江蘇省交通運輸碳減排技術現狀及發展建議

蔣 偉,汪其超

(華設設計集團,江蘇 南京 210042)

0 引言

交通運輸碳減排技術是以高能效、低排放、高服務水平為基本特征的交通運輸領域先進科技[1]。黨的二十大報告將“推動綠色發展,促進人與自然和諧共生”作為建設社會主義現代化強國的重要任務,指出要推動形成綠色低碳的生產方式和生活方式。隨著客貨運輸、公路、港口航道、城市交通、智慧交通等多領域的科技創新不斷深入,用能結構、降低碳排放、提高能源效率的發展目標逐步實現,同時也出現了碳減排技術與標準化進程不協調、政策與資金保障不充分、關鍵技術研發力度不足等現實問題。本文旨在總結分析近年來交通運輸領域先進碳減排技術成果,結合江蘇省交通運輸綠色低碳發展經驗,從科技角度探索交通運輸綠色低碳發展思路。

1 碳減排發展政策及實踐

1.1 碳減排技術法規政策

為進一步高質量推動“碳達峰、碳中和”目標實施,促進交通運輸行業可持續發展,中共中央、國務院及各級交通運輸主管部門出臺了一系列法規政策[2],為交通運輸節能低碳技術的發展指明了方向。2018年以來節能低碳技術發展相關文件如表1所示。

表1 2018年以來節能低碳技術相關法規政策文件

綜合以上法規政策要求,大力發展交通運輸行業節能低碳技術,加大節能低碳技術推廣力度,既是國家、地方“雙碳”工作的要求,也是交通運輸行業的重點工作方向。

1.2 江蘇省交通運輸碳減排技術發展經驗

近年來,江蘇省各級交通運輸部門持續推進節能減排、生態環保、污染防治等工作。2022年,江蘇省交通運輸廳在全省開展綠色交通項目創建工作,完成綠色交通主題性、區域性和港口粉塵在線監測系統建設項目23個,帶動社會節能減排投資8.5億元,實現年節能3.2萬噸標煤、替代燃料7 272噸標油。

與此同時,江蘇省交通運輸廳編制發布了《江蘇省交通運輸節能減排技術目錄(2022年度)》(以下簡稱《目錄》),《目錄》涵蓋了客貨運輸、公路、港口航道、城市交通、智慧交通五大領域共29項節能減排技術,涉及交通運輸行業50余個企事業單位。《目錄》的發布,為江蘇省交通運輸企業采用先進適用的節能低碳新技術、推動交通運輸碳達峰進程提供了有力支撐。

2 交通運輸碳減排技術發展現狀

根據能效提升方式可以將碳減排技術分為主動式技術和被動式技術。主動式碳減排技術主要是通過改善交通運輸能耗結構實現碳減排,被動式碳減排技術主要是通過節約資源、提升工藝技術、優化管理從而實現碳減排。本文以江蘇省交通碳減排技術為基礎,基于主動式和被動式碳排放分析,從交通能源融合、交通資源節約、新工藝技術應用、智能交通應用與交通運輸管理等方面提出具體碳減排措施及成效。

2.1 交通能源融合

隨著交通能源融合新技術、新方法不斷涌現,交通運輸能源利用效率也不斷提升。船舶岸電系統、純電動重型卡車應用技術、ERTG鋰電池轉場系統等方法可以降低傳統化石能源消耗,直接減少二氧化碳排放,而分布式光伏發電技術可有效節省電能,間接降低二氧化碳排放。

2.1.1 船舶岸電技術

船舶港口停靠作業期間,需要由船載柴油機提供動力,并排放大量廢氣。通過利用船舶岸電技術,由陸地電源代替船載柴油機對靠港船舶進行供電,不僅大幅減少港口污染廢氣的排放量,還可以降低用電成本,提高供電效率,是節能降碳的有效手段。

2.1.2 分布式光伏發電技術

光伏發電是利用半導體界面的光生伏特效應,將光能直接轉變為電能的一種技術,運行方式以用戶端自發自用、多余電量上網,且以配電系統平衡調節為特征的光伏發電設施。分布式光伏發電遵循因地制宜、清潔高效、分散布局、就近利用的原則,充分利用當地太陽能資源,減少施工階段的化石能源消耗,降低直接二氧化碳排放,解決了電力在升壓及長途運輸中的損耗問題,具備安全可靠、經濟環保、靈活智能及運維成本低等優點。

2.1.3 純電動重型卡車應用技術

純電動重型卡車應用技術是基于動力電池提供能源,直接在充換電站更換動力電池進行電能補給,包含對電池的集中充電和儲存、電池更換及換電服務等環節,通過路端、車端、站端融合應用實現集卡運輸零排放。技術解決了傳統燃油重型卡車運行過程中帶來的燃料消耗和排放問題,實現碳的零排放,促進貨物運輸綠色化、節能化。

