引用格式：蒲刚清,刘贞, 吕指臣,等.钢铁行业运输环节碳减排情景分析与评价研究[J].重庆理工大学学报:社会科学，2015(7):37-42.

Citation format：PU Gang-qing, LIU Zhen, LYU Zhi-chen,et al.Scenes Analysis and Evaluation on Carbon Emission Reduction of Iron & Steel Transportation[J].Journal of Chongqing University of Technology:Social Science,2015(7):37-42.

钢铁行业运输环节碳减排情景分析与评价研究

蒲刚清a, 刘贞a,b, 吕指臣b,朱开伟b

(重庆理工大学a.机械工程学院； b管理学院，重庆400054)

摘要：我国钢铁行业碳排放量约为全国碳排放总量的15%，而运输耗能约占物流环节总耗能的5/6。实现钢铁行业中运输环节的节能减排，成为实现我国碳排放总量目标的重要环节。研究钢铁行业中运输环节的碳排放总量与不同碳减排途径及其组合在不同情境下的碳减排潜力，提出基于运输环节碳排放影响因素的碳排放总量测量模型、基于不同减排途径的低碳化分析模型及基于不同途径水平的情景仿真模型。与传统的累计模型不同，低碳化分析模型考虑碳减排途径间的相互影响作用，采用累积形式对减排途径组合进行分析与评价。最终以重庆某钢铁集团20万吨船用钢材作为案例进行情景仿真分析与评价，研究表明：在现有的运输条件下，可通过改变车辆运输方式直接实现0.7到3.9个百分点的碳减排；甩挂运输与混合动力系统改造，可作为优先发展技术，减排效果可达到30%；通过情景仿真分析得知，提高减排途径水平，减排效果将进一步增强。

关键词：碳排放测量；碳减排潜力；动态与静态情景分析；钢铁运输

收稿日期：2014-11-30

基金项目：国家自然科学

作者简介：蒲刚清(1991—), 男, 四川眉山人, 硕士研究生, 研究方向: 低碳经济发展与低碳城市建设；刘贞(1973—)，男，河南驻马店人，教授，博士，研究方向：低碳发展，可再生能源发展战略。

doi:10.3969/j.issn.1674-8425(s).2015.07.006

中图分类号：C931.2

Scenes Analysis and Evaluation on Carbon Emission

Reduction of Iron & Steel Transportation

PU Gang-qinga, LIU Zhena,b, LYU Zhi-chenb, ZHU Kai-weib

(a.College of Mechanical Engineering; b.College of Management,

Chongqing University of Technology, Chongqing 400054, China)

Abstract:In China, the carbon emission of the Iron & Steel Industry is about 15% of the total quantity. Meanwhile, the energy consumption in the transport chain of logistics is about 5/6 of the total energy consumption. Therefore, it’s important to decline the energy consumption in the transport chain of logistics for the national carbon emissions targets. In order to measure the total quantity and the reduction potential of the carbon emission and to analysis the upper and lower limit for the carbon reduction. I built some models: the carbon emissions measurement model based on the influential factors in the transport, the low-carbon path analysis model based on the different low-carbon paths and the simulation model based on different technology levels. Being different from the traditional accumulation model, the analysis model used multiplication way to analyze and evaluate the carbon reduction of paths combination. Finally, the models was used on the 200 thousands tons ship steel of one Iron & Steel company in Chongqing to analyze and evaluate the current carbon emissions situation, the emission reduction pathways and their reduction potential. The research conclusions: Just improve the transportation types can realize another 0.7% to 3.9% carbon emission directly. Drop and pull transport and hybrid system transformation can be the priority technology to application for the 30% emission reduction potential. Improving the technology level for the carbon emission reduction pathways and the effect will be better from the simulation results.

Key words：carbon emission calculation; carbon emission reduction potential; simulation analysis in dynamic and static; Iron & Steel transportation

一、引言

2009年9月,时任国务院总理温家宝在联合国气候变化大会开幕前夕，主持召开国务院常务会议，会议决定“到2020年中国单位GDP碳排放强度比2005年下降40%～45%”[1]。2011年，我国人均碳排放虽仅为6.6吨，但碳排放总量超过88.9亿吨，占全球碳排放总量的28%[2]。2009年末，物流行业被列入十大振兴产业。物流行业在面临历史发展机遇的同时，也承载着空前的低碳化发展压力。埃森哲指出物流业的碳排放主要分布于运输耗能及仓储中心建筑耗能两个部分，分别占据物流碳排放量的5/6及1/6[3]；其中，能耗最严重的公路运输领域，载货汽车百公里油耗高出国际先进水平约30%[4]。

