徐慧智　裴玉龙　王连震　张文会

(东北林业大学交通学院　哈尔滨 150040)

0　引　言

城市纯电动汽车是新能源汽车的一种，依照中华人民共和国工业和信息化部2009年6月17日发布的《新能源汽车生产企业及产品准入管理规则》，新能源汽车是指采用非常规的车用燃料作为动力来源(或使用常规的车用燃料、采用新型车载动力装置)，综合车辆的动力控制和驱动方面的先进技术，形成的技术原理先进、具有新技术、新结构的汽车。新能源汽车包括混合动力汽车(HEV)、纯电动汽车(BEV，包括太阳能汽车)、燃料电池电动汽车(FCEV)、氢发动机汽车、其他新能源(如高效储能器、二甲醚、燃气、醇醚、生物柴油汽车等)汽车等各类别产品。《关于免征新能源汽车车辆购置税的公告》《车辆购置税收入补助地方资金管理暂行办法》《关于新能源汽车充电设施建设奖励的通知》《关于2016—2020年新能源汽车推广应用》《关于节约能源，使用新能源车船车船税优惠政策的通知》等政策的陆续出台，在国家层面大力支持新能源车辆的购置和使用。北京、上海、广州、哈尔滨等各地市纷纷提出地方层面的新能源车辆的支持鼓励政策。按此趋势，城市纯电动汽车引入城市客运交通势在必行，是未来优化城市客运交通结构的优先选择。城市客运交通中引入BEV车辆，作为清洁能源，在城市范围内二氧化碳排放量为零，但发电过程消耗化石燃料产生一定的二氧化碳排放，需要对城市客运交通二氧化碳评估做出真是可靠的计算分析。真实、合理的反映城市客运交通引入BEV车辆减少二氧化碳的量值，是交通工作者面临的科研任务之一。

国内外学者开展了相关研究，认为应该考虑能源在开采、生产、运输、使用，以及电力在生产、传输、存储、使用全过程中的二氧化碳排放量。王楠楠[1]针对城市运行工况，对油耗规律进行了研究，周苏等[2]针对车用燃料面临的困境，提出了相应的电动车发展模式，Wee[3]和R. Rahim[4]分别从节油设备手段和能源生产过程2个角度提出了减少二氧化碳排放的措施。郭昌伦、苏城元和匡文博等[5-7]关于二氧化碳排放量计算分别提出了碳平衡、由上而下、由下而上等多种方法，欧训民等[8]则采用能源碳含量及燃料氧化率情况进行二氧化碳排放量计算。Bian Y. W.等[9]基于不同的决策单元(DMU)进行能源效率评价的数据包络分析(DEA)定量计算了提高能源效率对二氧化碳排放量减少的影响。XU Bin等[10]采用向量自回归模型分析了交通行业二氧化碳排放量变化的影响因素，揭示了能源效率直接影响二氧化碳的排放量。Song Xiaodong等[11]提出私家车数量激增，能源效率低，私家车对二氧化碳排放量的影响较大。施晓清等[12]分析了城市客运交通中引入BEV车辆的情景，引入了新能源改变现有交通客运系统能源结构[12]。国内外学者针对二氧化碳排放量的计算方法开展了广泛研究，形成了较为成熟的计算方法，我国在国家层推进企业编制温室气体排放清单，但是针对城市客运交通的二氧化碳排放量测算，有待进一步加强相关研究。

根据现状城市客运交通情况，BEV车辆引入城市客运交通可分为2种情形，即代替汽油车和代替柴油车。CNG作为新能源汽车，具有低排放、环境影响小的特点，暂不考虑BEV车辆代替CNG、电力等新能源汽车。研究BEV车辆引入城市客运交通对二氧化碳减排量的意义在于：对典型城市能源结构进行梳理，揭示城市客运交通高二氧化碳排放环节[13]；分析城市引入BEV车辆对城市交通能耗降低的贡献水平[14]；研究城市客运交通引入BEV车辆时，不同出行方式单位能耗和单位电耗对二氧化碳减排量的影响。

