城市交通系統低碳發展策略

宋偉男，李振宇，王林陽，高 暢

（交通運輸部科學研究院，北京 100029）

0 引言

為應對全球氣候變化，我國于2020年提出了“2030年前碳達峰、2060年前碳中和”的“雙碳”目標。當前交通運輸是僅次于工業和能源產業的第三大能耗產業。《中共中央國務院關于完整準確全面貫徹新發展理念做好碳達峰碳中和工作的意見》[1]提出“加快推進低碳交通運輸體系建設；積極引導低碳出行”。在我國快速城鎮化的背景下，人口增加和城市規模擴張等因素導致私人小汽車數量激增，城市交通碳排放快速增長，碳排放治理迫在眉睫。“雙碳”目標下，促進城市交通系統低碳化轉型已成為城市交通行業發展的重要使命。

國內外眾多學者圍繞城市交通的碳排放測算和減排治理措施兩個方面開展了研究。目前交通運輸碳排放測算常用方法主要有“自上而下”法和“自下而上”法[2]。“自上而下”法基于交通運輸工具在使用過程中的總能源消耗量計算碳排放量，在國外得到廣泛應用，但用于測算我國交通運輸碳排放量時存在局限性，因為我國在能源統計時將交通運輸、倉儲和郵政行業作為一個整體進行能耗量統計，且非營運車輛能耗未納入統計范圍，因此測算結果不能體現交通運輸總體及細分交通方式的碳排放量。“自下而上”法則是以各類交通運輸工具為主體，基于其活動水平計算碳排放量，能夠測算細分交通方式的碳排放量，頻繁應用于我國交通運輸行業的碳排放測算。截至目前，針對我國城市交通系統碳排放量測算的研究較少，如田佩寧等[3]雖測算了我國交通運輸行業及不同運輸方式的碳排放量和強度，但未將城市交通作為交通運輸的子系統進行獨立測算；單肖年等[4]、王杰等[5]對北京、上海等城市的公共交通的碳排放量進行了測算，但測算范圍局限于國內部分城市的部分交通方式，缺少對私人小汽車和出租汽車等交通方式的碳排放評估。另外，由于涉及的數據較多，數據獲取和處理難度較大，上述研究在計算過程中對不同交通方式的交通工具活動水平（主要指周轉量）的統計未涵蓋所有燃料類型，造成測算結果不夠精確。

城市交通碳減排治理措施研究主要有定性和定量兩種。定性分析方面，Pooja 等[6]從社會、經濟和環境等3 個角度提出了發展公共交通、減少高能耗車輛的使用等實現城市交通低碳發展的對策；趙繼敏[7]對推進超大城市的交通碳減排提出了發展TOD 模式、推進節能減排技術應用、培育低碳出行文化等實施路徑；李麗等[8]提出了交通與土地協同發展、優化出行結構、推動科技創新、推廣低碳理念等北京市交通低碳發展路徑和政策建議。相比定性分析，定量分析能夠有效量化不同減排治理策略的效用，提出更具信服力的交通減排策略。現有研究普遍采用情景分析法，對實施不同減排措施場景下的城市交通碳減排情況進行量化評估，進而針對性提出減碳措施，如Arioli 等[9]設置了基準情景和低碳排放情景，研究加大出行方式轉變、車輛節能技術應用和低碳燃料使用等策略實施力度對亞洲四國實現低碳交通目標的推動作用；Hickmanr 等[10]基于基準情景和“碳中和”情景下4種措施的減排潛力分析，提出了低排放車輛應用、替代燃料技術進步、定價制度優化、公共交通發展等倫敦市交通碳減排策略；周德群等[11]針對南京市城市交通設置了基準情景和碳達峰情景，提出了能源結構低碳化轉型、私人交通工具使用強度降低、機動車排放控制技術發展等減排措施。但上述研究情景設置比較簡單，基于多種情景設置對我國城市交通系統的碳減排組合策略開展效果評估的研究較少。

