碳達(dá)峰及碳中和戰(zhàn)略背景下 我國多動(dòng)力類型道路運(yùn)輸裝備發(fā)展的思考

摘要：我國幅員遼闊，各地區(qū)地理環(huán)境及氣候條件復(fù)雜多樣，且地域間經(jīng)濟(jì)發(fā)展不平衡，而交通運(yùn)輸行業(yè)在國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展中均發(fā)揮至關(guān)重要的作用，因此道路運(yùn)輸裝備的選擇關(guān)系到當(dāng)?shù)氐倪\(yùn)輸能力的發(fā)展，在碳達(dá)峰及碳中和的目標(biāo)下道路運(yùn)輸裝備的節(jié)能減排技術(shù)不斷涌現(xiàn)。本文分析了我國不同地域的環(huán)境及地理?xiàng)l件，發(fā)現(xiàn)在不同動(dòng)力類型道路運(yùn)輸裝備的選擇上應(yīng)該因地制宜進(jìn)行合理的配比?；诃h(huán)境條件科學(xué)合理地配置多動(dòng)力類型道路運(yùn)輸裝備的比例，不僅有利于促進(jìn)實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰及碳中和的國家戰(zhàn)略，還有利于促進(jìn)我國交通運(yùn)輸行業(yè)與國民經(jīng)濟(jì)高質(zhì)量配合發(fā)展以及能源安全發(fā)展，保障極端天氣、緊急救援時(shí)的運(yùn)力需求，減少因不科學(xué)選用新能源車輛造成的經(jīng)濟(jì)浪費(fèi)及特殊條件下的運(yùn)力不足。研究發(fā)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益提升、污染防治、特殊條件下基礎(chǔ)運(yùn)力保障三者的相互協(xié)調(diào)，是未來我國全域發(fā)展高效、節(jié)能、運(yùn)力保障的最基本最智慧的發(fā)展路徑，是盡早實(shí)現(xiàn)我國公路運(yùn)輸碳達(dá)峰的有效方法。關(guān)鍵詞：碳達(dá)峰；碳中和；多動(dòng)力類型；道路運(yùn)輸裝備0引言道路運(yùn)輸裝備作為交通運(yùn)輸行業(yè)的重要生產(chǎn)資料，關(guān)系到國計(jì)民生，同時(shí)也是能源消耗及城市污染的重要來源。隨著我國城鎮(zhèn)化速度加快，載貨汽車保有量逐年提升，如圖1所示。圖1我國歷年載貨汽車保有量變化Fig.1Changesinthenumberoftrucksinmycountryovertheyears截至2020年，我國載貨汽車保有量為3046萬輛，營運(yùn)客車1171.54萬輛，其中載客汽車61.26萬輛，城市公共汽電車70.44萬輛，巡游出租汽車139.40萬輛，道路運(yùn)輸裝備的數(shù)量和質(zhì)量是一個(gè)國家經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平的重要標(biāo)志之一，道路運(yùn)輸能否適應(yīng)我國的發(fā)展需求直接關(guān)系國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展水平和速度，交通行業(yè)貨運(yùn)量與GDP存在長期的均衡關(guān)系。面對(duì)越來越龐大的機(jī)動(dòng)車保有量及快速的經(jīng)濟(jì)增長，如何做到資源最優(yōu)化利用、污染防治及緊急情況下的基礎(chǔ)運(yùn)力保障、城市居民及城鄉(xiāng)運(yùn)輸需求滿足等，是一個(gè)值得深入探討與研究的科學(xué)問題。對(duì)多動(dòng)力類型道路運(yùn)輸裝備進(jìn)行科學(xué)合理統(tǒng)籌分配，對(duì)我國實(shí)現(xiàn)交通行業(yè)的碳達(dá)峰、碳中和、保障特殊時(shí)期城市運(yùn)力并為居民提供更加優(yōu)質(zhì)的出行服務(wù)具有重大的意義。