我国交通运输部门重塑能源的潜力路径和实施效果
2019/8/8 14:30:00
 

  本文回顾了我国交通运输全口径能耗历史变化情况,并采用情景分析和LEAP模型分析方法,对未来我国交通运输部门重塑能源的潜力路径和实施效果进行展望分析。研究发现,在参考情景下交通运输能耗会保持较快增长,对能源安全、区域环境、应对气候变化等带来严峻挑战。在充分考虑经济社会和交通运输发展最新趋势的基础上,在重塑情景下,通过合理引导交通服务需求、优化调整交通运输结构、加快清洁燃料替代以及显着提升交通设备能效水平,可以实现交通发展与能源、油品和碳排放的“三个脱钩”,并持续提高综合交通能源效率,带来显着的经济、社会、环境效益。

  交通运输能耗;情景分析;重塑能源;重塑路径

  1引言

  改革开放以来我国交通能耗增长显着,按照国际通用的交通运输能耗统计范围[1],2014年我国交通运输能耗为4.3亿tce,占全社会终端能耗比重为13.7%。从交通运输能耗占终端能耗比重来看,自1996年以来总体处于上升趋势;从绝对量上来看,交通运输能耗从1996年的1.1亿tce增长到2014年的4.3亿tce,差不多翻了两番。交通运输能耗增速明显快于全社会终端能源消费增速,体现了在当前经济发展和人民生活水平提高过程巾,能源消费增量由工业为主向第三产业、居民生活为主转变的趋势[1]。

  2014年中央提出了能源生产和消费革命的要求[2],推动能源消费革命、能源供给革命、能源技术革命、能源体制革命,全方位加强国际合作。交通运输部门是终端用能的重要部门,在工业化和城镇化进程中,交通运输部门能源需求总量和在终端用能中占比都将不断增长。推动交通运输部门重塑能源,是落实能源生产和消费革命要求的重要内容,也是转变粗放发展方式、实现交通运输可持续发展的必由之路。

  本研究在充分考虑我国经济社会发展中长期发展趋势基础上,结合国内外交通领域最新形势和进展,采用LEAP(长期能源可替代规划系统模型)模型对交通运输能耗展开情景分析。通过设置“参考情景”和“重塑情景”两个情景,研究交通活动水平、运输结构、燃料结构、技术水平的变化趋势,进一步分析交通运输部门重塑能源的潜力路径和实施效果。

  2我国交通能源需求展望分析

  2.1国际比较表明我国交通能耗仍将增长

  国际比较表明,发达国家交通运输能耗占终端能源比重一般为20%~40%,例如美国接近40%、西班牙36%、意大利30%,日本也在24%左右,均比我国目前10%左右的水平高出很多[2,3]。从人均交通运输用能来看,我国与发达国家的差距更为明显,各主要发达国家人均交通用能都在O06toe以上,2014年我国人均交通用能仅为0.15toe。无论从终端能耗占比还是人均交通用能来看,我国交通运输能耗仍将持续增长。

  

  2.2参考情景下我国交通能耗展望

  参考情景下,我国交通运输发展延续以往态势,经济发展方式、城镇化模式没有重大改变,交通运输结构和技术发展继续渐进变化趋势。与此同时,为满足全面小康和现代化发展交通运输需求,到2050年,货物周转量将增长4倍左右,旅客周转量将增长5倍左右,私人汽车保有量将增长6倍左右。在这种背景下,虽然交通工具运输效率持续提高,电动汽车和天然气车船进一步普及,但交通运输能源需求还将快速增长,油品需求和碳排放持续增加。

  

  测算表明,2050年我国交通运输部门能源消费量为13.50亿tce,比2010年的3.06亿tce增长3.4倍,年均增长率为3.8%,其中2030年之前增长速度较快,年均超过6%的增长速度,2030--2050年增速稍微趋缓,年均增长率为1.5%左右。2050年前交通运输部门能源消费不会出现峰值。