鑒于此，本研究將系統梳理城市交通領域的碳排放現狀，分析城市交通減碳面臨的關鍵問題，采用“自下而上”的碳排放測算法對城市交通全方式開展碳排放量評估，在此基礎上，設置基準情景、中度脫碳情景和深度脫碳發展情景評估多種減碳措施的減碳潛力，并結合國情實際和“雙碳”目標提出城市交通系統碳減排策略，旨在為城市交通行業深入推進綠色低碳發展提供理論依據。

1 城市交通低碳發展現狀與存在的問題

1.1 發展現狀

1）城市交通已成為交通運輸領域碳排放的重要主體

近年，城市交通已成為交通運輸二氧化碳排放的重要來源之一。田佩寧等[3]研究結果表明，2019 年我國交通運輸業碳排放量占全國總碳排放量的比重為12.42%，其中城市交通（含公共汽電車、城市軌道交通、出租汽車、私人小汽車等）碳排放量占交通運輸業碳排放量的比重達31.25%。當前，實現城市交通的低碳化發展已成為實現我國“雙碳”目標的重要抓手。

2）城市公共交通已達較高低碳發展水平

城市公共交通是目前公認的節能低碳的機動化出行方式，其碳排放量僅為私人小汽車和社會車輛的1/9[3]。當前，我國新能源公交車快速普及，部分城市的軌道交通實現規模化、網絡化發展，總體來看，城市公共交通低碳發展水平較高。根據《中國城市客運發展年報（2022）》[12]，截至2022年底，全國53個城市開通292條軌道交通線路，通車總里程超9 500 km，居世界第一；純電動公交車輛數（含無軌電車）占公交車輛總數的比例達65.5%，新能源公交車輛數（含純電動、混合動力和無軌電車）占公交車輛總數比例達77.4%（見圖1），居世界首位；全國城市公共交通完成客運量546.46 億人次，而其二氧化碳排放量占交通運輸業碳排放總量的比例不足3%[3]。

圖1 2016—2022年不同能源類型公交車占比情況[14]

3）私人小汽車碳排放量最大且存量高、增速快

當前，私人小汽車碳排放量占城市交通碳排放總量的比例最高，2019 年為3.47 億t，占城市交通二氧化碳排放總量的87.88%[3]。近年來，我國私人小汽車保有量持續快速攀升，據國家統計局公布的《2022 年國民經濟和社會發展統計公報》[13]顯示，2022 年全國私人小汽車保有量達1.67 億輛，與2002 年相比增長了近28 倍。然而，2022 年中國千人汽車擁有量（197 輛）與美國、歐盟國家、日本等發達國家交通碳達峰時相比數量較少，未來仍有較大增長空間[14]。據中國國家信息中心預測，中國千人汽車擁有量的峰值為450 輛，意味著中國私人小汽車擁有量還有1.28倍的增長潛力，由此帶來的碳排放增長不容小覷[14]。

1.2 存在的問題

1）城市綠色出行模式尚未全面形成

城市交通出行結構與碳排放強度密切相關。世界上一些典型城市綠色出行比例與碳排放強度的關系如圖2 所示，可以看出，綠色出行比例（公交、自行車和步行的出行比例之和）越高，碳排放強度就越低。目前，我國大城市綠色出行結構基本穩定且綠色出行比例較高。《典型城市綠色出行發展研究報告（2022）》[15]顯示，我國36 個典型城市（省會城市、直轄市和計劃單列市）的高峰時段綠色出行比例均超過70%。但由于財政負擔乏力、公交企業負擔過重、發展創新不足等因素使得目前城市公交普遍存在可持續發展能力不足等問題。另外，占全國城市數量70%以上的中小城市尚未形成穩定的綠色出行發展模式，綠色出行全鏈條的效率和服務質量與個體機動化交通方式相比競爭乏力，加上國家宏觀經濟政策下小城市的私家車保有量正以20%～35%的年均增長率迅猛增加，綠色出行比例極易被高碳的私家車出行擠占。

