碳達峰及碳中和戰(zhàn)略背景下 我國多動力類型道路運輸裝備發(fā)展的思考

摘要：我國幅員遼闊，各地區(qū)地理環(huán)境及氣候條件復(fù)雜多樣，且地域間經(jīng)濟發(fā)展不平衡，而交通運輸行業(yè)在國民經(jīng)濟發(fā)展中均發(fā)揮至關(guān)重要的作用，因此道路運輸裝備的選擇關(guān)系到當?shù)氐倪\輸能力的發(fā)展，在碳達峰及碳中和的目標下道路運輸裝備的節(jié)能減排技術(shù)不斷涌現(xiàn)。本文分析了我國不同地域的環(huán)境及地理條件，發(fā)現(xiàn)在不同動力類型道路運輸裝備的選擇上應(yīng)該因地制宜進行合理的配比?；诃h(huán)境條件科學合理地配置多動力類型道路運輸裝備的比例，不僅有利于促進實現(xiàn)碳達峰及碳中和的國家戰(zhàn)略，還有利于促進我國交通運輸行業(yè)與國民經(jīng)濟高質(zhì)量配合發(fā)展以及能源安全發(fā)展，保障極端天氣、緊急救援時的運力需求，減少因不科學選用新能源車輛造成的經(jīng)濟浪費及特殊條件下的運力不足。研究發(fā)現(xiàn)經(jīng)濟效益提升、污染防治、特殊條件下基礎(chǔ)運力保障三者的相互協(xié)調(diào)，是未來我國全域發(fā)展高效、節(jié)能、運力保障的最基本最智慧的發(fā)展路徑，是盡早實現(xiàn)我國公路運輸碳達峰的有效方法。關(guān)鍵詞：碳達峰；碳中和；多動力類型；道路運輸裝備0引言道路運輸裝備作為交通運輸行業(yè)的重要生產(chǎn)資料，關(guān)系到國計民生，同時也是能源消耗及城市污染的重要來源。隨著我國城鎮(zhèn)化速度加快，載貨汽車保有量逐年提升，如圖1所示。圖1我國歷年載貨汽車保有量變化Fig.1Changesinthenumberoftrucksinmycountryovertheyears截至2020年，我國載貨汽車保有量為3046萬輛，營運客車1171.54萬輛，其中載客汽車61.26萬輛，城市公共汽電車70.44萬輛，巡游出租汽車139.40萬輛，道路運輸裝備的數(shù)量和質(zhì)量是一個國家經(jīng)濟發(fā)展水平的重要標志之一，道路運輸能否適應(yīng)我國的發(fā)展需求直接關(guān)系國民經(jīng)濟的發(fā)展水平和速度，交通行業(yè)貨運量與GDP存在長期的均衡關(guān)系。面對越來越龐大的機動車保有量及快速的經(jīng)濟增長，如何做到資源最優(yōu)化利用、污染防治及緊急情況下的基礎(chǔ)運力保障、城市居民及城鄉(xiāng)運輸需求滿足等，是一個值得深入探討與研究的科學問題。對多動力類型道路運輸裝備進行科學合理統(tǒng)籌分配，對我國實現(xiàn)交通行業(yè)的碳達峰、碳中和、保障特殊時期城市運力并為居民提供更加優(yōu)質(zhì)的出行服務(wù)具有重大的意義。經(jīng)調(diào)研發(fā)現(xiàn)我國部分地區(qū)為降低城市污染，響應(yīng)新能源車輛發(fā)展的號召，大力推廣使用純電動運輸裝備。由于各地區(qū)環(huán)境條件各不相同，推廣新能源政策時應(yīng)充分考慮當?shù)貧夂驐l件、地理環(huán)境、經(jīng)濟發(fā)展、自然災(zāi)害及極端情況發(fā)生時的基礎(chǔ)運力保障問題，還應(yīng)考慮不同動力類型車輛在不同環(huán)境下運行的全生命周期的成本、環(huán)境評價、可靠性及壽命問題。如圖2所示為某型號磷酸鐵鋰電池電量隨溫度變化關(guān)系，較低溫度下電池相對容量大大降低。圖2電池容量隨溫度變化關(guān)系[4]Fig.2Therelationshipbetweenbatterycapacityandtemperature長遠來看，科學合理配置新能源道路運輸裝備對節(jié)省財政支出及減少環(huán)境污染具有積極作用。根據(jù)交通運輸行業(yè)在國民經(jīng)濟發(fā)展過程中的重要性、不同地域道路運輸裝備的適應(yīng)性以及新能源車輛推廣過程中遇到的一些問題，本文將基于碳達峰及碳中和研究如何實現(xiàn)道路運輸裝備的合理分配，以期使交通運輸行業(yè)經(jīng)濟效益、節(jié)能減排、特殊條件下基礎(chǔ)運力保障之間協(xié)調(diào)發(fā)展，做好交通運輸行業(yè)能源統(tǒng)籌。探討如何建立多動力類型道路運輸裝備科學分配的評判方法。1

