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碳中和,给交通行业带来了哪些机遇?

2021-11-30 19:47:04

【本文来自:政邦智库】如果你觉得工业行业离你太过遥远,那么我们接下来说到的交通行业则与每个人的生活息息相关。

日常生活中衣食住行的“行”,涵盖了从日常出门搭乘的地铁、出租车,到短途旅行时乘坐的高铁,再到长途旅行的飞机、轮船。这些我们再熟悉不过的交通工具在实现碳中和的路上又会发生怎样的改变?

交通行业的“碳”在哪里

前文提到,目前我国交通行业的碳排放量占全行业的10%。或许你认为这个数字不足以引起我们的警惕,但是相较于目前能源、化工等行业碳排放量增速逐渐放缓的趋势,过去九年间交通行业碳排放量年均增长5%,这样的增速非常值得我们注意,寻其根源是由于我国城市化进程加快。

近些年来,我国日益重视交通行业碳排放问题,通过一系列措施大力发展公共交通,支持地面运输电气化,并兴建充电基础设施来降低交通污染的排放。

这些举措的效果已经逐渐显现,以北京为例,2014年出台的《北京市高污染燃料禁燃区划定方案(试行)》要求2020年底前北京城六区全面禁止燃烧高污染燃料,2015年开始对纯电动车实行补贴……从北京市政府出台对燃油车的限行规定,再到大力发展地铁等在内的公共交通基础设施,加之设置明确的能耗总量及双控目标,使得北京碳排放强度为全国省级地区最低。

虽然这些举措在一定程度上减缓了交通行业碳排放量增速,但随着工业行业的扩张、GDP增长以及道路等基础设施的修缮带来更多的客流量,仅交通行业努力实现的碳排放减少量并不足以抵消经济扩张所带来的碳排放量的增加。

根据能源转型委员会(Energy Transitions Commission,ETC)发布的预测,如果考虑现实经济发展和人均GDP的提升,到2050年,我国交通运输部门的碳排放量可能会超过33亿吨,占全国总排放量的1/3。

我们急需在满足交通服务需求增长的同时,积极通过各种渠道寻找出口。尽管我们不断通过外在发展和内在激励措施试图降低碳排放,但如果想要彻底解决交通行业所带来的环境污染问题,终极办法是科技的革新以及人们出行方式与观念的转变。

2060年,交通行业的“零碳”未来

未来40年,为彻底实现碳中和目标,交通行业将在公路交通、铁路运输、海运、航运等多种运输渠道开展低碳转型。到2060年,道路交通将全面实现电气化,路面上行驶的私家车、出租车、公交车甚至是铁路上运行的高铁将全部由电力或者燃料电池驱动,燃油汽车将被全面淘汰。

现阶段我国已经通过政策的支持成了全球电动车推广的领先者。深圳、太原等城市的出租车已100%更换为电动车,“公共交通电动化”已经成为我国发展新能源一股不可阻挡的趋势。

我国也在一直不懈地发展公路建设,根据《中华人民共和国2020年国民经济和社会发展统计公报》,仅2019年一年我国公路建设的投资额就达到了21895亿元,并保持逐年递增的趋势。公路的建设带来了更多快速高架路、高速公路以及整体城市乡镇交通布局的升级,这些改变将使人们的出行更加快捷、有效率,也有助于减少总体碳排放量。
随着交通行业基础设施的完善,电气化和智能化水平的提升,人们的生活效率和品质也将得到大幅度的改善,推动国家实现“30·60”目标。
展望未来,依托云计算、大数据、人工智能、物联网等技术发展智慧交通,成熟的自动驾驶技术让出行变得更加通畅。届时,将建立起无数个城市生活圈,享受智慧路口和智能车互联互通带来的便利。

设想下班后,车上的人工智能系统根据我们的需求自动规划路线,避开任何拥堵和事故路段。城市智慧大脑将自动根据交通拥堵程度智能控制交通指挥系统,而餐厅、咖啡厅和电影院也早已根据指令和时间分配进行下单、餐品制作。

我们不仅仅是能源的消费者,也会成为能源生产者。在可以预见的未来,随着分布式电源电网建设的普及,每一台电动汽车都是一个独立的“小型发电站”。同时低碳生活方式将逐渐渗入我们生活的点点滴滴,成为新时尚。

举例来说,消费者可以将电动车里多余的电以高于购买的价格返还给其他供电主体,从而赚取差价;居民在日常上班选择骑车等更低碳环保的方式时,可以通过节约下来的碳兑换“碳点”,将积分转换为网上消费等。

