湖北交通運輸能源消費和碳減排潛力分析

周紅玉

[提要] 隨著我國工業化和城鎮化不斷推進，交通運輸部門的能源需求持續增長，成為我國區域溫室氣體的主要排放源。本文通過構建湖北省交通運輸LEAP模型，分別設置基準情景和節能情景，模擬湖北省交通運輸部門在2015～2035年能源消費和碳排放情況。結果顯示：與基準情景相比，節能情景下能源消費量和碳排放量均有所降低，但還是呈現上升趨勢。到2035年，節能情景下能源需求總量將達到1，052.5百萬吉焦，碳排放達到128.5百萬噸二氧化碳當量，較基準情景分別下降16.74%、38.23%。因此，湖北省要不斷提升交通工具的清潔化與能效水平，從政策推動、交通結構、技術水平等方面推動形成湖北省低碳高效的綜合運輸體系。

關鍵詞：能源需求;碳排放;交通運輸;LEAP模型;情景分析

項目支撐：能源革命推動中部地區崛起（編號：2018-ZD-06）;通訊作者：龍妍

中圖分類號：F512 文獻標識碼：A

收錄日期：2020年5月6日

一、引言

湖北省是我國“中部崛起”戰略的重要省份之一。自“中部崛起”戰略實施以來，湖北省經濟社會發展速度不斷加快，核心競爭力不斷提升。但是，能源需求與資源不足之間的矛盾、“高碳”特征明顯、產業結構的不合理等一系列問題阻礙著湖北省的進一步發展。隨著我國在“中美峰會”上提出2030年二氧化碳達峰、湖北省成為我國首批低碳試點省份之一，以及武漢市加入“C40城市氣候領袖群”，湖北省關于如何在保持經濟增長的情況下同時削減碳排放的需求將越來越迫切。因此，推動低碳循環發展，建設清潔低碳、安全高效的現代能源體系，實施近零碳排放區的示范工程，建立健全碳排放權的分配制度，實現經濟的低碳發展是湖北省重要發展方向。

交通運輸業作為國民經濟的重要部門之一，也是溫室氣體和大氣污染排放的重要來源之一。近年來，交通運輸部門的能源消費在不斷增加。湖北省作為中國經濟板塊中心的交匯點，是東西互動、南北對接的必經之地。截至2018年底，湖北省綜合交通網總里程達29.55萬公里，其中全省公路總里程27.5萬公里，全省水路航道總里程8，667公里。2018年，湖北省公路水路客運量、貨運量分別達10.12億人、20.69億噸，旅客周轉量、貨物周轉量分別突破1，573.77億人公里、6，951.99億噸公里，有力地支撐了湖北省的經濟社會發展。

LEAP模型是瑞典德哥爾摩研究所開發的一款基于情景分析的能源-經濟-環境的綜合建模平臺，目前也已經有多位學者應用LEAP模型對國家和區域的交通運輸部門的能源消費和碳排放進行預測研究。Hong S.等人考慮了提高燃油效率、推進綠色汽車、提高公共交通等政策對韓國交通部門進行情景分析，并得出了更加強有力和有效的政策才能實現國家交通部門減少溫室氣體排放的目標。Pedro L.Castro Verdezoto等人綜合考慮厄瓜多爾的最新政治和基礎設施計劃，對厄瓜多爾的交通運輸部門進行預測分析，表明交通運輸部門的能源效率政策將減少石油產品消費量。同時，也有很多國內學者采用LEAP模型針對中國交通運輸部門的能源消費和碳排放進行研究，LeiLiu和KeWang等人應用LEAP模型估算中國2010年到2050年交通運輸行業的二氧化碳和空氣污染物的排放情況，表明積極采取政策措施可以減少交通部門二氧化碳和污染物的排放;黃瑩、郭洪旭等人應用LEAP模型，通過設置不同的情景模擬廣州市交通領域未來的能源消費需求和碳排放，分析城市低碳發展的方向與路徑。

二、LEAP湖北交通運輸模型

LEAP（Long Range Energy Alternatives Planning System）模型全名為長期能源可替代規劃系統模型，這個模型是由瑞典斯德哥爾摩環境研究所和美國波士頓 Tellus 研究所聯合開發的一個能源-環境-經濟情景分析模型。主要有五個模塊：能源需求模塊、能源轉化模塊、生物資源模塊、環境影響評價模塊、費用分析模塊。本文主要運用能源需求模塊，以湖北省交通運輸為研究對象，按照客運、貨運和城市客運進行部門劃分，建立基于 LEAP 模型的湖北省交通運輸能源與環境模型，研究范圍涵蓋整體交通運輸體系。同時，從社會發展、政府規劃、技術創新等多方面來研究對未來湖北省交通運輸能源需求和環境排放的影響。

