前沿?zé)狳c(diǎn) | 基于LEAP的昆明市交通碳達(dá)峰和大氣污染物減排協(xié)同影響研究
近年來,交通領(lǐng)域已成為城市CO2和大氣污染物排放重要來源之一。隨城市不斷發(fā)展擴(kuò)張,機(jī)動(dòng)車保有量迅速增長導(dǎo)致了CO、NOx、HC、PMx等污染物急劇增加。國際能源署發(fā)布數(shù)據(jù)顯示交通運(yùn)輸業(yè)成為全球第二大碳排放行業(yè),碳排放量占全行業(yè)21%,預(yù)測(cè)交通運(yùn)輸業(yè)碳排放量到2050年將達(dá)到2010年的1.4倍[1]。
昆明是我國西南重要城市,根據(jù)昆明城市交通發(fā)展年報(bào)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù),2019年全市機(jī)動(dòng)車保有量相較于2010年增長2倍、公路、鐵路客貨運(yùn)量年均增長超過6.5%,交通運(yùn)輸能源消耗不斷增大,CO2及大氣污染物排放對(duì)城市環(huán)境影響日益突出,需引起高度重視。雖昆明市依據(jù)規(guī)劃提出《昆明市打贏藍(lán)天保衛(wèi)戰(zhàn)三年行動(dòng)實(shí)施方案》等一系列大氣污染防治規(guī)劃,但交通領(lǐng)域缺乏本地化因子,測(cè)算結(jié)果交通領(lǐng)域針對(duì)性較低。
01 研究方法及參數(shù)設(shè)置
1.參數(shù)設(shè)置及計(jì)算方法
(1)數(shù)據(jù)來源及參數(shù)設(shè)置
以《城市交通大氣污染物與溫室氣體協(xié)同控制技術(shù)指南(1.0版本)》為基準(zhǔn),從道路、鐵路及航空三個(gè)交通領(lǐng)域?qū)ッ魇?019年CO2及6種大氣污染物(CO、NOX、PM10、PM2.5、HC、SO2)排放量進(jìn)行估算。各類型交通工具數(shù)據(jù)主要來源于昆明市車輛管理所、昆明市城市交通研究所。公路各交通工具在參考《道路機(jī)動(dòng)車大氣污染排放清單編制指南》分類基礎(chǔ)上,增加網(wǎng)約車、出租車、城市公交和渣土車等交通污染物排放較多車型(具體分類如表1所示)。機(jī)動(dòng)車燃料類型分為汽油﹑柴油、混合動(dòng)力、電、天然氣共5類,單位里程排放根據(jù)國1-國5國標(biāo)準(zhǔn)設(shè)定不同排放量,因昆明地處高原,CO2和大氣污染物排放因子還需根據(jù)國內(nèi)外己有的研究成果(Hao Han,2015; 王慧慧;2016; YeWu,2016)進(jìn)行校正。
表1 2019年昆明市交通領(lǐng)域排放源統(tǒng)計(jì)清單
注:本研究對(duì)網(wǎng)約車、出租車進(jìn)行單獨(dú)分類,不包含在“小型載客汽車”中;大、中型載客汽車不包含公交車。
(2)CO2和大氣污染物排放計(jì)算方法
2.協(xié)同效應(yīng)分析方法
本文采用兩種方法對(duì)交通碳達(dá)峰和大氣污染物減排協(xié)同進(jìn)行分析。
協(xié)同坐標(biāo)分析比較達(dá)峰協(xié)同情景與基準(zhǔn)情景6種大氣污染物減排占比與CO2減排占比(縱坐標(biāo)為CO2,橫坐標(biāo)為大氣污染物),減排量在第一象限內(nèi)的具有協(xié)同效應(yīng);減排占比分析針對(duì)所執(zhí)行減排措施與不執(zhí)行減排措施相比,比較達(dá)峰協(xié)同情景與基準(zhǔn)情景的CO2、污染物排放量,減排量大且占比相當(dāng)?shù)拇胧?,協(xié)同效果好明顯。
02 昆明市交通CO2和大氣污染物排放現(xiàn)狀