我国公路交通产生的碳排放占交通部门总体碳排放的80%以上,虽然海运、航运所占的排放量不高,但是却由于运输方式的本质特征很难实现快速减排,因此交通行业脱碳不仅要在公路交通和铁路运输的路面交通上发力,还要加快航运和海运的碳减排。

对海运交通而言,未来碳中和能否实现取决于新型技术能否被研发并投入使用。
尽管2020年海运业总碳排放量相比2008年已经减少了7%,但化石燃料仍然是船舶动力的主要来源。到2060年,短途旅程或者小型船舶将会大规模使用可再生能源生产的氢气或者氨气提供动力,而大型远洋船舶将依赖新型低碳或零碳燃料的开发。

相较于海运业脱碳主要面临的技术革新压力,航运业面临的则是成本和最优方案的测试与选择问题。航运业在实现全面零碳的进程中,将依靠氢能作为主要过渡方式,同时大力发展可持续航空燃料以及发动机技术。

在未来,客运以及货运机都将向彻底脱碳大步迈进,与常规航油相比,可持续航空燃料有望将全生命周期二氧化碳净排放大幅降低75%以上,未来几年还可能实现进一步降低。 

届时,短途小型飞机将依赖氢气作为主要燃料,实现100%脱碳和零污染,而大型货运机或远途旅程将依靠可持续航空燃料的技术进步以及其他可替代能源的发展从而实现零碳排。

“脱碳”行动指南(一):道路交通全面电气化

要使道路交通完全脱碳,最重要的一点,同时也是政府目前大力发展的一项举措就是道路全面电气化。也许这个词听来有些陌生,其中与我们生活联系最紧密的一条就是新能源汽车的全面普及。

新能源汽车为什么环保呢?新能源汽车的动力来自清洁能源,不会对环境产生污染。新能源汽车的种类包括纯电动汽车、燃料电池汽车、插电式混合动力汽车以及锂电池电动汽车。

目前市面上普及的新能源汽车主要为纯电动汽车以及插电式混合动力汽车。前者需要使用充电桩为其充电,但续航里程较短,主要作为城市内代步汽车。后者可以通过传动燃油或者充电桩充电,是传统能源向新能源过渡阶段的主要车型。
除了目前普及程度较高的纯电动和混合动力汽车,另外一股造车新势力也不能够被忽视,那就是氢能车。

氢能这种近些年来发展迅猛、纯绿色的能源,使得氢燃料电池汽车有机会成为加速去碳化进程的有效工具。虽然对短途旅行来说,氢燃料电池汽车相比纯电动汽车没有太大优势,但对于长途出行,氢燃料电池汽车具有较长续航时间的优势就凸显出来。

新能源汽车不仅绿色环保,更具有低能耗、高转换率的优点。传统燃油车只能将储存在汽油中的能量的12%~30%转化为车轮的动力,而电动汽车可以将电力系统中超过77%的电能转化为车轮的动力,通过更高的能量转换率实现真正意义上的节能减排。

除了具有环保和能量转换率高的特点,新能源汽车的驾驶成本也远低于传统燃油车。
根据福布斯新闻报道的美国密歇根大学的研究,在美国使用新能源汽车一年的成本约为485美元,远低于传统燃油车的1117美元。

新能源汽车不仅花费低,其维护成本也极具优势,因为新能源汽车的日常维护并不涉及机油、空气滤清器等燃油车需要的配件。与此同时,随着技术的创新以及经济规模的不断扩大,生产新能源汽车所需成本的未来走势也十分乐观。

在不远的将来,随着充电桩数量增加、基础设施完善,以及新能源汽车电池能量密度和储电量的不断增加,新能源汽车将成为家用、短途运输、公共交通等各种出行工具的不二之选。

重型卡车目前是机动车尾气排放的污染大户,一辆重型卡车的尾气排放甚至相当于500辆小轿车,因此卡车及客车的电气化已迫在眉睫。

电动卡车可以大幅度减少营运成本,并降低各项维修保养费用。据悉,特斯拉最新发布的电动卡车Semi在2021年7月即将完工投产,相比传统燃油卡车,特斯拉的电动卡车每英里运行成本可节约17%。在性能方面,特斯拉电动卡车空载状态下百公里加速仅需5秒,一次充电行驶里程最高可以达到800公里,标志着重型卡车电动化的重要创新。

