黃志輝，紀(jì) 亮，尹 潔，呂 晨，王軍方*，尹 航，丁 焰，蔡博峰，嚴(yán) 剛

1.中國(guó)環(huán)境科學(xué)研究院，國(guó)家環(huán)境保護(hù)機(jī)動(dòng)車污染控制與模擬重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100012

2.生態(tài)環(huán)境部環(huán)境規(guī)劃院碳達(dá)峰碳中和研究中心，北京 100012

3.生態(tài)環(huán)境部環(huán)境規(guī)劃院，北京 100012

汽車行業(yè)是我國(guó)重要支柱產(chǎn)業(yè)，是道路交通最主要的交通運(yùn)輸工具，也是我國(guó)二氧化碳(CO2)重點(diǎn)排放源之一.1980 年以來(lái)，我國(guó)汽車產(chǎn)業(yè)快速增長(zhǎng)，保有量增速由80 年代年均增長(zhǎng)幾十萬(wàn)輛增至目前年均增長(zhǎng)2 000 萬(wàn)輛[1]以上，實(shí)現(xiàn)了跨越式發(fā)展.2020 年，全國(guó)汽車產(chǎn)銷量分別為2 522.5×104和2 531.1×104輛，位居世界第一；全國(guó)新能源汽車產(chǎn)銷量分別為136.6×104和136.7×104輛，約占世界的一半[2]；全國(guó)汽車保有量達(dá)2.81×108輛，僅次于美國(guó)，其中70 個(gè)城市汽車保有量超過(guò)1×104輛，31 個(gè)城市超2×104輛，13 個(gè)城市超3×104輛[3].由于汽車保有量大帶來(lái)道路交通行業(yè)CO2排放貢獻(xiàn)突出，已有研究[4-7]表明，我國(guó)交通領(lǐng)域CO2排放量為9×108～11×108t，占全國(guó)溫室氣體排放的9%～10%，其中汽車行業(yè)占比最高，占70%～80%.2018 年，歐盟交通領(lǐng)域CO2排放量約為9.41×108t，占比為27.34%[8].2019 年，美國(guó)交通領(lǐng)域CO2排放量約為18.43×108t，占比為34.95%，是最大的排放貢獻(xiàn)者[9].汽車使用階段CO2排放為歐美國(guó)家交通領(lǐng)域CO2排放最大領(lǐng)域.與發(fā)達(dá)國(guó)家相比，我國(guó)交通領(lǐng)域CO2排放占比較低但增長(zhǎng)潛力較大.

汽車按用途可分為乘用車和商用車，按車輛類型可分為載客汽車(微、小、中、大型客車)和載貨汽車(微、輕、中、重型貨車)，按燃油種類可分為汽油車、柴油車及其他燃料車.汽車使用階段CO2排放計(jì)算方法主要包括基于交通油耗的“自上而下”法、基于行駛里程的“自下而上”法[10-13].目前，IPCC 推薦采用油耗法，美國(guó)和歐洲采用行駛里程法.國(guó)內(nèi)大多數(shù)研究采用油耗法，但國(guó)內(nèi)缺少基于交通領(lǐng)域油耗專項(xiàng)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，且我國(guó)正在大力推廣的乙醇汽油中乙醇使用量未納入交通油耗統(tǒng)計(jì)范疇[1,14-15]，以及有相當(dāng)數(shù)量的非標(biāo)柴油銷售[16]，利用油耗法計(jì)算的結(jié)果不確定性較大，一定程度上低估了汽車CO2排放量.