交通運輸行業(yè)的發(fā)展內(nèi)涵1.1總體發(fā)展內(nèi)涵交通運輸不僅要保持一定的發(fā)展速度和建設(shè)規(guī)模，不斷滿足國民經(jīng)濟和社會發(fā)展的需要，且在發(fā)展過程中，應(yīng)當正確把握發(fā)展度、協(xié)調(diào)度、可持續(xù)度三者的關(guān)系，正確處理局部與全局、眼前與長遠的關(guān)系，正確處理發(fā)展與人口、資源、環(huán)境的關(guān)系，發(fā)展速度與建設(shè)質(zhì)量、規(guī)模擴張與合理把握標準等諸多矛盾，實現(xiàn)質(zhì)量型、效益型、功能型和可持續(xù)的跨越式發(fā)展，逐步建立具有便利性、快捷性、可達性以及準時性等特征的現(xiàn)代綜合交通運輸體系，提高交通運輸便捷性。新時期優(yōu)先發(fā)展低碳道路運輸裝備，增強碳減排技術(shù)的研發(fā)能力，調(diào)整用能結(jié)構(gòu)、優(yōu)化用能方式、推動能源梯級利用、提高用能效率、建設(shè)多能源供給綜合站，促進交通運輸?shù)目沙掷m(xù)發(fā)展。1.2公路交通運輸?shù)奶攸c公路運輸之所以在國民經(jīng)濟的發(fā)展中起著至關(guān)重要的作用，主要是由于公路交通運輸?shù)撵`活性、及時性、可達性、經(jīng)濟性及保障特性等特點。與鐵路、水運和航空運輸相比較，公路運輸對線路和公路等級要求較低。我國發(fā)達的公路網(wǎng)絡(luò)使公路運輸變得更加靈活方便，可針對客貨運提供針對性服務(wù)滿足個性化需求，可實現(xiàn)門到門點對點的靈活運輸。公路運輸?shù)募皶r性主要體現(xiàn)在速度快、準時性強，可根據(jù)運輸委托方及承運方的約定時間進行有針對性的運輸服務(wù)。同時，公路運輸還是聯(lián)通鄉(xiāng)村與城市的重要支持手段，在各種運輸方式中，道路運輸是覆蓋面最廣、通達深度最大的陸上運輸方式。運輸經(jīng)濟性是指將物品或人員送達至某地付出經(jīng)濟成本，如海鮮和果蔬等具有較強的時效性的產(chǎn)品，運輸延誤造成的損失將使商品價值的完全喪失。運輸需求方要承擔的經(jīng)濟成本應(yīng)包括運輸過程的時間價值損失、空間價值損失、其他潛在的損失及支付的全程費用（運費、保險費、裝卸費等）。道路運輸?shù)募夹g(shù)經(jīng)濟特征和技術(shù)構(gòu)成決定了道路運輸除了具有一般交通運輸系統(tǒng)的功能外，還具有“通過”和“送達”的基本功能。換一個角度來看，道路運輸?shù)牧己眉夹g(shù)特征決定了它的功能以及在綜合運輸中主導地位的日益增強。2

