“双碳”目标下新能源公交系统发展与实施路径探讨1

范 瑞，刘剑锋，丁 漪，王 琦

1.北京城建设计发展集团股份有限公司，2.北京顺捷兴宏工程设计咨询有限公司

0 引 言

据统计，现阶段我国能源相关二氧化碳排放构成中，交通运输领域每年碳排放量约8.6亿t，占能源活动碳排放的9%，预计2030年交通用能量和碳排放还将增长50%以上[1]。从全球范围来看，世界各国尤其是发达国家，均把低碳交通系统构建作为实现“双碳”目标的重点，如2019年美国波士顿发布碳中和交通系统规划，提出构建零碳交通运输系统，从优化交通运输结构、提高清洁能源车辆使用、整合土地利用开发等方面提出技术方案和政策指引[2]。地面公交系统集约高效、绿色低碳的天然属性，承担着城市交通运输领域减碳的重要使命。近年来，地面公交系统呈现电动化、智能化、网联化加速发展态势，但短板和问题依然很突出，缺少“双碳”语境下的系统整体构建思路和实施路径的探讨。本文首先分析了当前我国公交系统存在的主要问题，提出“双碳”语境下公交系统的战略定位是作为城市交通碳中和主力，核心任务是在城市交通体系中建立竞争优势。然后以战略定位和核心任务为导向，围绕能源、设施、运行、服务四要素，提出基于“四网融合”的新能源公交系统建设框架。最后，从车辆电气化、基础设施智慧化、运营模式创新、行业政策引导和碳激励碳交易机制建设等五个方面提出了实施路径和政策建议。

1 当前我国公交系统存在的主要问题

（1）高运力投入与低客流效益形成巨大反差

对2010年至2019年十年间（新冠疫情前）的公交运输效率指标分析发现，车均年运营里程、单位运营里程载客量、车均日载客量三项指标均出现大幅下降（见表1）。以车均日载客量为例，2010年为401人次/d/标台，至2019年仅为239人次/d/标台，降幅达40%之多。公交运输指标下降的背后反映出公交系统人均能耗和碳排放的不降反升，这种现象应该引起足够的重视。

表1 2010—2020年我国公交运输效率指标变化

（2）服务水平与实际需求仍存在较大差距

根据高德地图《2019年中国主要城市交通分析报告》，高峰期间小汽车的运行速度与公交运行速度之比普遍在1.9以上，如果算上公交出行两端的接驳和候车，公交/小汽车出行时耗比在2倍以上（见表2）。出行时耗过长问题是公交不具备吸引力和竞争力的主要原因之一，也是公交整体服务水平不高的直接体现[3]，严重制约公交系统在城市客运体系中竞争优势的构建。

表2 公交-小汽车出行时耗比分级（TCQSM）

（3）智慧化水平不足且面临技术瓶颈

智慧手段已成为公交系统提质增效、节能减排的重要支撑。我国公交信息化虽然历经近二十年的发展（见图1），但整体水平依然不足，关键领域仍存在技术瓶颈。硬件方面的投入主要集中在前端车辆和后端平台，缺少对智能场站、智慧车站、智能道路等新型基础设施的改造和升级；软件方面对决策支持系统建设重视程度不足，缺少运力动态评估、线网仿真评价、公交线网优化、定制公交选线等可以帮助公交企业优化生产组织、提高生产效率的智慧解决方案。

图1 我国公交信息化发展历程回顾

2 “双碳”语境下公交系统发展定位的再认识

（1）战略定位是作为城市交通碳中和主力

在城市机动化出行方式中，按照单位距离和人均碳排放强度从高到低依次是小汽车、出租车、商务/单位车、公共交通（轨道和地面公交）。根据交通运输行业发展统计数据，2019年全国公共汽电车客运量691.76亿人次，在城市客运交通中占比54.08%。虽然近年来受轨道交通、新业态交通方式的影响，占比有下降趋势，但公交在客运结构中依然处于主导地位。因此，对于有轨道交通的城市，公交与轨道应协同发展，共同作为城市交通碳中和主力；无轨道交通的城市，公交应作为城市交通碳中和的绝对主力。

（2）核心任务是在城市交通体系中建立竞争优势

城市交通减碳的关键任务是转变交通发展模式、优化出行方式结构，将高碳排放的私人机动化出行方式向低碳排放的公共交通或慢行交通吸引，逐步形成公共交通主导型交通发展模式。而要实现公交主导型交通发展模式，最核心的任务是构建公交在城市交通体系中的竞争优势，通过加强清洁能源的利用和系统运营效率的提升，在不断提高服务水平和出行品质的前提下，确立公交系统在城市交通体系中的优先地位，从而寻求财务效益平衡以及社会生态效益的最大化，最终实现低碳城市、零碳公交的发展目标。

