基于生長(zhǎng)曲線函數(shù)的貨車運(yùn)營(yíng)環(huán)節(jié)碳達(dá)峰研究

賈術(shù)艷，宋雨童，楊紫都

（中國(guó)汽車技術(shù)研究中心有限公司，中汽數(shù)據(jù)有限公司，天津 300380）

0 引言

當(dāng)前，全球氣候變化形勢(shì)日益嚴(yán)峻，消耗化石燃料拉動(dòng)增量的傳統(tǒng)經(jīng)濟(jì)發(fā)展模式邊際降速，全球經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)進(jìn)入緩慢停滯期。在此背景下，全球越來越多的國(guó)家開始探索與能耗“脫鉤”的新發(fā)展路徑。作為世界第二大經(jīng)濟(jì)體，中國(guó)實(shí)現(xiàn)“碳達(dá)峰、碳中和”的進(jìn)程將對(duì)全球減排目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)發(fā)揮重要作用。2020年我國(guó)明確提出了碳達(dá)峰和碳中和的目標(biāo)愿景，即力爭(zhēng)2030年前實(shí)現(xiàn)CO2排放達(dá)到峰值，2060年前實(shí)現(xiàn)碳中和，突出體現(xiàn)了我國(guó)推進(jìn)碳減排工作的決心。

交通運(yùn)輸是我國(guó)碳排放的主要來源之一。貨車作為公路運(yùn)輸?shù)闹髁?，在運(yùn)營(yíng)過程中單車能耗高，使用強(qiáng)度大，產(chǎn)生的污染量是造成我國(guó)環(huán)境污染的重要源頭之一。因此，本文以貨車為主要研究對(duì)象，從貨車運(yùn)營(yíng)環(huán)節(jié)著手，對(duì)貨車碳排放量發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行研究，探索貨車運(yùn)營(yíng)環(huán)節(jié)碳達(dá)峰實(shí)現(xiàn)的主要路徑。

目前，國(guó)內(nèi)外已有諸多學(xué)者圍繞碳減排、碳達(dá)峰等開展研究，但針對(duì)貨車領(lǐng)域的研究相對(duì)較少。從研究重點(diǎn)來看，相關(guān)學(xué)者針對(duì)貨車碳減排的研究主要集中在國(guó)內(nèi)外貨車減排的政策法規(guī)、貨車污染物排放影響因子和減排路徑等領(lǐng)域。Marsh[1]對(duì)美國(guó)“清潔卡車計(jì)劃”進(jìn)行了研究，提出將新技術(shù)與環(huán)保法規(guī)相結(jié)合，推進(jìn)實(shí)施“零排放模式”；楊卓帆[2]從國(guó)內(nèi)外碳排放法規(guī)對(duì)比入手，重點(diǎn)研究我國(guó)在商用車減排法規(guī)方面的差距，通過分析國(guó)外碳排放法規(guī)發(fā)展趨勢(shì)，提出我國(guó)節(jié)能減排法規(guī)的完善方向；Babu等[3]從駕駛行為入手，研究駕駛行為對(duì)柴油車污染物實(shí)際排放的影響；聶凱等[4]從裝載率、貨物周轉(zhuǎn)量、車輛技術(shù)等方面著手，采用數(shù)學(xué)模型分析了相關(guān)因素對(duì)新能源城市物流車碳排放的影響程度，并構(gòu)建了碳排放模型，提出新能源汽車具有一定的碳減排能力；曾勇等[5]從油耗、行駛速度出發(fā)，對(duì)城市交通環(huán)境下貨運(yùn)車輛的燃料消耗與排放量的關(guān)系進(jìn)行研究，提出城市貨運(yùn)車輛節(jié)能減排的路徑和措施。通過以上研究來看，多數(shù)學(xué)者主要是基于少數(shù)車輛調(diào)研、測(cè)試或區(qū)域性的貨車單體碳減排進(jìn)行研究，對(duì)于整體貨車市場(chǎng)碳排放總量測(cè)算及減排路徑的研究?jī)?nèi)容較少，尤其是缺少貨車保有量變化對(duì)貨車碳排放影響以及貨車碳達(dá)峰預(yù)測(cè)方面的研究。同時(shí)，從國(guó)內(nèi)外貨車碳減排環(huán)境來看，以歐洲和美國(guó)加州[6]為例，主流采用了限制貨車單車燃料消耗、限制單車CO2排放以及要求零排放和低排放車型銷量比例下限等方式，推動(dòng)貨車運(yùn)營(yíng)領(lǐng)域的碳減排，而我國(guó)目前缺少針對(duì)貨車運(yùn)營(yíng)領(lǐng)域碳排放總量和能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化的戰(zhàn)略及規(guī)劃。

