李利軍，姚國(guó)君

（石家莊鐵道大學(xué) 經(jīng)濟(jì)管理學(xué)院，河北 石家莊 050043）

0 引言

研究表明，交通運(yùn)輸產(chǎn)生的碳排放量占到全球碳排放量的25%[1-2]。20 世紀(jì)初，馬歇爾和庇古論證了能源消耗和污染排放的外部成本效應(yīng)，此后，碳排放成為研究熱點(diǎn)。在交通領(lǐng)域，有關(guān)碳排放的研究主要集中在碳排放測(cè)算、碳排放預(yù)測(cè)、碳排放因素分析等方面。其中，李健等[3]發(fā)現(xiàn)北京市交通碳排放始終呈現(xiàn)增長(zhǎng)趨勢(shì)，天津市、河北省近年來(lái)交通碳排放有下降趨勢(shì)；羅希、謝漢生等[4-5]分別測(cè)算了我國(guó)交通運(yùn)輸業(yè)能源消費(fèi)碳足跡總量、鐵路運(yùn)營(yíng)碳排放量；張?jiān)娗嗟萚6]對(duì)交通運(yùn)輸碳排放時(shí)空分布格局進(jìn)行研究；張宏鈞等[7]研究發(fā)現(xiàn)影響公路與鐵路碳排放的主要因素是換算周轉(zhuǎn)量；汪瑩等[8]綜合運(yùn)用協(xié)整檢驗(yàn)、向量誤差修正模型及Granger檢驗(yàn)，建立換算總周轉(zhuǎn)量、能源消耗強(qiáng)度、運(yùn)輸車輛結(jié)構(gòu)和人均GDP與碳排放的長(zhǎng)期協(xié)整方程與短期誤差修正方程；左大杰等[9]發(fā)現(xiàn)運(yùn)輸強(qiáng)度及其結(jié)構(gòu)是驅(qū)動(dòng)行業(yè)碳排放的關(guān)鍵因子；Benoit，Hickman等[10-11]基于模擬仿真對(duì)不同情景下的碳排放進(jìn)行了預(yù)測(cè)分析。

綜合現(xiàn)有文獻(xiàn)研究，交通碳排放測(cè)算研究取得了一定成果，但還存在研究多停留在全國(guó)性的整體層面、省域空間效應(yīng)方面研究較少，部分碳排放測(cè)算缺乏測(cè)算模型參數(shù)等問(wèn)題。為此，運(yùn)用排放系數(shù)法與油耗法相結(jié)合的方法測(cè)算京津冀公路貨運(yùn)碳排放，構(gòu)建基于鐵路貨物周轉(zhuǎn)量的碳排放計(jì)算方法測(cè)算京津冀鐵路貨運(yùn)碳排放，并依據(jù)階段劃分對(duì)公路、鐵路碳排放情況進(jìn)行比較分析，以期促進(jìn)公路、鐵路貨運(yùn)合理發(fā)展。

1 碳排放測(cè)算模型構(gòu)建

公路貨運(yùn)碳排放測(cè)算采用油耗法，即利用碳排放系數(shù)計(jì)算的方法；鐵路貨運(yùn)碳排放測(cè)算采用“自上而下”的計(jì)算方法，即利用鐵路運(yùn)輸?shù)哪茉聪牧砍艘云淠茉刺寂欧畔禂?shù)計(jì)算。研究集中于貨物運(yùn)輸過(guò)程中燃料燃燒直接產(chǎn)生的碳排放測(cè)算，對(duì)鐵路電力機(jī)車運(yùn)輸不測(cè)算碳排放?；谘芯繑?shù)據(jù)的獲得性，對(duì)1998—2018年京津冀公路、鐵路貨運(yùn)進(jìn)行碳排放測(cè)算。

1.1 公路碳排放測(cè)算模型構(gòu)建

我國(guó)公路交通的能耗主要是汽油、柴油等高碳排放的化石燃料。為了方便測(cè)算公路碳排放量，將貨車分為輕型、中型、重型3類，設(shè)貨車燃油均為柴油，各車輛數(shù)據(jù)來(lái)自1998—2019年《北京市統(tǒng)計(jì)年鑒》《天津市統(tǒng)計(jì)年鑒》《河北省統(tǒng)計(jì)年鑒》。綜合相關(guān)文獻(xiàn)[4，12-14]研究方法，參考文獻(xiàn)[12]的研究成果，利用油耗法對(duì)公路貨運(yùn)碳排放進(jìn)行測(cè)算。

式中：C1為公路碳排放量，萬(wàn)t；Ai為第i類貨車的百公里油耗量，i= 1，2，3，L/102km；Pi為第i類車型碳排放系數(shù)，根據(jù)歐洲排放標(biāo)準(zhǔn)，并對(duì)應(yīng)車型分類，得到各車型碳排放系數(shù)[15]，g/L；Li為第i類機(jī)動(dòng)車年均行駛里程，km。