圖2 綠色出行比例與碳排放強度之間的關系

2）城市交通擁堵頻繁加劇了碳排放增長

我國城市交通擁堵已成為普遍現象。《中國主要城市交通分析報告（2020）》[16]顯示，全國有145個城市通勤高峰時段處于擁堵或緩行狀態。根據《2022 年中國主要城市道路網密度與運行狀態監測報告》[17]，全國36 個主要城市工作日高峰時段車流平均行駛速度為22.6 km/h，總體處于中度擁堵狀態。城市交通擁堵頻繁將導致低速低效行駛增加，大幅增加能源消耗和碳排放。馮海霞等[18]研究發現，當監測路段通勤高峰時段處于嚴重擁堵狀態時，機動車的二氧化碳年排放量為暢通狀態下的7.8倍。

3）小汽車電動化程度仍處于較低水平

當前，我國小汽車電動化比例較低。根據《2022 年國民經濟和社會發展統計公報》[13]，截至2022 年底，全國純電動汽車保有量為1 045 萬輛，僅占汽車總保有量的3.27%。純電動小汽車的便利性短期內還達不到傳統燃油車的水平，低溫環境下車輛續航里程縮減嚴重，城市內充電樁等配套設施尚不完善，部分城市存在純電動汽車配套政策不完善或政策執行力度不夠的情況，市民對新能源小汽車的認可度有待提高，這些都將對小汽車電動化推進速度造成一定影響。

2 城市交通碳排放評估方法

國內目前尚未公布城市交通碳排放的官方統計數據，本文將根據城市交通系統的數據特點明確碳排放測算方法，以評估城市交通各運輸方式及總的碳排放量。碳排放量測算的關鍵在于明確測算邊界、測算方法和數據來源。

2.1 測算邊界

本文城市交通指市區客運交通，交通方式包括公共汽電車、城市軌道交通、巡游出租汽車、小汽車、非機動車、摩托車等。測算邊界設定如下。

1）因交通運輸中的碳排放主要來源于運輸過程中交通運輸工具燃料燃燒產生的二氧化碳排放[19]，故本文僅對城市交通不同運輸方式運行階段的二氧化碳排放進行測算，不包含其他溫室氣體和建設等生命周期排放。

2）由于非機動車的碳排放水平較低、摩托車保有量較少，二者對城市交通碳排放水平影響不大，故本研究不考慮非機動車、摩托車等的碳排放。

2.2 測算方法

城市交通領域碳排放測算方法主要有基于能源消耗的測算方法和基于活動水平的測算方法。由于城市交通各運輸方式的能源消耗量數據難以獲取，因此本文采用基于運輸周轉量、車輛行駛里程、客運量等活動水平的測算方法。

基于運輸周轉量的碳排放測算公式為：

式（1）中：E為城市交通領域二氧化碳排放總量；Ti,j為城市交通領域j類子領域使用第i種燃料運輸裝備的周轉量；Fi,j為城市交通領域j類子領域單位周轉量第i種燃料的消耗量；Ci為第i種燃料的碳排放因子。

考慮到部分交通方式的運輸周轉量數據難以獲取，可以采用基于車輛行駛里程或基于客運量的計算方法進行碳排放量測算。

基于車輛行駛里程的碳排放測算公式為：

式（2）中：Ni,j為第i種燃料類型的j類車輛的保有量；Mi,j為第i種燃料類型的j類車輛年均行駛里程；Vi,j為第i種燃料類型的j類車輛百公里燃料消耗量；E和Ci含義同前。

基于客運量的碳排放測算公式為：

式（3）中：Pi,j為第i種燃料類型的j類車輛的客運量；Di,j為第i種燃料類型的j類車輛單次平均行駛里程；E,Fi,j,Ci含義同前。

本文根據城市交通不同交通方式的數據可獲取程度，分別選取式（3）測算城市公共汽電車、巡游出租汽車碳排放量，式（1）測算城市軌道交通碳排放量，式（2）測算私人小汽車碳排放量。