新能源汽车的大力发展不仅来自技术和成本的改进优化,更来自政策的支持。目前我国正通过一系列举措鼓励新能源汽车的技术研发、销售以及使用。

在北京,买车不是一件容易事,很多家庭为了一个车牌已经等待了5年以上。但相较于购买传统燃油车,北京市民有更高的概率获得新能源汽车的入场券—新能源汽车车牌。

2021年1月,北京市新发布的年度指标配额共计10万个,其中新能源指标占比60%;2020年4月,财政部、工信部等部门联合发布了新能源汽车的补贴标准,将新能源汽车推广补贴的实施期限延长至2022年底;2020年6月,国务院关于落实《政府工作报告》重点工作部门分工的意见正式发布,提出要加强新型基础设施建设,增加充电桩、换电站等设施,进一步助力推广新能源。

此外,国家对汽车厂商的要求也更为严格,同时不断出台新规保障新能源汽车厂商的权益。工信部、财政部等部门正式发布双积分政策,决定自2021年1月1日起施行,对汽车厂商销售的传统燃油车和新能源汽车采取积分制,这项要求使得厂商不得不大力推广新能源汽车并不断提升技术创新能力,增加自己的积分以满足国家要求。

2021年4月刚刚出台的《停车场(库)运营服务规范》(北京市市场监管局发布),拟于同年7月开始对占用电动汽车车位的燃油汽车,以及完成充电超过一个计时单位后仍留在原车位的电动汽车采用阶梯式价格标准进行收费,这项举措将推动资源的合理利用,进一步解决电动汽车“找桩难”的问题。

既然找充电桩不容易,为大力推动新能源汽车行业发展,为什么不在最短时间内在城市内外大面积建设充电桩?

目前我国车桩比仅为2.7∶1,也就是说平均每2.7辆新能源汽车拥有一个充电桩。未来5年,新能源汽车销量年复合增长率将保持在30%以上。这意味着,充电桩将面临巨大缺口,但发展充电桩同样具有不小的挑战。

从产业链上游看,充电桩设备生产入行门槛低,竞争者众多,导致企业投标价格不断被压低,进一步蚕食了利润。

企业需要不断提升生产技术和研发能力,降低成本,以提高自身竞争力。从产业链中游看,充电桩运营企业以收取电力差价、服务费为主要的盈利模式,常常面临资金投入量大、投资回报期长、充电桩利用率低的问题。

从产业链下游看,下游平台企业通过向产业中上游收取服务费的方式盈利,但未来市场充满不确定性,下游企业需要提升数字化水平并完善服务模式来提升市场应变能力。总体而言,充电桩未来的发展需要打通制造、运营、平台三个阶段,充分发挥资源系统效应,实现利润资源最大化。

尽管我们对新能源汽车的发展走势十分看好,新能源汽车也将逐渐替代传统汽车占领市场,但还存在一个令消费者担忧的技术问题:电池的能耗与安全性。

电池是新能源汽车的心脏,电池的容量和续航能力决定了新能源汽车的行驶里程。目前市面上的纯电动汽车在正常车况下可行驶400~600千米,但现实中大多车辆无法达到这样的行驶里程。

例如在高速公路上或者面临极端天气时,电机需要获得更大的电流支持,也会消耗更高的功率和电量。因此,想要大力推动新能源汽车的全民普及,势必要寻求方式来攻克电池这一关。

比起续航能力,现阶段更严峻的问题是电池的安全性。自2019年初至2020年底,头部造车品牌事故中一半以上都与自燃有关。

目前国内外车企都成立了专门的电池研究部门,专攻电池续航短、充电慢、安全性差等痛点。一旦电池方面的问题得到攻克,我们也许就能够迎来新能源汽车销量击败传统燃油车的转折点。

“脱碳”行动指南(二):智慧交通连接你我他

如果我们现在向北上广深等大城市的白领发放一份问卷,询问上班族在早晚高峰的出行方式,50%以上的参与者可能不会选择自驾或者出租车。

这个结果的原因显而易见,以北京为例,从雍和宫到建国门桥这段不足五千米的路,在高峰时段开车的话可能需要花费近一个小时。如果使用打车软件在高峰时段叫车,在国贸、金融街、三里屯、中关村等热门地点,同时等位人数可达上百人。

这不仅说明交通拥堵亟待缓解,也解释了为何路面交通的碳排放量居高不下,也表明目前市民选择路面交通出行的需求仍然高涨。

虽然地铁和公交可以分流一部分人群,我们仍然需要采取一定措施来彻底缓解路面交通的压力,从而降低路面交通碳排放量。

鉴于大力发展智慧交通可以给我们带来更有效率的出行,减少路面拥堵,提高交通流运转效率,减少资源消耗,因此在交通行业全面脱碳与发展的道路上,智慧交通的发展是必不可少的一环,这需要致力于相关技术研究与场景切实落地。