道路交通CO2排放分析和峰值預(yù)測(cè)方面，大多使用國(guó)際CO2排放模型，以情景分析為核心，采用碳排放進(jìn)行因素分解，確定碳排放驅(qū)動(dòng)因素后預(yù)測(cè)或“自上而下”建立能源?環(huán)境?經(jīng)濟(jì)模型等方法研究不同發(fā)展情景下區(qū)域碳排放趨勢(shì)與減排潛力.有研究學(xué)者使用LEAP 模型預(yù)測(cè)國(guó)家[17-19]或地方[20-23]交通CO2排放.劉建國(guó)等[18]利用LEAP 模型對(duì)我國(guó)交通碳排放進(jìn)行定量評(píng)估，并得出在碳中和情景下交通碳排放量最早可在2025 年達(dá)峰，但該模型使用參數(shù)為歐美國(guó)家的排放因子，與我國(guó)實(shí)際情況有較大差異.有研究學(xué)者利用“自上而下”或“自下而上”方法自行開(kāi)發(fā)的交通CO2排放模型，設(shè)計(jì)多種情景方案，預(yù)測(cè)分析國(guó)家[24-30]或地方[31-33]交通油耗、CO2排放達(dá)峰時(shí)間和峰值等.Gambhir 等[26]利用“自下而上”的方法，預(yù)測(cè)我國(guó)道路運(yùn)輸?shù)哪茉聪?、CO2排放，發(fā)現(xiàn)我國(guó)道路交通CO2排放可于2032 年達(dá)峰.

加快道路交通等部分行業(yè)低碳轉(zhuǎn)型并有效降低CO2排放是實(shí)現(xiàn)國(guó)家碳達(dá)峰、碳中和目標(biāo)的客觀要求.該研究以交通領(lǐng)域中道路交通為研究對(duì)象，構(gòu)建基于行駛里程法的汽車行業(yè)CO2排放計(jì)算方法，利用本地化的行駛里程和排放因子對(duì)全國(guó)尺度汽車使用環(huán)節(jié)CO2排放進(jìn)行分析，結(jié)合未來(lái)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展、運(yùn)輸需求、運(yùn)輸結(jié)構(gòu)、能源結(jié)構(gòu)和能效結(jié)構(gòu)等影響因素變化，分析我國(guó)道路交通行業(yè)CO2未來(lái)排放變化趨勢(shì)和主要驅(qū)動(dòng)因素，以期為制定道路交通領(lǐng)域碳達(dá)峰、碳中和方案提供參考.

1 方法與數(shù)據(jù)

1.1 技術(shù)路線

交通領(lǐng)域通常包括道路機(jī)動(dòng)車、鐵路內(nèi)燃機(jī)車、船舶、民用航空等，該研究針對(duì)道路交通研究汽車使用環(huán)節(jié)化石燃料燃燒CO2排放情況，構(gòu)建了包含需求預(yù)測(cè)模塊、控制情景模塊及排放分析模塊的研究框架，對(duì)我國(guó)汽車發(fā)展情景和CO2排放變化趨勢(shì)進(jìn)行預(yù)測(cè)分析，以支撐汽車CO2排放達(dá)峰路徑的研究和判斷，總體技術(shù)路線見(jiàn)圖1.

圖1 汽車CO2 排放達(dá)峰路徑研究的技術(shù)路線Fig.1 Approach frameworkof vehicle CO2 emission peak path research

1.2 行業(yè)發(fā)展預(yù)測(cè)方法

1.2.1 乘用車保有量

乘用車保有量預(yù)測(cè)采用國(guó)際上廣泛使用的Gompertz 模型法[34-40]，以家庭乘用車擁有量1.1 輛/戶〔392.9 輛/(1 000 人)〕為高增長(zhǎng)情景，綜合考慮汽車限購(gòu)政策、人口老齡化等的影響，以家庭乘用車擁有量0.9 輛/戶〔321.4 輛/(1 000 人)〕為低增長(zhǎng)情景，利用2002?2019 年人均GDP 和千人乘用車保有量變化情況開(kāi)展曲線擬合，結(jié)合對(duì)我國(guó)2021?2035 年經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的宏觀形勢(shì)判斷，對(duì)未來(lái)乘用車保有量進(jìn)行預(yù)測(cè)，計(jì)算方法見(jiàn)式(1)：

式中：V為千人乘用車保有量，輛/(1 000 人)；g為人均GDP，104元/人；K為乘用車保有率的飽和值，輛/(1 000人)；a和b均為模型回歸參數(shù).

未來(lái)GDP[41-44]、GDP 年均增速、人口[44-47]、人均GDP 等數(shù)據(jù)參考國(guó)內(nèi)外相關(guān)研究成果確定，結(jié)果如表1 所示.