钢铁行业是我国国民经济的重要基础产业和实现工业化的支柱产业，同时也是能源消耗和大气污染物排放的大户，是我国实现节能减排的重点行业。中国因处于工业化、城镇化中期，钢铁产销量巨大，行业碳排放约占全国总排放量的15%，占全球碳排放总量4.2%[5-6]。基于此，实现钢铁行业运输环节(尤其是公路运输环节)碳减排成为实现碳排放总量目标的重要环节。

目前，低碳领域研究主要分为两部分：碳总量测量及低碳途径分析评价。何艳秋以“消费碳足迹”为基础思想，以投入产出法为计量手段，综合行业能源消耗的直接碳排放和中间投入品的间接碳排放，对我国各行业在碳排量划分、成因分析与碳排放降低等方面提供参考依据[7]。刘贞等通过设计碳减排情景分析评价模型，分别从需求与技术发展角度，分析石油化工行业的碳减排潜力[8]。李亚杰指出发展低碳物流的关键在于低碳运输，企业通过发展多式联运、发展第三方物流实现共同配送、开展甩挂运输等，实现低碳物流中的运输低碳化[9]。昕安在分析日本如何能在国民经济低迷的同时发展低碳物流时，指出其根本原因源于日本的能源短缺与环境压力现状，而成功原因源于日本政府的扶持与法律制约并用、产业转型与技术支撑互动、竞争与监督机制的结合[10]。

本文在上述文献研究基础上，提出：(1)基于运输环节碳排放影响因素，构建碳排放量测算模型，分析不同运输方式的碳排放现状，为碳减排分析提供基础数据支持；(2)基于运输环节不同的低碳化途径，考虑各途径间的相互影响，构建单途径碳减排分析模型及碳减排途径综合分析模型，分别对其进行静态分析与动态分析；(3)基于情景设计与分析，评价不同技术水平下各种途径的减排效果，从而为企业管理者、行业规划者及政府决策者制定碳减排途径实施方案提供参考依据。最后，以重庆某钢铁公司20万吨船用钢材运输作为情景分析案例，对模型的可行性及有效性进行验证。

二、基于主要影响因素的碳排放总量测量模型构建

(一)物流系统中影响碳排放量的因素分析

在钢铁行业中，涉及的运输环节包括：原辅料的采购运输、厂内产成品的运输及产成品销售运输3个环节。而影响其碳排放量的主要影响因素包括：交通方式的选择和货物的运输距离、运输工具的能源效率及能源的碳排放强度。

1.交通方式的选择及货物的运输距离。运输方式的不同及运输距离，明显影响着运输碳排放总量。例如，钢铁行业采购阶段主要的运输方式包括海运、水运、公路运输及铁路运输。

2.运输工具的能源效率。能源效率原指单位能源带来的经济效益，而在运输中，指车辆等运输工具每公里的能源消耗程度。能源效率与运输强度、操作行为及运输环境3个方面相关。其中运输强度指车辆等运输工具在每公里的运输吨位；操作行为包括车速、油门与刹车的使用频率等；运输环境涉及政策规定(税收)、自然环境及社会环境(路况)等方面。

3.能源的碳排放强度。能源的碳排放强度指单位能源消耗量的碳排放总量。运输方式的不同，能源消耗种类也将不同。在运输过程、运输方式相同的前提条件下，碳排放总量因其能源选择的不同也会产生差异。据《2006IPCC全球温室气体排放清单指引》，柴油的碳排放系数(单位：104t/104t)为0.592 1。

(二)碳排放总量测量模型构建

基于物流系统中的运输环节碳排放影响因素分析，立足钢铁行业，构建其碳排放总量分析模型。图1为运输环节碳排放模型构建因素分析结构图。

图1　碳排放模型构建因素分析结构

构建基于不同运输方式的碳排放总量测算模型：

(1)

其中，CE代表钢铁行业运输环节的总的碳排放量，CEi,j代表运输环节中第i种运输方式消耗第j种能源的碳排放量。CEi,j的影响因素包括运输距离、能源效率及碳排放强度3种，构建一级细分类型碳排放量测算模型：

(2)

其中，Di代表第i种运输方式的运输距离；Ei，j代表消耗第j种能源的第i种运输方式的能源效率；Ij代表第j种能源的能源强度。而Ei，j的影响因素包括运输强度、操作行为与运输环境3个主要方面，而每种运输方式的能源效率均有其标准值，3种影响因素对其产生相应的偏差影响。在此限定其标准能源效率为满载、均速、运输环境影响为0(即运输环境使运输工具正常工作)的能源效率状况，构建能源效率模型：

