RGDP为GDP增长速度。

经济发展水平是影响交通运输碳排放量的重要因素，碳排放量与GDP增长保持一定的弹性关系。根据目前我国所处的发展阶段，一段时间内经济发展水平的提高会带动碳排放量持续升高。未来三十余年，随着河北省经济的增长，碳排放量在一段时间内仍然会呈现总体上升的趋势，但增速会不断降低，直到达到峰值后开始减少，预计2030年前后达到峰值并随后趋于平稳。利用公式，计算得到不同目标年碳排放增长率，如下表所示：

表3 弹性系数法预测碳排放增长率Tab.3 Growth rate of carbon emission by elastic coefficient method

（3）灰色系统分析法

灰色系统分析法用来衡量影响因素关联程度，为一个系统的发展态势提供了量化的度量。由于某一个地区某一领域的碳排放量具有特定的地域特点，受到本地区本领域诸多因素综合影响，这些因素的具体影响过程并不完全清楚，称之为灰色系统。经分析，河北省交通运输碳排放量符合上述特点，可将其视为灰色系统。应用GM（1，1）模型对河北省交通碳排放量进行预测[8]，以2000—2019年的河北省交通碳排放量为原始数列。设原始时间序列数据为X（0）：

由它产生的一次累加生产数列为：

利用一次累加生成GM（1，1）模型的白化方程：

其系数向量可采用最小二乘法估计求解：

式中，B、Y分别为如下矩阵和向量：

解上述微分方程，即可得到时间响应函数：

依据河北省交通碳排放总量，使用MATLAB软件采用最小二乘法对参数进行估计，得到预测结果。

根据以上三种方法得到的预测结果，结合河北省交通运输碳排放量发展特点和发展趋势，确定河北省各特征年交通碳排放量的预测结果。综合取值结果见下表。

表4 综合取值预测结果Tab.4 Comprehensive prediction results

3 对策与建议

根据前文河北省交通运输碳排放现状和预测分析，结合绿色低碳循环交通运输发展的内涵，分析河北省交通运输发展阶段性特征，并给出针对性建议：

一是交通运输结构调整需持续优化。在河北省综合运输系统中，各交通运输方式在很大程度上依旧表现为相互竞争、缺乏合作的局面，各方式之间尚未形成有效的协调配合，交通运输结构并没有很好地与绿色低碳循环经济适配。未来，需持续优化调整运输结构，提升铁路运输能力、优化港口集疏运体系、加快公路货运转型升级，将各种交通运输方式进一步优化整合，实现运输资源的合理配置，构建绿色低碳循环的综合运输体系，实现结构性减排。

二是绿色循环低碳交通运输技术的研发和应用需继续推动。近年来，河北省在清洁能源运输工具推广方面取得一定成绩。未来，需要继续加快节能与清洁能源装备推广，推进以天然气等清洁能源为燃料的运输装备和机械设备的应用，加强加气、供电等配套设施建设。积极探索生物质能在交通运输装备中的应用。推广应用混合动力交通运输装备，推进合同能源管理在用能装备和系统中的应用。同时，要加强绿色循环低碳交通运输技术的研发，大力推进交通运输能源资源节约、生态环境保护、新能源利用等领域关键技术、先进适用技术与产品研发，积极推进科技成果市场化、产业化，加快交通运输科技创新。

三是交通基础设施建设的绿色低碳循环要求需进一步强化。经过多年建设，河北省交通运输基础设施取得了长足发展，近年来在基础设施规划建设过程中也逐步重视绿色低碳循环的相关要求。未来，需要进一步强化交通基础设施绿色低碳循环的可持续发展特性，继续推进各种运输方式协调发展，凸显整体优势和集约效能。将节约能源资源要求贯彻到交通基础设施规划、设计、施工、运营、养护和管理全过程，并遵循减量化、再利用、资源化原则，积极探索资源回收和废弃物综合利用的有效途径。严格执行交通建设规划和建设项目环境影响评价、环境保护“三同时”和建设项目水土保持方案编制制度，加强交通基础设施建设、养护和运营过程中的污染物处理和噪声防治。

四是绿色低碳循环交通运输发展的保障机制需进一步健全。目前，河北省绿色交通治理能力和推进手段尚不完善。未来，需进一步完善绿色循环低碳交通运输法规标准，在交通基础设施设计、施工、监理等技术规范中贯彻绿色循环低碳的要求。完善绿色循环低碳交通运输统计监测考核体系，研究建立交通运输绿色循环低碳发展指标体系、考核办法和激励约束机制。推进绿色循环低碳交通运输市场机制运用，加强培养节能环保第三方服务机构，加快培育节能环保技术服务市场。鼓励交通运输企业参与自愿减排、自愿循环，引导交通运输企业积极参与国内碳排放交易。