2.3 數據來源

本文以2020年為基準年，測算城市交通不同運輸方式的碳排放水平。根據《中國城市客運發展報告（2020）》[20]，獲取城市公共汽電車、巡游出租汽車的客運量，城市軌道交通周轉量，以及不同燃料類型的車輛數。同時，選取36個典型城市開展城市交通數據調查，獲取城市公共汽電車和巡游出租汽車平均運距，以及不同燃料類型的車輛單位行駛里程燃料消耗量。根據國家統計局數據，2020 年全國民用汽車保有量2.81 億輛，其中私人小汽車保有量1.47 億輛[21]，另根據新能源汽車國家監管平臺數據，私人小汽車年均行駛里程8 806 km[22]，據此可折算出私人小汽車年行駛總里程。

依據《IPCC 2006 年國家溫室氣體清單指南》（2019 修訂版）[23]，以及中國工程院、國家發展改革委能源研究所等研究機構相關研究成果[24]，確定汽油、柴油、液化石油氣、天然氣、煤炭、煤油、燃料油、電力的碳排放系數分別為2.03 tCO2/tce,2.17 tCO2/tce,2.15 tCO2/tce,1.64 tCO2/tce,2.77 tCO2/tce,2.10 tCO2/tce,2.27 tCO2/tce,0。

3 城市交通碳排放減碳潛力評估

基于城市交通碳排放量的測算，本文利用情景分析法分析不同政策情景下未來城市交通的碳減排變化趨勢，進而評估相應的碳減排潛力，探討城市交通低碳發展策略。

3.1 情景設定

城市交通的二氧化碳排放量與各交通方式的總活動水平、交通方式占比、能耗強度等因素密切相關[23]。城市交通主要減排措施可歸結為出行結構優化、替代燃料技術發展、交通工具能效提升、新興技術及行為模式等4 個方面，其中替代燃料技術發展包括車輛電動化、電力結構清潔化和燃料電池技術發展；交通工具能效提升指單位燃料消耗量降低；新興技術及行為模式主要指智能交通技術和共享出行[19,25]。

基于此，本文綜合考慮國家“十四五”規劃和2035 年遠景目標綱要[26]、交通運輸行業“雙碳”目標等，設定基準情景、中度脫碳情景和深度脫碳情景三種情景，選取對城市交通二氧化碳排放量影響較大的措施進行減碳潛力量化評估，包括優化交通出行結構、加大新能源車推廣力度、提升車輛燃油經濟性、推廣智能交通技術等[25]。三種情景設置如表1所示。

表1 情景設置與描述

3.2 主要評估結果

三種不同情景下城市交通碳減排的效果顯示，與基準情景相比，中度脫碳情景下的城市交通減碳效果顯著。2030 年，各項節能減排措施按減碳貢獻從大到小順序依次為加大新能源車輛推廣力度、提升車輛燃油經濟性、優化交通出行結

構、推廣智能交通技術和實施城市交通其他減排措施，對應的碳減排量分別為2 063.5 萬t、1 758.9 萬t、1 286.6 萬t、795.6 萬t 和310.8 萬t。2050 年，提升車輛燃油經濟性措施的減碳貢獻最大（碳減排量達5 365.6 萬t），其他措施按減碳貢獻從大到小順序依次為加大新能源車輛推廣力度、推廣智能交通技術、優化交通出行結構、城市交通其他減排措施，碳減排量分別為4 134.4 萬t、3 754.4 萬t、1 200.8 萬t和744.8 萬t，如圖3所示。