根據(jù)LEAP模型計(jì)算結(jié)果,2019年昆明市CO2排放量及排放占比如下圖3、4所示。交通領(lǐng)域全年共排放CO21185.77萬噸,其中公路排放1142.11萬噸,占交通總排放的96.6%;鐵路和航空排放各24.35萬噸、19.31萬噸,因跨市、活動(dòng)量相對(duì)較低原因CO2排放較少。據(jù)《昆明環(huán)境科學(xué)研究院2015年全市碳排放研究》報(bào)告,預(yù)估2019年昆明市全行業(yè)碳排放總量約6600萬噸,交通領(lǐng)域占全行業(yè)排放總量的17.9%。公路CO2排放中小型載客汽車排放最大,排放543.98萬噸占公路總排放的47.6%,其次為重型載貨汽車,排放284.13萬噸占總CO2排放的25%,輕型載貨汽車因保有量大排放132.71萬噸CO2,其他車型因保有量或單位排放因子較小原因排放總量相對(duì)較少。
圖1 交通領(lǐng)域CO2排放量(單位,萬噸)
圖2 公路各車型CO2排放量(單位,萬噸)
2.昆明市公路交通大氣污染物排放現(xiàn)狀
2019年昆明公路交通大氣污染物排放總量16.8萬噸,其中CO排放11.3萬噸,占排放總量的67.1%,排放貢獻(xiàn)最大;其次NOx排放3.94萬噸,占排放總量的23.43%,PM10、PM2.5以及SO2整體排放量較少。由于缺乏6種大氣污染物標(biāo)準(zhǔn)等價(jià)轉(zhuǎn)換值,本報(bào)告只從污染物排放量大小進(jìn)行區(qū)分,未對(duì)各類型大氣污染物危害值大小進(jìn)行研究。
從車型排放量上看,小型載客汽車、重型載貨汽車、輕型載貨汽車和大型客車依次貢獻(xiàn)了最多大氣污染物排放。小型載客汽車因保有量巨大,是CO、HC最主要排放源;重型載貨汽車國標(biāo)更新慢,單位污染物排放多,是NOx、PM10、PM2.5和SO2最主要排放源。其他車型因保有量小、單位污染物排放少原因致使污染物排放較低。
圖3 公路交通大氣污染物排放總量圖
圖4 公路各車型大氣污染物排放占比
03 昆明市CO2和大氣污染物排放量預(yù)測(cè)
1.情景參數(shù)設(shè)置
為研究不同情景各交通工具CO2和大氣污染物減排潛力,本研究參考《云南省綠色低碳發(fā)展規(guī)劃》、《昆明市打贏藍(lán)天保衛(wèi)戰(zhàn)三年行動(dòng)實(shí)施方案》基礎(chǔ)上,以2019年數(shù)據(jù)為基準(zhǔn),對(duì)2020—2035年昆明市CO2和各類型大氣污染物排放進(jìn)行預(yù)測(cè)。根據(jù)車輛活動(dòng)水平、能源利用效率及高原本地化參數(shù)構(gòu)建基準(zhǔn)情景、節(jié)能情景、達(dá)峰協(xié)同情景和理想情景四大情景,探討昆明市CO2及大氣污染物排放關(guān)系。
表2 昆明交通碳排放及大氣污染協(xié)同減排參數(shù)設(shè)置
2.昆明市交通碳達(dá)峰預(yù)測(cè)
各情景CO2排放模擬結(jié)果如圖5所示。基準(zhǔn)情景下2030年出現(xiàn)拐點(diǎn),但沒有下降趨勢(shì),碳排放不能達(dá)到峰值;節(jié)能情景較基準(zhǔn)情景增加減排措施,CO2排放變化趨勢(shì)較基準(zhǔn)情景有所降低,但依然不能達(dá)峰;達(dá)峰協(xié)同情景增加“機(jī)動(dòng)車機(jī)燃料結(jié)構(gòu)調(diào)整”、“提升貨運(yùn)能效”策略,此兩項(xiàng)措施減排效果明顯,CO2排放能夠在2029年達(dá)峰,峰值1347萬噸,較基準(zhǔn)情景減排15.75%,即251.7萬噸。理想情景增加汽車尾氣凈化、燃油低硫清潔策略,CO2排放進(jìn)一步下降,可提前至2025年達(dá)峰,比達(dá)峰協(xié)同情景追加減排4%,較基準(zhǔn)情景減排18.5%。
公路、鐵路、航空CO2預(yù)測(cè)中,公路作為最主要排放源,2029達(dá)峰年碳排放占交通領(lǐng)域95.7%,占排放總量絕大部分,排放占公路領(lǐng)域最多前三種車型分別是小型載客汽車(54.3%)、重型載貨汽車(23.0%)和輕型載貨汽車(10.6%)。鐵路和航空因客流增長原因碳排放持續(xù)增加,因跨區(qū)且能源清潔,排放總量較少,達(dá)峰年鐵路和航空CO2排放各占交通領(lǐng)域的2.0%和2.2%。