2.1.4 ERTG鋰電池轉場系統

大功率柴油發動機功率高,每次轉場平均消耗柴油量大,且轉場耗時長,故障率高,排放大量污染物,并產生噪聲污染。通過使用磷酸鐵鋰電池組替換原有大功率柴油發動機,每次轉場約耗電5 kW·h,可實現RTG無縫轉場,轉場效率提升50%以上,轉場過程實現污染物零排放,節能低碳效果顯著。

2.2 交通資源節約

公路工程施工過程中,材料的使用產生的碳排放是重要組成部分。通過廢舊瀝青混合料再生技術和裝配式技術的利用,可以大大減少交通資源的浪費,提升材料循環利用效率,具有較好的節能降碳效果[3]。

2.2.1 廢舊瀝青混合料再生技術

廢舊瀝青混合料再生利用技術是將廢舊瀝青路面材料(RAP)在瀝青拌和廠(站)破碎、篩分,通過添加高性能再生劑、抗剝落劑等材料進行再生,生成的混合料滿足施工要求。通過路面再生,不僅可以使其重新滿足路用性能要求、節約大量材料資源和資金、降低工程造價,也可避免廢棄材料對環境的污染,實現行業循環經濟,促進生態環境保護,是進一步深化低碳交通的具體實踐,社會效益和經濟效益十分顯著。

2.2.2 裝配式技術

裝配式技術是以預制構件為主要受力構件經裝配、連接形成混凝土結構的先進技術。與現澆施工工法相比,裝配式技術工法可以連續地按順序完成工程的多個或全部工序,從而減少進場的工程機械種類和數量,消除工序銜接的停閑時間,實現立體交叉作業,從而降低物料消耗、降低碳排放,較大程度減少建筑垃圾,有利于提高生產效率,提升工程質量。

2.3 新工藝技術應用

通過應用溫拌瀝青技術、超低能耗建筑技術等新工藝、新技術,能夠有效提升能源利用效率,實現主動式碳減排。

2.3.1 溫拌瀝青技術

溫拌瀝青技術[4]是一種使用特殊添加劑或制備工藝,通過降低瀝青混合料的施工拌和與壓實溫度,從而實現節能降碳的綠色瀝青鋪裝技術。傳統施工過程中,將瀝青和混合料加熱至150 ℃以上進行拌和制成,此過程不僅需要消耗大量化石能源進行加熱,同時熱拌瀝青混合料也會產生氮氧化物和其他有害物質,對自然環境產生較大影響。與傳統熱拌技術相比,溫拌瀝青技術保證路用性能的同時可以顯著降低拌合溫度以及鋪設溫度,進而可以有效減少化石燃料消耗造成的二氧化碳和有毒氣體排放。

2.3.2 超低能耗建筑技術

超低能耗建筑技術可以在航站樓、地鐵站房、交通樞紐站房中利用,通過光伏建筑一體化設計和太陽能、地源熱泵等可再生能源的利用,最大程度提高建筑物內能源設備的節能效率,在不犧牲建筑物使用舒適性的前提下,以最小的能耗實現建筑物的正常功能使用,節能降碳意義重大。

2.4 智能交通應用

基于多種先進的智能化創新技術,提升交通運輸智慧管理水平,構建綠色低碳、智慧高效的智能化運營管理系統。

2.4.1 智能養護巡查技術

基于機器視覺技術,以人工智能賦能已有公路路側固定視頻、車載視頻等設備資源,改變傳統公路“人盯屏幕”“車載人走”巡查方式,突破復雜公路環境下交通要素檢測識別關鍵技術難題,為路網管理、公路養護、路政管理提供低成本、多視角、全過程感知手段。通過建立智能化、數字化、協同化公路巡查新模式,推動公路養護從傳統的低效高耗向高效低耗轉變,提升公路交通事件檢測效率50%以上,有效降低一線養護人員勞動強度。

2.4.2 智能化匝道控制

通過基于多目標的路網流量再分配等先進技術,自適應控制匝道通行或關閉,實現交通量動態平衡,快速甄別交通異常事件、突發事件應急管控。智能化匝道控制系統實現動態感知并深度挖掘雷達、監控、互聯網地圖等獲得的交通流量數據,切實解決了城市快速道路路網擁堵問題。通過提高路網通行效率,節約通勤時間,有效降低碳排放,同時促進管理手段的數字化轉型。