多動力類型道路運輸裝備特征的對比分析多動力類型道路運輸裝備主要有：傳統(tǒng)燃油車輛、混合動力車輛、天然氣車輛、純電動車輛、氫燃料電池車輛以及其他新技術(shù)動力類型車輛等，各種動力類型車輛在應(yīng)用過程中均存在一定的優(yōu)缺點。2.1傳統(tǒng)燃油車傳統(tǒng)燃油車在車輛性能、燃料供給、車輛檢測維修以及車輛報廢回收體系方面均形成了相對成熟的體系，其最大的問題是油耗及污染物排放。鑒于節(jié)能減排壓力及新能源車輛的挑戰(zhàn)，業(yè)內(nèi)專家學者正努力在內(nèi)燃機新技術(shù)方面不斷創(chuàng)新以通過技術(shù)迭代達到最終的零排放。短期內(nèi)可以通過優(yōu)化內(nèi)燃機自身技術(shù)特征諸如優(yōu)化燃燒、代用燃料、改善充氣效率、提高熱能管理、減小摩擦、輕量化及降速等手段滿足2020年汽車排放和油耗法規(guī)的要求；中期通過發(fā)動機的電氣化實現(xiàn)電機和發(fā)動機混合驅(qū)動以滿足2025年和2030年的法規(guī)要求；長期采用氬氣循環(huán)、氫氣發(fā)動機的車輛可以實現(xiàn)零排放和卓越的能源效率。2.2天然氣汽車目前全球已探明的天然氣儲量非常豐富，按照目前能源消耗水平，可供人類使用幾百甚至上千年，因此天然氣汽車將會在未來一段時間內(nèi)成為替代石油的清潔能源，是內(nèi)燃機的主要燃料。在氫燃料電池車輛大規(guī)模應(yīng)用以前，天然氣是最優(yōu)的替代能源。2.3

純電動汽車與傳統(tǒng)汽車相比，純電動車在應(yīng)用端零排放、低噪音，適合在污染嚴重的大城市推廣應(yīng)用。但純電動車輛也存在一定的缺點，如續(xù)航里程短、購車成本高、車輛殘值低、維護成本高、存在安全隱患、電池壽命短等問題。目前，歐盟委員會認為未來唯一評價綠色產(chǎn)品的方法即為產(chǎn)品生命周期評價法（LifeCycleAs?sessment，LCA），此方法可以評價汽車全生命周期各個環(huán)節(jié)所引發(fā)的環(huán)境污染問題。吉利汽車研究院通過LCA的方法，依據(jù)ISO14040和ISO14044等國際標準的規(guī)定，對傳統(tǒng)燃油車及純電動車從原材料的獲取、汽車生產(chǎn)、汽車使用、汽車報廢回收等階段進行碳足跡核算并得出全球增溫潛勢；研究發(fā)現(xiàn)純電動車在原材料獲?。?.55倍）、生產(chǎn)（2.68倍）和回收階段的全球增溫潛勢高于傳統(tǒng)燃油車，但在使用環(huán)節(jié)純電動車不產(chǎn)生碳排放，其全球增溫潛勢低于傳統(tǒng)燃油車。綜合全生命周期的綠色評價來看，純電動車的碳排放更高。針對純電動車輛的電池性能的研究，清華大學院士課題組，針對環(huán)境溫度對動力電池性能的影響做了大量的研究，發(fā)現(xiàn)磷酸鐵鋰動力電池的特性與環(huán)境溫度緊密相關(guān)。對不同環(huán)境溫度下電池的容量、內(nèi)阻和開路電壓的變化規(guī)律進行研究，結(jié)果表明動力型磷酸鐵鋰電池的容量在低溫下迅速降低。實踐也證明純電動車輛對低溫地區(qū)的使用效果并不理想。2.4

氫燃料電池車輛氫燃料電池技術(shù)被認為是當前最有前景的車輛技術(shù)，其燃燒氫氣生成水，是完全的零排放車輛，氫氣被認為是宇宙中最豐富的清潔能源，氫燃料電池車輛面臨的挑戰(zhàn)有制氫及儲氫的成本控制、氫燃料電池堆的成本、可靠性及耐久性問題。氫燃料電池車輛的應(yīng)用及普及將是一個長期的過程，測算氫燃料電池客車與傳統(tǒng)燃油客車的LCA，文章中對比了能源消耗、溫室氣體潛勢、碳足跡、水消耗量及土地占用等方面，研究表明氫燃料電池車輛在全生命周期內(nèi)具有更好的CO2排放潛勢，可再生能源制氫時CO2排放可降低70%。對氫氣的運輸成本，制氫地距加氫站200km內(nèi)是較為經(jīng)濟運輸距離。雖然氫燃料電池車輛是未來可持續(xù)的車輛替代產(chǎn)品，但短時間內(nèi)無法做到成本低廉、完全的可再生能源制氫及完善加氫站等基礎(chǔ)設(shè)施，因此大規(guī)模推廣存在一定困難。2.5

