作者：杨晶 ,韩维建 主编
出版社：机械工业出版社
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中国汽车二氧化碳减排路径：全球气候变化的挑战试读：
前言
2016年11月4日正式生效的《巴黎协定》提出，将21世纪内全球平均升温控制在工业化前水平2℃以内，并努力追求1.5℃以内的目标。这标志着全球气候治理已经走出低谷，再次回到国际政治舞台的前端。作为世界上二氧化碳排放最大的国家，中国积极参与减排行动，提出二氧化碳排放在2030年左右达到峰值并争取尽早达到峰值等一系列量化目标。
以汽车为代表的交通部门，是我国重要的二氧化碳排放来源。作为移动排放源，汽车的二氧化碳排放控制比固定排放源（如电厂）更加困难，目前几乎没有有效的控制措施。加之我国私人汽车正处在快速普及阶段，2040年以前汽车保有量将持续大规模增长，并带来汽车排放的二氧化碳数量成倍增加。这对我国而言，不仅将带来能源资源、环境生态、能源安全等多方面的问题，而且意味着一项重要的政治挑战，关乎我国在全球气候治理中的承诺是否能够如期兑现，并影响我国在全球政治格局中的领导力和大国形象。因此，我国汽车部门控制二氧化碳排放的任务非常重要且艰巨，探索未来的汽车二氧化碳减排路径成为一项重要的研究命题，也成为汽车、能源、环境、气候变化、管理等学科交叉领域培养研究生的重要内容。
不同于系统介绍成熟理论和方法的传统教材，本书试图为读者展现的是当前热门研究领域的方法学及其应用。第一章从气候变化的科学背景开始介绍，展现了全球气候治理的发展历程和最新进展，并进行了研究意义上的评述。同时，引出我国交通部门在应对气候变化过程中所面临的挑战。第二章主要介绍交通用能和二氧化碳排放的研究思路、研究方法、典型模型及重要研究成果。第三章是第二章方法学的应用实例，对我国交通部门的二氧化碳的直接排放和生命周期排放进行了估算，并介绍了交通部门排放在全国排放中的贡献率。第四章和第五章是本书的核心内容，介绍了一种将全球排放目标与某个部门的减排路径相结合的研究方法，并展示了该方法在我国轻型车部门的实际应用。这种将从上至下的目标与从下至上的技术路径相结合的研究方法可扩展到电力、建筑等其他主要用能和排放部门。第六章以重型货车为重点，介绍了其他类型车辆的二氧化碳减排潜力。第七章对除道路以外的其他交通部门的二氧化碳减排潜力进行了阐述。
本书是基于作者的博士论文撰写而成的。在成书过程中，作者尽最大努力将自己在汽车用能和二氧化碳减排领域的理解与经验融入其中。作者感谢韩维建博士、张阿玲教授、David P.Chock博士、Joseph M.Norbeck教授对方法学和内容的悉心指导，以及申威博士、柴沁虎博士、黄诗尧博士等在交流和讨论中提供的有益参考，同时感谢家人和朋友的理解、支持与陪伴。由于时间仓促和作者阅历所限，本书中的疏漏和不妥之处在所难免，欢迎读者提出批评和修改意见。杨晶2017年6月于北京▶▶第一章绪论第一节 全球气候治理的进程一、科学背景
气候变化（Climate Change）是指气候在一段时间内的波动和变化。《环境科学大辞典》对气候变化词条的解释是，气候变化又称为气候变迁，泛指各种时间尺度的气候演变。变化的时间长度从最长的几十亿年至最短的年际变化，差别很大。按变化的时间尺度及性质可分为三类：①地质时期气候变化，其变化时间在万年以上，主要是由地球大陆漂移、造山运动、地球轨道变化造成。②历史时期气候变化，指冰河后期，即一万年以来，主要是近5000年时段的气候变化，其形成原因被认为与太阳活动和火山爆发有关。③近代气候变化，指近百年特别是20世纪以来全球气候的变化。一些研究认为其产生的原因除太阳活动和火山爆发外还应考虑海气相互作用及人类活动的影
[1]响。
当前世界范围内普遍关注的气候变化问题主要是指由于人类活动而引起的气候的波动变化及其对人类社会生产和生活各方面产生的不利影响。为深入研究这一重大的科学问题，联合国政府间气候变化专门委员会（Intergovernmental Panel on Climate Change，IPCC）于1988年成立，由世界气象组织（World Meteorological Organization，WMO）和联合国环境规划署（United Nations Environment Programme，UNEP）共同发起，并持续工作至今。IPCC由三个工作组组成：第一工作组称为科学工作组，主要负责评估基于可获得资料的气候变化的科学信息；第二工作组称为影响工作组，主要负责评估气候变化产生的环境和经济影响；第三工作组称为响应对策工作组，[1]主要负责研究制定关于处理气候变化问题的响应策略。三个工作组在IPCC的指导下分别独立进行工作，主要目标是获取关于气候变化、气候变化的影响、减缓与适应气候变化的措施等方面的科学和社会经济信息，从而进行综合、客观、开放和透明的科学评估，最终根据需要为《联合国气候变化框架公约》（United Nations Framework Convention on Climate Change，UNFCCC，简称《公约》）的缔约方会议（Conference of the Parties，COP）提供科学、技术和社会经济方面的决策参考与政策建议。IPCC是一个建立在政府间合作基础上的科学技术研究机构，所有联合国的成员方和世界气象组织的会员国家或地区都是IPCC的成员，都可以参加IPCC及其工作组的各种活动和会议。目前，IPCC集聚了150个国家和地区的2500多名科学家，形成了一个气候变化研究领域的全球智囊网络。IPCC自身不开展相关研究，而是对每年发表的数千份科学论文进行总结和评估，向决策者提供有关气候变化的最新认识，既包括科学界在哪些方面已达成共识，又呈现出存在意见分歧的领域以及需要进一步研究的命题。