圖5 交通能源活動(dòng)碳排放趨勢(shì)
圖6 達(dá)峰協(xié)同情景各交通運(yùn)輸CO2排放趨勢(shì)
圖7達(dá)峰協(xié)同情景公路各車型CO2排放趨勢(shì)
3.昆明市公路大氣污染物排放預(yù)測(cè)
公路大氣污染物減排結(jié)果顯示,基準(zhǔn)情景下大氣污染物排放持續(xù)增長未出現(xiàn)拐點(diǎn),節(jié)能情景、達(dá)峰協(xié)同情景污染物排放從2019年開始持續(xù)下降,2029達(dá)峰年較基準(zhǔn)年分別減排28.5%,32.6%,措施疊加后減排效果十分明顯。各車型大氣污染物排放總量變化中,小型載客汽車、重型載貨汽車和網(wǎng)約車呈先上升再下降趨勢(shì),2025年排放達(dá)到峰值分別為6.05萬噸、4.11萬噸和0.94萬噸;輕型載貨汽車污染物下降趨勢(shì)明顯,其余車型污染物排放從2020年開始緩慢下降。各車型減排污染物貢獻(xiàn)上,重型載貨汽車減排NOx、PM10、PM2.5和SO2污染物最多,原因是貨運(yùn)能效提升且城市物流貨運(yùn)電動(dòng)化,單位污染物排放減少,達(dá)峰年較基準(zhǔn)情景分別減排21.4%,58.8%,58.7%和5.2%;小型載客汽車減排HC、CO污染物最多,通過私家車電動(dòng)化、新能源汽車推廣促使減排潛力良好,達(dá)峰年較基準(zhǔn)情景分別減排32.3%,28.5%。
圖8 昆明公路交通污染物排放趨勢(shì)圖
圖9 昆明公路各車型交通污染物排放趨勢(shì)圖
04 減排協(xié)同效應(yīng)
達(dá)峰協(xié)同情景采用“機(jī)動(dòng)車燃料結(jié)構(gòu)調(diào)整”、“出行結(jié)構(gòu)調(diào)整”、“強(qiáng)制淘汰老舊車”、“提升貨運(yùn)能效”四大措施同時(shí)減排CO2和大氣污染物減,利用協(xié)同坐標(biāo)分析法和減排占比分析法分別測(cè)算不同措施協(xié)同性。
1.協(xié)同效應(yīng)坐標(biāo)分析
協(xié)同效應(yīng)坐標(biāo)分析法利用二維象限坐標(biāo)直觀反映控制措施結(jié)果:CO2和CO、NOx和HC、PM10和PM2.5六種大氣污染物減排對(duì)比,各項(xiàng)控制措施減排結(jié)果均在第一象限,減排措施均具有正向協(xié)同效應(yīng)。單一控制措施情景下,“強(qiáng)制淘汰老舊車”減排污染物最多,除SO2以外,其余五種大氣污染物達(dá)峰年減排均超過70%,同時(shí)減排較多CO2,協(xié)同減排效果最為顯著;“機(jī)動(dòng)車燃料結(jié)構(gòu)調(diào)整”、“貨運(yùn)能效提升”、“出行結(jié)構(gòu)調(diào)整”三項(xiàng)措施減排CO2效果優(yōu)于大氣減排污染物,“機(jī)動(dòng)車燃料結(jié)構(gòu)調(diào)整”措施減排CO2程度大于大氣污染物,“貨運(yùn)能效提升”、“出行結(jié)構(gòu)調(diào)整”減排CO2和大氣污染物占比小于20%,協(xié)同效應(yīng)不明顯。
圖10 CO2與6種大氣污染物減排協(xié)同坐標(biāo)對(duì)比
2.減排占比協(xié)同分析
減排占比分析結(jié)果顯示“機(jī)動(dòng)車燃料結(jié)構(gòu)調(diào)整” 措施減排CO2占比(9.52%)明顯高于大氣污染物,此項(xiàng)措施更有利于溫室氣體減排,且大氣污染物減排較多且均衡,協(xié)同效果明顯;“出行結(jié)構(gòu)調(diào)整”措施CO2和大氣污染物減排量較?。–O2=1.9%,0.04%<污染物<1.94%),且大氣污染物減排不均勻,協(xié)同效果不明顯。“強(qiáng)制淘汰老舊車”措施對(duì)大氣污染物減排明顯高于二氧化碳減排(PM10=43.77%,PM2.5=43.21%,HC=35.5%,CO2=3.43%),此項(xiàng)措施對(duì)大氣污染物減排效果更優(yōu)于CO2;“提高貨運(yùn)能效”措施減排CO2(2.15%)優(yōu)于大氣污染物(0.8%>污染物>0.2%),但總體減排量相對(duì)較小,協(xié)同效果不明顯。