基于貨車運(yùn)營(yíng)特點(diǎn)和市場(chǎng)調(diào)研分析，本文認(rèn)為貨車運(yùn)營(yíng)環(huán)節(jié)的碳排放量與貨車單車燃料消耗量、貨車保有量規(guī)模及結(jié)構(gòu)變化強(qiáng)相關(guān)。因此，本文以貨車單車碳排放量和貨車保有量的研究及預(yù)測(cè)為基礎(chǔ)，對(duì)我國(guó)貨車運(yùn)營(yíng)環(huán)節(jié)的碳排放總量進(jìn)行綜合測(cè)算，推演碳達(dá)峰時(shí)間，為我國(guó)交通運(yùn)輸領(lǐng)域碳減排目標(biāo)的戰(zhàn)略制定提供參考，彌補(bǔ)行業(yè)研究空白。

1 貨車運(yùn)營(yíng)環(huán)節(jié)單車碳排放量測(cè)算

貨車運(yùn)營(yíng)環(huán)節(jié)的碳排放主要來源于車用燃料的燃燒。在假設(shè)不同燃料燃燒產(chǎn)生的碳排放因子數(shù)量固定的情況下，本文認(rèn)為碳排放因子大小主要取決于燃料類型，而貨車運(yùn)營(yíng)環(huán)節(jié)中的碳排放量多少則取決于貨車單車燃料消耗量變化和年均運(yùn)營(yíng)里程情況。基于此假設(shè)和判斷，本文對(duì)當(dāng)前貨車在運(yùn)營(yíng)環(huán)節(jié)中產(chǎn)生的單車碳排放量進(jìn)行測(cè)算。

1.1 貨車分類說明

由于不同類型貨車的使用燃料種類、車輛總質(zhì)量、單車燃料消耗量等有所差異，為了更加精準(zhǔn)地測(cè)算單車碳排放量，本文在測(cè)算前對(duì)貨車進(jìn)行分類。從貨車實(shí)際運(yùn)營(yíng)角度出發(fā)，考慮計(jì)算的可操作性和準(zhǔn)確性，結(jié)合貨車運(yùn)營(yíng)過程中的場(chǎng)景特征，采用表1標(biāo)準(zhǔn)對(duì)貨車進(jìn)行分類。

表1 貨車分類Table 1 Truck category

同時(shí)，考慮到不同燃料類型貨車產(chǎn)生的碳排放量有所差異，故針對(duì)貨車的燃料類型進(jìn)行區(qū)分。目前，貨車運(yùn)營(yíng)過程中主要使用柴油、汽油等傳統(tǒng)燃料，以及天然氣等清潔能源和新能源，但考慮到目前新能源貨車占比較低，且純電動(dòng)、燃料電池等貨車運(yùn)營(yíng)環(huán)節(jié)中不產(chǎn)生CO2，因此，本文主要從柴油、汽油、天然氣3 類貨車入手，進(jìn)行貨車單車碳排放量的測(cè)算。

1.2 貨車單車燃料消耗量

自2007年起，我國(guó)陸續(xù)頒布了國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)分別對(duì)輕型和重型商用車的燃料消耗上限進(jìn)行規(guī)定。基于燃油消耗國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《輕型商用車輛燃料消耗量限值(GB 20997)》《重型商用車輛燃料消耗量限值(GB 30510)》，實(shí)際油耗市場(chǎng)調(diào)研以及中汽數(shù)據(jù)有限公司保有量數(shù)據(jù)，本文對(duì)當(dāng)前不同類型貨車的單車燃料消耗進(jìn)行計(jì)算，結(jié)果如表2所示。

表2 2020年貨車平均單車燃料消耗Table 2 Average fuel consumption of single truck in 2020

1.3 貨車單車年平均運(yùn)營(yíng)里程

基于貨車實(shí)際運(yùn)營(yíng)場(chǎng)景的市場(chǎng)調(diào)研情況，本文分別對(duì)不同類型貨車的運(yùn)營(yíng)里程進(jìn)行估算。其中，重型貨車以中長(zhǎng)途運(yùn)輸為主，單日運(yùn)行時(shí)間相對(duì)較長(zhǎng)，單日運(yùn)營(yíng)里程平均約為600 km；中型貨車以中短物流運(yùn)輸以及特定區(qū)域?qū)Ｓ眠\(yùn)輸為主，單日運(yùn)營(yíng)里程平均約為400 km；輕型貨車主要以城內(nèi)或者短途城際運(yùn)輸為主，單日運(yùn)營(yíng)里程平均約為300 km；微型貨車一般承擔(dān)城內(nèi)物流運(yùn)輸工作，作業(yè)呈現(xiàn)“距離短、次數(shù)多”的特點(diǎn)，單日運(yùn)營(yíng)里程平均約為150 km。結(jié)合市場(chǎng)調(diào)研，以年均運(yùn)營(yíng)天數(shù)300 d 為基準(zhǔn)，通過計(jì)算，得出不同類型貨車年均運(yùn)營(yíng)里程，如表3所示。

