京津冀交通控制温室气体和污染物的 协同效应分析.............................谭琦璐

Energy of China - - 卷首语 -

谭琦璐,杨宏伟

(国家发展和改革委员会能源研究所,北京 100038)

摘要:本文以京津冀道路和轨道交通为对象,以协同率作为量化指标,基于情景分析对

京津冀“十三五 ”期间 6项关键交通政策措施控制温室气体和空气污染物的协同效应大小进行计算。结果显示,发展城际高速或市郊铁路、加强公路路网建设的协同效应最大,分别为 11.5和 8.8/kgCO2当量。实施严格的机动车排放控制对排放量的削减最大,由此可以减排3215 万tCO2 当量和 17.6 万 t 空气污染物。该 3项政策措施为京津冀交通能源环境与应对气候变化综合管理的推荐措施。发展城市轨道交通不削减排放,协同效应最小,但是在提高城市交通运输效率,以及缓解城市拥堵方面的作用优于减碳控污。

关键词:温室气体;空气污染物;情景分析;协同效应

中图分类号:X51 文献标识码:A 文章编号:1003-2355-(2017)04-0025-07 Doi: 10.3969/j.issn.1003-2355.2017.04.005

Abstract: This paper focuses on analyzing the co-benefit of GHGs and air pollutants mitigation for transportation sector in Beijing-Tianjin-Hebei region. In order to quantify co-benefit, a parameter called synergistic rate and the technique of scenario analysis are used to assess different measures and policies. We have selected six key measures of road and rail transportation sector in this region. Quantification results reveal that two measures, development of intercity high-speed/suburban railways and enhancement of highway network, have the highest synergistic rates, which are 11.5 and 8.8 per kilometers CO2-eq. The measures of implementation strict emission standards on motor vehicles could reduce 32.1 million tons of CO2-eq and 176 thousand tons of air pollutants, which rank the first among all measures. These three measures are supposed to be the best practice in dealing with energy, environment and climate change issues of transportation sector in Beijing-Tianjin-Hebei region. The paper also proves that development of urban railways is more helpful to ease traffic congestion than mitigate GHGs and air pollutions.

Key words: Greenhouse Gases (GHGs); Air Pollutants; Scenario Analysis; Co-benefit

1 引言

协同效应又称为共生效应,英文名称包括 cobenefit、ancillary benefit、secondary benefit 等。它是指某项政策或措施实施后除产生在设计之初被认定的直接效果外,所产生的其它非意愿性、额外的效果 [1]。通常意义下,协同效应的概念并非中性,而是专指具有正面影响,即效益的政策产出。协同效应涵盖政策实施的各方面,它体现

了综合管理的思路:狭义上说,在用成本效益进

行政策评价时,协同效应有助于全面考量一项政

策的净成本。在更广的层面上,协同效应内涵可

拓展至自然、社会和经济系统的各方面,它同可

持续发展理念是相适应的,协同效应研究对我国

实施可持续发展战略具有重要意义。

目前,协同效应被常用于对温室气体和局地

空气污染物减排问题的探讨上,政府间气候变化

专门委员会(IPCC)对温室气体减排的协同效应有

[2]

明确定义 :它是温室气体减排政策实施后对其它方面,如减少化石燃料使用带来的局地空气污染物排放降低,以及对能源安全和就业间接产生的正面影响经货币化的量化结果。温室气体和局地空气污染物的产生均主要源于碳基化石能源的利用过程,“同源”是两者协同效应被广泛讨论的主要原因。所以毫无疑问,控制同能源生产、转换和利用活动相关的温室气体排放,尤其是控制二氧化碳的排放能够产生削减空气污染物的协同效应。协同效应可以也应该被用于能源、环境与气候变化的综合管理。

