综合交通运输系统碳排放预测的不确定性分析_张晔.pdf

第21卷 第1期2023年03月交通运输工程与信息学报Journal of Transportation Engineering and InformationVol.21 No.1Mar.2023文章编号：1672-4747（2023）01-0005-16综合交通运输系统碳排放预测的不确定性分析综合交通运输系统碳排放预测的不确定性分析张 晔1，宋国华*1，尹 航2,3，徐双亿1，张泽禹1（1.北京交通大学，交通运输学院，北京 100044；2.中国环境科学研究院，国家环境保护机动车污染控制与模拟重点实验室，北京100012；3.中国环境科学研究院，生态环境部机动车排污监控中心，北京100012）摘要：综合交通运输系统碳排放是全社会碳排放的主要组成部分，由于受多种因素影响，碳排放的预测具有不确定性。本文将综合交通运输系统划分为道路运输、轨道运输、水路运输和航空运输，将运输量、运输结构、运输工具的能耗和燃料的碳排放系数作为碳排放的影响因素，采用基于活动水平的方法测算综合交通运输系统碳排放。提出单位因素变化的碳排放变化率为敏感性系数，分析运输量、运输结构等不确定因素变化对碳排放的影响；设置不同减排情景，采用蒙特卡罗模拟预测在不同减排政策下碳排放发展的不确定性。通过敏感性分析研究发现：传统能源私家车、货车的运输量或能耗的变化对碳排放影响较大，敏感性系数达到0.46和0.23。不确定性分析结果表明：在既有政策设定情景和面向碳达峰情境下，交通碳排放有望在2033和2031年实现达峰，峰值分别约为11.4亿t与11.3亿t，不确定范围约为1012亿t，随着时间的推移，碳排放的不确定范围呈扩大趋势。总体上看，交通运输系统在2030年前实现碳达峰难度较大。近中期，传统燃油车的能效提升对碳减排非常重要；中远期，推广新能源车辆措施会发挥更加重要的减排作用。关键词：综合运输；碳排放预测；自下而上；敏感性分析；不确定性分析中图分类号：X322;F512.3文献标志码：ADOI:10.19961/ki.1672-4747.2022.02.010Uncertainty analysis of future carbon emissions of integratedtransportation systemZHANG Ye1,SONG Guo-hua*1,YIN Hang2,3,XU Shuang-yi1,ZHANG Ze-yu1(1.School of Traffic and Transportation,Beijing Jiaotong University,Beijing 100044,China;2.State EnvironmentalProtection Key Laboratory of Vehicle Emission Control and Simulation,Chinese Research Academy of Environmen-tal Sciences,Beijing 100012,China;3.Vehicle Emission Control Center of Ministry of Ecology and Environment,Chinese Research Academy of Environmental Sciences,Beijing 100012,China)Abstract：The carbon emissions of the integrated transport system are the main component of thecarbon emissions of the entire society,and the prediction of carbon emissions is uncertain because ofthe influence of many factors.In this study,the integrated transport system was divided into road,rail,waterway,and air transport.The transport volume,transport structure,energy consumption oftransport vehicles,and carbon emission coefficient of fuel were selected as the influencing factors ofcarbon emissions.An activity-level-based approach was adopted to calculate the carbon emissions ofthe integrated transport system.The rate of carbon emissions per unit factor was proposed as a sensi-收稿日期：2022-02-27录用日期：2022-07-18网络首发：2022-07-26审稿日期：2022-02-2703-03；05-0105-10；06-2907-04；07-18基金项目：国家自然科学基金项目（71871015）作者简介：张晔（1999），女，硕士研究生，研究方向为交通环境，E-mail:通信作者：宋国华（1980），男，教授，研究方向为交通规划、交通环境、交通仿真，E-mail:引文格式：张晔，宋国华，尹航，等.综合交通运输系统碳排放预测的不确定性分析J.