基于系统动力学的交通运输业节能减排技术方案优化研究.doc

王玲丽唐丽敏学位授予单位申请学位级别论文完成日期 大连海事大学学位论文原创性声明和使用授权说明究”。除论文中已经注明引用的内容外，对论文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本论文中不包含任何未加明确注明的其他个人或集体已经公开发表或未公开发表的成果。本声明的法律责任由本人承担。学位论文作者签名： ， 英文摘要 录沙中估砺邸籰 谢 基于系统动力学的交通运输业节能减排技术方案优化研究选题背景与研究意义环境与能源问题随着全球变暖、能源危机等问题已然成为世界各国新的关注点。交通运输业是国民经济的重要组成部分，对国民经济的发展起着基础性、支撑性和服务性的作用。经济的增长导致了交通运输需求的迅猛增加，使交通部门的能源消耗，尤其是石油产品消耗也在迅速增加，带来生态环境的巨大负面影响。交通运输是重点能源消耗行业，石油消耗占中国能源消耗总量的左右，已经成为大气污染排放的重要来源；在其能源消耗中，石油占，电能占。在低碳经济和可持续发展的大背景下，提出了交通运输业节能减排，要求加快交通运输业节能减排力度，改善交通运输业高能耗高排放现状，降低其对生态环境的破坏。别下降和渲泻舜胺直鹣陆诤哟胺直鹣陆和生产单位运输周转量综合能耗分别下降。国家“十二五”规划明确提出建设“资源节约型、环境友好型”社会，并且在“十一五”节能减排的基础上提出了“十二五”规划的节能减排新目标，在规划期内单位国内生产总值能源消耗降低，单位国内生产总值二氧化碳排放降低【，这对于各行业是一项非常艰巨的任务。另外，节能减排“十二五规划提出开展交通运输节油技术改造，鼓励以洁净煤、石油焦、天然气替代燃料油，并提出推进交通运输节能。加快构建便捷、安全、高效的综合交通运输体系，不断优化运输结构，推进科技和管理创新，进一步提升运输工具能源效率。交通运输部在交 针对交通运输业节能减排，国家已经先后出台了一系列法律法规与宏观政策，同时我国学者对节能减排也进行了大量的研究，但其研究大部分仅局限于国家政策、评价指标以及管理体系等，真正对我国交通运输节能减排发展进行深层的研究很少，进而对交通运输节能减排的技术方案优化研究就更少，在这样的背景下，本选题产生。 基于系统动力学的交通运输业节能减排技术方案优化研究制定相关法律法规，通过税收或立法等方式欧洲各国也积极采取各种措施加大交通运输行业节能减排的力度，如：对能 鼓励使用性能好的轮胎来减小摩擦耗油【。】 国外对能源结构的研究侧重于定量分析不同能源类型之间的替代关系或互补韩国的要素间替代关系和能源替代关系做了联合估计，并得出了相应能源替代关法国、英国、加拿大、德国和意大利七个国家的工业所用能源的替代效应，得出除美国以外，其他国家石油和电力都是替代品；长期而言，电力和天然气在所有国家都是替代品，替代程度会因国家而异。研究表明，能源替代关系差异主要原因在于国别之间、行业之间、短期与长期之间的差异性，同时指出能源间相互替代是降低能耗的重要措施。 基于系统动力学的交通运输业节能减排技术方案优化研究以及系统动力学在该领域的研究现状，并描述了文章内容与研究思路。 使用系统动力学分析研究问题的方法步骤见图。图系统动力学研究问题方法与步骤 基于系统动力学的交通运输业节能减排技术方案优化研究能、核能、天然气、电力等新能源和清洁可再生能源的能源排放系数很小，这些能源在能源消费结构中比重的提高，对污染物排放的减少有很大影响。综上，节能减排包含着丰富的含义：它既是减少污染物排放，顺应全球绿色环保发展的号召，又是我国优化产业结构、调整能源消费结构、改善自然环境质量、实现长期可持续发展的有效途径。 为在每个系统中都存在着信息反馈机构；可持续发展的概念的明确提出，最早可以追溯到年由世界自然保护联盟琁，联合 ，共同发表的世界自然保护大纲。