碳达峰及碳中和战略背景下 我国多动力类型道路运输装备发展的思考

摘要：我国幅员辽阔，各地区地理环境及气候条件复杂多样，且地域间经济发展不平衡，而交通运输行业在国民经济发展中均发挥至关重要的作用，因此道路运输装备的选择关系到当地的运输能力的发展，在碳达峰及碳中和的目标下道路运输装备的节能减排技术不断涌现。本文分析了我国不同地域的环境及地理条件，发现在不同动力类型道路运输装备的选择上应该因地制宜进行合理的配比。基于环境条件科学合理地配置多动力类型道路运输装备的比例，不仅有利于促进实现碳达峰及碳中和的国家战略，还有利于促进我国交通运输行业与国民经济高质量配合发展以及能源安全发展，保障极端天气、紧急救援时的运力需求，减少因不科学选用新能源车辆造成的经济浪费及特殊条件下的运力不足。研究发现经济效益提升、污染防治、特殊条件下基础运力保障三者的相互协调，是未来我国全域发展高效、节能、运力保障的最基本最智慧的发展路径，是尽早实现我国公路运输碳达峰的有效方法。关键词：碳达峰；碳中和；多动力类型；道路运输装备0引言道路运输装备作为交通运输行业的重要生产资料，关系到国计民生，同时也是能源消耗及城市污染的重要来源。随着我国城镇化速度加快，载货汽车保有量逐年提升，如图1所示。图1我国历年载货汽车保有量变化Fig.1Changesinthenumberoftrucksinmycountryovertheyears截至2020年，我国载货汽车保有量为3046万辆，营运客车1171.54万辆，其中载客汽车61.26万辆，城市公共汽电车70.44万辆，巡游出租汽车139.40万辆，道路运输装备的数量和质量是一个国家经济发展水平的重要标志之一，道路运输能否适应我国的发展需求直接关系国民经济的发展水平和速度，交通行业货运量与GDP存在长期的均衡关系。面对越来越庞大的机动车保有量及快速的经济增长，如何做到资源最优化利用、污染防治及紧急情况下的基础运力保障、城市居民及城乡运输需求满足等，是一个值得深入探讨与研究的科学问题。对多动力类型道路运输装备进行科学合理统筹分配，对我国实现交通行业的碳达峰、碳中和、保障特殊时期城市运力并为居民提供更加优质的出行服务具有重大的意义。经调研发现我国部分地区为降低城市污染，响应新能源车辆发展的号召，大力推广使用纯电动运输装备。由于各地区环境条件各不相同，推广新能源政策时应充分考虑当地气候条件、地理环境、经济发展、自然灾害及极端情况发生时的基础运力保障问题，还应考虑不同动力类型车辆在不同环境下运行的全生命周期的成本、环境评价、可靠性及寿命问题。如图2所示为某型号磷酸铁锂电池电量随温度变化关系，较低温度下电池相对容量大大降低。图2电池容量随温度变化关系[4]Fig.2Therelationshipbetweenbatterycapacityandtemperature长远来看，科学合理配置新能源道路运输装备对节省财政支出及减少环境污染具有积极作用。根据交通运输行业在国民经济发展过程中的重要性、不同地域道路运输装备的适应性以及新能源车辆推广过程中遇到的一些问题，本文将基于碳达峰及碳中和研究如何实现道路运输装备的合理分配，以期使交通运输行业经济效益、节能减排、特殊条件下基础运力保障之间协调发展，做好交通运输行业能源统筹。探讨如何建立多动力类型道路运输装备科学分配的评判方法。1