式中：A為貨車百公里油耗量，L/102km；a，b，c，d，e為回歸參數(shù)[15]；IRI為國(guó)際平整度指數(shù)，由于公路等級(jí)不同，采用世界銀行數(shù)據(jù)報(bào)告IRI取平均值1.35；f為縱坡坡度，上坡為正，下坡為負(fù)，可以近似相互抵消，%；V為車速，km/h。

由于目前缺少各車型的行駛距離數(shù)據(jù)，研究采用《道路機(jī)動(dòng)車大氣污染物排放清單編制技術(shù)指南》推薦的機(jī)動(dòng)車年均行駛里程，機(jī)動(dòng)車（含柴油車）年均行駛里程如表1所示。柴油車型碳排放系數(shù)[15]如表2所示?；貧w參數(shù)參考文獻(xiàn)[15]得到，回歸參數(shù)如表3所示。車速根據(jù)《公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》（JTGB01-2014），結(jié)合《道路機(jī)動(dòng)車大氣污染物排放清單編制技術(shù)指南》，參考相關(guān)文獻(xiàn)[16-17]確定不同車型車速均值如表4所示。

表1 機(jī)動(dòng)車（含柴油車）年均行駛里程 kmTab.1 Average annual mileage of motor vehicles （including diesel vehicles）

表2 柴油車型碳排放系數(shù) g/LTab.2 Carbon emission coefficients of diesel vehicles

表3 回歸參數(shù)Tab.3 Regression parameters

根據(jù)式（1）、式（2），以及表1至表4數(shù)據(jù)，結(jié)合原始數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)資料，京津冀公路碳排放測(cè)算結(jié)果如表5所示。

表4 不同車型車速均值 km/hTab.4 Average speed of different vehicles

表5 京津冀公路碳排放測(cè)算結(jié)果 萬(wàn)tTab.5 Measurement results of highway carbon emissions in the Beijing-Tianjin-Hebei region

1.2 鐵路碳排放測(cè)算模型構(gòu)建

目前，學(xué)術(shù)界對(duì)鐵路碳排放測(cè)算尚未有準(zhǔn)確的計(jì)算方法，研究中根據(jù)牽引動(dòng)力不同，鐵路碳排放測(cè)算分為蒸汽機(jī)車、內(nèi)燃機(jī)車，并設(shè)定蒸汽、內(nèi)燃機(jī)車使用化石燃料分別為焦炭、柴油?？紤]到1998—2002年蒸汽、內(nèi)燃、電力機(jī)車混用，根據(jù)《中國(guó)鐵道年鑒》全國(guó)鐵路機(jī)車能源供應(yīng)數(shù)據(jù)顯示電力供應(yīng)對(duì)煤炭、燃油的替代性明顯，2002年已不再使用蒸汽機(jī)車，電力機(jī)車運(yùn)量占比逐年增加，內(nèi)燃機(jī)車運(yùn)量逐年減少，到2018年電力機(jī)車運(yùn)量占比88.4%，內(nèi)燃機(jī)車運(yùn)量占比11.6%。鑒于1998—2008年《中國(guó)鐵道年鑒》各鐵路局并未統(tǒng)計(jì)鐵路運(yùn)輸用油量、用電量，限于研究數(shù)據(jù)的可獲得性，鐵路碳排放測(cè)算分為2個(gè)部分：第一部分是1998—2007年，采用機(jī)車單耗與貨物周轉(zhuǎn)量進(jìn)行計(jì)算；第二部分是2008—2018年采用用油量、用電量進(jìn)行計(jì)算。在第一部分中，考慮到內(nèi)燃機(jī)車逐年淘汰且多用于調(diào)車運(yùn)轉(zhuǎn)、區(qū)段運(yùn)輸?shù)?，干線運(yùn)輸占比不大，故其計(jì)算結(jié)果可能偏大。在第二部分中，考慮存在內(nèi)燃機(jī)車在客運(yùn)中的使用，但根據(jù)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)顯示，所占份額可以忽略不計(jì)。研究采用《陸上交通運(yùn)輸企業(yè)溫室氣體排放核算方法與報(bào)告指南》推薦的碳排放計(jì)算方法如下。

