綠色低碳循環體系下河北省交通碳排放測算及預測分析

國一帆，王久亮

（河北省交通規劃設計研究院有限公司，河北 石家莊 050000）

0 引言

建立健全綠色低碳循環發展的經濟體系是黨的十九大提出的重大發展任務。2020年12月31日，習近平總書記主持召開中央全面深化改革委員會第十七次會議時強調：“建立健全綠色低碳循環發展經濟體系，促進經濟社會發展全面綠色轉型，是解決我國資源環境生態問題的基礎之策?！?021年2月22日，國務院印發《關于加快建立健全綠色低碳循環發展經濟體系的指導意見》指出，到2025年，產業結構、能源結構、運輸結構明顯優化，綠色產業比重顯著提升，基礎設施綠色化水平不斷提高，碳排放明顯降低，到2035年，廣泛形成綠色生產生活方式，碳排放達峰后穩中有降，生態環境根本好轉，美麗中國建設目標基本實現。

《交通強國建設綱要》要求“構建安全、便捷、高效、綠色、經濟的現代化綜合交通體系”，并從促進資源節約集約利用、強化節能減排和污染防治、強化交通生態環境保護修復等方面提出了交通運輸綠色發展的重點方向。國內外對綠色低碳循環交通運輸并無明確一致的定義，宿鳳鳴[1]、陸化普[2]、茅林[3]、衛藍[4]、池熊偉[5]等從不同角度論述了對低碳交通運輸的了解。綜合來看，綠色低碳循環交通運輸體系追求以最少的資源投入、最小的環境代價、最大限度地滿足社會經濟發展產生的合理交通需求，具有資源集約、生態友好、排放清潔、能源低碳和運行高效等基本特征。通過技術革新、組織優化、結構調整、制度完善等手段，努力推動交通運輸綠色低碳循環發展，是行業加強生態文明建設和推動可持續發展的戰略舉措，是建設交通強國的關鍵內容，是建設美麗中國的重要領域。

河北省是華東、華南和西南等區域連接三北地區的樞紐，是全國放射狀公路、鐵路網布局的關鍵節點，河北交通體系是保障首都與全國便捷交通聯系的重要基礎。目前河北省現代化綜合立體交通網絡完善，服務京津冀協同發展成效顯著，已基本形成“南北貫通、東出西聯”的大交通格局，交通運輸先行保障作用不斷增強。立足發展新階段，對全省交通運輸發展提出了新的更高要求，加快交通運輸創新發展、綠色發展、高質量發展，實現安全、便捷、高效、綠色、經濟的現代化綜合交通運輸體系邁上新臺階。

為此，針對河北省綠色交通發展現狀，開展專題分析研究，采用定量分析與定性分析相結合的方式，應用不同分析方法，為未來一段時期河北省交通運輸綠色低碳循環發展提供技術支撐，對我國建立健全綠色低碳循環發展的經濟體系，確保實現碳達峰、碳中和目標具有重要意義。

1 河北省交通碳排放現狀分析

為更好地建立河北省綠色低碳循環交通運輸體系、建設交通強國河北篇章，需要對河北省交通碳排放現狀進行計算來提供數據支撐。本文選擇基于交通燃料消耗的計算方法（自上而下法）進行河北省交通運輸碳排放計算[6]。河北省交通運輸業的能源消耗數據來自2001—2020年的《中國能源統計年鑒》，能源種類包括原煤、汽油、煤油、柴油、燃料油、液化石油氣、天然氣、液化天然氣8 類，由于電力在消費過程不直接產生二氧化碳，不納入計算統計范疇。國內生產總值、人口等數據來自2001—2020年《河北經濟年鑒》。碳排放系數綜合考慮《IPCC國家溫室氣體清單指南》（2006）、《綜合能耗計算通則》（GB/T 2589—2020）計算得出。

根據IPCC 所提供的計算方法來測算二氧化碳排放量，測算公式為[7]：

式中：C為碳排放量；E為能源消耗量；K為能源碳排放系數；j為第j種能源。采用IPCC（2006）的缺省碳排放系數，結合《綜合能耗計算通則》（GB/T 2589—2020）上的各類能源平均低位發熱量，計算得出各類能源以質量為單位的碳排放系數（表1）。