3 基于“四网融合”的公交系统建设框架

“十四五”期间公交进入高质量发展期，新阶段将以绿色新能源、数字化转型、高品质服务为关键词，因此对公交系统发展内涵、技术创新、个性化服务等方面提出了更高要求。本文结合新技术发展趋势，从提高公交系统运行效率、构建公交竞争优势、确立碳中和主体地位的核心要义出发，围绕能源、设施、运行、服务四要素，提出“四网融合”型新能源公交系统建设框架，包括基于V2G技术的能源互联网、场-站-路一体化智慧设施网、基于车路协同的运行控制网和以MaaS系统为核心的出行服务网（见图2）。

图2 “四网融合”型新能源公交系统框架

（1）基于V2G技术的能源互联网

上皮间质转化（EMT）是恶性肿瘤转移的先决条件，目前TGF-β1被认为是诱导上皮间质转化的最重要的生长因子。

据生态环境部公布数据，2020年我国公交车电动化比例已达60%（保有量预计超过40万），公交电动化呈现加速发展态势。在纯电动公交车保有量庞大的情况下，充电设施和能源网络安全是未来发展重点。公交系统参与下的能源互联网是改变现状充电桩的离线单机模式，利用V2G技术（Vehicle to Grid，电动汽车到电网的双向互动技术）[4]，将其作为智能联网设施加入电力源网荷储协调调度控制系统，将负荷侧链接的电动公交车等所有服务充电车辆作为储能调峰设施，纳入城市电网智能调度系统，发挥削峰填谷作用。未来，应大力推广V2G充电桩、V2G协调控制系统应用，打造以配电网系统、充电桩设备和新能源公交车辆组成的能源互联网，让新能源公交系统深度参与智能电网协调调度，这不仅有利于公交企业以更低的价格获取电力资源，降低运营成本，还有助于区域层面电力网络的均衡和稳定，保障能源网络安全。

（2）场-站-路一体化智慧设施网

构建公交竞争优势最重要的一项指标是降低公交出行时耗，使公交/小汽车出行时耗比控制在1.5左右，公交才相对具有吸引力[5]。实践证明要实现这一目标，除了合理制定线网方案、科学安排运营计划、提升公交智能化水平以外，更需要对公交场站、中途站点、道路载体等硬件设施进行提升改造，构建高效率、智慧型、共享化的公交运行载体网络。具体包括以下三个方面：①打造智慧型、复合性、共享化的公交场站体系。提升传统公交场站智慧化水平，构建集合车辆出入管理、入侵警报、场区视频监控、火灾自动报警、自助收银柜等于一体的云控平台，实现公交场站业务流程自动化、规范化、标准化，未来甚至可以实现公交场站的无人值守、自动充电。②建立广覆盖、高品质、智能化的公交站点系统。有研究指出，候车时间过长是造成公交在与小汽车竞争中处于弱势的重要因素。针对候车时间的缩减（包括乘客心理上的），除了增加发车频率、提高准点率外，有关研究表明候车环境、车站休憩设施、实时信息服务的提升也至关重要[6-7]。一方面通过改善乘客候车体验，从微观层面提升公交吸引力；另一方面通过车站感知设备实时获取站点客流信息、异常事件，为动态运营调度提供数据支持。③构建公交路权优先、慢行接驳顺畅的道路网络。公交路权优先是提升车内时间效率的重要手段，完善公交路权优先路网体系，有助于扭转私人小汽车主导的道路资源分配格局，同时也为无人驾驶公交线路的落地应用奠定基础。

（3）基于车路协同的运行控制网

公交车路协同系统利用5G、V2X、车联网、大数据和人工智能技术，通过公交车载单元OBU与路侧单元RSU实时通讯，感知道路环境信息并实时上传车辆位置、速度等状态信息，通过车路协同中央控制系统，实现路口信号优先、公交车辆编组与优化调度等功能，从而可以大幅提升公交运行效率和安全水平[8]。根据车联网和无人驾驶整体技术发展的成熟度，应优先推进专用路权环境下公交车路协同的技术研发和示范应用。随着社会整体车联网技术和软硬件环境的发展进阶，再逐步实现混合路权环境下的应用与推广。专用路权环境下的公交车路协同系统主要由自动驾驶公交车辆、智慧公交专用道设施和公交车路协同运行控制平台组成。在区间运行时，智能网联公交车辆与路侧单元组网可以形成智能网联车队，协同控制不同线路公交运行速度、停靠车站秩序，防止车站串车以及行人、非机动车交织带来的安全隐患。在通过交叉口时，可以通过车载单元OBU与路侧单元RSU的交互，优化信号配时、提供车速建议，从而实现优先通行。