經(jīng)調(diào)研發(fā)現(xiàn)我國部分地區(qū)為降低城市污染，響應(yīng)新能源車輛發(fā)展的號(hào)召，大力推廣使用純電動(dòng)運(yùn)輸裝備。由于各地區(qū)環(huán)境條件各不相同，推廣新能源政策時(shí)應(yīng)充分考慮當(dāng)?shù)貧夂驐l件、地理環(huán)境、經(jīng)濟(jì)發(fā)展、自然災(zāi)害及極端情況發(fā)生時(shí)的基礎(chǔ)運(yùn)力保障問題，還應(yīng)考慮不同動(dòng)力類型車輛在不同環(huán)境下運(yùn)行的全生命周期的成本、環(huán)境評(píng)價(jià)、可靠性及壽命問題。如圖2所示為某型號(hào)磷酸鐵鋰電池電量隨溫度變化關(guān)系，較低溫度下電池相對(duì)容量大大降低。圖2電池容量隨溫度變化關(guān)系[4]Fig.2Therelationshipbetweenbatterycapacityandtemperature長遠(yuǎn)來看，科學(xué)合理配置新能源道路運(yùn)輸裝備對(duì)節(jié)省財(cái)政支出及減少環(huán)境污染具有積極作用。根據(jù)交通運(yùn)輸行業(yè)在國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展過程中的重要性、不同地域道路運(yùn)輸裝備的適應(yīng)性以及新能源車輛推廣過程中遇到的一些問題，本文將基于碳達(dá)峰及碳中和研究如何實(shí)現(xiàn)道路運(yùn)輸裝備的合理分配，以期使交通運(yùn)輸行業(yè)經(jīng)濟(jì)效益、節(jié)能減排、特殊條件下基礎(chǔ)運(yùn)力保障之間協(xié)調(diào)發(fā)展，做好交通運(yùn)輸行業(yè)能源統(tǒng)籌。探討如何建立多動(dòng)力類型道路運(yùn)輸裝備科學(xué)分配的評(píng)判方法。1

交通運(yùn)輸行業(yè)的發(fā)展內(nèi)涵1.1總體發(fā)展內(nèi)涵交通運(yùn)輸不僅要保持一定的發(fā)展速度和建設(shè)規(guī)模，不斷滿足國民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展的需要，且在發(fā)展過程中，應(yīng)當(dāng)正確把握發(fā)展度、協(xié)調(diào)度、可持續(xù)度三者的關(guān)系，正確處理局部與全局、眼前與長遠(yuǎn)的關(guān)系，正確處理發(fā)展與人口、資源、環(huán)境的關(guān)系，發(fā)展速度與建設(shè)質(zhì)量、規(guī)模擴(kuò)張與合理把握標(biāo)準(zhǔn)等諸多矛盾，實(shí)現(xiàn)質(zhì)量型、效益型、功能型和可持續(xù)的跨越式發(fā)展，逐步建立具有便利性、快捷性、可達(dá)性以及準(zhǔn)時(shí)性等特征的現(xiàn)代綜合交通運(yùn)輸體系，提高交通運(yùn)輸便捷性。新時(shí)期優(yōu)先發(fā)展低碳道路運(yùn)輸裝備，增強(qiáng)碳減排技術(shù)的研發(fā)能力，調(diào)整用能結(jié)構(gòu)、優(yōu)化用能方式、推動(dòng)能源梯級(jí)利用、提高用能效率、建設(shè)多能源供給綜合站，促進(jìn)交通運(yùn)輸?shù)目沙掷m(xù)發(fā)展。1.2公路交通運(yùn)輸?shù)奶攸c(diǎn)公路運(yùn)輸之所以在國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展中起著至關(guān)重要的作用，主要是由于公路交通運(yùn)輸?shù)撵`活性、及時(shí)性、可達(dá)性、經(jīng)濟(jì)性及保障特性等特點(diǎn)。與鐵路、水運(yùn)和航空運(yùn)輸相比較，公路運(yùn)輸對(duì)線路和公路等級(jí)要求較低。