表1 各類能源碳排放系數Tab.1 Carbon emission coefficients of different types of energy

由公式計算得到2000—2019年河北省交通運輸碳排放總量（表2）。從表1和圖1可以看出，2000—2019年20年間，河北省交通運輸碳排放總量總體呈上升趨勢，總量從2000年的417.3萬噸增長到2019年的2 008.7萬噸，增長約3.8倍；各年份增速波動較大，平均增速為10.8%，其中2005年增速達94.8%。

圖1 河北省交通碳排放量總量及增速Fig.1 Transportation carbon emissions and growth rate in Hebei Province

表2 河北省交通運輸能源消費碳排放（萬噸）Tab.2 Carbon emissions of transportation energy consumption in Hebei Province（10 000 tons）

同時，各類型能源增長和占比情況變化較大（圖2）。其中，柴油碳排放量增長最快，由2000年的125.9萬噸增長至2019年的1 135.8萬噸，占比從30.2%到56.5%，自2005年起，柴油消費碳排放量一直占據主導地位；原煤、汽油消費碳排放量先上升后大幅下降，煤油、燃料油、液化石油氣、天然氣、液化天然氣總體呈上升趨勢。至2019年，除柴油外，燃料油、天然氣、汽油消費碳排放量分別占比14.5%、11.0%、9.5%，煤油、液化天然氣、原煤、液化石油氣碳排放量占比較低。

圖2 河北省交通各類能源碳排放量占比Fig.2 The proportion of carbon emissions from various types of energy in Hebei Province

近年來使用煤炭作為燃料的高能耗蒸汽機車被逐漸淘汰是河北省交通運輸業原煤消費碳排放下降的主要原因。同時，營運車輛柴油化進程的加快、大型貨運汽車及其他機動車使用量快速上升、道路運輸需求的不斷增加，使柴油消費碳排放上升并成為了河北省主要的交通碳排放能源。除此之外，新增重型貨車、營運客車、公交車、出租車中天然氣及LNG車輛的廣泛應用，是天然氣和液化天然氣碳排放量上升的主要原因?？偟目磥?，原煤消費對交通運輸業碳排放影響較小且趨于穩定，石油類制品的能源消費在河北省交通能源消費結構中占主導地位，天然氣及液化天然氣對交通運輸碳排放的影響也在逐年加大，交通運輸能源消費結構已得到初步改善。

2 河北省交通運輸碳排放預測分析

基于上述河北省交通碳排放總量歷年的變化情況以及對河北省社會經濟發展、交通運輸需求、能源消耗等情況的具體了解，對河北省未來交通運輸碳排放情況進行趨勢分析，并選取不同方法進行預測并綜合取值。

2.1 趨勢分析

未來一段時間交通需求尚有較大增長空間。2019年河北省城鎮化率為57.62%，居全國第十九位，隨著城鎮化進度加快和京津冀一體化程度加深，客運需求量在未來一段時間內仍將保持較快增長。而在新冠肺炎疫情影響下，選擇小汽車出行的人數大幅增長，公共交通出行比例有所下降，為客運的低碳化轉型蒙上一層不確定性。貨運方面，隨著河北省充分發揮京津冀經濟圈作用以及河北省經濟發展戰略的實施，工業仍然是河北省主導產業，國民經濟將繼續處于持續、穩定、快速增長時期，在這個發展階段內，貨運量總體將呈現穩步增長的趨勢。

能源消費仍以化石燃料為主，新能源替代仍在發展。運輸裝備的能源清潔化是交通領域碳減排的重要手段。國家推出的一系列節能減排的法律法規以及交通運輸新規定有效限制了原煤、柴油的大量消耗，一定程度上削減了碳排放量。從前文能源消耗計算碳排放可知，汽油、柴油、煤油、燃料油等化石燃料在2011年左右有所下降，但總體占比仍然超過90%，帶來了大量的碳排放。新能源技術的發展使得天然氣、電動車應用日益普遍，但是能源結構短期內改變的可能性較小，重型貨車、船舶在短期內還缺乏成熟的能源替代方案。

