实现碳达峰及空气质量达标双重目标下广州交通系统可持续发展路径研究.pdf

实现 碳达峰及空气质量达标双重目标下 广州交通系统可持续发展路径研究 Study on Sustainable Transportation System Development Pathway under the Environmental-Climate Constraints in Guangzhou 2020 年 7 月 July, 2020 实施单位 ： 中国科学院广州能源研究所 Guangzhou Institute of Energy Conversion, CAS 广东省 交通运输规划研究中心 Guangdng Provincial Transportation Planning Research Center 资助 单位：能源基金会 Energy Foundation I 摘 要 随着经济社会 活动持续升级以及城镇化进程的加快， 我国 的温室气体排放和大气环境质量 形势 严峻。在 多年实施 工业与能源供应结构调整、技术升级改造等措施之后， 传统 工业行业 的 温室气体和空气 污染物 排放 逐渐 趋于稳定 ， 交通 领域逐渐 成为 我国 温室气体和空气 污染物 排放的 主要部门 。 如何控制 交通领域的 温室气体 和大气污染物 排放 成为 我国 城市 可持续发展 亟需 解决 的问题。 在此背景下 ，本研究以广州为案例， 探索 实现 碳达峰及空气质量达标双重目标下 交通 领域的 可持续发展路径 ，以期 推动 广州市交通发展 “十四五 ”规划工作 开展， 促进 广州市低碳城市试点工作 ，为 实现 我国 其他城市 碳排放 和空气质量双达目标 提供经验 借鉴 。 1. 交通运输已 成为广州市能源 消费 和排放 的 重点领域 ， 且总量和占比呈持续上升趋势 。 2018 年，全市 交通 领域 的能源消费量 为2437 万吨标煤 ， 约占 全市能源消费 总量 的 39%，由此 产生的 CO2排放为 5147 万吨 ，约占全市二氧化碳 排放总量 的 35%， 但 CO2排放的 年均增长速度已 由“ 十一五 ”期间 的 12.5%下降至 “十三五 ”期间的 10.4%。 同时 ， 交通 领域的空气污染物排放 量占全市排放 总 量的比重仍居高不下 ， 特别是 NOx排放 占 比 已 达到 80%。 2. 广州市要实现 CO2排放 达峰和空气污染物 排放 达标 ， 迫切 需要 交通 领域采取严格的节能减排政策措施 ， 实现 其 CO2和空气污染物 排放 达峰 。 根据 LEAP-广州双达 交通 模型 分析 ， 在现有 政策 情景II 下 ，广州市交通领域的 CO2和 空气污染物 排放将 持续增长 ；碳排放达峰 情景下 ，其 CO2排放 可 于 2030 年 达到峰值，空气污染物排放 可于 2025-2030 年达到 峰值 ， 但 主要 空气污染物 的 排放 量 仍高于现状水平 ； 在 双达情景下 ， 通过政策措施 的进一步 强化 ， 其 CO2排放达峰 时间将提前到 2025 年左右 ， 同时 空气污染物排放 达峰 时间 将提前至 2020-2022 年 ， 2035 年的 排放量将 下降 至现状水平的 一半以内 。 3. 货运 、城际客运和市内客运交通均具有较好的 减排 潜力。 （ 1） 货运 交通是 广州市 交通 运输 减排 潜力最大的 领域。 2035年 ， 双达情景下将较现有 政策情景 减排 47%的 CO2、 73%的 NOx 和HC 以及 44-49%的 PM2.5 和 SO2。 （ 2）城际 客运 到 2035 年， 在 双达情景下将较现有 政策情景 减排 40%的 CO2、 56%的 HC 和 SO2以及 72%的 NOx 和 PM2.5。 （ 3） 市内 客运 到 2035 年， 在 双达情景下将较现有 政策情景 减排 68%的 CO2、 NOx、 PM2.5 和 SO2、 以及 73%的 HC。 4. 运输结构优化是广州市交通领域 减排 CO2和 NOx、 HC 的重要 途径 ，能源 结构 清洁 化是 减排 PM2.5 和 SO2的重要途径。 