1　研究思路和计算条件

传统的二氧化碳排放量测算，一般从当地含碳燃料的消耗量出发，通过碳含量及氧化率角度计算二氧化碳生成量，计算BEV车辆引入城市客运交通二氧化碳排放量时存在问题如下。

1) 城市客运采取BEV车辆，当地含碳燃料消耗量为零，据此测算二氧化碳排放量亦为零。此种计算方法忽视了电能生产过程中消耗的含碳燃料(也成为化石燃料)产生量。

2) 城市客运交通含碳燃料(化石燃料，如汽油、柴油等)，往往统计来源于加油站、加气站等，没有对购买对象进行分类识别，较难获得精确的城市客运交通使用数据。

鉴于上述原因，有必要在现有二氧化碳排放量测算方法的基础上，通过挖掘城市交通调查数据，从交通使用者角度和能源利用全过程出发，扩展城市客运交通二氧化碳排放“自下而上”的研究思路和计算方法。

1.1　基本概念

研究边界。研究边界为城市物理空间、发电厂、输电线路、相关配套设施等。

基准线。基准线是某行业的代表某一生产水平的单位活动水平碳排放量。各个国家和地区采用的排放基准线均有所不同，欧盟采用了行业碳排放效率前10%的产品排放的平均值作为基准值，美国加州采用了同一产品碳排放强度的加权平均值的90%作为基准值。2014年北京市采用了行业内平均碳排放强度前10%数据作为行业碳排放强度先进值的上限，以行业内平均碳排放强度前20%数据作为行业碳排放强度先进值的下限。但是未给出城市客运交通行业基准线的确定方法。采用单位里程消耗燃料(经验值)乘以运距、燃料净热值、二氧化碳排放因子，作为项目排放量的基准线。

排放量。平均电耗乘以运距数据得到BEV车辆的总用电量，将其乘以区域电网的二氧化碳排放因子，得到项目排放量。

减排量。使用项目排放量减去基准线排放量得到减排量。

1.2　研究思路

1) 通过分析交通调查数据，获得研究边界内不同出行方式的运行状态。根据运距、油耗、电耗、气耗等数据，计算得到城市客运交通的总能耗，乘以二氧化碳排放因子，得到现状城市客运交通二氧化碳总排放量。

2) 设定BEV车辆引入城市客运交通的极限情景模式，即城市交通的全部汽油、柴油车辆均被BEV车辆代替。

3) 根据取代传统石化燃料车辆的运距，乘以对应车型(大客车、小客车)的电耗，获得极限情景模式下城市客运交通总能耗，乘以电力二氧化碳排放因子，得到城市客运交通引入BEV车辆后二氧化碳的总排放量。

步骤1)和3)得到的排放量相减，获得减排量。

1.3　研究条件和现状能耗测算

从交通使用者角度出发，通过城市客运车辆的使用强度反推二氧化碳排放量。以哈尔滨市为案例，研究引入BEV车辆对二氧化碳减排量的影响[15]。平均运距、运行时间、旅行速度等数据来源于2015年哈尔滨市组织的全市交通调查数据(抽样率2.3%，2.5万户居民，6.5万条交通出行信息)。

1.3.1城市交通运行状态

各种出行方式出行平均距离见表1。哈尔滨市平均出行距离为6 562 m。其中，公交车、小汽车、出租车、班车平均运距分别为9.291，11.3，10.859，10.356 km。

各种出行方式出行时耗的分布情况见表2。其中，公交车、小汽车、出租车、班车平均时耗分别为46，32，31，36 min。

表1　哈尔滨不同出行方式的平均出行距离Tab.1　The average trip distance of differenttravel modes in Harbin

表2　哈尔滨不同出行方式居民的出行时耗构成Tab.2　Travel time consumption structure of residentsin different Trip modes in Harbin

各个出行方式采用平均出行距离除以出行时耗，各种出行方式旅行速度的分布情况见表3。其中，公交车、小汽车、出租车、班车旅行速度分别为12.12，21.19，21.02，17.26 km/h。

