江苏省交通运输碳减排技术现状及发展建议

蒋 伟,汪其超

(华设设计集团,江苏 南京 210042)

0 引言

交通运输碳减排技术是以高能效、低排放、高服务水平为基本特征的交通运输领域先进科技[1]。党的二十大报告将“推动绿色发展,促进人与自然和谐共生”作为建设社会主义现代化强国的重要任务,指出要推动形成绿色低碳的生产方式和生活方式。随着客货运输、公路、港口航道、城市交通、智慧交通等多领域的科技创新不断深入,用能结构、降低碳排放、提高能源效率的发展目标逐步实现,同时也出现了碳减排技术与标准化进程不协调、政策与资金保障不充分、关键技术研发力度不足等现实问题。本文旨在总结分析近年来交通运输领域先进碳减排技术成果,结合江苏省交通运输绿色低碳发展经验,从科技角度探索交通运输绿色低碳发展思路。

1 碳减排发展政策及实践

1.1 碳减排技术法规政策

为进一步高质量推动“碳达峰、碳中和”目标实施,促进交通运输行业可持续发展,中共中央、国务院及各级交通运输主管部门出台了一系列法规政策[2],为交通运输节能低碳技术的发展指明了方向。2018年以来节能低碳技术发展相关文件如表1所示。

表1 2018年以来节能低碳技术相关法规政策文件

综合以上法规政策要求,大力发展交通运输行业节能低碳技术,加大节能低碳技术推广力度,既是国家、地方“双碳”工作的要求,也是交通运输行业的重点工作方向。

1.2 江苏省交通运输碳减排技术发展经验

近年来,江苏省各级交通运输部门持续推进节能减排、生态环保、污染防治等工作。2022年,江苏省交通运输厅在全省开展绿色交通项目创建工作,完成绿色交通主题性、区域性和港口粉尘在线监测系统建设项目23个,带动社会节能减排投资8.5亿元,实现年节能3.2万吨标煤、替代燃料7 272吨标油。

与此同时,江苏省交通运输厅编制发布了《江苏省交通运输节能减排技术目录(2022年度)》(以下简称《目录》),《目录》涵盖了客货运输、公路、港口航道、城市交通、智慧交通五大领域共29项节能减排技术,涉及交通运输行业50余个企事业单位。《目录》的发布,为江苏省交通运输企业采用先进适用的节能低碳新技术、推动交通运输碳达峰进程提供了有力支撑。

2 交通运输碳减排技术发展现状

根据能效提升方式可以将碳减排技术分为主动式技术和被动式技术。主动式碳减排技术主要是通过改善交通运输能耗结构实现碳减排,被动式碳减排技术主要是通过节约资源、提升工艺技术、优化管理从而实现碳减排。本文以江苏省交通碳减排技术为基础,基于主动式和被动式碳排放分析,从交通能源融合、交通资源节约、新工艺技术应用、智能交通应用与交通运输管理等方面提出具体碳减排措施及成效。

2.1 交通能源融合

随着交通能源融合新技术、新方法不断涌现,交通运输能源利用效率也不断提升。船舶岸电系统、纯电动重型卡车应用技术、ERTG锂电池转场系统等方法可以降低传统化石能源消耗,直接减少二氧化碳排放,而分布式光伏发电技术可有效节省电能,间接降低二氧化碳排放。

2.1.1 船舶岸电技术

船舶港口停靠作业期间,需要由船载柴油机提供动力,并排放大量废气。通过利用船舶岸电技术,由陆地电源代替船载柴油机对靠港船舶进行供电,不仅大幅减少港口污染废气的排放量,还可以降低用电成本,提高供电效率,是节能降碳的有效手段。

2.1.2 分布式光伏发电技术

光伏发电是利用半导体界面的光生伏特效应,将光能直接转变为电能的一种技术,运行方式以用户端自发自用、多余电量上网,且以配电系统平衡调节为特征的光伏发电设施。分布式光伏发电遵循因地制宜、清洁高效、分散布局、就近利用的原则,充分利用当地太阳能资源,减少施工阶段的化石能源消耗,降低直接二氧化碳排放,解决了电力在升压及长途运输中的损耗问题,具备安全可靠、经济环保、灵活智能及运维成本低等优点。

2.1.3 纯电动重型卡车应用技术

纯电动重型卡车应用技术是基于动力电池提供能源,直接在充换电站更换动力电池进行电能补给,包含对电池的集中充电和储存、电池更换及换电服务等环节,通过路端、车端、站端融合应用实现集卡运输零排放。技术解决了传统燃油重型卡车运行过程中带来的燃料消耗和排放问题,实现碳的零排放,促进货物运输绿色化、节能化。