运输结构优化 约 能贡献 44-47%的 CO2减排以及 40-60%的 HC 和 NOx 减排； 能源结构清洁化 约 能贡献 45-50%的 PM2.5 和 SO2减排， 同时也能带来 20-35%的 CO2和 NOx 减排； 运输需求 控制 也是 影响 广州市交通领域 CO2和 空气污染物 排放的重要 因素； 排放 标准提升是空气污染物减排的 有效 补充 措施 。 5. 交通 领域 的碳减排 措施 多数 可以协同减排 空气污染物， 但是推广天然气车船会 导致 HC、 NOx 的 排放 增加 ， 发展水路货运 将 增III 加 SO2和 PM2.5 排放 。 根据 对 措施 的减排 协同效应分析， 运输需求控制、运输结构优化、管理水平优化以及推广天然气汽车和公交车、出租车、私家车电气化等可作为优先 发展的措施 ；公路客货运电动化、推广天然气货船、发展氢燃料电池公交和出租车等 可作为中期长期 减排的 关键 措施 ；氢能、生物燃油的规模化应用有待技术突破以及成本下降， 是广州市交通领域远期减排的 关键 措施 。 6. 广州 市交通领域可持续发展 路径 ： 2025 年前加强 交通基础设施建设， 促进 电动车的推广和应用 ； 2030 年前 形成一体化公交体系和以铁路为骨架的城际运输体系 ，逐步 提升交通 工具 排放标准 ；2035 年形成 广州市综合交通运输体系， 实现 清洁能源规模化应用 。 （ 1） 2025 年前 ， 优化城市规划布局，加强交通基础设施建设，优先发展 公共交通 ，积极发展高速铁路； 推广 电动汽车 在 私家车领域的 使用 ，促进天然气的推广应用；通过技术进步和管理水平提升有效提升交通运输能效 。 （ 2） 2030 年 前， 形成一体化公交体系和以铁路为骨架的城际运输体系；规模化 使用 天然气，实现面向长距离、大载荷电动汽车技术突破，示范应用氢燃料、生物燃油；逐步提升各类交通工具排放标准 。 （ 3） 2035 年 前， 形成 高效、集约的 交通运输组织形式和运输模式，减少不合理运输需求增长 ，提高运输能效；实现铁水、公铁、空铁、江河海联运的无缝对接，建成 广州市综合交通运输体系；氢能源、生物燃油得到规模化应用 。 1 第一章 研究概述 一、 研究背景 城市 作为 物质 和 能源消耗最集中的地区， 是温室气体和 空气污染物 排放的最主要来源，同时也是受气候变化 和空气 污染影响最大的地区之一。 研究 表示 目前 交通领域的碳排放 约占 全球城市碳排放总量的 17.5%， 并且预计到 2030 年 ， 全球城市交通碳排放仍将保持1.7%的年增长率，在发展中国家和经济转型国家中更会高达 3.4%和2.2%。 同时 ， 交通 工具排放的尾气也是城市空气污染物的重要来源 。 特别 是北京、上海、广州等大城市，机动车 已 成为 PM2.5 等 主要 大 气污染物 最大 的 本地 污染源 。 未来， 随着城镇化进程的加快和来自生产生活运输需求的提升，交通 领域 的 温室气体和 空气污染物排放 将 越来越成为影响城市可持续发展的重点和难点 ， 采取何种发展模式和路径来实现城市交通 可持续 发展成为人们关注的重点。 广州市是 我国华南地区的中心城市 ，同时也是国际综合交通枢纽、国家综合运输服务示范城市和公交都市，拥有我国第三大国际枢纽机场和第四大铁路客运枢纽。 2018 年，全市交通领域的能源消费约占能源消费总量的 39%，产生的 CO2排放约占全市 CO2排放总量的 35%， 并 产生了 77%的 氮氧化物排放 、 21%的挥发性有机物排放 、 17%的 PM2.5 排放以及 29%的二氧化硫排放 。 广州市国际综合交通枢纽的定位 也 势必带来其交通领域的持续快速发展，预计“十三五”后期广州市交通部门将超过工业部门成为能源消费需求和2 CO2排放最大的部门，必将 严重影响 广州市 空气 质量达标 目标 和 碳减排 及 达峰目标的 实现。因此，采取 何种发展模式和路径来实现交通 部门的可持续 发展成为 广州市 亟待解决的问题。 鉴于此 ， 本项目 以广州市为案例， 联合能源和交通专业的力量，有机结合能源和交通分析方法，深入探索广州市交通部门的绿色低碳发展路径，设计具有可操作性的交通可持续发展路线图， 以期 推动 广州市交通发展 “十四五 ”规划工作 开展， 促进 广州市低碳城市试点工作 ，为 实现 我国 其他 城市 碳排放 和空气质量双达目标 提供经验 借鉴 ， 共同推进打响蓝天保卫战及应对气候变化的进程。 