从1990年发布第一次评估报告（First Assessment Report，FAR）至今，IPCC已经陆续出版了一系列研究成果，包括评估报告（Assessment Report）、特别报告（Special Report）、技术文章（Technical Paper）、指南和方法论（Guideline and Methodology）四种类型，这些成果对气候变化领域的科学研究和政府间应对气候变化的合作都产生了重要影响（见表1-1），IPCC系列报告已经成为气候变化领域的权威参考著作，被政策制定者和各领域科学家广泛使用，也为世界各国的很多普通民众所熟知。2007年，IPCC组织和美国前副总统戈尔共同分享了2007年度诺贝尔和平奖，该机构在气候变化领域的杰出贡献得到了充分肯定。诺贝尔评选委员会认定，IPCC在过去十几年陆续发布的众多研究报告促成了世界范围内对于气候变化问题的广泛共识，形成了关于人类活动与全球气候升温之间存在因果关联的普遍认识，IPCC报告为这种结论提供了有力的证据。表1-1 IPCC主要出版物及其重要影响发布二、《联合国气候变化框架公约》
IPCC提供了全球温升的事实证据，明确了温室气体浓度与温升的因果关系，并指出了气候变化的长期性和紧迫性。这些关于全球气候变化问题的科学研究，提出了全球气候治理的要求，促进了政府间多边合作机制的形成，使全球气候治理成为国际政治的重要议题，最终促成了世界各国在应对全球气候变化问题上的一致行动。
早在1992年，在巴西里约热内卢召开的联合国环境与发展大会期间，153个国家和欧洲共同体签署了《公约》。这是历时15个月共五轮谈判才终于达成的第一个关于全面控制CO等温室气体排放以应2对全球变暖给人类经济和社会带来的不利影响的全球性公约。《公约》于1994年3月21日正式生效。1992年6月，中国政府签署了《公约》，成为最早的10个缔约方之一。截至2017年4月，《公约》已有197个缔约方。
但是，《公约》虽然得到了世界上几乎所有国家的认可，却最终只是一个纲领性文件。它提出了全球控制温室气体排放的原则和最终目标，并没有涉及任何行动方案和量化目标。《公约》共26条，其中第2条将应对气候变化行动的“最终目标”规定为：“将大气中温室气体的浓度稳定在防止气候系统受到危险的人为干扰的水平上。这一水平应当在足以使生态系统能够自然地适应气候变化、确保粮食生产［7］免受威胁并使经济发展能够可持续地进行的时间范围内实现。”这里的关键词是“温室气体的浓度”和“稳定”。CO是最重要的温2室气体，因此，稳定大气中CO浓度水平就成为减缓气候变化的行动2准则。《公约》确定了5条基本原则，其中有2条是核心原则：第1条是公平原则，即发达国家与发展中国家之间共同但有区别的责任；第2条是可持续发展原则，即促进所有国家，特别是发展中国家的可持续发展。根据《公约》确立的发达国家和发展中国家“共同但有区别的责任”原则，《公约》将所有缔约方分为附件一国家和非附件一国家，分别承担不同的责任。《公约》奠定了全球气候变化谈判框架的法律基础，是迄今为止在国际环境与发展领域涉及面最广、影响最大、意义最深远的国际法律文书。自1995年起，缔约方会议每年举行一次，各缔约方就应对气候变化的关键问题进行讨论，逐渐形成了以缔约方会议（COP）为核心、以IPCC为技术支持、以各国政府机构和相关世界组织（全球环境基金、世界银行、联合国等）为主要参与者、以广泛的非政府组织为外围参与者的体系。由于应对气候变化行动与各缔约方的经济利益和发展空间密切相关，因此取得所有缔约方的共识和承诺难度非常大。原国家主席胡锦涛在2007年就曾明确提出，气候变化是环境问题，但归根结底是发展问题，充分说明气候变化国际谈判与国家利益的重要关系。二十几年间，虽然气候变化国际谈判几经周折，但是作为全球在应对气候问题方面的重大举措，国际谈判取得了不容忽视的成绩（见表1-3）。表1-3 气候变化国际谈判里程碑事件三、《京都议定书》《议定书》及其机制是全球气候治理模式的第一次行动。《议定书》确立了第一个具有法律效力的量化的温室气体减排目标和时间表，是按照《公约》提出的“共同但有区别的责任”原则为发达国家规定的温室气体减排指标，但没有为发展中国家规定减排或限排义务。