總體上來看，交通運輸碳達峰相對較晚。交通運輸是居民出行和物流服務的基礎支撐和保障，碳排放總量控制難度很大。大宗商品長途運輸公路占比較大，鐵路貨運和客運比例偏低，機場港口缺乏統籌導致基礎設施利用率不高，各種運輸方式銜接不暢導致多式聯運發展滯后，從而造成交通運輸結構不合理、能源利用率低和碳排放量大。城市公共交通的出行分擔率偏低，生活水平的提高使人們對運輸時效性、個性化和舒適度等要求越來越高，大排量小汽車客運出行比例過高，從而導致單位運輸周轉量的二氧化碳排放強度下降面臨瓶頸，低碳交通發展面臨嚴重挑戰。從我國目前所處的發展階段以及河北省產業結構和能源結構情況來看，目前還未出現交通碳排放與GDP脫鉤的明顯跡象。

2.2 總量預測

根據上述分析，本文結合以下三種預測方法綜合分析，最終確定河北省交通運輸碳排放總量特征年份（2030年、2060年）預測結果。

（1）時間序列法

利用按時間順序排列的數據預測未來的方法，事物的發展變化趨勢會延續到未來，反映在隨機過程理論中就是時間序列的平穩性或準平穩性。時間序列法就是研究預測對象自身變化過程及發展趨勢。根據前文統計數據，用時間序列法研究河北省交通碳排放量隨時間的變化，分別采用了多項式、線性、對數三種方法進行了回歸分析，結果如圖3所示。

圖3 碳排放量隨時間變化趨勢圖Fig.3 Trend chart of carbon emissions

（2）彈性系數法

根據交通行業能源消耗和經濟發展關系的規律，交通運輸碳排放總量仍然與GDP增長保持一定的彈性關系。截至目前，我國經濟的增長會導致相應交通運輸碳排放總量的增加。隨著河北省經濟的增長，交通運輸需求呈現總體上升的趨勢，但受“雙碳”政策和行業結構調整整體發展趨勢影響，預計2030年前后趨于平穩。利用公式應用彈性系數分析法對GDP年均增長率分別進行預測，計算得到目標年交通運輸碳排放量。公式如下：

式中：Q為預測碳排放量；Q0為現在碳排放量；T為彈性系數；RGDP為GDP增長速度。

經濟發展水平是影響交通運輸碳排放量的重要因素，碳排放量與GDP增長保持一定的彈性關系。根據目前我國所處的發展階段，一段時間內經濟發展水平的提高會帶動碳排放量持續升高。未來三十余年，隨著河北省經濟的增長，碳排放量在一段時間內仍然會呈現總體上升的趨勢，但增速會不斷降低，直到達到峰值后開始減少，預計2030年前后達到峰值并隨后趨于平穩。利用公式，計算得到不同目標年碳排放增長率，如下表所示：

表3 彈性系數法預測碳排放增長率Tab.3 Growth rate of carbon emission by elastic coefficient method

（3）灰色系統分析法

灰色系統分析法用來衡量影響因素關聯程度，為一個系統的發展態勢提供了量化的度量。由于某一個地區某一領域的碳排放量具有特定的地域特點，受到本地區本領域諸多因素綜合影響，這些因素的具體影響過程并不完全清楚，稱之為灰色系統。經分析，河北省交通運輸碳排放量符合上述特點，可將其視為灰色系統。應用GM（1，1）模型對河北省交通碳排放量進行預測[8]，以2000—2019年的河北省交通碳排放量為原始數列。設原始時間序列數據為X（0）：