我國發(fā)達(dá)的公路網(wǎng)絡(luò)使公路運(yùn)輸變得更加靈活方便，可針對(duì)客貨運(yùn)提供針對(duì)性服務(wù)滿足個(gè)性化需求，可實(shí)現(xiàn)門到門點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的靈活運(yùn)輸。公路運(yùn)輸?shù)募皶r(shí)性主要體現(xiàn)在速度快、準(zhǔn)時(shí)性強(qiáng)，可根據(jù)運(yùn)輸委托方及承運(yùn)方的約定時(shí)間進(jìn)行有針對(duì)性的運(yùn)輸服務(wù)。同時(shí)，公路運(yùn)輸還是聯(lián)通鄉(xiāng)村與城市的重要支持手段，在各種運(yùn)輸方式中，道路運(yùn)輸是覆蓋面最廣、通達(dá)深度最大的陸上運(yùn)輸方式。運(yùn)輸經(jīng)濟(jì)性是指將物品或人員送達(dá)至某地付出經(jīng)濟(jì)成本，如海鮮和果蔬等具有較強(qiáng)的時(shí)效性的產(chǎn)品，運(yùn)輸延誤造成的損失將使商品價(jià)值的完全喪失。運(yùn)輸需求方要承擔(dān)的經(jīng)濟(jì)成本應(yīng)包括運(yùn)輸過程的時(shí)間價(jià)值損失、空間價(jià)值損失、其他潛在的損失及支付的全程費(fèi)用（運(yùn)費(fèi)、保險(xiǎn)費(fèi)、裝卸費(fèi)等）。道路運(yùn)輸?shù)募夹g(shù)經(jīng)濟(jì)特征和技術(shù)構(gòu)成決定了道路運(yùn)輸除了具有一般交通運(yùn)輸系統(tǒng)的功能外，還具有“通過”和“送達(dá)”的基本功能。換一個(gè)角度來看，道路運(yùn)輸?shù)牧己眉夹g(shù)特征決定了它的功能以及在綜合運(yùn)輸中主導(dǎo)地位的日益增強(qiáng)。2

多動(dòng)力類型道路運(yùn)輸裝備特征的對(duì)比分析多動(dòng)力類型道路運(yùn)輸裝備主要有：傳統(tǒng)燃油車輛、混合動(dòng)力車輛、天然氣車輛、純電動(dòng)車輛、氫燃料電池車輛以及其他新技術(shù)動(dòng)力類型車輛等，各種動(dòng)力類型車輛在應(yīng)用過程中均存在一定的優(yōu)缺點(diǎn)。2.1傳統(tǒng)燃油車傳統(tǒng)燃油車在車輛性能、燃料供給、車輛檢測(cè)維修以及車輛報(bào)廢回收體系方面均形成了相對(duì)成熟的體系，其最大的問題是油耗及污染物排放。鑒于節(jié)能減排壓力及新能源車輛的挑戰(zhàn)，業(yè)內(nèi)專家學(xué)者正努力在內(nèi)燃機(jī)新技術(shù)方面不斷創(chuàng)新以通過技術(shù)迭代達(dá)到最終的零排放。短期內(nèi)可以通過優(yōu)化內(nèi)燃機(jī)自身技術(shù)特征諸如優(yōu)化燃燒、代用燃料、改善充氣效率、提高熱能管理、減小摩擦、輕量化及降速等手段滿足2020年汽車排放和油耗法規(guī)的要求；中期通過發(fā)動(dòng)機(jī)的電氣化實(shí)現(xiàn)電機(jī)和發(fā)動(dòng)機(jī)混合驅(qū)動(dòng)以滿足2025年和2030年的法規(guī)要求；長期采用氬氣循環(huán)、氫氣發(fā)動(dòng)機(jī)的車輛可以實(shí)現(xiàn)零排放和卓越的能源效率。2.2天然氣汽車目前全球已探明的天然氣儲(chǔ)量非常豐富，按照目前能源消耗水平，可供人類使用幾百甚至上千年，因此天然氣汽車將會(huì)在未來一段時(shí)間內(nèi)成為替代石油的清潔能源，是內(nèi)燃機(jī)的主要燃料。在氫燃料電池車輛大規(guī)模應(yīng)用以前，天然氣是最優(yōu)的替代能源。2.3