表1 經(jīng)濟(jì)社會(huì)關(guān)鍵指標(biāo)選取Table 1 Selection of key economic and social indicators

1.2.2 商用車保有量

根據(jù)國(guó)際經(jīng)驗(yàn)[34,37-40]，在人均GDP 達(dá)到2.5×104美元之前，商用車保有量與GDP 或貨運(yùn)量呈線性關(guān)系；2.5×104美元之后，商用車保有量基本保持不變.2035 年底前，我國(guó)人均GDP 未達(dá)到2.5×104美元.商用車保有量預(yù)測(cè)采用歷史趨勢(shì)修正法，利用2002?2019 年貨運(yùn)量和商用車保有量變化情況開(kāi)展線性擬合，結(jié)合對(duì)我國(guó)2021?2035 年經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的宏觀形勢(shì)判斷，對(duì)未來(lái)商用車保有量進(jìn)行預(yù)測(cè)，計(jì)算方法見(jiàn)式(2)：

式中：Ps為商用車保有量，輛；H為貨運(yùn)量，104t；c和d均為模型回歸參數(shù).

未來(lái)貨運(yùn)量根據(jù)交通運(yùn)輸行業(yè)現(xiàn)狀、國(guó)家相關(guān)政策導(dǎo)向[48-50]以及業(yè)內(nèi)專家對(duì)貨運(yùn)量變化趨勢(shì)等確定.其中，低增長(zhǎng)情景下公路貨運(yùn)量年均增長(zhǎng)率為4.2%，高增長(zhǎng)情景下公路貨運(yùn)量年均增長(zhǎng)率為4.5%(見(jiàn)圖2).

圖2 高增長(zhǎng)情景和低增長(zhǎng)情景下未來(lái)公路貨運(yùn)量的變化Fig.2 Changes of future highway freight volume under high and low growth scenarios

1.3 情景設(shè)置

汽車減排措施分為常規(guī)措施情景和強(qiáng)化措施情景.其中，常規(guī)措施指低鐵路水路運(yùn)輸結(jié)構(gòu)、低新能源銷售占比、低燃油車(含混合動(dòng)力，下同) CO2降低比例；強(qiáng)化措施指高鐵路水路運(yùn)輸結(jié)構(gòu)、高新能源銷售占比、高燃油車CO2降低比例.將需求增長(zhǎng)和減排措施相結(jié)合，形成汽車未來(lái)控制情景方案，即高增長(zhǎng)常規(guī)措施情景、高增長(zhǎng)強(qiáng)化措施情景、低增長(zhǎng)常規(guī)措施情景和低增長(zhǎng)強(qiáng)化措施情景(見(jiàn)表2).

表2 汽車行業(yè)未來(lái)情景方案設(shè)置Table 2 Setting up future scenarios for the automotive industry

不同情景的鐵路水路運(yùn)輸結(jié)構(gòu)(見(jiàn)表3)、新能源車銷售占比(見(jiàn)表4)、燃油車CO2排放降低比例(見(jiàn)表5)等參數(shù)取值綜合考慮汽車“減污降碳”治理現(xiàn)狀，國(guó)家相關(guān)政策導(dǎo)向以及業(yè)內(nèi)專家[51]對(duì)汽車節(jié)能降碳技術(shù)發(fā)展動(dòng)向預(yù)測(cè)等確定.

表3 未來(lái)運(yùn)輸結(jié)構(gòu)調(diào)整情況Table 3 Adjustment of transportation structure in the future

表4 未來(lái)新能源汽車銷售占比情況Table 4 Proportion of new energy vehicle sales in the future

表5 燃油車CO2 排放降低比例Table 5 Proportion of carbon dioxide emission reduction for internal combustion engine vehicles

1.4 碳排放分析方法

汽車CO2排放量計(jì)算方法一般分為行駛里程法和燃油法.鑒于以下三個(gè)方面：①燃油消耗量無(wú)法細(xì)化到道路交通等具體領(lǐng)域；②非標(biāo)柴油以及乙醇等替代燃料的消耗未納入交通燃油消耗量統(tǒng)計(jì)口徑，一定程度上低估了交通領(lǐng)域CO2排放量；③通過(guò)兩次全國(guó)污染源普查，積累了較為完善的行駛里程等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)信息，該研究利用行駛里程法計(jì)算了CO2排放量及其變化趨勢(shì)，同時(shí)利用油耗法對(duì)CO2排放量進(jìn)行了校核.