1997年COP3通过了《公约》的第一个附加协议《议定书》。该文件规定了《公约》附件一缔约方的量化减排指标，即在第一承诺期（2008～2012年）内，其温室气体排放量在1990年的水平上平均削减5.2%。《议定书》规定的温室气体包括六种，分别是二氧化碳、甲烷、氧化亚氮、氢氟碳化物、全氟化碳等。《议定书》对附件一缔约方的温室气体减排途径提出了三种实现机制，即清洁发展机制（Clean Development Mechanism，CDM）、联合履行（Joint Implementation，JI）和排放贸易（Emission Trade，ET）。其中，CDM主要涉及附件一缔约方和发展中国家在减排量交易方面的合作，而JI和ET主要涉及附件一缔约方之间的合作。《议定书》批准生效的过程是曲折艰难的。按照文件规定，《议定书》生效的条件有两个：第一个条件是必须有55个以上的《公约》缔约方批准加入《议定书》，第二个条件是批准的附件一缔约方1990年温室气体排放量之和占全部附件一缔约方1990年温室气体排放总量的55%以上。第二个条件是《议定书》是否能够顺利生效的关键。由于美国（占1990年附件一缔约方温室气体排放量的36.1%）拒绝批准《议定书》，所以《议定书》一度面临“流产”的危险。但是，最终俄罗斯（占1990年附件一缔约方温室气体排放量的17.4%）在2004年11月正式加入《议定书》，挽救了这一危局。2005年2月16日《议定书》正式生效。中国也于2002年正式核准了《议定书》。截至2016年6月底，共有192个缔约方批准、加入、接受或核准了《议定书》。自2005年开始，每年在召开《公约》缔约方会议（COP）的同时召开《议定书》缔约方会议，讨论《议定书》执行的具体细节，并对《公约》框架下应对气候变化的行动计划进行磋商。四、“后京都”时代《议定书》的第一承诺期是2008～2012年，那么如何为2012年后第二承诺期的全球温室气体减排行动做出安排（也称为“后京都”问题），就成为自2006年蒙特利尔会议之后气候变化国际谈判的焦点议题。但是，此后数年的《公约》缔约方会议暨《议定书》缔约方会议都在重重困难中缓慢前行，直至2009年哥本哈根会议时，全球气候治理更是陷入停滞不前的最低谷，甚至引发倒退的担忧。人类即将错过应对气候变化的重要决策期和行动窗口。《哥本哈根协议》不具有法律约束力是此次会议失败的集中表现，具体而言，此次会议未确定各国的强制减排指标，没有规定2012年后应对气候变化的中期资金来源，也没有给出适应低碳经济的相关技术转让方案。哥本哈根会议失败的原因，主要集中在对减排义务承担问题存在分歧、全球金融危机造成各国经济陷入困境以及此次会议预期目标过高三个方面。
转折点出现在2011年。当年的德班会议终于重启了气候变化国际谈判的新进程，提出了德班平台，决定实施《议定书》第二承诺期并启动绿色气候基金，更重要的是此次会议做出了一个重要决定，即在2015年达成一个适用于《公约》所有缔约方的法律文件，作为2020年后减排行动的依据。接下来的四年，按照德班平台的部署，气候变化国际谈判一步一步朝着预设的2015年达成新协议的最终目标前进（见表1-3）。第二节 新的里程碑：《巴黎协定》一、开启全球气候治理新篇章
按照德班平台设计的目标，2015年12月召开的巴黎气候大会终于达成了新的协议（《巴黎协定》），完成了哥本哈根和德班会议都没有完成的使命，拯救了2009年以来全球气候治理的进程，完成了挽救多边进程、重塑政治互信和重建机制设计的过程。连续几年坚持不懈的努力终于促成了巴黎气候大会的胜利成果。此次达成的《协定》可以说是一份真正意义上的全球气候协议，这一令人振奋的结果无疑具有里程碑的意义，它实现了全球气候治理行动的转折，使全球应对气候变化行动从哥本哈根会议的最低谷再次回到了良性轨道之上，从而开启了2030年全球气候变化行动的新篇章。
巴黎气候大会的成功是由多种因素共同促成的，包括各缔约方对此次会议比较理性的期待，主要缔约方对谈判采取了积极灵活的态度，史无前例的140多个国家领导人的广泛参与支持，以及法国作为东道主国家进行了长期持续的积极斡旋和老练恰当的现场把控等。巴黎气候大会的成果非常来之不易，《协定》等文件的诞生经历了漫长、曲折而艰难的谈判过程，从最初日内瓦的近100页案文，到巴黎气候大会前54页的案文，再到大会拖延一天后才通过的31页的最终案文（其中包括12页《协定》和19页《决议》）。在德班会议以来逐步确立的自下而上模式的基础上，巴黎气候大会取得的最终结果可以说是相对公平、平衡和全面的。
此次《协议》的主要贡献包括：一是再次明确了控制全球温升的目标。《协定》再次肯定了“将21世纪内全球平均升温控制在工业化前2℃以内”这个长期的气候变化行动目标，并且将“努力追求1.5℃的目标”的表述也纳入进来，这个巨大进步远远超出了学者、公众及社会各界的预期。二是强调了自主贡献的减排方式，规定各缔约方都必须定期提交国家自主贡献预案（Intended Nationally Determined Contributions，INDC）。三是确定了核查机制，要求缔约方定期按照透明度规则报告进展，并接受对INDC的评审。朱松丽等认为这是一个“自上而下”的基于规则的体系和“自下而上”的“保证+评审”［8］体系相结合的混合模式。《协定》生效需要满足的条件是得到占全球碳排放量55%以上的至少55个国家的批准，并于交存批准、接受、核准或加入文书之日后第30天起生效。最初，只有24个受气候变化严重威胁的小国批准了《协定》，而这些国家的碳排放量总和仅占全球排放总量的1%，这与《协定》的生效条件相距甚远。因此，必须有排放大国的参与才能实现预期目标。中国和美国两国的碳排放量合计约占全球的38%，中美两国及时批准《协定》对其是否能够顺利生效至关重要。2016[1]年，中国作为二十国集团（G20）的轮值主席国，于9月在杭州举行了二十国集团领导人第十一次峰会。在此次峰会前夕，中美两国向联合国共同提交了《协定》的批准文书，这无疑对《协定》的生效起到了关键性的推动作用。最终，在包括中国、美国在内的72个缔约方批准了《协定》后，这些缔约方的碳排放量在全球碳排放量中的比例已超过56%，满足了规定的《协定》生效门槛。于是，联合国宣布《协定》于2016年11月4日起正式生效。