未来一段时间,我国还将处于工业化和城镇化的快速发展阶段,伴随而来的应对气候变化和空气污染物治理的压力将不断增加,我国在节能、减碳、控污方面都采取了相应的措施,形成了从总量、强度约束目标到具体措施的完整控制和治理体系。以能源领域为例 [3],“十三五”期间能源消费总量控制在 50 亿 tce 以内,单位国内生产总值能耗降低 15% 以上,开展能源供给侧结构改革和能源消费革命,以各种具体措施促使实现总量和强度控制目标。然而,上述治理体系是分别单独针对节能减碳和治理空气污染物两方面的。无论在目标值的设定上还是在具体行动方案上,政策措施的设计都缺乏对温室气体和空气污染物排放综合影响的评价,缺乏对其间产生的协同效应的考虑。基于协同效应对发展决策的重要意义,探索将协同效应纳入政策框架,以协同效应为手段实现能源、环境与气候变化的综合管理是研究的必要性所在。

对协同效应研究的核心包括两部分:一是以定量方法计算协同效应大小;二是将其融入政策评价制定,指导政策落地。本文以自底向上的 3E (能源 - 环境 - 经济)模型为基础,结合情景分析,实现对协同效应大小的量化。在对政策制定的指导上,由于行业或部门是我国实施政策措施的主要抓手,本文选取京津冀地区交通运输部门作为研究对象,旨在切实解决京津冀协同发展中交通这一关键部门的节能减排问题,使政策评价和建议更具有实操性和借鉴意义。

2 京津冀交通部门能耗及空气污染物排放现状及特点

2.1 能源消耗现状及特点根据能源平衡表估算 [4],京津冀交通运输部门 (指交通运输、仓储和邮政业 )2015 年共消耗能源约 2340 万 tce,按 2.7tCO2/tce 计算,约排放二氧化碳 6318 万t。交通运输部门能源消费量占该地区终端能源消费总量的比重约为 10%。2005 年至 2015 年,京津冀交通能源消费总量及占总终端用能比重均持续增加,污染物排放年均增速为 5%左右。尽管如此,该地区交通用能比重仍属偏低,低于全国 13% 的平均比重,更是远低于长三角、珠三角地区(接近 20% )。该地区中,北京交通用能比重为 20%,而天津和河北仅为 8.5% 和 6.3%,津冀两地相对滞后的城镇化进程是导致该地区整体用能比重偏低的主要原因。

按照能源品种划分,京津冀交通运输部门消耗的油品最多,比重约为 84.3%。由于京津冀是我国陆路交通运输最发达的地区,道路交通机动车和铁路内燃机车消耗了大量的汽油和柴油,而电力和天然气消费则较少,其占比分别为8% 和4% ,这与全国交通部门“多气”( 7% )、“少电” (4%)的格局完全相反。归根结底一方面由于该地区少气的能源资源禀赋条件所限,另一方面由于该地区发达的高速铁路运输所致。北京交通部门消费的能源中 90% 以上为油品,同北京市私家车出行比例高( 32%)相关。天津市交通部门消耗的煤炭比重为三地最高。河北三市一区被列为 2014年国家新能源示范城市(园区),大力推进新能源技术在城市区域供电、供热、交通和建筑中应用,导致河北省交通电力消费比重相对较大。

2.2 空气污染现状及特点交通部门中的道路机动车排放是京津冀空气污染的主要来源之一。根据环保部机动车排污监控中心的有关研究,在燃煤、机动车排放和工业 3类污染源中,区域内机动车NOx排放的占比最高。由于NOx 是 PM2.5气溶胶产生的重要前体物,机动车污染同时也是京津冀雾霾问题的主要来源。据机动车污染防治年报统计 [5],2014 年京津冀地区共产生氮氧化物、一氧化碳和颗粒物等机动车典型污染物分别为56 万 t、366万t 和 5.4 万 t,占全国总排放的9%以上。其中,上述3 种物质河北省排放量均居全国前两位。而北京、天津两地虽然排放体量不大,但输移性污染量大,机动车污染问题也十分突出。例如相关研究显示 [6],北京市内通过区域传输进京的 PM2.5 占到总量的 50% 以上。