交通运输行业的发展内涵1.1总体发展内涵交通运输不仅要保持一定的发展速度和建设规模，不断满足国民经济和社会发展的需要，且在发展过程中，应当正确把握发展度、协调度、可持续度三者的关系，正确处理局部与全局、眼前与长远的关系，正确处理发展与人口、资源、环境的关系，发展速度与建设质量、规模扩张与合理把握标准等诸多矛盾，实现质量型、效益型、功能型和可持续的跨越式发展，逐步建立具有便利性、快捷性、可达性以及准时性等特征的现代综合交通运输体系，提高交通运输便捷性。新时期优先发展低碳道路运输装备，增强碳减排技术的研发能力，调整用能结构、优化用能方式、推动能源梯级利用、提高用能效率、建设多能源供给综合站，促进交通运输的可持续发展。1.2公路交通运输的特点公路运输之所以在国民经济的发展中起着至关重要的作用，主要是由于公路交通运输的灵活性、及时性、可达性、经济性及保障特性等特点。与铁路、水运和航空运输相比较，公路运输对线路和公路等级要求较低。我国发达的公路网络使公路运输变得更加灵活方便，可针对客货运提供针对性服务满足个性化需求，可实现门到门点对点的灵活运输。公路运输的及时性主要体现在速度快、准时性强，可根据运输委托方及承运方的约定时间进行有针对性的运输服务。同时，公路运输还是联通乡村与城市的重要支持手段，在各种运输方式中，道路运输是覆盖面最广、通达深度最大的陆上运输方式。运输经济性是指将物品或人员送达至某地付出经济成本，如海鲜和果蔬等具有较强的时效性的产品，运输延误造成的损失将使商品价值的完全丧失。运输需求方要承担的经济成本应包括运输过程的时间价值损失、空间价值损失、其他潜在的损失及支付的全程费用（运费、保险费、装卸费等）。道路运输的技术经济特征和技术构成决定了道路运输除了具有一般交通运输系统的功能外，还具有“通过”和“送达”的基本功能。换一个角度来看，道路运输的良好技术特征决定了它的功能以及在综合运输中主导地位的日益增强。2

多动力类型道路运输装备特征的对比分析多动力类型道路运输装备主要有：传统燃油车辆、混合动力车辆、天然气车辆、纯电动车辆、氢燃料电池车辆以及其他新技术动力类型车辆等，各种动力类型车辆在应用过程中均存在一定的优缺点。2.1传统燃油车传统燃油车在车辆性能、燃料供给、车辆检测维修以及车辆报废回收体系方面均形成了相对成熟的体系，其最大的问题是油耗及污染物排放。鉴于节能减排压力及新能源车辆的挑战，业内专家学者正努力在内燃机新技术方面不断创新以通过技术迭代达到最终的零排放。短期内可以通过优化内燃机自身技术特征诸如优化燃烧、代用燃料、改善充气效率、提高热能管理、减小摩擦、轻量化及降速等手段满足2020年汽车排放和油耗法规的要求；中期通过发动机的电气化实现电机和发动机混合驱动以满足2025年和2030年的法规要求；长期采用氩气循环、氢气发动机的车辆可以实现零排放和卓越的能源效率。2.2天然气汽车目前全球已探明的天然气储量非常丰富，按照目前能源消耗水平，可供人类使用几百甚至上千年，因此天然气汽车将会在未来一段时间内成为替代石油的清洁能源，是内燃机的主要燃料。在氢燃料电池车辆大规模应用以前，天然气是最优的替代能源。2.3

纯电动汽车与传统汽车相比，纯电动车在应用端零排放、低噪音，适合在污染严重的大城市推广应用。但纯电动车辆也存在一定的缺点，如续航里程短、购车成本高、车辆残值低、维护成本高、存在安全隐患、电池寿命短等问题。目前，欧盟委员会认为未来唯一评价绿色产品的方法即为产品生命周期评价法（LifeCycleAs⁃sessment，LCA），此方法可以评价汽车全生命周期各个环节所引发的环境污染问题。吉利汽车研究院通过LCA的方法，依据ISO14040和ISO14044等国际标准的规定，对传统燃油车及纯电动车从原材料的获取、汽车生产、汽车使用、汽车报废回收等阶段进行碳足迹核算并得出全球增温潜势；研究发现纯电动车在原材料获取（2.55倍）、生产（2.68倍）和回收阶段的全球增温潜势高于传统燃油车，但在使用环节纯电动车不产生碳排放，其全球增温潜势低于传统燃油车。综合全生命周期的绿色评价来看，纯电动车的碳排放更高。针对纯电动车辆的电池性能的研究，清华大学院士课题组，针对环境温度对动力电池性能的影响做了大量的研究，发现磷酸铁锂动力电池的特性与环境温度紧密相关。对不同环境温度下电池的容量、内阻和开路电压的变化规律进行研究，结果表明动力型磷酸铁锂电池的容量在低温下迅速降低。实践也证明纯电动车辆对低温地区的使用效果并不理想。2.4