混合動力電動車輛混合動力電動車主要分為插電式和非插電式兩種。插電式混合動力電動車輛集合了傳統(tǒng)燃油車輛及純電動車輛的優(yōu)點，既保障了續(xù)航，也可使其在城市工況下采用電能驅(qū)動以達到車輛零排放的目的；非插電式混合動力電動車輛主要有增程式混合動力電動車及混聯(lián)式混合動力電動車，均是在車載燃料中獲取能量，但通過采用混合動力模式以達到節(jié)能減排的效果。3

多動力類型道路運輸裝備應(yīng)用的適宜性分析3.1多種動力類型道路運輸裝備選型的必要性我國南北縱貫5500千米，包含6個氣候帶，氣候條件差異較大；東西橫跨5200千米，地理條件、自然環(huán)境等也不盡相同，地勢變化多端，分布復(fù)雜，兼有山地、高原、丘陵、盆地、平原等各類地形。同時我國又是多山之國，山地面積占據(jù)了我國國土的近三分之二，而其中絕大部分山地屬于1000m以上的高海拔地區(qū)，在這些地區(qū)中，分布著我國近50個大中型城市，人口約為2億。海拔在2000m以上的地區(qū)占國土總面積的33%，有接近20個大中型城市，人口也在5000萬以上。因此，不同區(qū)域應(yīng)根據(jù)自身條件科學合理的選擇適合當?shù)丨h(huán)境的動力類型交道路運輸裝備。對于大中城市，應(yīng)根據(jù)所在地區(qū)、人口數(shù)量、城市污染、客貨運輸需求、環(huán)境等因素科學合理地對多動力類型道路運輸裝備進行配置，以滿足城市日常運力為基礎(chǔ)，兼顧車輛全生命周期的能量損耗及環(huán)境評價，同時能保障特殊時期的城市運力需求。不同動力類型車輛技術(shù)條件也各不相同，續(xù)航里程、溫度適應(yīng)性、可靠性等差異較大?；诃h(huán)境條件科學合理地配置多動力類型道路運輸裝備的比例是亟待解決的關(guān)于能源統(tǒng)籌、環(huán)境保護及經(jīng)濟效益、運力保障等協(xié)同發(fā)展的重要科學問題。3.2多種動力類型道路裝備選型的可行性綜上所述，在碳達峰及碳中和重大戰(zhàn)略部署下，結(jié)合車輛的技術(shù)現(xiàn)狀及優(yōu)缺點，大力推動使用新燃料、新能源及新型節(jié)能環(huán)保技術(shù)的道路運輸裝備產(chǎn)業(yè)發(fā)展，建設(shè)既能滿足排放要求又能保障國民經(jīng)濟發(fā)展不受影響的新型的智能化、清潔化、合理化的交通運輸體系是我國交通運輸行業(yè)的未來發(fā)展方向。動力類型選擇及配比的研究，可根據(jù)該區(qū)域溫度、能源儲備、地理條件、公路交通情況、交通運輸基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)等因素以多動力類型車輛的可靠性、經(jīng)濟性、動力性、排放性以及全生命周期的環(huán)境友好度為考察目標，采用多目標優(yōu)化的方法將一定區(qū)域內(nèi)多動力類型車輛的比例進行測算，指導當?shù)剡M行多動力類型道路運輸裝備的統(tǒng)籌規(guī)劃及動態(tài)管理。4結(jié)語本文闡述了交通運輸行業(yè)的發(fā)展內(nèi)涵，不同動力類型車輛的優(yōu)缺點以及多種動力類型道路運輸裝備科學配比的合理性。研究發(fā)現(xiàn)經(jīng)濟效益提升、污染防治、特殊條件下基礎(chǔ)運力保障三者的相互協(xié)調(diào)，是未來我國全域發(fā)展高效、節(jié)能、運力保障的最基本最智慧的發(fā)展路徑，是盡早實現(xiàn)我國公路運輸碳達峰的有效方法。建立一套合理的評判體系，研究不同動力類型道路運輸裝備科學的區(qū)域分配方法是未來交通行業(yè)發(fā)展的必由之路。根據(jù)本文的分析提出未來道路運輸裝備可持續(xù)發(fā)展的幾條意見。（1）在選用車輛的動力類型時應(yīng)充分研究本地氣候環(huán)境、地形地貌特點、經(jīng)濟發(fā)展水平、人民需求