二、 研究思路 与主要活动 本项目 在 掌握广州市交通领域能源消费和二氧化碳排放 现状 特征 基础上， 以综合分析交通 低碳发展 与空气 污染 防治的 协同效益 为目标，采用 情景分析方法， 通过 设定不同的发展情景，分析 在碳排放和空气质量“双达标”约束下， 广州市交通领域未来的能源消费需求 、 CO2排放 和 主要 空气污染物排放趋势， 并 通过与广州市 “一促三控”协同战略 研究 的 双向反馈， 综合分析 关键措施 的 减排 协同效益 ，设计 广州市交通领域可持续发展 路径 。 主要 研究内容 包括 ： （ 1） 分析广州 市 交通领域能源消费和排放现状 。 以 传统统计数据 为 基础 ， 结合 桌面研究、座谈、实地调研、专家访谈等方式 ， 获得准确的 广州市各 运输方式 的 活动水平 和 能源效率 等数据 ， 计算广3 州市交通 领域 的能源 消费及 CO2和主要 空气污染物 排放现状 ；选取典型 道路 路段，利用道路 交通 大数据， 分析 广州市 道路 交通 CO2和主要 空气污染物 排放 特征 。 （ 2） 广州市交通 领域 CO2和 主要 空气污染物 排放趋势预测 。 结合广州市未来的社会经济发展水平、城市空间规划以及交通 领域 的发展定位和规划，以 2015 年为基准年，分别 以 2020、 2025、 2035年为目标年，预测不同发展情景下各类 运输 方式 未来 的 CO2和 主要空气污染 物 排放趋势， 确定 广州交通 领域 排放达峰的时间和峰值量 ，分析各类 运输 方式未来的节能减排潜力及贡献，明确广州市交通 领域 可持续发展的重点方向。 （ 3） 双达 约束目标下 广州市交通领域 可持续发展路径研究 。 结合 活动 2 的 研究结果，通过与广州市 “一促三控”协同战略 研究 的双向反馈， 构建 广州市交通领域可持续发展措施库，并筛选关键措施，定量 评估 关键 政策 措施的 CO2和 主要 空气污染 物 减排 协同效应及 经济性 ， 进而 梳理出广州市实现交通可持续发展的 路径 。 （ 4） 城市交通领域可持续发展政策建议 。 在广州交通 领域 可持续发展 路径 基础上 ， 梳理形成广州市 交通 领域 可持续发展政策建议，提交广州市 交通 运输局 和广东省交通运输厅 ，推动 广州市交通发展 “十四五 ”规划工作 开展， 切实促进 广州市 交通 领域的可持续发展 ， 为国内城市 交通绿色低碳发展 研究提供参考。 4 第二章 广州市 交通 排放现状 一、 广州市 交通 领域 排放 现状 1. 广州 市交通 领域 碳 排放 现状 近年来广州市交通领域由能源消费产生的 CO2 排放呈 快速 增长趋势。 2018年， 全 市 交通 领域 的 CO2排放 （不含 电力消费产生的 CO2）约为 5147 万吨 ，约占全市由 CO2 排放总量 的 35%， 较 2005 年 增长了 3.3 倍， 但 其 年均增长速度已 由“ 十一五 ”期间 的 12.5%下降至 “十三 五 ”期间 的 10.4%（图 2-1） 。 图 2-1 广州市交通碳排放 现状 及结构 货运 交通是广州市交通领域 最主要的 CO2排放源， 并 呈逐年 增长的趋势， 2018 年的 CO2 排放量 占 比 约为 66%， 其中 公路 和 水路货运排放量 最大 ； 城际 客运 是 广州市交通领域 CO2排放的 第二大 来源 ，但其 CO2 排放量的增长速度明显低于货运交通 ， 2018 年的 CO2 排放量占 比约 22%， 其中航空 客运 排放量 最大， 其次 是公路客运和铁路客运，水路客运的 CO2排放 极少 ； 随着 积极发展 公共交通、中小客车总量调控等措施 的 实施 ， 广州市 内 客运 的 CO2排放相对 较少 ， 2018 年的 CO20%5%1 0 %1 5 %2 0 %2 5 %01 0 0 02 0 0 03 0 0 04 0 0 05 0 0 06 0 0 02 0 0 5 2 0 0 6 2 0 0 7 2 0 0 8 2 0 0 9 2 0 1 0 2 0 1 1 2 0 1 2 2 0 1 3 2 0 1 4 2 0 1 5 2 0 1 6 2 0 1 7 2 0 1 8年变化率（%）CO2排放（万吨）交通 CO 2 排放 年变化率0%20%40%60%80%100%2 0 0 5 2 0 0 6 2 0 0 7 2 0 0 8 2 0 0 9 2 0 1 0 2 0 1 1 2 0 1 2 2 0 1 3 2 0 1 4 2 0 1 5 2 0 1 6 2 0 1 7 2 0 1 8CO2排放结构公交车 地铁 出租车 轮渡 私人小汽车摩托车 公路客运 铁路客运 航空客运 水路客运公路货运 铁路货运 航空货运 水路货运5 排放量 占 比已 下降至 12%， 其中私人小汽车 是 最主要的排放源。 