由它產生的一次累加生產數列為：

利用一次累加生成GM（1，1）模型的白化方程：

其系數向量可采用最小二乘法估計求解：

式中，B、Y分別為如下矩陣和向量：

解上述微分方程，即可得到時間響應函數：

依據河北省交通碳排放總量，使用MATLAB軟件采用最小二乘法對參數進行估計，得到預測結果。

根據以上三種方法得到的預測結果，結合河北省交通運輸碳排放量發展特點和發展趨勢，確定河北省各特征年交通碳排放量的預測結果。綜合取值結果見下表。

表4 綜合取值預測結果Tab.4 Comprehensive prediction results

3 對策與建議

根據前文河北省交通運輸碳排放現狀和預測分析，結合綠色低碳循環交通運輸發展的內涵，分析河北省交通運輸發展階段性特征，并給出針對性建議：

一是交通運輸結構調整需持續優化。在河北省綜合運輸系統中，各交通運輸方式在很大程度上依舊表現為相互競爭、缺乏合作的局面，各方式之間尚未形成有效的協調配合，交通運輸結構并沒有很好地與綠色低碳循環經濟適配。未來，需持續優化調整運輸結構，提升鐵路運輸能力、優化港口集疏運體系、加快公路貨運轉型升級，將各種交通運輸方式進一步優化整合，實現運輸資源的合理配置，構建綠色低碳循環的綜合運輸體系，實現結構性減排。

二是綠色循環低碳交通運輸技術的研發和應用需繼續推動。近年來，河北省在清潔能源運輸工具推廣方面取得一定成績。未來，需要繼續加快節能與清潔能源裝備推廣，推進以天然氣等清潔能源為燃料的運輸裝備和機械設備的應用，加強加氣、供電等配套設施建設。積極探索生物質能在交通運輸裝備中的應用。推廣應用混合動力交通運輸裝備，推進合同能源管理在用能裝備和系統中的應用。同時，要加強綠色循環低碳交通運輸技術的研發，大力推進交通運輸能源資源節約、生態環境保護、新能源利用等領域關鍵技術、先進適用技術與產品研發，積極推進科技成果市場化、產業化，加快交通運輸科技創新。

三是交通基礎設施建設的綠色低碳循環要求需進一步強化。經過多年建設，河北省交通運輸基礎設施取得了長足發展，近年來在基礎設施規劃建設過程中也逐步重視綠色低碳循環的相關要求。未來，需要進一步強化交通基礎設施綠色低碳循環的可持續發展特性，繼續推進各種運輸方式協調發展，凸顯整體優勢和集約效能。將節約能源資源要求貫徹到交通基礎設施規劃、設計、施工、運營、養護和管理全過程，并遵循減量化、再利用、資源化原則，積極探索資源回收和廢棄物綜合利用的有效途徑。嚴格執行交通建設規劃和建設項目環境影響評價、環境保護“三同時”和建設項目水土保持方案編制制度，加強交通基礎設施建設、養護和運營過程中的污染物處理和噪聲防治。

四是綠色低碳循環交通運輸發展的保障機制需進一步健全。目前，河北省綠色交通治理能力和推進手段尚不完善。未來，需進一步完善綠色循環低碳交通運輸法規標準，在交通基礎設施設計、施工、監理等技術規范中貫徹綠色循環低碳的要求。完善綠色循環低碳交通運輸統計監測考核體系，研究建立交通運輸綠色循環低碳發展指標體系、考核辦法和激勵約束機制。推進綠色循環低碳交通運輸市場機制運用，加強培養節能環保第三方服務機構，加快培育節能環保技術服務市場。鼓勵交通運輸企業參與自愿減排、自愿循環，引導交通運輸企業積極參與國內碳排放交易。

4 結語

本研究采用能源消耗法碳排放計算模型，測算了2000—2019年河北省交通運輸碳排放量，分析了其時序變化，并結合碳排放現狀對未來河北省交通運輸碳排放進行了趨勢和預測分析，進一步總結歸納出河北省綠色低碳循環交通運輸發展體系階段特征并給出針對性建議。主要結論如下：

（1）河北省交通運輸碳排放仍然呈顯著增長趨勢。碳排放總量從2000年的417.3萬噸增長到2019年的2 008.7萬噸，增長約3.8倍，平均增速10.8%；柴油消費碳排放量占據主導地位，原煤、石油碳排放量占比下降。

（2）根據定性和定量預測分析，河北省交通運輸碳達峰存在較大壓力。由于交通運輸業的行業特性和河北省的發展特性，河北省交通運輸碳排放存在很大的減排潛力，但同時也要保障經濟社會在一定程度上的正常發展，相關政策措施需要考慮區域環境和經濟協同發展的效益最大化。

（3）總體上來看，河北省綠色低碳循環交通運輸發展體系建設仍不完善，碳減排方面存在較大壓力，在交通運輸結構調整，綠色循環低碳交通運輸技術，交通基礎設施建設、保障機制方面需要進一步優化。