(3)

其中，Si，j代表消耗第j种能源的第i种运输方式的标准能源效率；TIi代表第i种运输方式的运输强度；B代表操作行为规范；TE代表运输环境；∂1，∂2，∂3分别为3种影响因素的系数。

三、基于减排途径的碳减排潜力分析评价模型构建

(一)低碳运输途径介绍

综合文献[11-14]对运输环节节能减排的研究，运输环境节能减排主要有3种途径：(1) 结构性节能：改善运输系统结构，采用低碳排放量运输方式替代高碳排放量的运输方式；改善能源结构，倡导混合动力系统；淘汰落后工具，优化运输工具结构。(2) 技术性节能：加大对节能减排技术的投资，推动行业节能技术的研发、引进与推广，依据技术进步与技术创新，实现能源利用效率提高并降低能源消耗。(3) 管理性节能：通过制定战略规划、政策法规、技术标准及体制机制等，完善和调整运输行为与环境、提升运输组织管理水平[11-14]。本文选取甩挂运输、混合动力系统改造、车辆维修保养制度的执行与驾驶员水平提高等进行低碳化分析与评估。图2为主要节能途径类别划分及其细分类别节能效果图。

1.结构性节能:甩挂运输。有效的甩挂运输可以使空驶率大大降低，增加了车辆的载货吨位及有效载货时间，节能效果可达到30%，现已被列入交通运输部出台的道路运输业“十二五”规划[15]。

2.技术性节能：混合动力系统。采用混合动力系统使运输工具在实际应用中依据实际的状况调整动力系统工作状况，使动机保持最佳的工作状态，调整能源结构，降低能源的消耗，节能效率依据技术水平的不同可达到10%~50%。

3.管理性节能：车辆维修保养制度的执行及驾驶员水平的提高。车辆维修保养指对所属车辆进行定期的抽检、维护及保养，使车辆内燃机的工作效率稳定，确保车辆运行的良好状态，降低车辆故障率。一般情况下节能效率可达到5%~30%。驾驶员操作水平及操作方式的不同可使车辆油耗相差7%~25%[11]。

图2　公路运输主要节能途径类别划分及其细分类别节能效果

(二)基于运输低碳化途径的碳减排模型构建

低碳化途径的节能效果应考虑其是否相互影响。(1)构建静态分析模型，评价独立途径事件及组合途径事件中互不影响途径的碳减排潜力；(2)构建动态分析模型，评价组合途径事件中相互影响途径的碳减排潜力。

静态分析模型：

(4)

动态分析模型：

(5)

(6)

ER=Er+Er′

(7)

其中，ER代表实施各种碳减排途径后的碳减排总量。

(三)基于不同途径水平的情景仿真设计

本文依据不同的节能减排途径设置单途径情景及组合途径情景，针对低碳化途径水平设置两类情景：(1)弱减排情景——以各减排途径最低减排效率作为减排依据；(2)强减排情景——以各减排途径最高减排效率作为减排依据。分别评价节能减排途径在不同情境下的减排效果及对总体碳排放的减排效果。图3为情景仿真分析路线图。

图3　情景仿真分析路线

四、基于碳测量及碳减排模型的情景仿真分析与研究

(一)案例分析

重庆某钢铁公司与江苏新时代造船有限公司及靖江新世纪钢结构制造有限公司签订生产20万吨船用钢材合同；20万吨船用钢材将由重庆某钢铁公司新区生产，装箱发送到新港长龙码头，并由新港长龙码头转船发运送达重庆某钢铁公司靖江三峰钢材加工配送中心，进行加工处理及配送运输活动。其中，重庆某钢铁公司新区到新港长龙码头大概距离为9公里。主要钢材运输车辆有多种，选取J6M、J6P、J6等型号重卡为分析对象，研究不同运输方式下碳减排途径的碳减排潜力。为相关主体提供运输方式选择、碳减排途径组合选择、碳减排途径优先发展策略等提供参考依据。表1为不同运输车的主要参数。

表1　不同钢材运输车的主要参数

(二)案例碳减排情景设计

以重庆某钢铁集团20万吨船用钢材陆路运输为应用案例，选取3种运输方式及4种碳减排途径为研究对象，分析不同碳减排途径在不同运输方式下的碳减排潜力、碳减排途径组合在不同运输方式下的碳减排潜力及不同途径水平下碳减排潜力的变化情况。其中，甩挂运输为途径1，混合动力系统的应用为途径2，维修保养制度的制定与执行为途径3，驾驶员水平的提高为途径4。表2为不同情景设计下碳减排途径对案例排放的影响。