我国政府大力支持智慧交通的发展,在2020年,国家有关部门纷纷发布产业政策,支持车联网的协同发展。例如,工信部在2020年初发布的《工业和信息化部关于推动5G加快发展的通知》提出,将车联网纳入国家新型信息基础设施建设工程,建设国家级车联网先导区,丰富应用场景并探索完善商业模式。

《中华人民共和国国民经济和社会发展第十四个五年规划和2035年远景目标纲要》明确提出,要加快建设交通强国,并对交通运输提出了多项任务要求。这为我国交通运输的高质量发展指明了方向:提高运营管理的智慧化水平,构建数字出行网络,将先进的信息技术与交通运输有机融合,全方位赋能交通发展。智慧交通建设的基础,就是道路层面的信号灯以及路面行驶的智能化。

目前,北上广等地已经开始试点基于蜂窝网络的车用无线通信技术(cellular vehicle-to-everything,C-V2X)。C-V2X技术主要分为三大类:车与车互联、车与基础设施互联以及车与行人互联,V2X车联网通信通过路侧感知实现车—人—路—云间的信息交换和指令控制。运输实体,如车辆、沿路的基础设施以及行人都是信息的收集者和分享者,V2X通过这些信息可以提供如碰撞报告或自动驾驶等更周到的智能服务。

随着政府加大对基础设施的投资和部署,目前我国城市道路与高速公路都已实现了视频检测雷达等设备的大范围覆盖。由于路侧感知系统的建立和完善是车—人—路—云技术环中不可或缺的一部分,因此路侧感知系统已成为很多传感器厂商新的战场。建立完善的路侧感知系统可以实时为驾驶员提供道路环境的信息并及时做出决策,同时也会通过信息网的互联互通为交通部门提供有效监测和预估,可以有效改善交通拥堵的状况。

C-V2X可以运用在许多场景中,其中一部分已在我们日常交通场景中得到了展现。举例来说,C-V2X可以应用在道路安全服务、自动停车系统以及紧急车辆让行等场景,在特殊环境下为驾驶员提供环境信息,通过数据库的连接建立情景感知,提高停车和驾驶的效率及安全性。

未来,当无人驾驶技术在乘用车领域普及后,智慧交通将实现车—人—路—云的实时互联,高性能的车载系统将通过周密计算和数据共享为我们提供服务,将任何道路堵塞、事故发生的可能性都降到最低,在缓解路面压力的同时减少能耗。

智慧交通在5G商用推广后具备了更丰富的应用场景。5G具有低延时、高可靠性的特点,能够稳定地为车联网提供支持。智能车联网的数据库的维护和扩大离不开云计算的支持。云计算具有存储能力强、安全可靠等优势,可以帮助处理车载和路侧感应端的交通数据信息,并将结果返还给车辆和交通部门,优化交通情况。

目前国内各大互联网公司都在进行云计算平台的搭建,在G端(政府)的应用范围下同样也为B端(其他公司)提供高效便利的服务。

车联网通信智能服务在发挥自身强大的优势的同时,也面临着一些挑战。

在网络覆盖场景中,V2X可以高效地服务车主,但在无网络的环境下,例如一些偏僻的山区或是地下停车场,服务质量可能会不尽如人意。此外,V2X的应用一般在高速移动的状态下使用,当场景与区域切换频繁时,车联网通信需要依托先进的信息科学技术才能够实现快速调整。此外,虽然5G比其他通信技术更适合车联网,但5G并不是为车联网而发明的,很多互联网所需的功能和特点5G未必可以实现。

举例来说,车联网80%的功能用于行驶准备,而5G主要服务于公众通信,大多数时间处于非移动状态。技术与特定场景需求的差异将会为这些技术在实际运用时带来一定的挑战。

总体来说,智能交通产业前景可期,但考虑现阶段存在的问题与发展瓶颈时,一方面我们可以参考和借鉴发达国家的成功案例,吸取经验教训,另一方面要充分结合我国的交通行业特点以及基本国情,探索符合我国国情的智能交通发展方式。

“脱碳”行动指南(三):共享出行解决 “最后一公里”

路面交通的电气化、智能化、互联化将给人们的生活带来翻天覆地的变化。但是如果单纯依靠我们前文提到的汽车、公共交通的电气化以及充电桩等基础设施的改善,交通行业离实现完全脱碳还有一定距离。

交通的“最后一公里”如何解决,取决于我们的观念及生活方式的转变。

公共资源如何最大化利用?我们如何适应这股绿色出行的浪潮?这就需要我们找到新的出行模式。在信息时代,共享经济为我们提供了出口,在共享经济理念下,我们生活中的很多方面都可以通过共享实现资源最大化利用,共享出行就是一个很好的体现。