純電動(dòng)汽車與傳統(tǒng)汽車相比，純電動(dòng)車在應(yīng)用端零排放、低噪音，適合在污染嚴(yán)重的大城市推廣應(yīng)用。但純電動(dòng)車輛也存在一定的缺點(diǎn)，如續(xù)航里程短、購車成本高、車輛殘值低、維護(hù)成本高、存在安全隱患、電池壽命短等問題。目前，歐盟委員會(huì)認(rèn)為未來唯一評(píng)價(jià)綠色產(chǎn)品的方法即為產(chǎn)品生命周期評(píng)價(jià)法（LifeCycleAs?sessment，LCA），此方法可以評(píng)價(jià)汽車全生命周期各個(gè)環(huán)節(jié)所引發(fā)的環(huán)境污染問題。吉利汽車研究院通過LCA的方法，依據(jù)ISO14040和ISO14044等國際標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，對(duì)傳統(tǒng)燃油車及純電動(dòng)車從原材料的獲取、汽車生產(chǎn)、汽車使用、汽車報(bào)廢回收等階段進(jìn)行碳足跡核算并得出全球增溫潛勢(shì)；研究發(fā)現(xiàn)純電動(dòng)車在原材料獲取（2.55倍）、生產(chǎn)（2.68倍）和回收階段的全球增溫潛勢(shì)高于傳統(tǒng)燃油車，但在使用環(huán)節(jié)純電動(dòng)車不產(chǎn)生碳排放，其全球增溫潛勢(shì)低于傳統(tǒng)燃油車。綜合全生命周期的綠色評(píng)價(jià)來看，純電動(dòng)車的碳排放更高。針對(duì)純電動(dòng)車輛的電池性能的研究，清華大學(xué)院士課題組，針對(duì)環(huán)境溫度對(duì)動(dòng)力電池性能的影響做了大量的研究，發(fā)現(xiàn)磷酸鐵鋰動(dòng)力電池的特性與環(huán)境溫度緊密相關(guān)。對(duì)不同環(huán)境溫度下電池的容量、內(nèi)阻和開路電壓的變化規(guī)律進(jìn)行研究，結(jié)果表明動(dòng)力型磷酸鐵鋰電池的容量在低溫下迅速降低。實(shí)踐也證明純電動(dòng)車輛對(duì)低溫地區(qū)的使用效果并不理想。2.4

氫燃料電池車輛氫燃料電池技術(shù)被認(rèn)為是當(dāng)前最有前景的車輛技術(shù)，其燃燒氫氣生成水，是完全的零排放車輛，氫氣被認(rèn)為是宇宙中最豐富的清潔能源，氫燃料電池車輛面臨的挑戰(zhàn)有制氫及儲(chǔ)氫的成本控制、氫燃料電池堆的成本、可靠性及耐久性問題。氫燃料電池車輛的應(yīng)用及普及將是一個(gè)長期的過程，測(cè)算氫燃料電池客車與傳統(tǒng)燃油客車的LCA，文章中對(duì)比了能源消耗、溫室氣體潛勢(shì)、碳足跡、水消耗量及土地占用等方面，研究表明氫燃料電池車輛在全生命周期內(nèi)具有更好的CO2排放潛勢(shì)，可再生能源制氫時(shí)CO2排放可降低70%。對(duì)氫氣的運(yùn)輸成本，制氫地距加氫站200km內(nèi)是較為經(jīng)濟(jì)運(yùn)輸距離。雖然氫燃料電池車輛是未來可持續(xù)的車輛替代產(chǎn)品，但短時(shí)間內(nèi)無法做到成本低廉、完全的可再生能源制氫及完善加氫站等基礎(chǔ)設(shè)施，因此大規(guī)模推廣存在一定困難。2.5

混合動(dòng)力電動(dòng)車輛混合動(dòng)力電動(dòng)車主要分為插電式和非插電式兩種。插電式混合動(dòng)力電動(dòng)車輛集合了傳統(tǒng)燃油車輛及純電動(dòng)車輛的優(yōu)點(diǎn)，既保障了續(xù)航，也可使其在城市工況下采用電能驅(qū)動(dòng)以達(dá)到車輛零排放的目的；非插電式混合動(dòng)力電動(dòng)車輛主要有增程式混合動(dòng)力電動(dòng)車及混聯(lián)式混合動(dòng)力電動(dòng)車，均是在車載燃料中獲取能量，但通過采用混合動(dòng)力模式以達(dá)到節(jié)能減排的效果。3