基于行駛里程法的汽車CO2排放總量計(jì)算公式：

式中：E為CO2排放總量，t；i為車型；j為燃油種類；k為初次登記日期所在年份；L為車輛整備質(zhì)量或總質(zhì)量分類，參照油耗標(biāo)準(zhǔn)劃分；N為新注冊(cè)車輛數(shù)，輛；η為存活率，%；μ為燃油種類占比，%；P為車輛保有量，輛；VMT 為年均行駛里程，km/a；EF 為CO2排放系數(shù)，g/km.

1.5 數(shù)據(jù)來(lái)源

該研究基準(zhǔn)年為2019 年，研究時(shí)段為2021?2035 年.2002?2019 年汽車保有量、新注冊(cè)車輛保有量來(lái)源于國(guó)家統(tǒng)計(jì)局統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)[1]；存活率根據(jù)存活曲線(見(jiàn)圖3)和車齡取值，存活曲線由我國(guó)保有量歷年數(shù)據(jù)推導(dǎo)得到；各車型燃油比例根據(jù)機(jī)動(dòng)車排放檢驗(yàn)數(shù)據(jù)匯總得到.年均行駛里程基于全國(guó)第二次污染源普查結(jié)果，通過(guò)機(jī)動(dòng)車排放檢驗(yàn)、售后維修保養(yǎng)、衛(wèi)星定位數(shù)據(jù)及小樣本實(shí)際調(diào)查得到.CO2排放系數(shù)結(jié)合機(jī)動(dòng)車環(huán)保信息公開(kāi)、RDE 實(shí)測(cè)、小熊油耗公開(kāi)數(shù)據(jù)等[52-53]形成不同車輛類型CO2排放系數(shù)(見(jiàn)圖4).燃油消耗量來(lái)源于國(guó)家統(tǒng)計(jì)局統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)[1,13-14].

圖3 各車型汽車存活曲線Fig.3 Survival curves of various vehicle types

圖4 各車型汽車CO2 排放系數(shù)Fig.4 Carbon dioxide emission coefficient of various vehicle types

2 結(jié)果與討論

2.1 行業(yè)排放現(xiàn)狀和特征

2019 年，全國(guó)汽車CO2排放量為9.52×108t，其中，乘用車、商用車分別占38.5%、61.5%.從車型看，出租車、公交車、微型客車、小型客車、中型客車、大型客車、微型貨車、輕型貨車、中型貨車、重型貨車分別占1.3%、0.5%、0.3%、38.2%、1.1%、3.0%、0.01%、13.6%、2.2%、39.7%〔見(jiàn)圖5(a)〕.從燃料種類看，汽油、柴油、其他燃料(天然氣、醇類燃料等)分別占42.8%、52.5%、4.7%〔見(jiàn)圖5(b)〕.由此可見(jiàn)，重型貨車和小型客車是汽車CO2排放的主要來(lái)源，應(yīng)作為汽車CO2排放控制的重點(diǎn)方向.

圖5 我國(guó)汽車CO2 排放構(gòu)成Fig.5 The contribution of carbon dioxide emissions from vehicles in China

與油耗法計(jì)算結(jié)果相比，基于行駛里程法計(jì)算的2019 年汽車CO2排放量較高，高20%左右(約1.56×108t)，與汽油燃燒排放的CO2接近，比柴油燃燒排放的CO2高30%左右.另外，約有0.45×108t CO2來(lái)源于天然氣、醇類等其他燃料燃燒.目前，我國(guó)尚未建立全面的交通燃料消耗統(tǒng)計(jì)制度，主要結(jié)合能源平衡表和汽油、柴油產(chǎn)銷量數(shù)據(jù)進(jìn)行估算，部分交通燃料消耗涵蓋在其他部門，未統(tǒng)計(jì)在內(nèi).同時(shí)我國(guó)還存在地方煉廠、黑加油站、部分走私油、替代燃料統(tǒng)計(jì)不全的情況，導(dǎo)致交通燃料消耗數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)偏低.因此，采用行駛里程法計(jì)算汽車行業(yè)CO2排放量相對(duì)合理.