中国在巴黎气候大会前后做了很多努力，不仅签订了中美、中德、中英双边气候协议，还签订了《中法元首气候变化联合声明》，在巴黎气候大会期间也开展了积极的推动工作，为《协定》做出了十分重要的贡献，使国际舆论对中国在气候变化方面的指责和怀疑态度彻底扭转。相比印度，中国更加积极，承诺了减排目标和更多资金。中国携手美国，尽早完成了加入《协定》的国内法律程序，表明中美已开始共同引领气候变化治理的进程。此外，中国在国内也已明确提出了自主行动的目标，即二氧化碳排放在2030年左右达到峰值并争取尽早实现达峰，单位国内生产总值（GDP）二氧化碳排放到2020年和2030年分别比2005年下降40%～45%和60%～65%，以及非化石能源占一次能源比重到2020年超过15%、到2030年达到20%等目标。
[1] 二十国集团（G20）由七国集团财长会议于1999年倡议成立，最初为财长和央行行长会议机制，在2008年国际金融危机后，升格为领导人峰会。2009年9月举行的匹兹堡峰会将G20确定为国际经济合作主要论坛。它由中国、阿根廷、澳大利亚、巴西、加拿大、法国、德国、印度、印度尼西亚、意大利、日本、韩国、墨西哥、俄罗斯、沙特阿拉伯、南非、土耳其、英国、美国以及欧盟等二十方组成。G20成员涵盖面广，代表性强，构成兼顾了发达国家和发展中国家以及不同地域的利益平衡，人口占全球的2/3，国土面积占全球的60%，国内生产总值占全球的85%，贸易额占全球的80%。二、《巴黎协定》的局限性
虽然《协定》被普遍认为是一项真正意义上的全球气候协议，实现了全球气候治理的重要转折，但是为了追求广泛的参与度和覆盖面，《协定》在约束力和确定性方面做出了一定的妥协。可以说，《协定》与《议定书》相比有某种意义上的退步。其主要表现在以下三个方面。
第一，《协定》缺乏强制约束力。各国是以“国家自主贡献”的方式来参与全球应对气候变化的行动，即定期提交INDC，但是并没有对INDC的目标和内容给出强制性约束，相对于《议定书》量化的减排目标和强有力的约束，都已明显弱化。因此，《协定》由于缺乏确定性的减排目标，对缔约方很难产生强有力的约束。虽然这个“国家自主贡献”目标提交后，就置于国际社会的共同监督之下，也会产生一些约束的效果，但是作者认为，对《协定》的实际执行效果不能抱有不切实际的期待，全球气候治理的进程依旧是任重而道远的。
第二，《协定》确立的目标过于理想化。《协定》不仅再次重申了“将21世纪内全球平均升温控制在工业化前2℃以内”这个长期的气候变化行动目标，而且出人意料地将“努力追求1.5℃的目标”的表述也纳入进来，取得了缔约方的广泛认可。但是，根据联合国世界气象组织的最新发布，2015年全球范围内相对于工业化前的水平的平均［9］温升已经达到了1℃，而且还在持续上升。从这个角度看，《协定》提出的努力追求在2100年比工业化前水平的温升在1.5℃以内的目标显得有些好高骛远、脱离现实。目前普遍认为实现2℃以内的温升目标已经非常艰难，需要付出巨大的努力，要求全球在未来几十年内快速大幅度地减少温室气体排放，并在21世纪末实现二氧化碳和其他长寿命的温室气体排放接近于零或更低。2℃以内温升目标的难度和可行性尚且受到广泛质疑，1.5℃目标就更加令人难以置信。1.5℃目标的提出对我国及全球而言都是巨大的挑战。《协定》提出的到21世纪后半叶实现“碳中性”，即碳的源与汇实现平衡，这个目标也是比较理想化的。
第三，各国的自主承诺使减排水平大幅下降。虽然在巴黎气候大会之时已经有189个缔约方提交了INDC，占全球排放量的95%，显示出巴黎气候大会的参与度前所未有。但是，这种自主承诺的方式使各缔约方的减排水平大幅下降，远低于《议定书》时期的减排力度。根据朱松丽等的研究，按照各国已提交的INDC测算，如果能够无条件实施，那么与所期望的最小成本减排路径要求相比，2025年和2030年都还有一定的减排差距，会导致全球平均温升达到3.5℃左右，远［8］低于前述2℃的目标。
尽管存在以上局限性和不足，但是不能否认的是，巴黎气候大会和《协定》恢复了国际社会对于应对气候变化多边进程的信心，是全球气候治理进程中的一个重要进展，具有积极意义。第三节 中国交通部门面临全球气候变化的挑战
化石能源燃烧和森林遭受破坏是CO排放量日益增加的两个主要2原因，前者是增加了CO排放的源，后者是减少了CO的汇，从而使22得碳在全球海洋、陆地和大气三种媒介中的存量受到影响，破坏了自然系统的原始动态平衡，导致大气中碳的存量迅速增加，CO浓度持2续增长，引起了温度升高等气候系统的明显变化。交通部门、建筑和民用部门、工业部门是化石能源的消费大户，也是人为CO排放的三2大来源。减少碳排放和增加碳汇是控制大气中CO浓度的两种基本方2式，具有同等的重要性。本书聚焦于中国汽车部门的碳减排路径，暂不讨论增加碳汇的内容。