圖3 中度脫碳情景下的城市交通的碳減排量

深度脫碳情景下，城市交通的減碳效果更為顯著，減碳量較中度脫碳情景增加近1 倍。2030年，各項節能減排措施按減碳貢獻從大到小順序依次為加大新能源車輛推廣力度、提升車輛燃油經濟性、優化交通出行結構、推廣智能交通技術、城市交通其他減排措施，碳減排量依次為3 963.1 萬t、3 378.2 萬t、2 470.9 萬t、1 527.9 萬t和596.8 萬t。2050 年，提升車輛燃油經濟性措施的減碳貢獻最大（碳減排量達9 488.6萬t），其他措施按減碳貢獻從大到小順序依次為加大新能源車輛推廣力度、推廣智能交通技術、優化交通出行結構、城市交通其他減排措施，碳減排量分別為7 311.4萬t、6 639.4萬t、2 123.5萬t和1 317.1萬t，如圖4所示。

圖4 深度脫碳情景下的城市交通的碳減排量

通過對比中度脫碳和深度脫碳兩個情景的減排效果，發現加大新能源車輛推廣力度和提升車輛燃油經濟性可在很大程度上促進城市交通碳減排，其中加大新能源車輛推廣力度是見效最快的減碳措施，而長期看提升車輛燃油經濟性的減碳效果最顯著。因此，城市交通碳減排的首要措施是大力推廣新能源車和提升車輛燃油經濟性。相比而言，優化交通出行結構的減碳效果于2030—2048 年間較為明顯，是見效慢、減碳周期較長的措施；因城市交通出行結構優化主要體現在城市綠色出行比例上，隨著綠色出行發展水平的提升，優化交通出行結構的減碳效果將有所減弱；推廣智能交通技術在2030—2050年的碳減排貢獻較2030年以前更為顯著，長遠來看，提升智能交通技術水平在城市交通碳減排措施中前景較好。此外，在城市交通其他措施中加強減少小汽車出行宣傳、推動小汽車共享合乘等從城市交通需求側驅動減碳的措施也是不可或缺的。

4 城市交通低碳發展策略

當前，我國城市交通發展現狀與交通強國建設目標相比還有一定的差距，完善便捷順暢的城市（群）交通網將誘使私人小汽車出行量增加，導致碳排放隨之增加，未來一段時間內城市交通量與經濟發展、碳排放還無法脫鉤，通過控制城市交通發展水平來減少碳排放的途徑不可行。因此，在加快推進交通強國建設、為公眾提供更加便捷和高效的運輸服務的基礎上，應圍繞運輸裝備、運輸結構、智能化水平等方面采取措施，促進城市交通實現高效率、低碳化的高質量發展格局，最終實現碳達峰碳中和目標。基于前文分析結果，按照“控制增量、減少存量”的原則，現提出以下城市交通低碳發展策略。

1）強化能源轉型，深入推廣低碳交通運輸裝備

為加大新能源車輛推廣力度，可按照“先公共、后私人，先短途、后長途，先局部，后全國”的思路，加快實施新能源全面替代。近年來，在國家和地方政策的雙重扶持下，電動汽車產業已從導入期向成長期過渡[27]。純電動汽車的大規模應用過程中也暴露出一些問題，如電池壽命短、續航時間較短、成本高，還存在穩定性和安全性不足問題，難以滿足大功率、長距離以及低溫地區的運輸需求。發達國家將氫能作為未來重要能源，推動氫燃料電池汽車應用的思路值得借鑒[26]。短期內，純電動汽車技術仍是地面公交、出租汽車、網約車等領域的推廣重點；中遠期看，氫能源汽車技術將發揮無污染、高效能、長續航等優勢，是未來的重點推廣方向。應進一步加快車輛的電動化進程，同時完善城市充換電站、加氫站等配套設施建設，在公交場站試點示范交通自洽能源系統建設。在私人小汽車等社會車輛領域，繼續加大純電動等新能源車的推廣力度，并在城市交通近零碳排放控制區內探索實施更為嚴格的限購限行政策，促進社會車輛的能源動力結構改善。