  2.3重塑能源的必要性紧迫性

  交通用能的快速增长给能源安全带来巨大压力。目前我国交通用能95%以上都是成品油,如果不改变现有的能源结构和用能方式,参考情景下2050年交通石油需求量会增长至7亿t以上。考虑到国内原油产量增长有限,届时我国石油对外依存度会超过80%。这会给我国能源安全带来严峻挑战,并严重影响我国的对外政策。

  交通用能的增长会使区域环境问题更加恶化。交通工具使用过程中的排放是造成城市环境污染的重要来源,在交通拥堵比较严重的城市,机动车所排放的气态污染物以及颗粒污染物在城市大气污染物中的占比达40%~60%。机动车所排放的污染物在城市总污染源巾的比例以每年2%~3%的速度在增加[3]。另外,机动车带来的噪声污染、拥堵等问题,也是造成城市居住质量下降的原因。

  交通相关的碳排放也给应对气候变化带来挑战。参考情景下,交通运输部门碳排放量2050年前不会出现峰值,2050年二氧化碳排放量27.2亿t。我国要完成2030年前碳排放达峰的目标,需要在各个领域实行切实的节能减碳措施,实现碳减排。此外国际航空航海业具有跨国界的特征,我国的飞机和船舶目前正在遭受欧盟等碳排放标准的影响和制约,为提高我国航空和远洋船舶竞争力,也需要在交通工具的碳排放标准方面做出更多的改进[4]。

  总之,目前我国交通运输能源利用方式不可持续,需要对其进行重塑,才能保障国家能源安全、改善区域环境、应对气候变化。

  3交通运输部门重塑能源的潜力路径

  从国内外交通运输发展实践看,实现交通运输部门能源使用方式的重塑,主要有四条路径:合理引导交通服务需求、优化调整交通运输结构、加快清洁燃料替代以及显着提升交通设备能效水平。

  3.1重塑工业化、城镇化道路、优化产业布局

  选择走大、中、小城市协调发展的城镇化模式,推动现有高耗能工业主导模式向服务业及高附加值产业为主转型,可以有效减少不必要的交通运输需求、提升交通系统效率。

  转变工业化城镇化发展模式,降低货物周转量需求。重塑情景下,利用第三次工业革命的契机,推动我国产业结构转型升级,大力促进第三产业和高附加值产业发展,推动货运强度下降。选择大、中、小城市协调发展的城镇化模式,缩短生产地与消费地之间的距离,减少基础原材料、城市所需生活必需品等货物的运输距离,减少货运周转量[5]。

  构建协调发展的城市化格局,减少不必要的城际客运需求。构建协调发展的城镇化格局,有助于人口在大中小城市均衡分布,减少目前中国特色“春运”人口大规模迁徙现象,避免不必要的客运周转量。伴随现代通讯技术、信息技术、网络技术得到更广泛应用,有些城市问的出行可以通过远程办公和电话会议替代,一定程度上减少不必要的交通出行需求。

  通过城市空间布局优化降低城市机动车出行需求。城市内部空间布局向多中心、混合功能、小街区的模式发展,可有效减少居民外出购物、上班、走亲访友等的出行距离。同时,通过完善公共交通基础设施体系,能够增加非机动化出行的次数和比重,降低城市机动车出行需求。

  3.2打造铁路、公共交通为骨架的现代运输体系

  推动交通运输结构优化,以高效低碳的铁路、公共交通等替代卡车、私家车等运输出行方式,具有巨大的节能潜力。

  提高铁路货运比重是重塑交通的重点。扭转铁路占比下降的局面,提升铁路运输在货运结构中的比重[6]。一方面,要继续保持铁路、水运在大宗货物运输的优势[7];另一方面,通过货运组织体系的改进,将高附加值产品与居民消费品以集装箱的模式,通过铁路一公路一水路联运方式,持续提高多式联运比重[8]。

  建立以高铁和铁路为骨架的城际客运运输体系。我国已经建成了世界上最大的高铁网络,高铁轨道里程1.9万km,占世界60%以上,2025年远期规划3.8万km。同时,注重综合交通枢纽建设,形成系统配套、一体便捷、站城融合的铁路枢纽,实现客运换乘“零距离”,能够明显提升公共交通出行的吸引力。