全球气候治理提出的温室气体减排要求，对中国而言是一项重要的政治挑战。同时，中国还面临着经济发展方式亟待转型、资源禀赋对能源供应约束趋紧、环境和生态问题不断恶化、能源安全形势日益复杂等多重挑战。交通部门作为国民经济的重要组成部分，是主要的用能部门之一，在中国未来的经济、社会、能源、环境、气候变化等领域的作用不容忽视。本节将阐述中国交通部门面临的全球气候变化的挑战，以及在CO减排框架下解决各领域多重挑战的可能性。2一、中国交通部门处于快速成长期
全球气候治理从最初提出到发展至今的25年，正是我国大力推进改革开放、宏观经济得到快速发展的黄金时期。从1990～2015年，国民生产总值（Gross Domestic Product，GDP）保持了年均9.9%的增长速度（见图1-1）。其中，在20世纪90年代初到21世纪初的共计11个年份里GDP增长速度曾一度高达两位数。由于中国实现了持续时间最长的高速经济增长，是世界上其他国家从未出现过的，因而这一现象被誉为“中国奇迹”。尽管受到2008年世界经济危机的影响，近几年我国出现了经济新常态，“三驾马车”动力减弱，经济增长出现明显放缓，但是纵观同一时期的世界其他主要经济体，我国经济增长速度仍遥遥领先于其他国家和地区（例如2015年，我国GDP增速6.9%，世界平均2.5%，美国2.4%、日本0.5%、韩国2.6%、德国1.7%、法国1.2%、英国2.3%等）。与此同时，我国三次产业结构也出现了显著改善（见图1-2），尽管第二产业持续保持在41%～48%，但是第三产业的比重明显提升，从1990年的32%提高到2015年[1]的50%，第三产业对经济增长的贡献率从1990年的20.0%提高至2015年的53.7%，表明我国经济增长正在从“数量为王”转向“质量取胜”。二、中国交通部门面临多重挑战
过去30多年，能源消费在支撑我国经济和社会快速健康发展的同时，也带来了能源资源约束日益趋紧、环境污染越发严重、生态系统加速退化等突出问题，我国经济发展和百姓生活都为此付出了巨大代价。交通部门的能源使用也面临着相同的问题和挑战。
首先，交通运输部门是成品油的主要消费者，随着国内石油资源品质不断下降，交通能源的供应成本和能源安全风险将进一步增加。2013年全国消费了大约9400万吨汽油，基本全部用于道路汽车。同年，交通运输部门还消耗了大约12201万吨柴油、1980万吨煤油、1760万吨燃料油和428亿kWh电量，分别占全国柴油、煤油、燃料油和电力消费总量的71.1%、91.5%、44.5%和0.8%。由此可见，交通部门除用电量较少以外，在其他各类成品油使用领域都是消费的主力军。交通运输部门的快速发展，刺激成品油以及原油需求的急剧增长，2014年全国石油消费量达到5.2亿吨，比1990年增加了3.5倍，24年间的平均增速达到了6.5%的较高水平。与此同时，国内原油生产基本保持稳中有增，从1990年的1.4亿吨增加到2014年的2.1亿吨。但是，与石油消费增长速度相比，国内石油供应增长明显落后于需求增长（见图1-8）。因此，我国自1993年及1996年先后成为石油净进口国和原油净进口国，石油对外依存度急速攀升，到2014年石油净进口量占总消费量的比重已迅速增加至62%。考虑到我国原油勘探开发已进入中后期，国内原油资源禀赋已呈现出低增量、低品位、难开采的特征，东部老生产区力求稳定产量，西部深层、海域深水努力增加产量，非常规石油正处于起步阶段，因此未来陆上常规石油产量的下降将由海域常规石油和陆上非常规石油产量的增加所弥补，原油生产成本也可能有所提高，总体看来2020～2050年国内原油的总产量将基本保持在2.2亿吨的水平，很难再有较大的增长。在这种情况下，如果交通运输部门的能源需求仍延续过去的快速增长态势，那么预计2030年我国石油对外依存度有可能超过80%，国家能源安全风险将进一步增加。我国交通运输部门将首当其冲，不得不应对石油供应成本上升、国际原油价格大幅波动等因素的影响。三、急需寻求同一框架下的综合解决方案
回顾各国交通部门发展的历史，可以发现交通部门尤其是汽车的绿色低碳化发展是世界性难题。近一个世纪以来，虽然汽车制造商在油价不断波动和攀升、环境标准日益趋严等因素影响下不断寻求新的替代燃料，但是直到今天，世界上绝大部分汽车仍然保持着以内燃机为主的动力系统和以成品油为主的燃料系统，还没有出现大规模颠覆性的改变。
与发达国家不同，我国交通部门处在快速成长期，也是重要的机遇期，如果能够找到在同一框架下应对能源、环境、气候变化等多重挑战的解决办法，就能够有效地避免“路径锁定”；反之，如果错过了汽车快速普及的阶段，进入和发达国家一样汽车拥有量比较平稳的时期（即每年新增的汽车数量与淘汰的汽车数量相当，总量小幅增长或基本不变），那么由于汽车的存量远远大于增量，且汽车的使用寿命通常达十年或更久，将使得我国交通部门的转型需要花费更长时间，也更加困难。
综上所述，我国以汽车为代表的交通部门，在迅速走入千家万户之际，急需考虑如何找到在同一框架下解决能源安全、环境保护、气候变化、产业发展等多重问题的综合解决方案，以顺应世界绿色化、低碳化、智能化的发展潮流，走出一条不同于发达国家的绿色低碳的发展路径。参考文献
［1］ 环境科学大辞典编委会.环境科学大辞典[M].北京：中国环境科学出版社，1991.