(三)案例碳减排情景分析与评价

1.基于不同途径水平的情景分析。弱减排情景下不同运输方式的碳减排比例均达到40%，而强减排情景下可达80%。通过提高途径水平，可明显提高碳减排效果。

2.基于不同运输方式的情景分析。相同途径水平下，运输强度越高的运输方式，碳减排效果越高。推广使用高运输强度的运输方式，可将碳减排比例提升0.7到3.9个百分点。

3.基于不同碳减排途径的情景分析。不同碳减排途径的减排效果不同。单从减排效果而言，甩挂运输减排效果最佳，其次是混合动力系统的应用、维修保养制度的制定与执行及驾驶员水平的提高，甩挂运输应被优先发展。

表2　不同情景设计下碳减排途径对案例碳排放的影响

五、结论与展望

本文通过对运输环节的碳排放量因素进行分析，构建运输环节碳排放测量模型；依据主流碳减排途径，将其分为管理型、技术型及结构性减排途径；构建碳减排单途径分析模型与综合途径分析模型，对碳减排途径应用产生的碳减排潜力进行分析，从而为企业、行业及政府制定运输环节碳减排途径推广与实施政策提供参考依据。本文以重庆某钢铁公司运输环节为案例，进行情景分析，分析不同运输方式下的碳排放总量，相同减排途径、不同途径水平及不同减排途径应用下的碳减排影响，验证了模型的有效性。分析认为：(1)车辆运输强度的不同，将提升0.7到3.9个百分点的碳减排潜力；(2)单途径的碳减排分析下，甩挂运输与混合动力减排效果最佳，可达到30%以上，可作为优先实施途径；(3)相对弱减排情景，强减排情境下节能减排潜力大幅增强，即使相同途径下，通过提高途径水平，例如技术水平，也能实现碳的大幅减排。

本文研究中，以碳排放及碳减排为研究核心，利用构建的碳测量、单途径碳减排及多途径碳减排综合分析模型，探讨钢铁行业运输环节的碳减排途径实施策略。建议在未来的研究中，致力以下几方面：(1)将此系统模型在其他行业/环节进行推广，探究其他行业/环节的碳减排潜力；(2)考虑经济因素及社会因素，即碳减排实施方案进行成本分析及社会福利分析，构建立体三维综合分析评价方法，为其制定最优实施方案提供参考依据；(3)汇总多行业/环节的分析评价结论，为低碳物流及低碳城市发展提供优先实施途径、优先发展环节、优先发展行业提供参考依据。

参考文献：

[1]宋红娜,王永健,段玉玲.绿色物流在我国的发展[J].煤炭技术,2007(9):3-5.

[2]张炯强.中国人均碳排放量远低于美国[N].新民晚报,2012-12-03(A05).

[3]王晖.供应链低碳化的卓越之道——如何实现物流和运输业的低碳化[R].北京：埃森哲管理咨询公司(中国),2010:1-7.

[4]曹连元,赵福磊,陈昊.公路运输车辆节能减排技术综述[J].综合运输,2012(7):66-69.

[5]徐匡迪.低碳经济与钢铁行业[J].钢铁,2010,45(3):1-12.

[6]刘贞,蒲刚清,施於人.钢铁行业碳减排情景仿真分析及评价研究[J].中国人口资源与环境,2012,22(3):77-81.

[7]何艳秋.行业完全碳排放的测算及应用[J].统计研究,2012,29(3):67-72.

[8]刘贞,朱开伟,阎建明.以炼油行业为例对石油化工行业碳减排进行情景设计与分析评价[J].石油学报：石油加工,2013,29(1):137-144.

[9]李亚杰,王莹,李玉明.基于低碳经济管理的低碳物流运输策略研究[J].煤炭技术,2011,30(9):279-280.

[10]昕安.日本低碳物流业崛起之动因分析[J].北方环境,2012,24(2):12-13.

[11]李扬,褚春超,陈建营.公路交通节能减排评价体系及应用研究[J].公路交通科技,2013,30(1):141-145.

[12]于志刚,邵毅明.基于系统角度的道路运输节能途径研究[J].交通企业管理,2007(3):72-73.

[13]韩立波,刘莉.我国道路运输节能降耗政策措施研究[J].交通节能与环保,2011(3):28-33.

[14]石友蓉,赵威.公路水路交通运输节能减排综合管理体系研究[J].武汉理工大学学报,2010,32(4):31-37.

[15]赵尊华.关于甩挂运输技术经济性与网络化发展的思考[J].现代经济信息,2013(7):232.

(责任编辑魏艳君)