圖11 四大措施CO2和大氣污染物減排占比分析
結(jié)語
基于LEAP建立了交通領(lǐng)域碳達(dá)峰及大氣污染物協(xié)同減排模型,根據(jù)達(dá)峰協(xié)同情景四大措施預(yù)測(cè)結(jié)果:昆明市交通CO2排放2029年達(dá)峰,峰值排放CO21347萬噸;達(dá)峰協(xié)同情景公路大氣污染物從2020年開始持續(xù)下降,達(dá)峰年共排放交通大氣污染物16萬噸。協(xié)同坐標(biāo)分析法表明“強(qiáng)制淘汰老舊車”減排污染物最多同時(shí)減排大量CO2,協(xié)同效應(yīng)最為顯著;減排占比分析法中“機(jī)動(dòng)車燃料結(jié)構(gòu)調(diào)整”措施CO2減排量最大,協(xié)同效應(yīng)明顯。
根據(jù)所預(yù)測(cè)2020年-2035年CO2和大氣污染物排放量、各類型措施減排量及協(xié)同效應(yīng)。昆明市交通領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)碳達(dá)峰和大氣污染物協(xié)同減排貢獻(xiàn)措施依次是:積極調(diào)整車輛燃料結(jié)構(gòu),推廣新能源車使用(a.引導(dǎo)私家車清潔化、電動(dòng)化。b.推進(jìn)城市公交電動(dòng)化、清潔化c.助力出租、網(wǎng)約車電動(dòng)化。d.鼓勵(lì)中小營運(yùn)貨車電力出行,限制三環(huán)內(nèi)大型貨車通行);加大力度淘汰老舊車(摸清昆明市老舊車遺存“家底”制定中長期車輛淘汰專項(xiàng)整治計(jì)劃,);出行結(jié)構(gòu)調(diào)整(大力倡導(dǎo)公交出行、綠色出行)以及貨運(yùn)能效提升(“智慧物流”+“智慧貨運(yùn)”、加快油品質(zhì)量升級(jí))。引導(dǎo)城市交通低碳出行,建立低碳生態(tài)、能源可持續(xù)的城市發(fā)展模式,爭取交通領(lǐng)域2029年排放達(dá)到峰值,早日完成我國在巴黎協(xié)同承諾的CO2排放在2030年左右達(dá)到峰值并爭取盡早實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)。
深城交歷經(jīng)25年,始終以“讓交通與城市更美好”為使命,致力于提供先進(jìn)的城市交通技術(shù)服務(wù),成為全球領(lǐng)先的城市交通整體解決方案提供者。中心多年來深耕于粵港澳大灣區(qū),專業(yè)工作上融合交通規(guī)劃、交通信息模型數(shù)據(jù)分析、城市規(guī)劃、景觀設(shè)計(jì)等多專業(yè)技術(shù)團(tuán)隊(duì),擁有豐富的城市交通規(guī)劃、設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn),構(gòu)建城市交通智慧化整體解決方案,為粵港澳大灣區(qū)發(fā)展添能蓄勢(shì),讓交通更便捷、城市更宜居,全面提升城市交通品質(zhì)。
致謝:能源基金會(huì)為本研究提供資金支持,可持續(xù)發(fā)展合作研究所(ISC)和上海環(huán)球可持續(xù)環(huán)境能源咨詢研究中心提供大量技術(shù)支持,在此表示感謝。
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云南分院
撰寫:邱 凱
審核:蘇鏡榮
審定:唐 翀