表3 不同類型貨車年均運(yùn)營(yíng)里程Table 3 Annual operating mileage of single truck

1.4 貨車單車年碳排放量測(cè)算

假設(shè)柴油、汽油以及天然氣貨車在運(yùn)營(yíng)過程中產(chǎn)生的碳排放系數(shù)分別為0.72 kg·L-1、0.63 kg·L-1以及0.80 kg·kg-1，在貨車單車燃料消耗和貨車單車年平均運(yùn)營(yíng)里程評(píng)估的基礎(chǔ)上，對(duì)貨車單車年碳排放量進(jìn)行測(cè)算。貨車單車每年產(chǎn)生的碳排放量計(jì)算公式為

式中：Q′i,j為單車年碳排放量；Ci,j為單車百公里燃料消耗；Mi為貨車單車年平均運(yùn)營(yíng)里程；Ej為不同燃料類型貨車在運(yùn)營(yíng)過程中產(chǎn)生的碳排放系數(shù)；i為貨車分類；j為不同燃料類型。

通過計(jì)算，得出不同類型貨車單車年碳排放量，結(jié)果如表4所示。

表4 2020年貨車單車年碳排放量Table 4 Annual carbon emissions of single truck in 2020

從計(jì)算結(jié)果可以看出，柴油貨車單車年碳排放量較高，尤其是中重型貨車，由于年均運(yùn)營(yíng)里程長(zhǎng)，單車油耗高，導(dǎo)致單車碳排放量較大。同時(shí)天然氣貨車由于碳排放系數(shù)較高，對(duì)碳排放的影響也較大。單車碳排放量的測(cè)算，對(duì)于貨車減碳路徑規(guī)劃具有重要意義。

2 貨車保有量增長(zhǎng)趨勢(shì)預(yù)測(cè)

2.1 預(yù)測(cè)邏輯說明

為了精準(zhǔn)測(cè)算貨車整體碳排放量的發(fā)展趨勢(shì)，本文在貨車單車碳排放量測(cè)算的基礎(chǔ)上，針對(duì)貨車保有量增長(zhǎng)趨勢(shì)、結(jié)構(gòu)變化進(jìn)行重點(diǎn)分析及預(yù)測(cè)。從諸多學(xué)者對(duì)汽車市場(chǎng)保有量預(yù)測(cè)的研究來看，大致包含兩種研究方向：一是從保有量規(guī)模的影響因素入手[7-8]，建立保有量預(yù)測(cè)模型，對(duì)中長(zhǎng)期保有量進(jìn)行預(yù)測(cè)；二是從保有量數(shù)據(jù)變化特征入手[9]，建立單變量的保有量預(yù)測(cè)模型，對(duì)中長(zhǎng)期保有量進(jìn)行預(yù)測(cè)。在預(yù)測(cè)方法上，生長(zhǎng)曲線模型、灰色預(yù)測(cè)、回歸分析等應(yīng)用較多。因此，本文在建立貨車保有量增長(zhǎng)預(yù)測(cè)模型前，首先對(duì)兩種研究思路與本文貨車保有量預(yù)測(cè)目標(biāo)的適用性進(jìn)行比較分析。

從發(fā)達(dá)國(guó)家貨車市場(chǎng)發(fā)展規(guī)律來看，貨車保有量主要受到經(jīng)濟(jì)體需求規(guī)模以及需求結(jié)構(gòu)的影響，貨車保有量的增長(zhǎng)與經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)整體呈現(xiàn)正相關(guān)關(guān)系。但由于貨車需求與經(jīng)濟(jì)發(fā)展在不同階段相互作用的機(jī)制不同，貨車保有量的增長(zhǎng)與經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)并非完全同步。在工業(yè)化發(fā)展早期階段，貨車市場(chǎng)在工程建設(shè)以及道路拓展等因素的帶動(dòng)下快速發(fā)展，貨車保有量與經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)具有較強(qiáng)的同步性。但進(jìn)入工業(yè)化后期，經(jīng)濟(jì)總量規(guī)模不斷提升，經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)逐步轉(zhuǎn)型，貨車市場(chǎng)發(fā)展直接為國(guó)民經(jīng)濟(jì)帶來的總量增長(zhǎng)的邊際效用逐漸減小，貨車保有量與經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)的強(qiáng)相關(guān)性逐漸減弱。