［2］ IPCC.决策者摘要（中文）[R/OL]//气候变化2014：综合报告.[2016-10-08].http://ipcc.ch/pdf/assessment-report/ar5/syr/AR5_SYR_FINAL_SPM_zh.pdf▶▶第二章交通用能和排放研究方法学
以交通部门为研究对象的相关研究内容十分丰富，广泛涉及经济和社会的交通需求、交通安全、基于互联网的车辆共享、自动驾驶、新材料新工艺的应用等诸多领域。随着气候变化问题越来越受关注，交通部门的能源消耗和CO排放问题逐渐成为社会科学领域的研究热2点，而CO排放的研究又是以能源消耗研究为基础的，结合能源相关2的CO排放估算得到交通部门碳排放情况的整体认识（见图2-1），因2此交通能源需求预测是基础工作。本章第一、二、三节将介绍能源系统模型和交通能源模型及其应用情况，第四节与第五节将介绍碳排放的估算方法和研究交通排放的主流模型，第六节和第七节将进一步回到宏观层面，介绍全球CO浓度稳定廓线和碳排放权分配方法等内容。2第一节 研究方法概述
本节将介绍能源系统模型和交通能源模型，从建模思路和研究内容两个角度，分别描述与交通用能和排放相关的能源模型方法。一、按照建模思路划分
目前对交通部门用能和碳排放相关问题的研究大部分采用的是能源领域的系统模型方法。能源系统模型按照建模思路大体可以分为三类，即自顶向下模型（Top-down Model）、自底向上模型（Bottom-up Model）和将这两者相结合的混合模型（Hybrid Model），如图2-2所示。具体来说，自顶向下模型采用的是“从宏观到微观”的建模思路，自底向上模型则与之相反，采用的是“从微观到宏观”的思路，混合模型则兼顾了宏观和微观，设计了某种形式的反馈机制。二、按照研究内容划分
仅就交通用能和排放的研究来看，从研究内容和研究层面的角度，交通能源模型又可以划分为三类。
第一类是从微观层面对交通能源和CO排放的现状与趋势进行研2究，大多集中在道路部门，以轻型车、客车为主要研究对象，内容涉及各种车辆技术和燃料技术的组合，通过评价单车减排效果来回答技术路径选择的问题。其中，最流行的研究方法是对燃料进行从“矿井到车轮”（Well-to-Wheel，WTW）的生命周期分析（详见本章第五节）。国内最早的WTW分析始于1998年，由福特汽车公司资助清华大学等单位进行，对煤基甲醇燃料路线和使用煤电的纯电动车路线进［6］行了WTW分析。随后，WTW分析从某几种燃料路线发展到几十［7-12］种、上百种路线的大规模全面比较。申威的博士论文是这类综合研究的代表，他详细分析和对比了140种车用燃料技术路线在目前（2005年）、近期（2012年）和远期（2020年）的能源消费量、温室气体排放及持有者成本，并指出目前几乎所有的替代燃料路线在能源利用效率和温室气体排放水平方面与传统的汽、柴油路线相比都［13］没有明显优势。
第二类是分地区或针对某些城市的CO排放状况进行研究。陈吉2［14］勇对我国各地区能源消费产生CO排放的历史情况进行了计算2和分析，给出了各地区CO的排放量和排放结构，发现北京、上海和2广东等经济发达地区交通部门排放占地区总排放的比重相对其他地区更高，这印证了随着经济发展水平提高，交通排放占排放总量的比例将提高的规律。陈飞等对城市CO排放现状的研究表明，2007年上海2交通运输排放占全市总排放的19%，北京和天津分别为46%和［15］19%。赵敏等对2002～2006年上海市各种交通方式产生的CO2排放量估算结果表明，私家车和轨道交通排放比例上升，公交车和出［16］租车排放比例下降。冯蕊等对天津市居民生活消费CO排放进2［17］行了估算，其中部分内容涉及居民交通出行。
第三类是从宏观层面研究交通能源及CO排放的现状和发展趋2势。关于我国交通排放在全国排放中的比重，已有的研究结果较少。主要原因是，在我国统计制度中，交通活动被分别归入工业、运输、民用等多个部门，统计口径分散，所需数据的整理工作比较复杂，工作量大。麦肯锡咨询公司公布的一项研究结果认为中国交通部门排放［18］占全国排放的9%，但是没有给出数据来源和估算过程。
关于未来我国交通排放的发展趋势有很多研究结果。蔡闻佳等通过对我国道路排放的情景分析，认为2020年最大减排潜力约为基准［19］情景的32%。周伟等利用Markal-Macro模型对运输部门排放趋［20］势进行了预测。
对除了道路部门之外的其他交通部门排放情况的研究相对较少。何吉成等计算了1975～2005年我国铁路机车的CO排放量，分析了2［21］排放强度变化趋势和原因。崔力心对高速铁路的能源消耗和CO排放进行了研究，通过传统铁路、飞机和汽车的对比分析，得出2［22］高速铁路减排效果与速度及客座率等因素联系紧密的结论。
由此可见，对我国交通部门用能和CO排放的研究工作已经取得2了很多成果。但是，仍然存在一些不尽如人意之处。首先，研究大部分集中在道路交通部门，对其他交通方式的关注偏少。其次，受统计制度和数据可获得性的影响，很多研究将道路运输部门与其他私人道路交通活动分割开，使研究结果相对片面，难以呈现出道路交通排放的整体情况。再次，对交通部门排放总量及所占比重的统计和估算等基础性研究工作偏少，且估算排放量时很少考虑间接排放或生命周期排放。最后，对交通部门内部能耗结构和排放结构的研究结果不多，对各种交通方式能耗水平和排放水平的综合对比研究较为缺乏。第二节 部门活动水平分析法