（4）以MaaS系统为核心的出行服务网

目前我国公交智慧出行服务已经在路径规划查询、公交运行实时信息获取、多样化移动支付等方面具备良好基础，但是在面向乘客提供全过程出行链的交通整合服务方面仍存在巨大发展空间[9-10]。未来公交系统需要构建类似小汽车“门到门”的出行服务优势，重要抓手就是打造以MaaS为核心的智慧出行体系，将公交系统作为出行即服务的主体来打造一体化出行MaaS平台。以公交为核心的MaaS平台发展重点包括以下三个方面：①基于MaaS平台实现轨道与公交的服务协同。利用交通大数据精准掌握乘客出行特征，在轨道网和公交网资源整合与供需匹配的基础上，实现轨道-公交实时信息服务一体化、全过程支付一体化，从而实现轨道交通和常规公交资源配置综合最优，促进城市公共交通系统整体性节能减碳。②基于MaaS平台提供响应式公交服务支持特殊场景下的交通出行。包括提供“门到门”服务的通勤通学定制班车服务、城市郊区和农村地区的低频率按需服务、城际或跨区域出行过程中提供交通枢纽衔接服务、残障人士等特殊人群的人性化服务等。此举一方面可以作为网约车、出租车等的补充或者竞争方式，促进高碳排放交通方式转移；另一方面有助于充分利用平峰时间的公交闲置运力资源，改善现状高运力投入低客流效益产出的问题。③基于MaaS平台的出行数据建立个体碳排放价值量化体系。交通出行是个体层面碳排放的重要方面，通过MaaS平台提供的全过程出行数据，建立个体层面的交通碳排放激励或交易机制，促进社会大众践行绿色低碳出行理念。

4 实施路径和政策建议

（1）大力推进公交车电气化

提高公交领域用能电气化水平是实现公交“双碳”目标的首要任务。目前公交车辆电气化水平仍有较大发展空间，尤其是经济实力偏弱的中小城市。应加大财务支持力度，持续推进公交领域电气化，加快氢燃料电池车辆的研发和工程示范。另外，应发展新能源汽车与智能电网交互，推进V2G能源互联网建设。

（2）加快公交新型基础设施建设

推进公交设施智慧化是提升公交系统运营效率和服务水平的关键手段。建议加快推进公交场站（充电站）、中途停靠站、智慧道路等在内的一体化智慧设施网建设，加快三四线城市公交运行服务与应急指挥中心建设，推动公交专用路权环境下公交车路协同应用和推广，实现从传统公交基础设施建设向以数字化、智能化为特征的新型公交设施的转变。

（3）依托新技术促进公交运营模式创新

公交运营模式创新是改善公交系统运转低效的重要抓手。建议依托5G车路协同、无人驾驶公交、MaaS出行服务平台等新技术大胆创新公交运营模式。应对客流下降趋势，积极改变运输组织模式；依托公交车路协同发展小型车辆编组运行，适应城市中心区高峰/平峰客流不均衡问题；依托MaaS平台发展需求响应式公交，适应郊区和城乡低密度、低频率、个性化需求等。

（4）加大公交行业政策支持力度

鼓励有条件的城市对燃油车置换为新能源汽车安排专项奖励资金支持，落实免征购置税和车船税政策，进一步扩大公共交通工具电气化规模。制定充电桩建设财税支持政策，保障公交场站（充电站）用地供应，鼓励公交充电站对社会共享、错峰经营。继续坚持新能源公交车运营补贴，逐步落实车辆购置补贴向运营环节补贴倾斜。

（5）建立交通出行碳排放激励和交易机制

国家战略下的“双碳”目标实现将引领社会生产和生活方式发生深刻变革，个体层面深度参与对实现“双碳”目标意义重大。建议加快推动个体交通出行碳排放激励和交易体系建设，以交通出行大数据、MaaS平台为依托，建立交通出行碳排放价值量化体系，并在立法层面赋予居民交通碳排放权，鼓励居民参与碳激励和碳交易市场。