最为人们熟悉的共享出行模式是共享单车。在各大交通枢纽、天桥下面、地铁口可以看到共享单车被广泛使用,共享出行的意识不断深入人心。

除了能够解决公共交通“最后一公里”问题的共享单车,现在市面上还有共享汽车。共享汽车在欧美国家非常普及,美国某著名分时租赁互联网汽车共享平台以共享为目的,将车辆大范围投放在居民区内,居民可以通过电话或者软件随时选择自己需要用车的时间,并在规定区域内归还。

数据显示,2018年美国共享汽车市场规模超过100亿美元,并逐年递增。全球范围内对拼车行业的投资热度不断升温,在高收入城市的消费者群体中,共乘现象也越来越普遍。共享出行是共享经济时代最普及且最具有发展潜力的市场。

在未来,无人驾驶将全面赋能打车服务,通过将共享出行技术平台与无人驾驶技术相结合,为乘客提供更加便捷安全的出行服务。

2020年1月,我国某大型互联网公司率先在北京数个辖区建立自动驾驶出租车站点,乘客可以随时预约享受服务。

无人驾驶能够有效降低事故次数,提高整体路面交通效率,减轻交通的压力。随着无人驾驶技术的不断进步以及安全性能的全面提升,未来几十年无人驾驶出租车可能会为愿意接受的乘客提供便捷的服务。

也许无人驾驶出租车对你来说已经不陌生,你有没有听说过无人驾驶飞行器?2017年,美国某打车应用公司提出将于2020年开始部署空中出租车,使“共享飞行器”早早被提上了日程。

2020年初,该公司与某汽车公司共同开发空中共享出行服务,通过空中共享网络提供空域支持服务、地面交通连接服务和用户界面支持。该公司还宣布将于2023年提供商业化的空中飞行出租车服务。

在未来,纯电动的空中交通工具可以全面缓解路面交通的压力,并为人们的出行提供全新的概念和方式。也许在未来50年,在成本可控和安全性的保证下,无人驾驶飞行器会成为解决我们交通“最后一公里”的首选。

共享出行在带给我们便利、降低出行成本的同时,更能够提高资源的利用率,帮助路面以及空中交通更有效率地为人们提供服务。

对城市而言,整体的脱碳需要更加清洁的出行方式,倡导使用公共交通、步行等,推广共享出行理念与方式。对每个人而言,共享经济、低碳绿色已成为一种新时尚,我们应逐渐习惯并努力成为绿色出行的推动者。

“脱碳”行动指南(四):航运与海运燃料替代

不同于路面交通具有明确可行的脱碳路径,航运和海运要想实现完全脱碳仍面临着诸多挑战。

对航运来说,短途航运可以通过电气化实现脱碳,但长距离航运的脱碳则必须依靠新的零碳燃料开发。目前来看,虽然氢能、生物质燃料以及液态氨可以为长途运输提供所需的燃料,但是这些能源尚不具备商用的经济性,成本居高不下导致长途海运、航运脱碳进程缓慢。

对于短途运输来说,虽然理论上电池可以给飞机提供燃料,但目前电池的技术发展仍有欠缺,其密度和安全性都需要寻求技术上的进一步突破以支持远距离航行。

未来电池与氢能将成为支持短途航、海运的主要能源。氢燃料具备零排放、续航里程长等优点,可以为飞机、货船等提供能量。然而在短期来看,氢能成本过高,基础设施还不完善,仍需要技术和基建的建设来应用于交通行业。

与地面交通中我们提到的电动汽车面临的挑战类似,电池与氢能的实际应用需要有安全、高密度和超强续航的电池加以支持,在这之前我们很难完全依赖电池来进行航、海运。这两种运输方式对安全性的要求更为严格,而厂商也需要更周密的试运行和调试过程来不断汲取经验。

在长距离的航、海运方面,航运将主要依赖于可持续航空燃油,其中主要发挥作用的是生物质燃油。对海运而言,最优能源是氨燃料。氨气是清洁能源的一种,在燃烧时不会排放二氧化碳,可以稳定供应能量,运输便利。但氨燃料面临的挑战与氢燃料电池相似,在成本降低、清洁制备等条件达标前很难进行商用。

总而言之,对航运和海运来说,目前没有兼具性能和成本竞争力的彻底脱碳方案。但是在发展日新月异的当今社会,现在看起来无完美解决方案的设施和工艺,可能只需要几年,就可以实现技术的突破和清洁能源的高度商用化。

到那时,这些重难点行业的脱碳难题将迎刃而解。

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