從我國(guó)貨車市場(chǎng)發(fā)展來看，總體發(fā)展節(jié)奏與發(fā)達(dá)國(guó)家具有一定的相似性。但隨著我國(guó)貨運(yùn)市場(chǎng)由快速增量的成長(zhǎng)期進(jìn)入結(jié)構(gòu)調(diào)整的成熟期，貨車市場(chǎng)自身周期波動(dòng)對(duì)貨車保有量規(guī)模變化的影響逐步增強(qiáng)。同時(shí)考慮到本文對(duì)貨車運(yùn)營(yíng)環(huán)節(jié)碳達(dá)峰時(shí)間的研究，需要以貨車保有量飽和點(diǎn)測(cè)算為前提，而經(jīng)濟(jì)發(fā)展等因素與貨車保有量多以線性關(guān)系為主，難以實(shí)現(xiàn)對(duì)貨車保有量飽和點(diǎn)的預(yù)測(cè)，因此本文從研究目的出發(fā)，依據(jù)貨車從生產(chǎn)、使用到報(bào)廢的生命周期變化，采用生長(zhǎng)曲線函數(shù)方法對(duì)貨車保有量的增長(zhǎng)趨勢(shì)進(jìn)行預(yù)測(cè)，計(jì)算貨車保有量增長(zhǎng)的飽和點(diǎn)，以便對(duì)貨車運(yùn)營(yíng)環(huán)節(jié)碳達(dá)峰時(shí)間進(jìn)行研究和預(yù)判。

2.2 貨車保有量增長(zhǎng)模型建立

本文以2012—2020年中汽數(shù)據(jù)有限公司保有量數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，結(jié)合1951—2011年貨車保有量公開數(shù)據(jù)，對(duì)貨車保有量變化及增長(zhǎng)趨勢(shì)進(jìn)行研究。從貨車歷史保有量變化來看，隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)建設(shè)的快速發(fā)展以及貨車運(yùn)營(yíng)場(chǎng)景的拓展，我國(guó)貨車保有量快速增長(zhǎng)。1951—2000年我國(guó)貨車保有量緩慢增長(zhǎng)，2000年以后貨車保有量規(guī)?？焖僭黾樱绕湓?015年以后，貨車保有量受多項(xiàng)法規(guī)及政策拉動(dòng)影響增長(zhǎng)較快。后期隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)增速的緩慢下行，以及貨車內(nèi)部需求結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定，貨車保有量規(guī)模將逐步飽和。從發(fā)展趨勢(shì)看，貨車保有量規(guī)模的變化總體符合從低速增長(zhǎng)到加速擴(kuò)張，再到逐步飽和的“S”型生長(zhǎng)曲線特點(diǎn)，如圖1所示。

圖1 貨車保有量變化情況Fig.1 Changes of truck ownership

目前，典型的生長(zhǎng)曲線模型包括龔帕茲模型、皮爾模型和林德諾模型，但林德諾生長(zhǎng)曲線模型常用于新技術(shù)發(fā)展和新產(chǎn)品銷售的預(yù)測(cè)，不適用于本文研究。龔帕茲模型和皮爾模型均可用于人口增長(zhǎng)、工商業(yè)生產(chǎn)等方面，故本文分別采用龔帕茲模型和皮爾模型對(duì)貨車保有量增長(zhǎng)趨勢(shì)進(jìn)行預(yù)測(cè)，比較模型的適用性和擬合效果，以確定最佳預(yù)測(cè)模型。

根據(jù)歷史保有量數(shù)據(jù)和貨車保有量變化特征，通過各類檢驗(yàn)值判斷皮爾模型和龔帕茲模型的擬合效果，在模型所有參數(shù)p 值均通過檢驗(yàn)的條件下，皮爾模型的整體擬合準(zhǔn)確度為0.9502，低于龔帕茲模型的0.9804，且皮爾模型的總體殘差率高于龔帕茲模型。因此，本文采用龔帕茲模型進(jìn)行貨車保有量的增長(zhǎng)趨勢(shì)預(yù)測(cè)，具體龔帕茲模型為

式中：Y為貨車保有量；K為貨車保有量的極限值；參數(shù)a決定曲線的位置；參數(shù)b決定曲線中間部分的斜率；t為時(shí)間(年)。

對(duì)模型采用對(duì)數(shù)變換，并選取最優(yōu)參數(shù)，得到校正決定系數(shù)為0.9804的龔帕茲模型為

為得到保有量趨于穩(wěn)定的時(shí)間點(diǎn)及保有量值，對(duì)保有量生長(zhǎng)模型曲線求導(dǎo)。由于導(dǎo)函數(shù)恒不為0，根據(jù)生長(zhǎng)曲線特征，在趨于飽和后，斜率近于0，若設(shè)置0.01 的導(dǎo)函數(shù)閾值，可以發(fā)現(xiàn)，貨車保有量在2060年左右開始進(jìn)入飽和階段。