2.1.4 ERTG锂电池转场系统

大功率柴油发动机功率高,每次转场平均消耗柴油量大,且转场耗时长,故障率高,排放大量污染物,并产生噪声污染。通过使用磷酸铁锂电池组替换原有大功率柴油发动机,每次转场约耗电5 kW·h,可实现RTG无缝转场,转场效率提升50%以上,转场过程实现污染物零排放,节能低碳效果显著。

2.2 交通资源节约

公路工程施工过程中,材料的使用产生的碳排放是重要组成部分。通过废旧沥青混合料再生技术和装配式技术的利用,可以大大减少交通资源的浪费,提升材料循环利用效率,具有较好的节能降碳效果[3]。

2.2.1 废旧沥青混合料再生技术

废旧沥青混合料再生利用技术是将废旧沥青路面材料(RAP)在沥青拌和厂(站)破碎、筛分,通过添加高性能再生剂、抗剥落剂等材料进行再生,生成的混合料满足施工要求。通过路面再生,不仅可以使其重新满足路用性能要求、节约大量材料资源和资金、降低工程造价,也可避免废弃材料对环境的污染,实现行业循环经济,促进生态环境保护,是进一步深化低碳交通的具体实践,社会效益和经济效益十分显著。

2.2.2 装配式技术

装配式技术是以预制构件为主要受力构件经装配、连接形成混凝土结构的先进技术。与现浇施工工法相比,装配式技术工法可以连续地按顺序完成工程的多个或全部工序,从而减少进场的工程机械种类和数量,消除工序衔接的停闲时间,实现立体交叉作业,从而降低物料消耗、降低碳排放,较大程度减少建筑垃圾,有利于提高生产效率,提升工程质量。

2.3 新工艺技术应用

通过应用温拌沥青技术、超低能耗建筑技术等新工艺、新技术,能够有效提升能源利用效率,实现主动式碳减排。

2.3.1 温拌沥青技术

温拌沥青技术[4]是一种使用特殊添加剂或制备工艺,通过降低沥青混合料的施工拌和与压实温度,从而实现节能降碳的绿色沥青铺装技术。传统施工过程中,将沥青和混合料加热至150 ℃以上进行拌和制成,此过程不仅需要消耗大量化石能源进行加热,同时热拌沥青混合料也会产生氮氧化物和其他有害物质,对自然环境产生较大影响。与传统热拌技术相比,温拌沥青技术保证路用性能的同时可以显著降低拌合温度以及铺设温度,进而可以有效减少化石燃料消耗造成的二氧化碳和有毒气体排放。

2.3.2 超低能耗建筑技术

超低能耗建筑技术可以在航站楼、地铁站房、交通枢纽站房中利用,通过光伏建筑一体化设计和太阳能、地源热泵等可再生能源的利用,最大程度提高建筑物内能源设备的节能效率,在不牺牲建筑物使用舒适性的前提下,以最小的能耗实现建筑物的正常功能使用,节能降碳意义重大。

2.4 智能交通应用

基于多种先进的智能化创新技术,提升交通运输智慧管理水平,构建绿色低碳、智慧高效的智能化运营管理系统。

2.4.1 智能养护巡查技术

基于机器视觉技术,以人工智能赋能已有公路路侧固定视频、车载视频等设备资源,改变传统公路“人盯屏幕”“车载人走”巡查方式,突破复杂公路环境下交通要素检测识别关键技术难题,为路网管理、公路养护、路政管理提供低成本、多视角、全过程感知手段。通过建立智能化、数字化、协同化公路巡查新模式,推动公路养护从传统的低效高耗向高效低耗转变,提升公路交通事件检测效率50%以上,有效降低一线养护人员劳动强度。

2.4.2 智能化匝道控制

通过基于多目标的路网流量再分配等先进技术,自适应控制匝道通行或关闭,实现交通量动态平衡,快速甄别交通异常事件、突发事件应急管控。智能化匝道控制系统实现动态感知并深度挖掘雷达、监控、互联网地图等获得的交通流量数据,切实解决了城市快速道路路网拥堵问题。通过提高路网通行效率,节约通勤时间,有效降低碳排放,同时促进管理手段的数字化转型。