2.5 交通運輸管理

通過強化交通運輸建設標準和監測管理手段,實現基礎設施標準化建設和高效管理,對于交通領域節能降碳具有重要價值[5]。

2.5.1 公交場站標準化建設

公交場站是城市公共交通系統中的重要基礎設施組成部分,良好的場站布局與服務水平是保障整個公交系統健康穩定運營的基礎。從場站布局、流線設計、低碳建造等方面,提出公交場站標準化建設方案,基于“低碳+公交場站”的新理念,準確設定場站功能和規模,間接實現建設材料和能源的節約,進而實現場站建設過程的節能降碳。

2.5.2 港口粉塵在線監測系統

通過顆粒物激光雷達掃描監測儀,對碼頭及堆場區域顆粒物濃度進行全區域云監測,結合定點粉塵監測儀,實時反映堆場區域粉塵濃度及其分布情況,精準鎖定起塵區域。通過遠程智能控制系統,控制起塵區域噴淋設施啟動工作,改變傳統手動控制噴淋抑塵的方式,在減少粉塵排放的同時,大幅降低水資源消耗及碳排放。

3 交通運輸碳減排技術發展挑戰

交通運輸領域碳減排技術發展主要面臨以下幾項挑戰。

3.1 交通運輸關鍵技術與低碳標準不匹配

當前,供能端可再生能源電力與核電、輸配電等技術領域,以及用能端電氣化應用等技術領域的“雙碳”標準化體系相對較為完善,但CCUS(碳捕獲、利用與封存技術)、負排放、熱化學儲能、CO2制備燃料等14個前沿技術領域的標準基本為空白,且約50%的關鍵單項減排技術標準存在缺失。交通運輸綠色低碳技術也存在技術標準缺失、科技研發和標準布局不同步的問題。

3.2 低碳交通關鍵技術研發力度不足

低碳基礎設施、低碳運輸裝備、低碳建設運營的節能降碳技術基礎薄弱,關鍵技術自主研發和創新能力不足,生物質能、核能、氫能及其他核心技術對外依賴性大,不利于交通運輸領域節能低碳技術系統化發展,成果轉化為現實生產力水平較低。

3.3 碳評價機制有待完善

交通運輸領域對于碳減排技術的評價多采用專家經驗法,基于交通運輸行業專家自身經驗對碳減排技術進行評價,方法雖然簡單易行,但無法科學定量得出各項技術節能降碳水平,為技術推廣和企業應用帶來了諸多不便。

4 江蘇省交通運輸碳減排技術發展建議

4.1 推動標準化建設

技術標準是促進科技成果轉化為現實生產力的橋梁和紐帶,在“雙碳”目標驅動下,綠色低碳科技發展呈現出技術需求面廣、更新迭代速度快、顛覆性技術持續涌現等新形勢,亟待深入推進低碳交通標準化建設,加快低碳交通標準體系制修訂工作。通過建立健全綠色低碳交通基礎設施、車船機械的標準規范體系,進一步推進標準化與科技創新的互動協同,引領支撐科技創新驅動社會經濟系統優化發展。

4.2 強化能源技術創新

能源技術創新是實現交通領域“雙碳”目標的重要基礎。要加速傳統化石能源清潔低碳高效轉型,推動風光電規模化發展,促進氫能、生物質能和儲能等重大技術快速發展,發展智能電網。通過縱向源、網、荷、儲協調規劃,橫向多能互補,發展多種類型的商業化儲能技術與調峰技術,有效解決電網運行安全、電力電量平衡、可再生能源消納等問題。將目前以化石能源為主體的能源體系分階段逐步轉變為以可再生能源為主體、多能互補、高效利用、智能化管理的低碳能源體系。

4.3 建立碳減排評價機制

通過開展交通運輸碳減排技術發展水平評價,依據指標權重分析、評價模型等方法,對碳減排技術的綜合水平進行分析,從能源使用率、經濟效益、生命周期等方面進行全方位、全過程評價,最終確定碳減排技術發展水平,以促進交通運輸領域“雙碳”目標實施。

4.4 加大政策資金保障

要加大交通運輸領域碳減排技術研發的政策保障和資金保障體系,建設政府、企業、公眾聯動的綠色低碳交通運輸體系,建立以國家和地方政府資金為引導、企業資金為主體的綠色低碳交通發展投入機制。進一步完善交通運輸裝備低碳轉型、綠色高效運輸體系、綠色交通基礎設施建設的政策支持,加大交通運輸領域節能低碳技術和產品的推廣力度。

5 結語

本文通過碳減排技術法規分析和江蘇省碳減排工作實踐,科學分析了交通運輸領域碳減排技術發展現狀和形勢要求;從交通能源融合、交通資源節約、新工藝技術應用、智能交通應用、交通運輸管理5個維度,總結了近年來交通運輸領域關鍵節能降碳技術及應用效益;最后,基于交通運輸碳減排技術發展面臨的挑戰,為江蘇省交通運輸碳減排技術發展提出了建議。