為驗(yàn)證結(jié)果，我們對(duì)保有量模型求二階導(dǎo)數(shù)，以判斷曲線斜率變化的速度。二階導(dǎo)函數(shù)值越小，一階導(dǎo)函數(shù)曲線斜率變化速率變小，近似維持在0，原保有量曲線停止生長(zhǎng)，達(dá)到穩(wěn)定值。因此，可以將2060年作為貨車保有量增長(zhǎng)的飽和點(diǎn)。根據(jù)模型結(jié)果，到2060年貨車保有量的飽和值為8157.0萬輛，如表5所示。

表5 重點(diǎn)年份貨車保有量預(yù)測(cè)值Table 5 Predicted values of truck ownership in key years

2.3 貨車保有量結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)

為了進(jìn)一步分析貨車保有量結(jié)構(gòu)變化對(duì)貨車運(yùn)營(yíng)環(huán)節(jié)碳排放量的影響，本文依據(jù)貨車不同燃料種類和車型的差異化特征，采用時(shí)間序列、灰色預(yù)測(cè)、ARIMA 等模型對(duì)不同燃料和車型的占比結(jié)構(gòu)進(jìn)行預(yù)測(cè)，獲得初步預(yù)測(cè)結(jié)果。同時(shí)，以國(guó)際減碳政策作為參考，考慮到未來我國(guó)新能源貨車及節(jié)能減排政策的實(shí)施，將對(duì)貨車的燃料結(jié)構(gòu)產(chǎn)生較大影響，而不同燃料類型中的車型結(jié)構(gòu)在用戶用車習(xí)慣、車輛場(chǎng)景定位等因素影響下發(fā)展趨勢(shì)相對(duì)明確，因此，以貨車燃料結(jié)構(gòu)作為第一分類層級(jí)，以貨車車型結(jié)構(gòu)作為第二分類層級(jí)，對(duì)貨車保有量結(jié)構(gòu)變化趨勢(shì)進(jìn)行修正預(yù)測(cè)。

2.3.1 貨車保有量燃料結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)

在貨車不同燃料種類占比結(jié)構(gòu)初步預(yù)測(cè)結(jié)果的基礎(chǔ)上，結(jié)合節(jié)能減排政策推進(jìn)節(jié)奏、新能源貨車推廣和應(yīng)用進(jìn)程等，分情景對(duì)貨車燃料結(jié)構(gòu)進(jìn)行修正預(yù)測(cè)，進(jìn)而得到不同燃料種類貨車的保有量規(guī)模。

(1)悲觀情景

受限于貨車新能源技術(shù)發(fā)展水平，新能源貨車性能及價(jià)格與傳統(tǒng)燃油貨車仍有較大差距，充換電基礎(chǔ)設(shè)施普及較慢，導(dǎo)致新能源貨車的市場(chǎng)接受度較低，國(guó)家及地方針對(duì)新能源貨車的相關(guān)政策實(shí)施進(jìn)展效果未及預(yù)期。到2060年貨車燃料結(jié)構(gòu)仍以柴油、汽油等傳統(tǒng)燃料為主，新能源貨車市場(chǎng)滲透率亟待提升。此情景下，貨車保有量的燃料結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)如表6所示。

表6 悲觀情景下貨車保有量的燃料結(jié)構(gòu)占比變化預(yù)測(cè)Table 6 Prediction of truck ownership by fuel type in pessimistic scenario

(2)基準(zhǔn)情景

隨著貨車新能源技術(shù)發(fā)展加快，新能源貨車性能及價(jià)格與傳統(tǒng)燃油貨車差距逐步縮小，充換電基礎(chǔ)設(shè)施逐步普及應(yīng)用，新能源貨車的市場(chǎng)接受度穩(wěn)步提升，國(guó)家及地方針對(duì)新能源貨車的相關(guān)政策實(shí)施取得較好效果。到2060年貨車燃料結(jié)構(gòu)以新能源及清潔能源為主，新能源貨車市場(chǎng)滲透率加快提升。此情景下，貨車保有量的燃料結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)如表7所示。

表7 基準(zhǔn)情景下貨車保有量的燃料結(jié)構(gòu)占比變化預(yù)測(cè)Table 7 Prediction of truck ownership by fuel type in benchmark scenario