式中：C2為鐵路運(yùn)輸碳排放量，萬(wàn)t；ADi為第i種化石燃料的活動(dòng)水平，GJ；EFi為第i種化石燃料的二氧化碳排放因子，t/GJ；NCVi為第i種固體化石燃料的平均低位發(fā)熱量，GJ/t；FCi為第i種固體化石燃料消費(fèi)量，t；CCi第i種化石燃料的單位熱值含碳量，t/GJ；OFi為第i種化石燃料的碳氧化率，%；ET貨運(yùn)ij為第i類運(yùn)輸工具所完成的貨物周轉(zhuǎn)量，萬(wàn)t·km；RK貨運(yùn)ij為完成的單位貨物周轉(zhuǎn)量所消耗的第i種燃料消費(fèi)量，kg/（萬(wàn)t·km）。

由于京津冀城市統(tǒng)計(jì)年鑒內(nèi)并無(wú)明確機(jī)車類型的貨物周轉(zhuǎn)量數(shù)據(jù)，鑒于中國(guó)鐵路北京局集團(tuán)有限公司（以下簡(jiǎn)稱“北京局集團(tuán)公司”）管轄分布不僅包括京津冀，也包括山東、河南、山西部分地區(qū)，其中以山東區(qū)域中德州部分、邯濟(jì)線（邯鄲—焦斌）部分、河南區(qū)域安陽(yáng)部分、山西區(qū)域陽(yáng)泉部分為代表。同樣，考慮到中國(guó)鐵路沈陽(yáng)局集團(tuán)有限公司、中國(guó)鐵路太原局集團(tuán)有限公司分別在北京、天津、河北省境內(nèi)均有部分管轄，以錦承線（錦州—承德）、京通線（北京—通遼）、大秦線（韓家?guī)X—柳村南）為代表。經(jīng)相互抵消后比較發(fā)現(xiàn)，占比小于1%。因此，采用1998—2008年《中國(guó)鐵道年鑒》中北京局集團(tuán)公司統(tǒng)計(jì)的貨物周轉(zhuǎn)量代替京津冀鐵路貨物周轉(zhuǎn)量。機(jī)車單耗如表6所示。2008—2018年北京局集團(tuán)公司機(jī)車耗油量如表7所示。化石燃料特性參數(shù)缺省值如表8所示。

表6 機(jī)車單耗 kg / （萬(wàn)t · km）Tab.6 Unit consumption of locomotives

表7 2008—2018年北京局集團(tuán)公司機(jī)車耗油量 tTab.7 Oil and electricity consumption of China Railway Beijing Group from 2008 to 2018

表8 化石燃料特性參數(shù)缺省值Tab.8 Default values of fossil fuel characteristic parameters

根據(jù)式（3）至式（6），結(jié)合表6、表7、表8數(shù)據(jù)，京津冀鐵路碳排放測(cè)算結(jié)果如表9所示。

2 京津冀公鐵貨運(yùn)碳排放測(cè)算比較分析

根據(jù)表5、表9繪制1998—2018年京津冀公鐵貨運(yùn)碳排放總量比較圖如圖1所示；根據(jù)表5繪制1998—2018年京津冀公路貨運(yùn)碳排放變化圖如圖2所示；根據(jù)表5及京津冀人口數(shù)量繪制1998—2018年京津冀公路貨運(yùn)人均碳排放變化圖如圖3所示。由于鐵路碳排放測(cè)算數(shù)據(jù)采用的是北京局集團(tuán)公司統(tǒng)計(jì)的貨物周轉(zhuǎn)量代替京津冀鐵路貨物周轉(zhuǎn)量，若測(cè)算京津冀鐵路人均碳排放，其結(jié)果的準(zhǔn)確性較低。因此，研究不再測(cè)算鐵路人均碳排放。

表9 京津冀鐵路碳排放測(cè)算結(jié)果 萬(wàn)tTab.9 Calculation of carbon emissions from railway transport in the Beijing-Tianjin-Hebei region

（1）各年份碳排放對(duì)比。由圖1可知，鐵路碳排放量遠(yuǎn)小于公路碳排放量。1998—2003年，公路碳排放量隨時(shí)間增加但增速不大；2004年較2003年減少近5 000萬(wàn)t；公路碳排放量在2006—2012年呈增長(zhǎng)狀態(tài)，由2006年的18 290.72萬(wàn)t增長(zhǎng)到2012年38 018.20萬(wàn)t，2006—2012年年增長(zhǎng)率達(dá)18%；2013—2014年公路碳排放量較2012年減少近1 000萬(wàn)t；2015—2018年，公路碳排放量明顯增加，年增長(zhǎng)率達(dá)10%。相比之下，鐵路貨運(yùn)碳排放量遠(yuǎn)小于公路碳排放量。由于測(cè)算過(guò)程中采用的數(shù)據(jù)不同，其計(jì)算結(jié)果差異較大，1998—2007年測(cè)算數(shù)據(jù)來(lái)源機(jī)車單耗與貨物周轉(zhuǎn)量。1998—2001年鐵路碳排放量等于蒸汽機(jī)車與內(nèi)燃機(jī)車完成的貨物周轉(zhuǎn)量碳排放量之和；2002—2007年鐵路碳排放量主要來(lái)自內(nèi)燃機(jī)車。2008—2018年鐵路碳排放量逐年降低，電力機(jī)車逐漸取代內(nèi)燃機(jī)車，因此，鐵路運(yùn)輸直接碳排放量不斷減小。京津冀鐵路碳排放的減少離不開鐵路節(jié)能減排政策的實(shí)施以及機(jī)車的更新?lián)Q代。公路碳排放不斷增長(zhǎng)與其運(yùn)營(yíng)里程、貨運(yùn)量增加相關(guān)，因此也就導(dǎo)致碳排放只增不減。