多動(dòng)力類型道路運(yùn)輸裝備應(yīng)用的適宜性分析3.1多種動(dòng)力類型道路運(yùn)輸裝備選型的必要性我國南北縱貫5500千米，包含6個(gè)氣候帶，氣候條件差異較大；東西橫跨5200千米，地理?xiàng)l件、自然環(huán)境等也不盡相同，地勢(shì)變化多端，分布復(fù)雜，兼有山地、高原、丘陵、盆地、平原等各類地形。同時(shí)我國又是多山之國，山地面積占據(jù)了我國國土的近三分之二，而其中絕大部分山地屬于1000m以上的高海拔地區(qū)，在這些地區(qū)中，分布著我國近50個(gè)大中型城市，人口約為2億。海拔在2000m以上的地區(qū)占國土總面積的33%，有接近20個(gè)大中型城市，人口也在5000萬以上。因此，不同區(qū)域應(yīng)根據(jù)自身?xiàng)l件科學(xué)合理的選擇適合當(dāng)?shù)丨h(huán)境的動(dòng)力類型交道路運(yùn)輸裝備。對(duì)于大中城市，應(yīng)根據(jù)所在地區(qū)、人口數(shù)量、城市污染、客貨運(yùn)輸需求、環(huán)境等因素科學(xué)合理地對(duì)多動(dòng)力類型道路運(yùn)輸裝備進(jìn)行配置，以滿足城市日常運(yùn)力為基礎(chǔ)，兼顧車輛全生命周期的能量損耗及環(huán)境評(píng)價(jià)，同時(shí)能保障特殊時(shí)期的城市運(yùn)力需求。不同動(dòng)力類型車輛技術(shù)條件也各不相同，續(xù)航里程、溫度適應(yīng)性、可靠性等差異較大?；诃h(huán)境條件科學(xué)合理地配置多動(dòng)力類型道路運(yùn)輸裝備的比例是亟待解決的關(guān)于能源統(tǒng)籌、環(huán)境保護(hù)及經(jīng)濟(jì)效益、運(yùn)力保障等協(xié)同發(fā)展的重要科學(xué)問題。3.2多種動(dòng)力類型道路裝備選型的可行性綜上所述，在碳達(dá)峰及碳中和重大戰(zhàn)略部署下，結(jié)合車輛的技術(shù)現(xiàn)狀及優(yōu)缺點(diǎn)，大力推動(dòng)使用新燃料、新能源及新型節(jié)能環(huán)保技術(shù)的道路運(yùn)輸裝備產(chǎn)業(yè)發(fā)展，建設(shè)既能滿足排放要求又能保障國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展不受影響的新型的智能化、清潔化、合理化的交通運(yùn)輸體系是我國交通運(yùn)輸行業(yè)的未來發(fā)展方向。動(dòng)力類型選擇及配比的研究，可根據(jù)該區(qū)域溫度、能源儲(chǔ)備、地理?xiàng)l件、公路交通情況、交通運(yùn)輸基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)等因素以多動(dòng)力類型車輛的可靠性、經(jīng)濟(jì)性、動(dòng)力性、排放性以及全生命周期的環(huán)境友好度為考察目標(biāo)，采用多目標(biāo)優(yōu)化的方法將一定區(qū)域內(nèi)多動(dòng)力類型車輛的比例進(jìn)行測(cè)算，指導(dǎo)當(dāng)?shù)剡M(jìn)行多動(dòng)力類型道路運(yùn)輸裝備的統(tǒng)籌規(guī)劃及動(dòng)態(tài)管理。4結(jié)語本文闡述了交通運(yùn)輸行業(yè)的發(fā)展內(nèi)涵，不同動(dòng)力類型車輛的優(yōu)缺點(diǎn)以及多種動(dòng)力類型道路運(yùn)輸裝備科學(xué)配比的合理性。研究發(fā)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益提升、污染防治、特殊條件下基礎(chǔ)運(yùn)力保障三者的相互協(xié)調(diào)，是未來我國全域發(fā)展高效、節(jié)能、運(yùn)力保障的最基本最智慧的發(fā)展路徑，是盡早實(shí)現(xiàn)我國公路運(yùn)輸碳達(dá)峰的有效方法。建立一套合理的評(píng)判體系，研究不同動(dòng)力類型道路運(yùn)輸裝備科學(xué)的區(qū)域分配方法是未來交通行業(yè)發(fā)展的必由之路。根據(jù)本文的分析提出未來道路運(yùn)輸裝備可持續(xù)發(fā)展的幾條意見。（1）在選用車輛的動(dòng)力類型時(shí)應(yīng)充分研究本地氣候環(huán)境、地形地貌特點(diǎn)、經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平、人民需求