(3)樂觀情景

隨著貨車新能源技術(shù)快速發(fā)展，新能源貨車性能及價(jià)格與傳統(tǒng)燃油貨車差距加快縮小，并依托燃料價(jià)格優(yōu)勢(shì)，用車成本逐漸低于傳統(tǒng)燃油貨車，充換電基礎(chǔ)設(shè)施廣泛普及，新能源貨車的市場(chǎng)接受度較高，國(guó)家及地方針對(duì)新能源貨車的相關(guān)政策實(shí)施效果超過預(yù)期。到2060年貨車燃料結(jié)構(gòu)以新能源為主，新能源貨車市場(chǎng)滲透率快速增長(zhǎng)。此情景下，貨車保有量的燃料結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)如表8所示。

表8 樂觀情景下貨車保有量燃料結(jié)構(gòu)占比變化預(yù)測(cè)Table 8 Prediction of truck ownership by fuel type in optimistic scenario

2.3.2 貨車保有量車型結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)

依據(jù)貨車保有量中不同燃料類型下車型結(jié)構(gòu)變化的歷史規(guī)律，采用時(shí)間序列、ARIMA等單變量模型對(duì)不同燃料類型下不同貨車車型占比進(jìn)行預(yù)測(cè)，并考慮貨運(yùn)場(chǎng)景定位變化、不同車型電動(dòng)化難易程度等因素，對(duì)預(yù)測(cè)結(jié)果進(jìn)行修正。隨著貨運(yùn)場(chǎng)景進(jìn)一步細(xì)分，以及新能源技術(shù)的持續(xù)推廣和應(yīng)用，傳統(tǒng)燃料在貨運(yùn)場(chǎng)景中的使用集中度不斷提高，因此，為了進(jìn)一步清晰計(jì)算貨車運(yùn)營(yíng)環(huán)節(jié)碳排放量變化，在貨車保有量燃料結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)基礎(chǔ)上，假設(shè)各情景下貨車不同燃料類型中車型結(jié)構(gòu)變化趨勢(shì)相同，對(duì)貨車保有量的車型結(jié)構(gòu)進(jìn)行預(yù)測(cè)，結(jié)果如表9所示。

表9 貨車保有量的車型結(jié)構(gòu)占比變化預(yù)測(cè)Table 9 Prediction of truck ownership by vehicle type

根據(jù)預(yù)測(cè)結(jié)果，由于輕型貨車及微型貨車電動(dòng)化普及難度較小，且新能源車輛購(gòu)車及使用成本相對(duì)較低，到2060年，輕型貨車、微型貨車在傳統(tǒng)燃料結(jié)構(gòu)中的占比逐步降低，尤其是微型貨車預(yù)計(jì)將全面實(shí)現(xiàn)電動(dòng)化。而重型貨車、大噸位輕型貨車由于電動(dòng)化普及難度較大，且車輛成本較高，在傳統(tǒng)燃料結(jié)構(gòu)中的占比逐步增長(zhǎng)。天然氣由于燃料價(jià)格優(yōu)勢(shì)及普及難度較低，新能源普及難度較大的重型貨車將進(jìn)一步加快天然氣燃料的應(yīng)用，在天然氣燃料結(jié)構(gòu)中的占比不斷提升。

3 貨車運(yùn)營(yíng)環(huán)節(jié)碳達(dá)峰預(yù)測(cè)

3.1 貨車年碳排放總量預(yù)測(cè)模型構(gòu)建

在貨車單車碳排放量測(cè)算和貨車保有量規(guī)模及結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)的基礎(chǔ)上，對(duì)貨車運(yùn)營(yíng)環(huán)節(jié)的碳排放總量發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行分析和研究，不包含貨車生產(chǎn)制造等其他環(huán)節(jié)，具體計(jì)算模型為

式中：Q為貨車碳排放總量；Qd為柴油貨車運(yùn)營(yíng)環(huán)節(jié)產(chǎn)生的碳排放量；Qg為汽油貨車運(yùn)營(yíng)環(huán)節(jié)產(chǎn)生的碳排放量；Ql為天然氣貨車運(yùn)營(yíng)環(huán)節(jié)產(chǎn)生的碳排放量。

根據(jù)式(1)和式(4)，進(jìn)一步計(jì)算不同類型貨車在運(yùn)營(yíng)環(huán)節(jié)產(chǎn)生的碳排放量，具體計(jì)算公式為

式中：YHDT、YMDT、YLDT、YMT分別為重型、中型、輕型、微型貨車的保有量；Q′HDT、Q′MDT、Q′LDT、Q′MT分別為重型、中型、輕型、微型貨車的單車年碳排放量。

3.2 不同類型貨車碳排放量趨勢(shì)預(yù)測(cè)