表3　哈尔滨不同出行方式的旅行速度Tab.3　Travel speed of different travel modes in Harbin

1.3.2城市客运交通能耗测算

2015年，个人汽车保有量116.6万辆，增长14.3%，其中个人小型客车保有量94.9万辆，增长27.9%；公交车辆6 923辆(压缩天然气汽车2 625辆，其他能源公交车180辆)，公交年客运量达13.4亿人次，共有出租汽车16 572辆，客运量达到5.0亿人次。在车辆保有率数据的基础上，结合2015年哈尔滨不同出行方式调查数据，得到哈尔滨市不同出行方式的基本特征数据，见表4。

表4　哈尔滨不同出行方式的基本特征数据(2015年)Tab.4　The characteristic of different travel modes in Harbin (2015)

注：①来源于参考文献[16]；②来源于推算，2015年哈尔滨市户籍人口961.4万人，出行率为2.03人次/d，参照2015年交通调查获得的方式划分比例，计算得到各方式的客运量数据；③来源于参考文献[17]；④来源于北京市公用事业科学研究所刘丽珍的研究成果[18]，北京市CNG公交车的用气指标为单机车每100 km耗气量为34.51 m3，双机车每100 km耗气量为48.15 m3，双层车每100 km耗气量为40.96 m3；⑤来源于经验数据，公交车数据参考合肥安凯纯电动车；⑥来源于样本调查数据。

从表4的汽车保有量(A列)可知，哈尔滨市客运交通车辆由汽油车、柴油车、CNG和其他车型组成(电动车和双燃料车)。公交车按照能源来源可分为汽油车、CNG车和其他车型(电动、LPG等)，出租车可分为柴油车(3年内逐步淘汰，目前尚有2 000辆左右)、双燃料(CNG和汽油双燃料为主，行驶过程中以CNG作为主要燃料，汽油作为启动热车过程中的辅助燃料)、汽油车等，小汽车以汽油车为主，电动汽车等新能源车辆尚未普及。2015年哈尔滨城市客运交通能耗测算见表5。经测算能耗(标准煤)为148.383 7万t /年(具体计算过程参见表格中的变量关系式，如表5中I=H×G/100表示总能耗=总运距×单位能耗/100；K=I×J表示总能耗质量=总能耗体积×密度；K=I表示总耗电量不变。表5～10采用相同的运算方式，后续不再累述)。

1.3.3城市客运交通二氧化碳排放量测算

城市客运交通能源结构中，主要能源为汽油、柴油、CNG和电力，参考IPCC 2006和2014年东北电网数据(2015年8月10日，中国自愿减排项目信息服务网发布，http://www.ccerpipeline.com/)，给出各能源燃料的二氧化碳排放因子，见表6。

根据客运总能耗数据(Ⅰ)，得到车用汽油、车用柴油、液化石油气和电力的组合数据(Q)，见表7。2015年，城市客运交通消耗车用汽油786 695 125 L，车用柴油62 901 346 L，液化石油气464 345 891 L，电力137 796 MWh。经计算，2015年哈尔滨城市客运交通CO2排放量为2 901 199 207 kg/年(290.1万t/年)。其中，车用汽油和车用柴油产生二氧化碳排放量为1 951 751 352 kg/年(195.2万t/年)。

2　纯电动汽车二氧化碳减排量测算

表8给出了公交车、小汽车、出租车、班车、对外交通、其他车辆等交通方式引入BEV车辆的替代对象，并给出了相应的能耗指标。

采用BEV车辆进行替代后，运距不发生改变。根据表5、表6和表8的数据，得到公交车(汽油)、小汽车(汽油)、出租车(柴油)、班车(汽油)、对外交通(汽油)和其他车辆(汽油)的年运输里程、耗电量、排放因子、排放量指标，见表9。