目前,该地区机动车排放和油品使用标准不统一是影响京津冀地区机动车污染治理的重要原

因,严重阻碍了区域大气污染防治进程。北京市已经执行了近 3 年的国 V机动车排放标准,而河北和天津于 2016 年才开始统一执国V 标准;北京油品执行国 V标准,而天津和河北仍执行国Ⅲ标准。

3 协同效应分析方法

3.1 能耗、温室气体和空气污染物排放测算模型

定量计算能耗、温室气体和空气污染物排放情况是协同效应分析的基础。本文采用自底向上演化模型进行量化分析。根据耗能排污特点以及未来政策调控领域,本文将京津冀交通部门进一步划分为道路交通、城间铁路运输、城市轨道交通 3个子部门。结合已有研究基础和数据可获得性,针对 3个交通子部门分别采用 COPERT 模型、LEAP 模型和地铁车辆牵引功率计算方法。(1)道路交通子部门 COPERT 模型

CO P E RT 模型由欧洲环境署( EEA )资助希腊EMISIA 公司开发,最常用于国家或区域宏观层面排放清单编制,在欧洲、美国和中国都有广泛应用。C OP E RT是基于统计的机动车排放因子模型,排放因子主要以车辆行驶平均速度作为修正,为平均速度的函数 [7]。国家或区域温室气体和空气污染物排放总量通过活动水平(车辆保有量与年均行驶里程乘积)与排放因子相乘获得。此外,模型还将道路划分为城区、农村和高速公路3 种,将排放区分为冷启动和热稳定两部分,以尽可能反映不同行驶状态和气温对排放的影响。

车型分类是 COPERT 模型计算的“骨架 ”。京津冀道路交通部门车型分类除包含 COPERT 模型已有的乘用车、轻型商用车、中大型客车、重型货车、摩托车 5类外,还结合本地特点增加了低速农用车及出租车两类。在大类下,模型按照发动机排量、车辆总质量、燃料类型和排放控制标准等进一步细分,京津冀城区分类的最终结果是以CO P E RT内嵌的细分车型为基础,按照我国机动车分类标准( GA802-2014、GB/T 3730-2001)进行调整对接。

(2)城间铁路运输子部门 LEAP 模型

LEAP 模型是由瑞典斯德哥尔摩环境研究所开发,为长期能源规划而设计的能源系统模拟预测模型。它包括一次能源供应、转化和终端使用3个彼此关联的模块,针对终端消费部门的能源核算仅需使用需求分析模块 [8]。行业部门总能耗通 过活动水平(对铁路运输而言是客货运周转量,或客货运量乘以平均运距)与单位活动水平能耗相乘而得。利用单位能耗温室气体或污染物排放因子可进一步计算行业部门的总排放。

需求分析中, LEAP 模型技术系统是以能源终端利用设备为基础的树状层次图,可按照研究者需求灵活构建。对于京津冀城间铁路运输部门,除第 1层按照客、货运分类外,技术系统第2 层进一步将客运铁路划分为干线铁路、城际高速、市郊铁路。该分类考虑不同线路的服务半径,同时与京津冀“十三五”交通协同发展规划中构建“轨道上的京津冀”目标下的铁路网层级对应。最后一层为铁路机车,分为柴油内燃机车和电力机车两类。(3)城市轨道交通子部门地铁牵引功率计算城市轨道使用的能源几乎全部为电力,耗电系统和设备包括车辆和车站两部分,各约消耗一半的电力。在车辆部分,牵引系统耗能是最主要的部分,约占车辆总能耗的 80%[9]。本研究采用地铁、轻轨车辆牵引能耗乘以放大系数计算城市轨道交通总能耗。车辆牵引能耗通过牵引功率及车辆行驶时间估算,放大系数则考虑牵引部分占总能耗的比值确定为 2.1。

