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城市轨道交通碳减排测算理论与应用研究

申晓鹏  
【摘要】:随着城市化进程加剧,现代城市的交通需求正在持续增长,这极大地激发了城市轨道交通的建设发展。近年来,中国城市轨道交通运营里程逐年增长,承担客流量日益增加,不但在解决交通拥堵问题,方便居民出行上发挥了重要作用,也为交通领域的节能减排做出了贡献。城市轨道交通建设带来的碳减排,是轨道交通外部性效益的一部分,而碳交易的实施,可以为这种环境外部性效益的内部化提供手段。国内碳交易市场的初步发展也为此提供了可行性。碳交易的实施必须建立在合理的碳减排测算模型和可靠的碳减排测算结果上。但是目前国内缺乏对于城市轨道交通带来的碳排放减少量可靠测算方法。因此,建立一套碳减排测算方法,并对近些年建成的城市轨道交通的碳减排效果进行评价和量化,对国内城市轨道交通领域碳交易的实施,以及城市轨道交通可持续发展都具有重要意义。本文从城市轨道交通碳减排理念出发,建立一套完整的城市轨道交通线路碳减排测算方法体系,从而实现量化城市轨道交通碳减排量的目标。本文开展了以下几方面的研究,取得的主要成果如下:(1)提出了基于交通方式转移的城市轨道交通碳减排测算理论及算法,建立了城市轨道交通碳减排测算模型。论证了城市轨道交通线路碳减排的原理,认为城市轨道交通线路开通运营以后,居民从小汽车、公交车等出行方式向低排放的轨道交通转移,实现了减排。基于此,把测算的范围界定为交通工具及紧密地为乘客服务的附属设施在运营阶段消耗能源引起的排放。把对比的准绳界定为城市轨道交通开通运营后所运载的乘客在没有城市轨道交通时采用其他交通方式引起的排放量。通过对比有无城市轨道交通时乘客出行路径对应的排放差异,测算减排量。项目边界为城市轨道交通运营所属市区的整个地理边界。同时本文测算的城市轨道交通线路的碳排放不仅包括线路和车站的排放,同时也包括车辆段的燃油等排放。(2)建立了基于城市轨道接驳设施布局优化和收费策略的城市轨道碳减排模型。引入魅力度指标衡量换乘停车场的吸引力,建立了两阶段的换乘停车场选址模型。在选址基础上考虑城市轨道交通拥挤度对广义费用的影响下,将碳减排收益考虑到停车场运营者的利润中建立停车收费的双层模型。通过规划每个停车场的收费引导更多P+R出行选择。(3)实现了城市轨道交通线路碳减排参数采集与标定。设计了一套用以获取城市轨道交通开通运营前后乘客出行方式及出行距离数据的标准化调查方法。通过组织和实施城市轨道交通乘客出行问卷调查,统计分析了乘客出行的基本特征,掌握了城市轨道交通当前的出行路径以及不采用目标城市轨道交通线路出行时乘客选择的替代路径,兼顾了信息采集成本、可实施性等因素,制定了以获取乘客OD(Origin-Destination)点、交通方式和主要换乘节点为主要目的的问卷及调查实施方法。采用GIS网络路径方法测算乘客的各种交通方式对应的出行路径距离。并对城市轨道交通碳减排测算模型和算法进行了相应的参数估计。(4)利用城市轨道交通AFC刷卡数据,结合大数据挖掘技术对北京城市轨道交通进行客流分配,从而对轨道交通人公里碳排放因子进行更为精准的标定。并将大数据挖掘与处理技术与传统的人工调研方式相结合,引用基于VSP比功率的出租车油耗算法,利用北京市的出租车GPS数据,结合ArcGIS地理信息数据处理软件,求得北京市全网平均的百公里油耗,并对出租车的人公里碳排放因子进行标定用于城市轨道交通及接驳设施的碳减排测算。(5)测算了北京市四条典型的城市轨道交通线路及接驳设施的碳减排量,并推算出2017年北京市城市轨道交通线路及接驳设施对全市碳减排的贡献量。利用测算模型和调研得到的样本乘客的出行路径,测算北京地铁6号线、9号线、10号线和15号线年碳减排量及减排强度指标,研究得出四条城市轨道交通线路2014年为北京减少52.9万吨二氧化碳排放。根据四条典型线路推算了北京轨道交通全网碳减排量和各线路人均减排强度。计算北京市2017年各条线路的碳减排量以及碳减排强度指标得出1、4、5、13、14号线碳减排量最高,而大部分郊区线碳减排量较低,减排总量超过250万吨。2017年P+R停车场为北京市减少9014.5吨二氧化碳排放;提出了基于停车位数量的碳减排指标,通过定量方式明确接驳设施碳减排效益,P+R每年每个车位减排0.91吨二氧化碳。


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