基于所建立的年碳排放總量預(yù)測(cè)模型和貨車保有量規(guī)模及結(jié)構(gòu)變化預(yù)測(cè)，結(jié)合貨車單車碳排放量測(cè)算，對(duì)貨車整體碳排放量發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行研究。但在技術(shù)發(fā)展、政策推動(dòng)等多因素影響下，貨車年碳排放總量也將隨之變化。因此，為了進(jìn)一步測(cè)算貨車運(yùn)營(yíng)環(huán)節(jié)碳排量變化趨勢(shì)，在前文貨車保有量結(jié)構(gòu)變化預(yù)測(cè)情景的基礎(chǔ)上，結(jié)合貨車單車燃料消耗變化趨勢(shì)[10]，對(duì)貨車運(yùn)營(yíng)環(huán)節(jié)中產(chǎn)生的碳排放總量進(jìn)行分情景預(yù)測(cè)。

(1)悲觀情景

假設(shè)未來長(zhǎng)期內(nèi)柴油、汽油、天然氣等燃料燃燒過程中碳排放系數(shù)不變，貨車單車燃料消耗基本遵循《節(jié)能與新能源汽車技術(shù)路線圖2.0》規(guī)劃的技術(shù)路線發(fā)展，到2030年貨車單車燃料消耗水平較2019年降低10%以上，到2060年貨車單車燃料消耗水平較2019年降低40%左右，如表10所示；同時(shí)依據(jù)保有量燃料結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)的悲觀情景結(jié)果，新能源貨車推廣和應(yīng)用進(jìn)程相對(duì)緩慢，到2030年貨車保有量中新能源占比僅為8%，到2060年貨車保有量中新能源占比為30%。此情景下，不同類型貨車在運(yùn)營(yíng)環(huán)節(jié)的碳排放量發(fā)展變化如表11所示。

表10 悲觀情景下貨車單車燃料消耗趨勢(shì)預(yù)測(cè)Table 10 Prediction of fuel consumption trend of single truck in pessimistic scenario

表11 悲觀情景下不同車型碳排放量發(fā)展趨勢(shì)Table 11 Development trends of carbon emissions of trucks by types in pessimistic scenario

從計(jì)算結(jié)果來看，貨車運(yùn)營(yíng)過程中的碳排放總量在2030年后增速雖有所減弱，但碳排放總量規(guī)模持續(xù)增加，到2060年貨車運(yùn)營(yíng)過程的碳排放總量達(dá)到11.5億t。

(2)基準(zhǔn)情景

假設(shè)未來長(zhǎng)期內(nèi)柴油、汽油、天然氣等燃料燃燒過程中碳排放系數(shù)不變，貨車單車燃料消耗水平與悲觀情景趨勢(shì)相同，仍基本遵循《節(jié)能與新能源汽車技術(shù)路線圖2.0》規(guī)劃的技術(shù)路線發(fā)展；同時(shí)依據(jù)保有量燃料結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)的基準(zhǔn)情景結(jié)果，新能源貨車推廣和應(yīng)用進(jìn)程較快，到2030年貨車保有量中新能源占比為10%，到2060年貨車保有量中新能源占比為40%。此情景下，不同類型貨車在運(yùn)營(yíng)環(huán)節(jié)中的碳排放量變化如表12所示。

表12 基準(zhǔn)情景下不同車型碳排放量發(fā)展趨勢(shì)Table 12 Development trends of carbon emissions of trucks by types in benchmark scenario

根據(jù)計(jì)算結(jié)果，貨車在運(yùn)營(yíng)過程中的碳排放總量在2035年后增速逐漸減弱，碳排放量規(guī)模逐步穩(wěn)定，到2060年貨車運(yùn)營(yíng)過程的碳排放總量達(dá)到9.8億t。

(3)樂觀情景

假設(shè)未來長(zhǎng)期內(nèi)柴油、汽油、天然氣等燃料燃燒過程中碳排放系數(shù)不變，貨車單車燃料消耗在遵循《節(jié)能與新能源汽車技術(shù)路線圖2.0》技術(shù)路線發(fā)展的基礎(chǔ)上，受“雙碳”目標(biāo)推進(jìn)，節(jié)油降耗技術(shù)發(fā)展進(jìn)一步加快，到2030年貨車單車燃料消耗水平較2019年降低20%以上，到2060年貨車單車燃料消耗水平較2019年降低50%左右，如表13所示；同時(shí)，依據(jù)保有量燃料結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)的樂觀情景結(jié)果，新能源貨車推廣和應(yīng)用進(jìn)程快速推進(jìn)，到2030年貨車保有量中新能源占比為20%，到2060年貨車保有量中新能源占比為50%。此情景下，不同類型貨車在運(yùn)營(yíng)環(huán)節(jié)中的碳排放量發(fā)展變化如表14所示。