3.2 情景分析

情景分析共包括3类情景:基准情景、单独政策措施情景、政策措施综合情景。基准情景是衡量政策措施对温室气体及污染物排放削减效果的比较对象。单独政策措施情景是根据京津冀三地交通相关“十三五”规划筛选出的6 项关键措施。政策措施综合情景是6个单项措施叠加,理论上应是减排控污力度最强情景。本文以 2014 年为基准年,2020 年为预测年。

6项政策措施情景具体包括:实施严格的机动车排放标准、新能源汽车推广、私家车限购、发展城市轨道交通、加强京津冀公路路网建设、发展京津冀城际高速和市郊铁路。政策实施的作用体现为模型相关参数的变动。例如,发展京津冀城际高速和市郊铁路措施会影响 LEAP 模型中城际铁路和市郊铁路对客运量的占比,同时在交通需求规模一定的条件下,轨道交通规模扩大形成对公路运输的替代,具体表现在使 COPERT 模型中的公路客车年均行驶里程下降。表1 总结了 6个单项政策措施情景影响的所属部门、影响的模型及变量、导致模型变量的变化趋势。

3.3 协同效应量化:协同率本文提出协同率指标,用以作为温室气体和空气污染物减排协同效应的量化参数。将政策情景下空气污染物排放量同基准情景相比的削减量作为分子,将政策情景下温室气体排放量同基准情景相比的削减量作为分母,两者相比即为协同率。虽然协同率在本文中是以削减量度量的,但它也可理解为成本效益指标。温室气体排放同能耗密切相关,能源消耗是成本的重要组成部分,而空气污染物排放的负外部性决定对其削减能产生的效益。

协同率具有方向(正负性)和大小两个属性。从协同率方向看,在协同率为负的情况下温室气体或空气污染物排放某一方不能得到削减,此时两者不具有协同效应。在协同率为正的情况下,温室气体和空气污染物同时削减或增排,说明两者具有协同效应。尤其是对于同时削减的情形,协同效应体现为效益。因为只有在产生协同效应的前提下讨论协同大小才有意义,所以协同大小均针对协同率为正的情况。协同率数值越大,则意味着单位温室气体减排所能削减的空气污染物量越大,显然这种政策情景在同时削减温室气体和空气污染物排放时能获得最大的综合效益,能够以最经济的方式同时实现温室气体和空气污染物排放削减目标。

4 结果及讨论

4.1 不同情景下 2014—2020 年排放趋势

2014 年至 2020 年间京津冀交通部门温室气体和空气污染物的排放趋势如图 1~6 所示。在此期间,除 CH4 和 SO2外,对于大多数温室气体和空气污染物而言,基准情景下各种物质排放仍持续增长,而综合政策措施情景下排放增长趋势得到控制,甚至出现比较明显的降低,说明本文所探讨的政策措施在综合使用的情况下,确实会削减京津冀交通温室气体和空气污染物排放。就CH4而言,即使在基准情景下,其排放仍略有下降。据测算,城间铁路运输子部门是 CH4 排放最主要的贡献者,比重在 90% 以上,基准情景设定的城间铁路运输规模适当扩大是导致 CH4 排放趋势的主要原因。从 SO2排放趋势可以看出,在综合政策措施情景下排放不但未得到削减,反而以较快速度增长,增长幅度仅次于发展城市轨道交通。一方面,本文所探讨的 SO2 多来自电力消耗的间接排放,在我国轨道运输电气化程度较高的现状下,扩大轨道运输规模意味着增加电力消费,必会间接的排放可观的 SO2。另一方面也反映出,

在京津冀地区现有电源结构下,从全生命周期角度看,发展轨道交通是否能够具有节能减排效果值得商榷。

4.2 削减量

按照式( 1)和(2 )所示,本文进一步计算各种情景下温室气体和空气污染物相对基准情景的削减当量。由图 7 和图 8可知,在发展城市轨道交通情景下,温室气体和空气污染物相对基准情景均增排。由于电力消费增加,其中绝大多数增排量为间接排放。同时,城市轨道交通对京津冀 地区道路交通运量替代程度有限,道路交通排放削减量不足以抵消间接排放增量,从而导致最终结果为排放增加。