（2）按地區(qū)分析。根據(jù)圖2可以看出，河北省公路碳排放占比較大。分車型統(tǒng)計(jì)，天津市、河北省均表現(xiàn)為重型貨車碳排放量最高；北京市輕型貨車碳排放量最高；京津冀3地中型貨車碳排放量占比最小。根據(jù)計(jì)算結(jié)果，北京市公路碳排放量不同車型呈現(xiàn)出不同特征：輕型貨車碳排放量逐年遞增，由1998年的229.11萬(wàn)t增加到2018年1 198.433萬(wàn)t；中型貨車碳排放量呈現(xiàn)逐年遞減趨勢(shì)，由1998年的279.70萬(wàn)t減少到2018年的42.38萬(wàn)t；重型貨車碳排放量整體逐年減少，但減少的幅度不大。盡管北京市已采取諸多貨車限行政策，但北京市總體公路碳排放量自1998年到2018年年均增長(zhǎng)25.14萬(wàn)t。天津市3類車型碳排放量均為逐年增長(zhǎng)狀態(tài)，其中中型貨車碳排放量先增后減；重型貨車碳排放量增長(zhǎng)速度最大，1998—2018年年均增長(zhǎng)137.64萬(wàn)t。 河北省公路碳排放量不同車型均呈現(xiàn)逐年增加的趨勢(shì)，其中重型貨車碳排放量占河北省公路碳排放總量的70%左右。鐵路方面，北京局集團(tuán)公司在2002年加大了內(nèi)燃機(jī)車和電力機(jī)車投入，從2007年后內(nèi)燃機(jī)車運(yùn)輸占比逐漸減小，到2017年其貨物周轉(zhuǎn)量是電力機(jī)車的14%。隨著電力機(jī)車運(yùn)量的加大，鐵路運(yùn)輸碳排放量將會(huì)逐步減少。

（3）公路人均碳排放量分析。在公路碳排放中，北京市碳排放均值為1 171.28萬(wàn)t，天津市碳排放均值為2 738.77萬(wàn)t，河北省碳排放均值為 21 959.76萬(wàn)t。根據(jù)圖3，河北省人均碳排放量最高，1998—2018年年平均人均碳排放量為3.06 t； 北京市年平均人均碳排放量最小，為0.68 t；天津市年平均人均碳排放量為2.09 t。北京市公路人均碳排放總體呈現(xiàn)先減少后增加的態(tài)勢(shì)，1998—2015年呈現(xiàn)減少狀態(tài)，即由0.81 t減少到0.52 t，2016—2018年呈現(xiàn)增加態(tài)勢(shì)；天津市和河北省公路人均碳排放整體表現(xiàn)為逐年增長(zhǎng)，其中河北省增長(zhǎng)較快。從人均碳排放量來(lái)看，北京市公路貨運(yùn)人均碳排放穩(wěn)定狀態(tài)最好，天津市穩(wěn)定狀態(tài)次之，河北省穩(wěn)定狀態(tài)不佳。

3 結(jié)束語(yǔ)

構(gòu)建公路、鐵路貨運(yùn)碳排放模型，并對(duì)京津冀公路、鐵路貨運(yùn)碳排放進(jìn)行測(cè)算。結(jié)果表明，京津冀公路貨運(yùn)碳排放量大于鐵路。公路碳排放方面，河北省公路貨運(yùn)碳排放量最大，天津市次之，天津市和河北省碳排放量呈上升趨勢(shì)；北京市碳排放量最小且北京市碳排放量呈減少趨勢(shì)。鐵路碳排放方面，除個(gè)別年份外，京津冀鐵路貨運(yùn)碳排放量呈下降趨勢(shì)。研究測(cè)算了京津冀公路與鐵路貨運(yùn)的直接碳排放情況，對(duì)于間接碳排放未進(jìn)行測(cè)算?；谌芷谝暯沁\(yùn)輸工具間接碳排放測(cè)算將是下一步研究重點(diǎn)。