表13 樂觀情景下貨車單車燃料消耗趨勢(shì)預(yù)測(cè)Table 13 Prediction of fuel consumption trend of single truck in optimistic scenario

表14 樂觀情景下不同車型碳排放量發(fā)展趨勢(shì)Table 14 Development trends of carbon emissions of trucks by types in optimistic scenario

根據(jù)計(jì)算結(jié)果，貨車在運(yùn)營(yíng)過程中的碳排放總量在2030年后增速逐漸減弱，碳排放量規(guī)模逐步減少，到2060年貨車運(yùn)營(yíng)過程的碳排放總量達(dá)到6.5億t。

3.3 貨車運(yùn)營(yíng)環(huán)節(jié)碳達(dá)峰時(shí)間預(yù)測(cè)

綜合3種情景下貨車碳排放量的預(yù)測(cè)結(jié)果，可以得出貨車運(yùn)營(yíng)環(huán)節(jié)碳排放量的發(fā)展軌跡，如圖2所示。

圖2 3種情景下貨車碳排放總量發(fā)展趨勢(shì)Fig.2 Development trends of total carbon emission of trucks under three scenarios

從貨車碳排放總量發(fā)展趨勢(shì)來看，貨車碳排放量也呈現(xiàn)出從增長(zhǎng)到飽和，再到衰減的特點(diǎn)，總體符合“S”型生長(zhǎng)曲線的特征。因此，采用生長(zhǎng)曲線函數(shù)對(duì)貨車運(yùn)營(yíng)過程的碳排放量進(jìn)行研究是符合發(fā)展規(guī)律的。

綜合比較，在樂觀情景下貨車運(yùn)營(yíng)環(huán)節(jié)碳排放達(dá)峰時(shí)間最早，將在2030年如期實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰目標(biāo)；基準(zhǔn)情景下，碳達(dá)峰時(shí)間將進(jìn)一步延長(zhǎng)至2035年左右實(shí)現(xiàn)；悲觀情景下，貨車運(yùn)營(yíng)環(huán)節(jié)碳達(dá)峰將難以實(shí)現(xiàn)，碳達(dá)峰時(shí)間將延長(zhǎng)至2060年以后實(shí)現(xiàn)。

4 結(jié)論

本文以市場(chǎng)調(diào)研數(shù)據(jù)和中汽數(shù)據(jù)有限公司保有量數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，運(yùn)用生長(zhǎng)曲線函數(shù)、多種單變量預(yù)測(cè)模型、專家評(píng)估等方法對(duì)貨車保有量規(guī)模及結(jié)構(gòu)、貨車單車碳排放量以及運(yùn)營(yíng)環(huán)節(jié)中的碳達(dá)峰時(shí)間進(jìn)行研究。結(jié)果表明：

(1)根據(jù)本文測(cè)算，2020年我國(guó)貨車運(yùn)營(yíng)環(huán)節(jié)中的碳排放量約為5.2億t，該碳排放規(guī)模將是我國(guó)交通運(yùn)輸領(lǐng)域碳減排工作推進(jìn)的重要治理對(duì)象。

(2)貨車運(yùn)營(yíng)環(huán)節(jié)的碳排放規(guī)模與貨車保有量規(guī)模及結(jié)構(gòu)、貨車節(jié)能技術(shù)發(fā)展息息相關(guān)。因此，對(duì)于貨車運(yùn)營(yíng)環(huán)節(jié)中的減碳工作推進(jìn)，應(yīng)從節(jié)能降耗和加快新能源技術(shù)滲透兩方面同時(shí)著手，尤其是新能源貨車推廣和應(yīng)用的進(jìn)程速度，將是加快貨車運(yùn)營(yíng)環(huán)節(jié)碳達(dá)峰目標(biāo)實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵手段。

(3)貨車運(yùn)營(yíng)環(huán)節(jié)的碳排放總量規(guī)?？傮w符合生長(zhǎng)曲線的特點(diǎn)。根據(jù)研究結(jié)果，目前貨車運(yùn)營(yíng)環(huán)節(jié)的碳排放總量仍處于增長(zhǎng)階段，需要政府管理機(jī)構(gòu)進(jìn)一步明確政策干預(yù)措施，才能加速貨車運(yùn)營(yíng)環(huán)節(jié)碳達(dá)峰目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。

未來，隨著新能源貨車推廣和應(yīng)用進(jìn)程加快以及傳統(tǒng)貨車節(jié)能降耗技術(shù)的發(fā)展，貨車在運(yùn)營(yíng)環(huán)節(jié)中的碳排放量將逐年減少，對(duì)我國(guó)碳達(dá)峰總體目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)將起到重要推動(dòng)作用。