2）聚焦節能應用，全面提升運輸裝備能效水平

為提升車輛燃油經濟性，需聚焦節能關鍵技術研發應用和節能駕駛推廣，全面提升運輸裝備能效水平。①推動城市交通節能關鍵技術研發和應用：通過推動公交動力系統節能、驅動系統效率提升、車身輕量化等整車節能技術進步與應用，提升地面公交車輛能效；從地鐵車輛牽引制動系統升級、車體輕量化設計、再生制動能利用、列車運輸組織模式優化等方面促進地鐵車輛的能耗降低；在現有乘用車燃油經濟性標準的基礎上，逐步提高汽車節能效果的準入門檻，實施更嚴格的乘用車燃料經濟性標準，從而推動私人小汽車的能效提升。②推廣節能駕駛：將節能駕駛作為獨立模塊納入地面公交、城市軌道、出租汽車駕駛員培訓和考試內容；加快公交場站內作業裝備的節能操作應用。加大小汽車節能駕駛宣傳力度，助力城市交通節能降耗。

3）發展綠色出行，持續優化城市交通出行結構

圍繞交通出行結構優化，需從城市發展規劃和綠色出行服務兩個層面入手。①加強國土空間和城市公共交通統籌規劃，推動建立功能復合、立體開發、公交導向的集約緊湊型城市發展模式。通過城市功能布局優化和土地利用調整，強調緊湊化或公交走廊化城市設計，人口居住和就業沿公交走廊兩側集聚，構建最佳“居住地+公交走廊+就業地”出行組合，為打造便捷、高效、低碳的城市綠色出行體系奠定基礎。②提升城市綠色出行效率和服務水平，增強綠色出行吸引力。促進城市軌道、地面公交和慢行交通三網融合，強化公共交通出行的銜接組織，提高城市公共交通的滿載率和服務水平。加強城市群地區公共交通服務系統建設，構建經濟、便捷、舒適的城市群一體化公共交通服務體系，以適應當前城市居民節假日赴周邊城市旅游的出行需求；推動巡游出租汽車和網約車的融合發展，降低巡游出租汽車和網約車的空駛率；開展城市綠色出行碳普惠，提升市民參與綠色出行的積極性和主動性，從而降低私家車出行頻次。

4）加強科技創新，著力提升智能交通發展水平

針對智能交通技術推廣，應充分利用自動駕駛、智慧出行、共享出行等技術，重構未來客運出行場景，創造性提升城市交通系統效率。未來交通應是在出行預約的前提下實現人、車、路協同發展，建立暢行的交通系統，避免產生交通擁堵，實現系統運行效率最優。應推動“互聯網+”便捷城市交通發展，構建以綠色出行為主體涵蓋多種交通方式的城市交通出行服務平臺，為用戶提供多模式全鏈出行的規劃、預約、查詢、支付、評價等一體化智慧出行服務，滿足個性化高品質出行需求。隨著小汽車自動駕駛技術的進步和應用，應逐步建立與自動駕駛技術相匹配的城市交通規劃建設與運營管理框架體系，提前部署新型交通基礎設施。加快構建“城市交通大腦”，推動建設城市交通超級計算平臺，實現千萬級交通出行的組織優化和效率提升，以減少碳排放。

5 結束語

本文利用情景分析法，基于城市交通系統碳排放評估測算，分析了新能源車輛推廣、交通出行結構優化、車輛燃油經濟性提升、智能交通技術推廣等措施對城市交通碳減排的貢獻程度，最后提出了我國城市交通低碳發展策略。

城市交通具有難監測、邊界范圍難確定等特點，由于缺少穩定可靠的統計數據等原因，本研究對城市交通減碳措施的潛力分析偏于籠統，關于“雙碳”目標下城市交通碳減排治理決策模型的建立，以及研究提出區分城市類型的城市交通碳減排策略將是下一步研究的重點和方向。