（一）部門層次劃分。按照湖北省交通運輸方式特征的不同，可將交通運輸能源消費行為劃分為三個部分：城際客運、城際貨運與城市內客運，其中城市內客運主要指城市內部公共運輸，主要有道路交通和地鐵等方式。從能源角度考慮終端利用層次，便于比較不同技術的能源強度及排放強度，從而從節能環保的角度進行技術選擇。

（二）模型參數設置。本研究應用 LEAP 模型的終端能源需求模塊，根據各部門的活動水平和各種活動所對應的能源強度、能源消費品種和環境排放因子，進行能源需求量和環境排放量計算。

1、活動水平。對于交通運輸能源消費模型的活動水平選擇為交通周轉量，交通周轉量是在一定時期內，由各種運輸工具運送的貨物（旅客）數量與其相應運輸距離的乘積之總和。

2、能源強度。能源強度則是指完成單位客運、貨運交通運輸周轉量所消耗的能源量，可以較好地說明終端利用層次中各種能源技術的能源需求水平。

3、排放因子。LEAP 擁有內置的技術和環境數據庫（TED），該數據庫包括使用各種能源利用技術和設備消耗各種能源形式所產生的大氣污染、水污染以及對人體危害排放的各種數據。本研究中所有的環境排放因子均取自 LEAP 模型 TED中的 IPCC 默認排放因子。

（三）交通周轉量分析與預測。根據湖北省統計部門的統計對象及范圍，本研究所涉及的客運周轉量和貨運周轉量歷史數據來自《湖北省統計年鑒》。城市客運方面，由于湖北省統計部門未對城市客運部門的交通周轉量進行統計，本研究采取調研、資料查閱和專家咨詢等方式，進行相關數據搜集，對交通周轉量收集基準期的數據，擬合曲線得出預測期的發展趨勢和參考數據。其中，水運在客運周轉量上的占比較少，假設在基準情景中水運旅客周轉量不變。在《湖北統計年鑒》中，公路運輸統計口徑在2014年發生變化，數據在前后不可比較，故公路部分不做擬合曲線，僅根據2014年到2016年的數據進行分析，設定其年均增長率為1%。結合已有的2016年的數據，設置鐵路、公路和水運貨物周轉量每2%的速率增長。鐵路和航空周轉率根據歷史數據進行擬合，擬合公式分別為：y=51.501x-102927，y=6.1486x-12263。

對于城市客運部門的交通周轉量，采用公式：公共交通周轉量=城市居民人口數×日出行次數×每次出行平均距離×年平均出行天數。個體交通周轉量=車輛保有量×年平均行駛距離×車輛平均載客量。

根據需要，本研究選取2020年、2025年、2035年作為時間節點，具體參數見表1。（表1）

三、湖北省交通運輸能源情景分析

（一）情景結構。交通運輸部門的能源需求和碳排放潛力受到多種因素的影響，但是由于數據采集的限制，本研究僅設置基準情景、節能情景兩個情景，以基準情景為參照，節能情景分別從政策引導、交通結構優化和技術創新等層面上綜合考慮湖北省交通運輸部門的能源需求和碳排放潛力。

（二）情景設置

1、基準情景。依據歷史發展趨勢，假設在基準情景下，湖北省交通部門沒有采取任何措施來減少能源消耗量和污染物排放量，交通運輸結構及能源消費模式沒有發生轉變。基準情景采用2005～2015年的數據，采用趨勢外推線性擬合的方法對數據進行合理外推，不考慮新政策對未來的影響，即只考慮過去政策對湖北省交通運輸能源消費和碳排放影響。

2、節能情景。從政策引導角度，假設國家及湖北省政府部門制定的各項節能減排政策能夠順利執行。

從運輸結構調整的角度，對于公共交通部門，大力發展公共交通，逐步降低出租車的使用，倡導以公交車、地鐵為主的交通運輸模式;同時推進新能源車在交通運輸工具中的應用。

從技術發展的角度，假設隨著社會的發展和技術的創新，到 2035年我國交通運輸部門的能源利用率達到國外先進水平，公路部門和水路部門的油耗相比2015年分別下降30%和20%，航空部門的年平均能耗下降率達到3%，個體交通工具的年平均能耗下降率達到 1%。考慮到鐵路部門、公共交通的服務需求量不斷增加，為滿足人們對車輛快速、舒適的要求，假設其油耗基本維持不變。

（三）計算結果與分析。為便于研究，本文選取2015年、2016年、2020年、2025年、2030年和2035年為時間節點，從交通運輸能源需求和碳排放這兩個方面對基準情景和節能情景進行對比分析。