2.5 交通运输管理

通过强化交通运输建设标准和监测管理手段,实现基础设施标准化建设和高效管理,对于交通领域节能降碳具有重要价值[5]。

2.5.1 公交场站标准化建设

公交场站是城市公共交通系统中的重要基础设施组成部分,良好的场站布局与服务水平是保障整个公交系统健康稳定运营的基础。从场站布局、流线设计、低碳建造等方面,提出公交场站标准化建设方案,基于“低碳+公交场站”的新理念,准确设定场站功能和规模,间接实现建设材料和能源的节约,进而实现场站建设过程的节能降碳。

2.5.2 港口粉尘在线监测系统

通过颗粒物激光雷达扫描监测仪,对码头及堆场区域颗粒物浓度进行全区域云监测,结合定点粉尘监测仪,实时反映堆场区域粉尘浓度及其分布情况,精准锁定起尘区域。通过远程智能控制系统,控制起尘区域喷淋设施启动工作,改变传统手动控制喷淋抑尘的方式,在减少粉尘排放的同时,大幅降低水资源消耗及碳排放。

3 交通运输碳减排技术发展挑战

交通运输领域碳减排技术发展主要面临以下几项挑战。

3.1 交通运输关键技术与低碳标准不匹配

当前,供能端可再生能源电力与核电、输配电等技术领域,以及用能端电气化应用等技术领域的“双碳”标准化体系相对较为完善,但CCUS(碳捕获、利用与封存技术)、负排放、热化学储能、CO2制备燃料等14个前沿技术领域的标准基本为空白,且约50%的关键单项减排技术标准存在缺失。交通运输绿色低碳技术也存在技术标准缺失、科技研发和标准布局不同步的问题。

3.2 低碳交通关键技术研发力度不足

低碳基础设施、低碳运输装备、低碳建设运营的节能降碳技术基础薄弱,关键技术自主研发和创新能力不足,生物质能、核能、氢能及其他核心技术对外依赖性大,不利于交通运输领域节能低碳技术系统化发展,成果转化为现实生产力水平较低。

3.3 碳评价机制有待完善

交通运输领域对于碳减排技术的评价多采用专家经验法,基于交通运输行业专家自身经验对碳减排技术进行评价,方法虽然简单易行,但无法科学定量得出各项技术节能降碳水平,为技术推广和企业应用带来了诸多不便。

4 江苏省交通运输碳减排技术发展建议

4.1 推动标准化建设

技术标准是促进科技成果转化为现实生产力的桥梁和纽带,在“双碳”目标驱动下,绿色低碳科技发展呈现出技术需求面广、更新迭代速度快、颠覆性技术持续涌现等新形势,亟待深入推进低碳交通标准化建设,加快低碳交通标准体系制修订工作。通过建立健全绿色低碳交通基础设施、车船机械的标准规范体系,进一步推进标准化与科技创新的互动协同,引领支撑科技创新驱动社会经济系统优化发展。

4.2 强化能源技术创新

能源技术创新是实现交通领域“双碳”目标的重要基础。要加速传统化石能源清洁低碳高效转型,推动风光电规模化发展,促进氢能、生物质能和储能等重大技术快速发展,发展智能电网。通过纵向源、网、荷、储协调规划,横向多能互补,发展多种类型的商业化储能技术与调峰技术,有效解决电网运行安全、电力电量平衡、可再生能源消纳等问题。将目前以化石能源为主体的能源体系分阶段逐步转变为以可再生能源为主体、多能互补、高效利用、智能化管理的低碳能源体系。

4.3 建立碳减排评价机制

通过开展交通运输碳减排技术发展水平评价,依据指标权重分析、评价模型等方法,对碳减排技术的综合水平进行分析,从能源使用率、经济效益、生命周期等方面进行全方位、全过程评价,最终确定碳减排技术发展水平,以促进交通运输领域“双碳”目标实施。

4.4 加大政策资金保障

要加大交通运输领域碳减排技术研发的政策保障和资金保障体系,建设政府、企业、公众联动的绿色低碳交通运输体系,建立以国家和地方政府资金为引导、企业资金为主体的绿色低碳交通发展投入机制。进一步完善交通运输装备低碳转型、绿色高效运输体系、绿色交通基础设施建设的政策支持,加大交通运输领域节能低碳技术和产品的推广力度。

5 结语

本文通过碳减排技术法规分析和江苏省碳减排工作实践,科学分析了交通运输领域碳减排技术发展现状和形势要求;从交通能源融合、交通资源节约、新工艺技术应用、智能交通应用、交通运输管理5个维度,总结了近年来交通运输领域关键节能降碳技术及应用效益;最后,基于交通运输碳减排技术发展面临的挑战,为江苏省交通运输碳减排技术发展提出了建议。