  加快轨道交通和城市公交系统建设。与发达国家城市相比,我国500万以上人口的城市应尽快建成以大容量快速轨道交通为主干,地面交通为基础,出租车和非机动化交通为补充的交通基础设施网络,百万级人口的城市以公交为主,中小城市以先进电动汽车为主,形成市区郊区均衡发展、内外交通有机衔接、无缝链接的现代一体化公共客运体系。

  3.3实现车辆船舶的去油化和电气化

  减少对石油的依赖,转向以电和可再生能源为主的能源消费结构,显着降低化石能源需求。

  鼓励普及天然气车船,降低交通终端用油比重。截至2014年,我国天然气汽车保有量已达400万辆,2025年天然气将占道路用能的10%。而且船舶也开始使用天然气,主要是从内河船舶开始普及。对于货物运输而言,由于重型卡车具有行驶路途远、运输线路灵活、需要快速加油的特点,实现电气化难度较大,未来将主要依靠天然气和生物燃料,以实现多元化、可持续的燃料供给。

  推动普及电动汽车使其成为交通电气化的主体。加快普及插电式混合动力汽车、纯电动汽车是降低交通部门油品需求,破解城市环境约束,提升汽车产业发展水平的重要途径[9]。我国目前已是世界第一大电动汽车市场,从汽车的燃料替代趋势看,近中期将以混合动力电动汽车、天然气汽车为主,中长期将以插电式电动汽车、纯电动车为主。

  生物燃料和铁路电气化是交通能耗去油化的重要路径。生物燃料承担了巴西车用燃料的22%,在美国和欧盟,这一比例为3%~4%。采用“直接当量法”估算,在“不与人争粮,不与粮争地”的基本原则指导下,我国生物液体燃料2050年替代车用燃料潜力约为4630~11390万tce。生物燃料未来还可用于替代航空煤油。此外,铁路系统的电气化水平和效率对于整个交通运输系统的能源结构有着重要影响,铁路系统电气化也在稳步推进中。

  3.4大幅提升交通运输工具效率水平

  我国交通工具能效水平与发达国家仍存在明显差距。通过普及先进成熟交通工具,大幅提升燃油经济性标准,可以明显降低交通运输能源需求。

  加快发展高效载货汽车。我国重载货车载货量与发达国家相比低很多,空驶率较高,超载现象严重。重塑情景下,通过制定更加严格的卡车燃油经济性标准,回收尾气中的废热、改善空气动力学特性、减少轮胎阻力、改进驾驶行为等方式,能够使实际运行中卡车百公里油耗降低。另外通过组织管理,提高载货率,逐步缓解超载现象;并通过发展甩挂运输方式,提高运输效率。

  

  不断改进汽车燃油经济性水平。通过一揽子的技术改进和能效限额标准,提升小汽车的燃油经济性水平。传统内燃汽车、混合动力汽车燃油经济性相比参考情景改进更为显着,公共汽车、小公交的燃油经济性改进也很明显,从整个车队的效率提升来看,2050年私家车百公里油耗可在目前水平上(等效油耗)下降66.4%,出租车百公里油耗可下降72.2%。

  4交通运输部门重塑能源实施效果

  在重塑能源情景下,我国交通运输部门围绕模式创新和技术进步,通过合理引导交通服务需求、优化调整交通运输结构、加快清洁燃料替代以及显着提升交通设备能效水平,在支撑实现美丽“中国梦”和现代交通运输需求、确保人人享有绿色低碳和高质量交通出行服务的同时,到2050年将建成全球领先的覆盖城乡、结构合理、系统高效、绿色低碳、快捷舒适的节能型综合交通运输体系,交通用能转向多元化、清洁化、电气化,基本摆脱对油品的依赖,实现交通发展与能源需求、交通用能与油品、交通发展与碳排放“三个脱钩”。

  4.1交通发展与能源需求脱钩

  在重塑情景下,与2010年相比,交通部门终端能源需求可在2035年左右达到峰值,随后开始进入下降通道,到2050年交通运输终端能源需求仅为6.86亿tce,2010一2050年期间交通运输终端能源需求年均增长率为200%,仅为同期GDP年均增长率的0.42。与参考情景相比,2050年交通终端能源需求下降近一半,可实现交通发展与能源需求脱钩。