部门活动水平分析法是能源需求预测时广泛采用的基本方法，是通过对某个部门能源相关的活动水平和单位能源服务的能耗水平分别进行预测，然后得到某个部门的能源需求总量。应用于交通部门时，就是分别预测各个交通部门的能源服务的活动水平、各个交通部门各种交通工具的能源消耗强度，然后汇总得到交通部门的整体能源需求预测结果。这种方法是按照某个部门能源消费的实际情况进行计算的，通过最大限度地刻画事实来提高预测的准确性。其具体可以表示为：第三节 IEA/SMP模型
IEA/SMP模型是部门活动水平分析法的一个应用实例。2000年，IEA和WBCSD共同启动了可持续交通项目（Sustainable Mobility Project，SMP）。这是一个为期四年的研究项目，主要内容是各类交通模式的可持续发展，包括交通需求、能源需求、GHG排放、污染物排放、交通安全等包含政策选择的情景分析。2001年时，该项目发布了第一份报告“Mobility 2001-World mobility at the end of the twentieth century and its sustainability”，回顾了20世纪世界交通的发［23］展情况。2002年发布项目阶段进展报告“The Sustainable ［24］Mobility Project-July 2002 Progress Report”。2004年项目结束，发布了重要成果IEA/SMP模型和最终报告“Mobility 2030：Meeting ［25］the Challenges to Sustainability”。之后2007年又发布了后续报告“Mobility for Development：Facts&Trends briefing”，展望了世界［26］交通的发展趋势和前景。
IEA/SMP模型是该项目的重要成果之一，现已逐渐被各国学者所采用，进行对全球和各国交通部门的研究。SMP模型用于估计全球[1]包括11个国家和地区的交通部门的CO排放、污染物排放与燃料使2用，以及情景预测和政策分析，并涵盖了所有交通模式和大部分车辆[2]种类。模型涉及的交通模式和车辆种类。模型产出包括到2050年的基准情景和各种政策情景下汽车保有量预测、行驶里程、能源使用与其他重要指标（如交通安全）。它是以技术为导向并可以清楚描述细节的自底向上模型，其中，对占道路交通主要部分的轻型汽车的技术［27］细节进行了详细描述。模型中关于经济关系和技术路线成本等问题的考虑已包含在情景设计过程中。
IEA/SMP模型是遵从“ASIF”思想建立的计算模型（见表2-1），考虑了交通部门的活动水平、交通工具的种类和结构、交通工具的能源消耗强度、燃料种类等主要影响因素。这种建模思想本质上是部门活动水平分析法。表2-1 SMP模型“ASIF”建模思想第四节 碳排放估算方法
与能源模型的建模思路相似，碳排放估算大体上也有两种思路，一种是自顶向下，从宏观层面出发进行估算；另一种是自底向上，基于微观数据进行测算。严格意义上讲，除CO排放外，温室气体还包2括甲烷（CH）、氧化亚氮（NO）、氢氟烃（HFC）等，但是由于42sCO排放量大且寿命期长，成为关注的焦点。因此下文表述中将简单2用碳排放来代表温室气体排放，不再做详细区分。一、IPCC排放清单法
估算某部门温室气体的直接排放量，按照国际惯例采用在《国家温室气体清单优良做法指南和不确定性管理》（Good Practice Guidance and Uncertainty Management in National Greenhouse Gas ［28］Inventories，简称《优良做法报告》）与《IPCC国家温室气体排放清单编制指南》（IPCC Guidelines for National Greenhouse Gas ［29，30］[1]Inventories，简称《IPCC指南》）中提出的方法。
1995年IPCC出版了第一版《国家温室气体清单指南》，并于1996年进行了修订。1996年版《IPCC指南》将温室气体排放分为自然排放源和社会经济排放源两大类，包括六个主要排放来源部门，即能源（Energy）、工业过程（Industrial Processes）、溶剂和其他产品使用（Solvents&Other Product Use）、土地利用变化和林地（Land Use Change&Forestry）、农业（Agriculture）和废弃物（Waste）。以1996年版为基础，2006年IPCC推出了新一版的《IPCC指南》，进一步将碳排放源合并为四个主要部门，即能源（Energy）、工业过程和产品使用（Industrial Processes and Product Use，IPPU）、农业林业和其他土地利用（Agriculture，Forestry and Other Land Use，AFOLU）和废弃物（Waste）。可以看到，2006年版《IPCC指南》将“工业过程”与“溶剂和其他产品使用”进行了合并，将“土地利用变化和林地”与“农业”进行了合并。之后2006年版《IPCC指南》还进行了三次修订，对如何使用该指南进行国家尺度的碳排放量估算进行了补充说明。《IPCC指南》提供的核算方法涉及了人类生产生活的各个领域和各项流程，门类比较齐全，体系也比较合理。各国政府在参与全球气候治理中需要向IPCC报告本国的碳排放，都是依据IPCC指南进行计算的。