2.2 行業(yè)發(fā)展預(yù)測(cè)結(jié)果

我國(guó)汽車保有量當(dāng)前處于較低水平，預(yù)計(jì)未來(lái)仍將持續(xù)增長(zhǎng)，但增速將逐步放緩(見(jiàn)圖6).其中，高增長(zhǎng)常規(guī)措施情景下2030 年汽車保有量將達(dá)到4.76×108輛，其中乘用車4.23×108輛、商用車5.34×106輛；高增長(zhǎng)強(qiáng)化措施情景下2030 年汽車保有量將達(dá)到4.76×108輛，其中乘用車4.23×108輛、商用車5.28×106輛；低增長(zhǎng)常規(guī)措施情景下2030 年汽車保有量將達(dá)到4.31×108輛，其中乘用車3.82×108輛、商用車4.94×106輛；低增長(zhǎng)強(qiáng)化措施情景下2030 年汽車保有量將達(dá)到4.30×108輛，其中乘用車3.82×108輛、商用車4.76×106輛.

圖6 我國(guó)汽車保有量預(yù)測(cè)Fig.6 The prediction of vehicle ownership in China

2.3 行業(yè)碳排放預(yù)測(cè)及達(dá)峰路徑

2.3.1 行業(yè)碳排放預(yù)測(cè)結(jié)果

道路交通行業(yè)CO2排放預(yù)計(jì)于2027?2029 年達(dá)峰，峰值在12.2×108～13.9×108t 之間(見(jiàn)圖7).其中，高增長(zhǎng)常規(guī)措施情景下汽車CO2排放在2027?2031年處于峰值平臺(tái)期，2029 年達(dá)峰，峰值為13.87×108t；高增長(zhǎng)強(qiáng)化措施情景下在2026?2029 年處于峰值平臺(tái)期，2027 年達(dá)峰，峰值為13.48×108t；低增長(zhǎng)常規(guī)措施情景下在2027?2031 年處于峰值平臺(tái)期，2029 年達(dá)峰，峰值為12.77×108t；低增長(zhǎng)強(qiáng)化措施情景下在2026?2029 年處于峰值平臺(tái)期，2027 年達(dá)峰，峰值為12.24×108t.總體來(lái)說(shuō)，汽車CO2排放量在“十四五”期間迅速上升，“十五五”期間緩慢上升并于“十五五”中后期達(dá)峰，“十六五”期間逐漸下降.

圖7 2019?2035 年汽車CO2 排放變化趨勢(shì)Fig.7 The trends of carbon dioxide emissions from vehicles in 2019-2035

2.3.2 不同因素碳減排效果動(dòng)態(tài)評(píng)估

為識(shí)別未來(lái)主要CO2減排驅(qū)動(dòng)力，研究分析了運(yùn)輸結(jié)構(gòu)調(diào)整、新能源車推廣、燃油車降碳等因素對(duì)汽車CO2排放量的影響，計(jì)算原則見(jiàn)表6.

表6 不同因素對(duì)汽車CO2 排放影響的計(jì)算原則Table 6 Estimation principle of the effect of different factors on vehicle CO2 emission

2021?2030 年，新能源車推廣對(duì)汽車CO2減排貢獻(xiàn)最顯著，其次為能效提升，運(yùn)輸結(jié)構(gòu)調(diào)整在前期有一定的貢獻(xiàn)(見(jiàn)圖8).到2030 年，新能源車推廣可實(shí)現(xiàn)的CO2減排效果為1.6×108～2.1×108t，其中乘用車為0.8×108～1.1×108t，商用車為0.8×108～1.0×108t；燃油車降碳技術(shù)可實(shí)現(xiàn)的CO2減排效果為1.0×108～1.5×108t，其中乘用車為0.4×108～0.5×108t，商用車為0.6×108～1.0×108t；運(yùn)輸結(jié)構(gòu)調(diào)整可實(shí)現(xiàn)的CO2減排效果為0.1×108～0.4×108t.