  4.2交通能源与油品需求脱钩

  通过不断提升交通工具的燃油经济性,大力发展替代燃料,未来交通运输能源需求不仅增速放缓,用能结构也将显着改善,逐渐摆脱对油品高度依赖。油品消费在2030年达峰,实现交通发展与油品需求的脱钩。通过大力发展高铁、电动汽车、天然气汽车、生物燃料,2050年生物燃料、天然气、电力三者比重之和将达到50%,比2010年净增48个百分点,交通用能改变了原来油品占绝对地位,可实现清洁多元的局面,能源安全状况得到显着改善。

  4.3交通发展与碳排放脱钩

  在重塑情景下,交通碳排放在2035年左右达峰,峰值水平约14.5亿t,到2050年进一步下降到12.3亿t,可实现交通运输发展与碳排放的“脱钩”。交通运输碳排放的达峰,可为我国实现2030年或尽早达峰的目标作出重要贡献。

  4.4交通综合能源效率持续提升

  近十多年来,交通运输结构向高能耗强度方式转变的趋势并没有得到根本性逆转,铁路、水路所占比重仍在下降,公共交通出行的比重在大多数城市仍赶不上私家车比重的增长,交通部门综合单位周转量能耗虽由升转降,但下降趋势缓慢[4]。在重塑情景下,铁路、水运等运输方式扭转了下降态势,城市客运随着智能交通系统的发展,公共交通的服务质量不断改进,在城市交通结构比重不断提高,与此同时,随着技术进步,公路、铁路、水运、民航等不同交通运输的能源效率显着改进,未来交通的综合运输效率将明显提升。

  4.5交通运输部门能源革命有正面的经济、社会、环境效益

  通过对参考情景和重塑情景两条不同的发展路径所需的投资进行比较,结果显示,重塑情景下获得的燃料节约收益略高于所需的额外投入,即重塑路线是成本有效的。根据测算,重塑情景与参考情景相比,2010年至2050年所需的额外投资总额为16万亿元人民币,带来的燃料成本节约量略超过这一数字。同时,考虑到重塑交通用能可能带来的其他收益,卡车、民航客运、城市客运活动水平降低还会节约20万亿元人民币。在交通相关污染物排放上,2020年左右可以基本实现主要城市交通运输污染物排放下降。此外,除燃料节约的收益外,重塑情景还可以获得巨大的环境、健康和社会收益。

  参考文献:

  [1]国家统计局.中国能源统计年鉴2014[M].北京:统计出版社,2015.

  [4]郭杰,伊文婧.中国低碳交通的几点思考[J].中国能源,2013,35(10):40—45.

  [5]魏际刚.中国物流业中长期发展战略思路研究[R/OL].http://www.hbzyw.gov.on/News.aspx?id=12299.2013-08-02/2015-01-03.

  [6]刘大成.铁路货改捷径在“三化”[N].经济参考报,2016—06.

  [7]喻麒睿,王富章,吴艳华.“互联网+”铁路物流发展思路研究[J].综合运输,2015,(37):29—33.

  [8]贺兴东,刘昭然.重点地区有空间,多式联运有亮点—交通运输上半年形势分析[J].中国经贸导刊,2016,(22):50—51.

  [9]李振宇,李超,廖凯.小汽车交通低碳化发展趋势与减排潜力分析[J].中国能源,2016,38(9):40—45.

  [1] 国际通用口径中交通运输能耗不包括车站、机场、运输企业建筑能耗等,但是包括工厂、企事业单位、私人汽车等能耗。

  [2]习近平在中央财经领导小组第六次会议上的讲话。

  [3]林燕德,2015.“深圳PM2.5元凶是机动车尾气,占本地排放源的41%”。

  [4]客运和货运周转量的转换基本采用了国家统计局的方法,课题组根据文献调研进行了修正,人公里和吨公里的转换比率为:铁路1.5:1、航空13.3:1、水路3:1、公路10:1。

  (来源:中宏数据库整理)

 
 
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