2. 广州 市交通 领域空气 污染物 排放 现状 由于 运输需求的增加，交通领域的空气污染物排放 在 早期均有不同程度的增长，但近年来随 着 道路运输排放标准的 不断提升 以及 船舶排放控制区政策的实施 ， 主要空气污染物排放 均 得到了 一定的控制 。其中 ， NOx 是 广州市交通 领域 排放量最大 的空气污染物， 其次 是 HC排放 ， PM2.5和 SO2的排放量 相对 较小。 其中 ， 公路 货运是广州市交通领域 NOx 和 HC 排放最 主要 的 来源 ， 随着道路运输排放标准的提高，排放量逐年下降，但占全市排放量的比重仍居高不下 ； 公路 客 、货运是 PM2.5排放的 主要来源 ， 随着水路 货运的快速发展，也逐渐成为重要 的 PM2.5 排放源 ； SO2 排放主要 来自 水路 货运 ， 随着船舶排放控制区政策的实施，排放量快速下降（图 2-2） 。 （ 1） NOx 排放 （ 2） HC 排放 020 0 00400 0060 0 0080 0 0010 0 00 012 0 00 014 0 00 020052006200720082009201020112012201320142015201620172018NOx排放结构（吨）公交车 地铁 出租车 轮渡私人小汽车 摩托车 公路客运 铁路客运航空客运 水路客运 公路货运 铁路货运航空货运 水路货运0200 00400 00600 00800 00100 000120 00020052006200720082009201020112012201320142015201620172018HC排放结构（吨）公交车 地铁 出租车 轮渡私人小汽车 摩托车 公路客运 铁路客运航空客运 水路客运 公路货运 铁路货运航空货运 水路货运6 （ 3） PM2.5排放 （ 4） SO2排放 图 2-2 广州市交通 领域 主要 空气污染物 排放 结构 （ 分运输类型 ） 二、 基于 大数据的 广州市 道路 交通能 耗 和排放 特征 道路 交通是 城市层面进行 交通领域 CO2和 空气污染物排放 管理最直接有效的部门。 本研究 选取 广州 大道（ 以 市内客运为主） 和 广园快速路 （以 进出广州的客货运为主 ） 的 典型 路段 ， 收集 道路分车型 交通流量、 机动车行驶 状态 等 交通运行监测数据，车龄、燃油类型、 排放 标准等车队特征数据 ，温度、湿度 等城市环境数据 ， 以及道路类型、路段长度等道路数据， 采用 COPERT 模型 进一步 分析广州市道路交通 的 排放 特征 ， 明确 未来 道路 交通 减排 重点方向 。 （ 1） 从 典型 路段 工作日 和非工作日逐时的 交通 量变化和 CO2和空气污染物排放 特征来看， 广州市 道路交通的 排放动态变化与交通量变化特征基本一致，畅通运行状态的排放显著低于基本畅通及拥堵状态。因此，通过改善道路交通拥堵，提升道路交通运行水平，优化道路交通客货运输结构等也是广州市道路交通减排的重要方向。需要从基础设施建设改造、智能化交通控制管理手段、交通需求管理等多方面的综合考虑。 0100 0200 0300 0400 0500 0600 020052006200720082009201020112012201320142015201620172018PM2.5排放结构（吨）公交车 地铁 出租车 轮渡私人小汽车 摩托车 公路客运 铁路客运航空客运 水路客运 公路货运 铁路货运航空货运 水路货运0200 0400 0600 0800 0100 00120 00140 00160 0020052006200720082009201020112012201320142015201620172018SO2排放结构（吨）公交车 地铁 出租车 轮渡私人小汽车 摩托车 公路客运 铁路客运航空客运 水路客运 公路货运 铁路货运航空货运 水路货运