讨论极限的情景模式，城市交通的全部汽油、柴油车辆均被BEV车辆代替。根据表7或图2可知，采用汽油和柴油，2015年哈尔滨市城市客运交通的二氧化碳排放量为195.2万吨/年。根据表9可知，如果全部采用电力代替，排放的二氧化碳量为153.9万吨/年。城市BEV车辆引入城市客运交通减排量计算结果见表10，哈尔滨市现状城市客运交通二氧化碳减排量潜力为41.3万吨/年(减排量为21.2%)。表10中，负值代表引入BEV车辆导致二氧化碳排放增加，正值表示产生减排量。不同用途和能源类型的车辆，二氧化碳的减排能力有所区别。现阶段，哈尔滨小汽车(汽油)和出租车(柴油)引入BEV车辆，二氧化碳排放量减少，而其他车型(公交车、班车、对外交通、其它车辆等)引入BEV车辆，导致二氧化碳排放量增加。

表5　哈尔滨城市客运交通能耗测算(2015年)Tab.5　Energy consumption of urban passenger transport in Harbin (2015)

注：①来源于各种能源与标准煤的折算系数。

表6　能源的排放因子和CO2排放系数Tab. 6 Energy emission factor and CO2 emission coefficient

注：N为IPCC 2006年C排放系数；O为碳氧化因子；P为CO2排放系数。

表7　碳排放计算表(哈尔滨市)Tab.7　Carbon Emission Calculation (Harbin)

表8　BEV车辆引入城市客运交通减排量应用指标Tab.8　BEV vehicle introduced urban passenger traffic reduction displacement application index

表9　城市BEV车辆引入城市客运交通CO2排放量Tab.9　CO2 emission calculation table of urban BEV vehicles by introduced urban passenger

表10　城市BEV车辆引入城市客运交通减排量计算表Tab.10　Traffic emission reduction calculation table of urban BEV vehicles by introduced urban passenger

城市客运交通不同能源排放的二氧化碳量见图1。

图1　城市客运交通不同能源排放的二氧化碳量(2015,哈尔滨)Fig1.　Carbon dioxide emissions from differentsources of energy in urban transport (2015, Harbin)

3　结论

1) 根据城市交通调查数据，对哈尔滨市城市客运交通能耗进行了测算，综合考虑汽车保有量、客运量、平均运距、额定载客数量、空驶率等参数，测算了城市客运交通各种出行方式的总运距和能耗。考虑能源在开采、生产、运输、使用以及电力在生产、传输、存储、使用全过程中的二氧化碳排放量，对城市客运交通引入BEV车辆进行二氧化碳减排量测算。

2) 根据基准线和项目排放的概念，对公交车、小汽车、出租车、班车、对外交通、其它车辆等出行方式进行了分析并计算其减排量。哈尔滨城市客运交通的全部汽油、柴油车辆均被BEV车辆代替，排放的二氧化碳量为153.9万t/年，减排量潜力为41.3万t/年(减排量为26.8%)。

3) 单位里程油耗、单位里程电耗、电力二氧化碳排放因子是BEV车辆引入城市客运交通后二氧化碳减排量的影响因素。单位里程能耗越大、单位里程电耗越小，城市客运交通中引入BEV车辆，产生的二氧化碳减排量越大(值得注意的是，如果单位里程电耗过大的BEV车型替代单位里程能耗较小的传统车型，无法达到二氧化碳减排效果)。改变发电的能源结构，降低石化燃料的使用比例，改善电力的二氧化碳排放因子，能够实现引入BEV车辆降低二氧化碳排放的效果。

4) 城市客运交通能耗和二氧化碳排放量需综合考虑发电过程化石燃料使用量、最低热值、电量运输耗损、BEV车辆相关设备耗损等。电动汽车如果单位指标耗电量过高，城市客运交通二氧化碳排放存在大于传统燃料车辆的可能性。

关于城市客运交通能耗和二氧化碳排放，目前尚无较好的方法对其进行精确测算，从交通使用者角度出发，探索了一种新的二氧化碳排放量测算方法。通过研究发现，单位里程油耗和单位里程电耗对二氧化碳的排放量影响较大，在电力二氧化碳排放因子确定的条件下，两者的比值为一固定数值时，BEV车辆引入城市交通二氧化碳的减排量为零，该平衡点值得开展进一步研究。

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