1、交通運輸能源需求

（1）交通運輸部門能源需求總量。根據LEAP模型的計算結果，由于社會經濟的發展，兩個情景下的能源需求量均呈現上升趨勢。到2025年，基準情景下的能源需求總量將達到886.2百萬吉焦，節能情景下的能源需求總量將達到804.9百萬吉焦，較基準情景下降9.17%。到2035年，基準情景下的能源需求總量將達到1，265.3百萬吉焦，節能情景下的能源需求總量將達到1，052.5百萬吉焦，較基準情景下降16.74%。兩個情景的能源需求量如表2所示。（表2）

（2）分部門能源需求。城間客運部門、貨運部門和城市客運部門在不同情景下的能源需求量如圖1、圖2、圖3所示。2035年，城間客運部門、貨運部門和城市客運部門這三個部門在節能情景下，相較于基準情景分別下降了23.64%、23.15%、25.86%。由于貨運部門承擔著60%以上的交通周轉量，且終端設備的能源強度相對較高，以至于貨運部門的能源需求增長量最大，所以建議湖北省可以在貨運這一領域加大節能力度，以達到相應的節能效果。（圖1、圖2、圖3）

2、碳排放量。根據模型的模擬結果，如圖4所示，湖北省交通運輸部門2035年由能源消費產生的碳排放較2015年增長了73.03%，為了實現低碳發展，湖北省采用強有力的政策措施，同時大力推進新能源汽車的使用，加大技術的創新力度，在節能情景下，湖北上交通運輸部門2035年的碳排放較2015年增長了34.8%，與基準情景相比下降了38.23%，總量減至128.5百萬噸二氧化碳當量。（圖4）

四、結論

隨著城鎮化進程的加快和生產生活需求對運輸要求的增加，交通運輸部門的能源需求和碳排放也越來越成為政府關注的重點。本文應用LEAP模型對湖北省的交通運輸部門進行情景分析，模擬在基準情景和節能情景下湖北省的能源消費需求和碳排放趨勢，為城市交通領域的低碳發展提供借鑒。

（一）隨著社會經濟的發展，湖北省2015～2035年的交通運輸能源需求和碳排放總量的增加是短期內無法改變的趨勢，基準情景、節能情景都不同程度地呈現出湖北省能源總量向上的一個趨勢。

（二）在節能情景下的能源需求量以及環境排放量，較基準情景都大幅下降，但該情景對政府政策執行、交通結構優化和技術創新等層面上都提出較高的要求。與基準情景相比，節能情景下的能源消費量和碳排放量均有所降低，但還是呈現上升趨勢，到2035年，節能情景下的能源需求總量將達到1，052.5百萬吉焦，碳排放達到128.5百萬噸二氧化碳當量，較基準情景分別下降16.74%、38.23%。

（三）湖北省貨運部門承擔著60%以上的交通周轉量，且終端設備的能源強度相對較高，以至于貨運部門的能源需求增長量最大，所以建議湖北省可以在貨運加大節能減排力度，推動形成湖北省低碳高效的綜合運輸體系。

主要參考文獻：

[1]馬鑫.中部崛起戰略背景下湖北資源綜合利用研究[D].湖北工業大學，2014.

[2]龍妍，豐文先，王興輝.基于LEAP模型的湖北省能源消耗及碳排放分析[J].電力科學與工程，2016（5）.

[3]潘鵬飛，王平，李偉，宋冠良，徐廣印.基于LEAP的河南省交通運輸節能減排潛力分析[J].河南農業大學學報，2014.48（3）.

[4]謝瓊芳.城市交通系統應對氣候變化協同效應評價研究[D].華中科技大學，2014.

[5]Hong，S.，Chung，Y.，Kim，J.& Chun，D.Analysis on the level of contribution to the national greenhouse gas reduction target in Korean transportation sector using LEAP model[J].Renewable and Sustainable Energy Reviews，2016.60.

[6]Castro Verdezoto，P.L.，Vidoza，J.A.，& Gallo，W.L.R..Analysis and projection of energy consumption in Ecuador：Energy efficiency policies in the transportation sector[J].Energy Policy，2019.134.

[7]Liu，L.，Wang，K.，Wang，S.，Zhang，R.，& Tang，X..Assessing energy consumption，CO2 and pollutant emissions and health benefits from China's transport sector through 2050[J].Energy Policy，2018.116.

[8]黃瑩，郭洪旭，廖翠萍，趙黛青.基于LEAP模型的城市交通低碳發展路徑研究——以廣州市為例[J].氣候變化研究進展，2019.10.8.