圖8 不同因素對(duì)汽車CO2 減排效果動(dòng)態(tài)評(píng)估Fig.8 Dynamic evaluation of vehicle CO2 emission mitigation effect of different factors

2.4 行業(yè)碳達(dá)峰路徑政策建議

從排放趨勢(shì)看，我國(guó)道路交通行業(yè)CO2排放量將于2027?2029 年達(dá)峰，峰值為12.2×108～13.9×108t，達(dá)峰后有2～3 年的平臺(tái)期.統(tǒng)籌考慮我國(guó)構(gòu)建新發(fā)展格局建設(shè)要求與2030 年前國(guó)家碳排放達(dá)峰目標(biāo)約束，該研究選擇高增長(zhǎng)強(qiáng)化措施情景作為推薦情景.在此情景下，汽車保有量將于2030 年達(dá)到4.76×108輛，CO2排放于2027 年達(dá)峰，峰值為13.48×108t，達(dá)峰后有2 年的平臺(tái)期.從減排潛力看，新能源車推廣對(duì)道路交通行業(yè)CO2減排貢獻(xiàn)最顯著，其次為能效提升，運(yùn)輸結(jié)構(gòu)調(diào)整在前期有一定的貢獻(xiàn)，2025 年上述措施對(duì)汽車CO2減排量占比分別為56%、34%和10%左右，2030 年分別為55%、40%和5%左右.因此，為實(shí)現(xiàn)道路交通行業(yè)碳達(dá)峰，應(yīng)重點(diǎn)優(yōu)化推進(jìn)運(yùn)輸結(jié)構(gòu)調(diào)整、構(gòu)建綠色出行體系、加大新能源汽車推廣力度、持續(xù)降低新生產(chǎn)燃油車碳排放強(qiáng)度、加速淘汰老舊汽車、加快充電樁和充換電等基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)等，持續(xù)削減CO2排放.

3 結(jié)論

a) 采用行駛里程法計(jì)算汽車行業(yè)CO2排放量相對(duì)合理.與油耗法計(jì)算結(jié)果相比，基于行駛里程法的2019 年汽車CO2排放量高20%左右，約1.56×108t；汽油燃燒排放的CO2接近；柴油燃燒排放的CO2高30%左右；另外，約有0.45×108t CO2來(lái)源于天然氣、醇類等其他燃料燃燒.2019 年，全國(guó)汽車CO2排放量為9.52×108t.其中，乘用車、商用車分別占38.5%、61.5%；從車型看，重型貨車和小型客車是汽車CO2排放的主要來(lái)源，分別占39.7%、38.2%；從燃料種類看，汽油、柴油、其他燃料(天然氣、醇類燃料等)分別占42.8%、52.5%、4.7%.

b) 從排放趨勢(shì)看，道路交通行業(yè)CO2排放預(yù)計(jì)于“十五五”達(dá)峰，峰值為12.2×108～13.9×108t，達(dá)峰后有2～3 年的平臺(tái)期.推薦采用高增長(zhǎng)強(qiáng)化措施情景.

c) 從減排潛力看，新能源車推廣對(duì)道路交通行業(yè)CO2減排貢獻(xiàn)最顯著，其次為能效提升，運(yùn)輸結(jié)構(gòu)調(diào)整在前期有一定的貢獻(xiàn)，2025 年上述措施對(duì)汽車CO2減排量占比分別為56%、34%和10%左右，2030年分別為55%、40%和5%左右.為實(shí)現(xiàn)道路交通行業(yè)碳達(dá)峰，應(yīng)重點(diǎn)加大新能源汽車推廣力度、持續(xù)降低新生產(chǎn)燃油車碳排放強(qiáng)度、推進(jìn)運(yùn)輸結(jié)構(gòu)調(diào)整等.