交通运输工程与信息学报，2023，21(1)：64-79.ZHANG Ye,SONG Guo-hua,YIN Hang,et al.Uncertainty analysis of future carbon emissions of integrated transportation systemJ.Journal of Transportation Engineering and Information，2023，21(1)：64-79.tivity coefficient to analyze the influence of each factor on carbon emissions.The Monte Carlo simu-lation method predicted the uncertainty in carbon emission development under different emission re-duction policies.Through sensitivity analysis,it was found that the change in transport volume or en-ergy consumption of private cars and diesel trucks significantly impacted carbon emissions,with thesensitivity coefficients reaching 0.46 and 0.23,respectively.The uncertainty analysis results showthat under the existing policy setting and carbon peak-oriented scenarios,carbon emissions fromtransport are expected to peak in 2033 and 2031,with peak values of approximately 1.14 billion and1.13 billion tons,respectively,and the uncertainty range is 11.2 billion tons.As time progresses,thegreater the forecast uncertainty,the broader the uncertainty range.Overall,it will be difficult fortransport systems to peak their carbon emissions by 2030.In the near and medium terms,improvingthe energy efficiency of traditional fuel vehicles is critical for carbon emission reduction.In the medi-um and long term,measures to promote new energy vehicles will play an essential role in reducingemissions.Key words:integrated transportation;carbon emission forecast;bottom-up;sensitivity analysis;un-certainty analysis0引言交通运输业是人类社会碳排放的主要来源之一，2020年交通运输行业碳排放占全球碳排放总量的25%，为第三大碳排放部门1。在中国碳排放总量中，交通运输约占 9%，为第三大碳排放部门2。从发达国家的发展经验来看3，随着社会经济的发展以及出行需求的转变，交通运输碳排放占总排放量比重呈现出增长态势是必然趋势。2020年9月22日，在第75届联合国大会上，国家主席习近平向国际社会做出庄严承诺：中国力争二氧化碳排放2030年前达到峰值、2060年前实现碳中和。交通碳排放的预测与碳达峰的实现具有不确定性。交通运输碳排放受运输量、运输工具能耗等多种因素的影响，各因素的变化具有不确定性，故碳排放可能在阶段性的下降后继续上升。由于发展阶段的不同，很多欧洲国家在20世纪90年代左右已经实现了“碳达峰”，相对于全社会的碳达峰，交通运输碳达峰普遍滞后10年左右4。现有研究多采用情景设置方法5-7，给出确定性的碳排放发展预测，缺少关于碳排放发展、达峰时间与峰值不确定性的分析。因此，本文主要对交通运输碳排放发展的不确定性进行分析，以不同情景下碳排放的发展以及碳排放数值的不确定范围作为不确定性的分析依据，分析各减排措施对碳排放的影响程度，为交通运输碳达峰的更好实现提供方法支持。交通运输系统碳排放可能来源于运输工具移动消耗燃料产生的碳排放或交通基础设施建设产生的碳排放。2030年前碳达峰行动方案 针对这两部分提出了相应的减排方案，本文主要针对交通运输工具在移动过程中燃料燃烧所产生的碳排放8进行研究。针对交通运输碳减排，现有研究可以分为减排路径研究与碳排放预测两方面。在减排路径研究方面，部分学者根据交通行业碳排放现状和发展趋势，结合已有减排措施，提出减排路径8-10；部分研究结合数学模型来分析碳排放影响因素并提出减排路径11-17。现有研究中的碳排放影响因素可以分为经济发展水平、人口规模等间接因素12-14,16-18与交通运输结构、新能源车辆发展等直接因素8-10,18，并且发现在进行定量分析时，现有研究倾向于选择经济水平、人口规模等间接因素。在碳排放预测方面，研究学者常采用情景设置法进行，其不确定性相关研究较少，方法也有差异，可以分为基于能源等效和基于活动水平方法两种：基于能源等效方法是使用能源消耗统计量与排放因子的乘积作为碳排放；基于活动水平方法则需要基于各运输方式活动水平数据计算出能源消耗量。文献研究14-17,19-20等基于能源等效方法对交通运输碳排放进行测算，该方法立足于燃料统计数据，缺点是难以体现碳排放影响因素的变化以及政策变化对碳排放的影响。基于活动水平方法则需要计算燃料使用量，常用的有行驶里程法21与周转量5,22法。