其它情景均能实现温室气体和空气污染物排放双重削减。综合政策情景无疑是削减量最大的情景。在单项政策情景中,作用于道路交通子部门的 3项措施最为有效,削减体量达到千万吨级水平,远大于其它政策措施。其中,实施严格的机动车排放标准的削减效果最显著,预计分别能够削减温室气体 3215 万 tCO2 当量和空气污染物排

放 17.6 万 t,约占总排放的 30% 以上。单项政策情景与综合政策情景的效果差别不大,如果考虑政策措施的实施成本,实施严格的机动车排放标准与之相比显然更具经济性。因此,该单项政策情景是京津冀地区交通部门控制温室气体和空气污染物排放最应积极落实的政策方案。

4.3 协同率

2020年各政策情景下协同率数值展示在图9中。加强公路路网建设和发展城际高速与市郊铁路的协同率最大,分别为 11.5/kgCO2 当量和 8.8/ kgCO2当量。尽管这两项措施削减量不大,却具有最大减排综合效益。加强公路路网建设和发展城间铁路运输往往需要投入大量的投资及维护成本,该结果也意味着在达到设定的减碳控污目标时其节约成本的效果最显著。实施严格的机动车排放标

5 政策建议

根据削减量及协同效应大小,京津冀交通部门控制温室气体和空气污染物排放的政策措施最应优先落实的为:发展城际高速与市郊铁路、实施严格的机动车排放标准、加强公路路网建设,它们是京津冀交通能源环境与应对气候变化综合管理的关键措施。

如前所述,尽管发展城际高速与市郊铁路协同效应大,但排放削减量较小。受京津冀现有电源结构影响,极高的间接排放显著降低了轨道交通的减排量。提高该区域内电源的清洁程度是使发展城际高速与市郊铁路政策措施的减碳控污效果更加凸显的主要途径。除节能减排作用外,发展城际高速与市郊铁路对于区域经济协调发展的作用不可忽视,并且两者是相辅相成的。未来京津冀地区城际高铁网络将覆盖各地级市,高铁无疑会加大城市交流范围,缩小各地级市经济差距。而所有未设站的县城将成为可达性较差的地区 [10],市郊铁路网络的健全能够保证这些地区更好发展,推进所有市县经济一体化发展。

实施严格的机动车排放标准政策措施,发挥较强减碳控污的前提是确保三地统一实施较为严格的机动车排放标准,而形成跨区域的府际治理平台和治理机制是关键 [11]。首先应当以现有大数据平台(例如北京市交通节能减排实验室 )为基础,进一步完善京津冀地区机动车保有量与排放总量数据库,力争做到机动车活动水平与排放信

[12]

息的实时化和动态化 展示与管理。其次,在新

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技术的密切结合,这些领域将会极大地改变传统的生产与生活方式,显著提高生产效率和能源利用效率。有些领域则突破传统的工业、建筑、交通等某个领域,将节能视野进一步放大,通过跨领域、跨行业、跨地域的产业结合与产城融合,实现以整个社会为整体的节能降耗。还有一些领域隶属于工业、建筑、交通三大传统领域之外的农业、基础设施建设等领域,这些领域由于规模较小,长期以来未受到足够重视,尚未形成大范围的共识。但无论如何,节能是全社会的节能,在能效项目成本逐渐增加的情况下,这些领域都在一定程度上反映了未来的节能方向。预计“十三五”期间,新兴领域所需资金约为 1000 亿元,可形成 2900 万 tce 的节能能力。

4 结束语

总的来看,适宜的能效投融资工具对于大规模推广节能工作非常重要。同时,完善的政策配 套、能效投融资基础性工作建设和创新投融资机制也是必不可少的。只有金融支持与政策机制相互融合,市场机制与法律手段相辅相成,中国的节能和能效提升工作才能出现转折点,实现节能产业运行的“五化”目标,即信息化、智能化、实效化、市场化、科学化,从而适应应对气候变化及实现人类可持续发展的要求。

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