氢燃料电池车辆氢燃料电池技术被认为是当前最有前景的车辆技术，其燃烧氢气生成水，是完全的零排放车辆，氢气被认为是宇宙中最丰富的清洁能源，氢燃料电池车辆面临的挑战有制氢及储氢的成本控制、氢燃料电池堆的成本、可靠性及耐久性问题。氢燃料电池车辆的应用及普及将是一个长期的过程，测算氢燃料电池客车与传统燃油客车的LCA，文章中对比了能源消耗、温室气体潜势、碳足迹、水消耗量及土地占用等方面，研究表明氢燃料电池车辆在全生命周期内具有更好的CO2排放潜势，可再生能源制氢时CO2排放可降低70%。对氢气的运输成本，制氢地距加氢站200km内是较为经济运输距离。虽然氢燃料电池车辆是未来可持续的车辆替代产品，但短时间内无法做到成本低廉、完全的可再生能源制氢及完善加氢站等基础设施，因此大规模推广存在一定困难。2.5

混合动力电动车辆混合动力电动车主要分为插电式和非插电式两种。插电式混合动力电动车辆集合了传统燃油车辆及纯电动车辆的优点，既保障了续航，也可使其在城市工况下采用电能驱动以达到车辆零排放的目的；非插电式混合动力电动车辆主要有增程式混合动力电动车及混联式混合动力电动车，均是在车载燃料中获取能量，但通过采用混合动力模式以达到节能减排的效果。3

多动力类型道路运输装备应用的适宜性分析3.1多种动力类型道路运输装备选型的必要性我国南北纵贯5500千米，包含6个气候带，气候条件差异较大；东西横跨5200千米，地理条件、自然环境等也不尽相同，地势变化多端，分布复杂，兼有山地、高原、丘陵、盆地、平原等各类地形。同时我国又是多山之国，山地面积占据了我国国土的近三分之二，而其中绝大部分山地属于1000m以上的高海拔地区，在这些地区中，分布着我国近50个大中型城市，人口约为2亿。海拔在2000m以上的地区占国土总面积的33%，有接近20个大中型城市，人口也在5000万以上。因此，不同区域应根据自身条件科学合理的选择适合当地环境的动力类型交道路运输装备。对于大中城市，应根据所在地区、人口数量、城市污染、客货运输需求、环境等因素科学合理地对多动力类型道路运输装备进行配置，以满足城市日常运力为基础，兼顾车辆全生命周期的能量损耗及环境评价，同时能保障特殊时期的城市运力需求。不同动力类型车辆技术条件也各不相同，续航里程、温度适应性、可靠性等差异较大。基于环境条件科学合理地配置多动力类型道路运输装备的比例是亟待解决的关于能源统筹、环境保护及经济效益、运力保障等协同发展的重要科学问题。3.2多种动力类型道路装备选型的可行性综上所述，在碳达峰及碳中和重大战略部署下，结合车辆的技术现状及优缺点，大力推动使用新燃料、新能源及新型节能环保技术的道路运输装备产业发展，建设既能满足排放要求又能保障国民经济发展不受影响的新型的智能化、清洁化、合理化的交通运输体系是我国交通运输行业的未来发展方向。动力类型选择及配比的研究，可根据该区域温度、能源储备、地理条件、公路交通情况、交通运输基础设施建设等因素以多动力类型车辆的可靠性、经济性、动力性、排放性以及全生命周期的环境友好度为考察目标，采用多目标优化的方法将一定区域内多动力类型车辆的比例进行测算，指导当地进行多动力类型道路运输装备的统筹规划及动态管理。4结语本文阐述了交通运输行业的发展内涵，不同动力类型车辆的优缺点以及多种动力类型道路运输装备科学配比的合理性。研究发现经济效益提升、污染防治、特殊条件下基础运力保障三者的相互协调，是未来我国全域发展高效、节能、运力保障的最基本最智慧的发展路径，是尽早实现我国公路运输碳达峰的有效方法。建立一套合理的评判体系，研究不同动力类型道路运输装备科学的区域分配方法是未来交通行业发展的必由之路。根据本文的分析提出未来道路运输装备可持续发展的几条意见。（1）在选用车辆的动力类型时应充分研究本地气候环境、地形地貌特点、经济发展水平、人民需求