交通部门属于移动源排放，主要温室气体是CO、甲烷和氧化亚2氮。其中，CO排放量估算是基于所燃烧的燃料的数量、类型及其含2碳量，而对甲烷和氧化亚氮的排放量估算方法较为复杂，因为其排放因子与车辆技术、燃料和运行特点有紧密联系。但是，在燃烧过程中，大部分碳元素立即以CO的形式排放到大气中，而少部分的碳是以一2氧化碳、甲烷和非甲烷等挥发性有机化合物的形式释放。由于这些气体在大气中的状态不稳定，经过几天到大约12年不等的时间都会被氧化成CO，所以《IPCC指南》将所有形式的碳排放物都视为CO。22值得注意的是，没有释放的碳，即在燃烧过程中没有被氧化的碳，将存留在颗粒物、烟灰或灰渣中，这部分不应计入CO排放总量中。2二、部门排放估算法《IPCC指南》提供的排放清单法是一种自顶向下的碳排放估算方法，因为基于燃料分类，方法简单，易于操作，适用于宏观估算。但是这种方法没有充分考虑技术细节，难以对技术进步、宏观政策、相关价格和税收等变量进行刻画，而且将碳排放归因于末端使用部门，没有考虑间接排放的问题。因此，IPCC排放清单法具有一定的局限性。
另一种思路是自底向上的微观计算法，首先对单个碳排放部门基于技术细节进行详细估算，然后将各个碳排放部门进行汇总。这种方法需要对每个碳排放部门进行深入细致的研究，要以翔实的微观数据作为基础。事实上，目前这方面的研究主要是在各个碳排放部门的内部进行。
在交通部门，具体做法是，首先根据交通活动水平估算出某种交通工具各种燃料的消费量，如式（2-7）所示，然后用消费量乘以由不同燃料品种和车辆技术决定的排放因子，汇总得到交通部门的总排放量，如式（2-8）所示。
燃料消费量=n×VMT×e（2-7）ijijijij
CO排放量=∑i∑（燃料消费量×排放因子） （2-8）2jijij
式中，i为交通工具类型，j为燃料种类，VMT（vehicle miles traveled）为每年每辆交通工具行驶里程，e为单位里程燃料消费量。
自底向上的微观计算法是部门碳排放估算时的基本方法，应用广泛，比较精确，但是操作复杂、工作量大，适用于具体技术路径的研究。在具体用于交通部门时，需要基于车辆技术与燃料特性，如下文将介绍的GREET（the Greenhouse Gases，Regulated Emissions and Energy Use in Transportation）模型中就采用了这种方法。第五节 WTW分析法和GREET模型
WTW分析法和GREET模型是在生命周期思想指导下发展出来的研究交通部门碳排放的方法，应用十分广泛。早在1969年，美国可口可乐公司就对各种饮料容器的资源消耗和环境释放进行了特征分析，随后便发展出了在研究能源资源消耗和环境影响方面的生命周期思想。标志性事件是1997年ISO发布了第一个生命周期评价的国际标准——ISO14040《生命周期评价原则与框架》。生命周期评价（Life Cycle Analysis，LCA）是目前国际上比较流行的，对于一种工艺、产品或者活动进行的“从摇篮到坟墓”（Cradle-to-Grave）的环境和资源评价方法。经过30多年的发展，生命周期评价法逐步完善，进入了成熟应用的阶段，其运用到道路交通领域，所研究的对象是汽车和燃料的功能组合，因为正是这个组合实现了为人们提供代步工具和运输工具的功能。
将生命周期评价方法应用于汽车部门时，又出现了专门针对车用燃料路线的“从矿井到车轮”分析法。最初WTW分析方法被称为燃料循环分析（Fuel-Cycle Analysis），顾名思义，是基于燃料从开采、生产、运输、分配到使用的全过程，对燃料全生命周期过程中的能源消耗和污染物及碳排放进行分析与计算。第六节 CO浓度稳定廓线2
碳排放的估算以及碳排放控制最终是为了使全球的CO浓度稳定2在一个合理且安全的水平上，这也是《公约》提出的全球应对气候变化的最终目标。因此碳排放量与CO浓度稳定水平的关系就成为气候2［32］变化研究中的一个关键问题。IPCC早在其1990年和1992年的研究报告中就开始探讨碳循环（Carbon Cycle）的命题，试图解释排放［33］量与浓度的重要关系。此外，在SAR、TAR和AR4三次评估报告中都对温度升高、CO浓度稳定性水平及排放量等重要问题进行了2［34，35］深层次的研究与讨论。［36］
IPCC于1994年提出了S廓线（S Profile），给出了在未来几个世纪内达到350ppmv、450ppmv、550ppmv、650ppmv和750ppmv的CO大气浓度稳定水平的情景（2100年以后或远期浓度达到稳2定），并且利用碳循环模式反向计算出通过具体路径实现各种稳定性水平所要求的CO排放量变化情况。IPCC在SAR中采用了S廓线，并2指出最终的CO稳定浓度主要取决于现在到稳定时点的累计排放量，2［37］而与这段时间内排放量变化方式关系不大。但是，Wigley等科学家指出IPCC的观点存在偏差，S廓线只是给出了众多可能性中的一种，为达到同一个稳定性水平，可以选择不同的时间路径，从而带来［36］排放量变化的巨大差别。换句话说，Wigley认为某个稳定浓度水平的实现并不是与时间路径无关。因此，1996年Wigley等提出了新［38］[1]的CO浓度稳定性廓线，即WRE廓线（WRE Profile），进一2步探讨了是否有可能实现从高度依赖化石燃料的现状向稳定性浓度要求的排放进行转变，他将全球经济系统纳入到考虑范畴内，估计了稳定性廓线对应的人为排放变化的要求，并评估了排放变化对全球平均气温和海平面的影响。对稳定浓度与排放路径之间的相关性问题，在进一步深入研究取得进展之前，还难以得出一致的结论。
试读结束[说明：试读内容隐藏了图片]