年以布伦兰特夫人为首的世界环境与发展委员会 的实现；同时在能源利用转型的过程中继续保持经济增长的稳定性和可持续性， 基于系统动力学的交通运输业节能减排技术方案优化研究在低碳经济和可持续发展的大背景下，环境与能源问题随着全球变暖、大气异常等问题的出现已然成为世界各国新的关注点。中国同样也提出了可持续的经济发展观，经济要想可持续发展，节能减排是必不可少的。交通运输业在国民经济占据着非常巨大的比重，所以交通运输业节能减排对我国经济的可持续发展至关重要。 业能耗的。 图交通运输业能耗占能源消耗量比重 图交通运输业与全社会能耗量增长率取各种措施，降低交通运输业油耗在整个交通运输行业中的比重，相应提高电能 基于系统动力学的交通运输业节能减排技术方案优化研究灰粄譬：唬；穗煤炭图交通运输业能源消费结构图 表不同等级公路货车燃料消耗表运力结构首先运输方式方面应该进行合理的调整，公路运输方式能耗在交通运输行业 。另外经验表明：运输组织结构没有完善的统计、监测和考核体系，我国的交通运输业节能减排工作无法正 基于系统动力学的交通运输业节能减排技术方案优化研究甶 铁路能源消费结构 改善交通运输业节能减排现状。表年各种运输工具单位货物周转量能耗唬和蚨直昝海诙止运输组织化程度高低直接影响着运输部门的效率，用较低的能源消耗完成同样的货物周转量，有利于提高能源利用效率，达到节约能源的目的。加大对于物流信息化网络的投入，提高信息的即时传递和运输工具的统一调配，促进各种运输方式之间的有效衔接，减少空驶、减少无效运输或低效运输来提高运输效率，最终达到降低能耗和节能的目的。 由四大子系统构成：包括多种运输方式的交通运输子系统、包括多种能源和节能技术的能源子系统、包括多个减排技术的环境子系统、代表经济增长及城市化进程的经济子系统。构建这样复杂的系统需要考虑多条反馈回路、多个变量以及变量之间的关系。交通运输节能减排系统是以交通运输业能源消耗以及碳排放为研究对象，考虑能源消耗结构、交通运输方式结构、环保投入等主要影响因素的复杂系统，在此系统中，交通运输大环境是系统发展变化的主要动力，能源消耗与二氧化碳排放是系统存在的基础。交通运输业作为国民经济发展的重要环节，低能耗以及二氧化碳排放的减少促进了交通运输业的良性发展，同时给经济发展带来更多的增值效应，经济总产值的增加有助于交通运输业节能减排投入的增加，从而带来整个交通运输环境的改善。 济发展前景是良好的，货物周转量在未来较长一段时间保持稳定增长趋势。二氧化碳的大量排放带来了越来越多的环境问题，比如全球气候变暖，人们的生存环境受到威胁，世界各国都提出了二氧化碳减排目标，在哥本哈根会议上，我国政府承诺到年全国单位国内生产总值二氧化碳排放量较年下降。另外运输部门的二氧化碳排放数据比较容易获取，这也是用二氧化碳排放作为衡量交通运输减排效果指标的一个重要目的 图交通运输节能减排系统因果关系图 回路篏一繁度胍皇煌耸涠趸贾卫矸延靡二氧化碳减少量 蔎进行回归分析，进行参数估计，得到回归方程为： 基于系统动力学的交通运输业节能减排技术方案优化研究，线性拟合度高。的实际增长率是没有考虑价格变动以及计算口径等因素。低实际系数数值得到。琌， 除水运、公路以及航空货物周转量的部分，具体数值见表。表年不同运输方式货物周转量比重单位能耗表年我国内燃机车、电力机车能源单耗 能源消耗单位是万吨标煤，将不同运输工具的能耗通过各种能源折标准煤参 籙：船舶单位能耗；和蚨諰亿吨公里船舶货物周转量嘶跷镏茏A恳蝗加痛盎跷镏茏A浚籙：亿吨公里氧化碳减少量煌耸涠趸贾卫矸延眠糁卫硇剩籙：万吨二氧化碳污染量趸寂欧帕浚趸技跎倭浚籙：万吨 基于系统动力学的交通运输业节能减排技术方案优化研究公路货物周转量跷镏茏A磕竟繁戎兀籙：亿吨公里内燃机车货运能耗谌蓟档荒芎姆钅谌蓟祷跷镏茏A浚籙：万吨，天然气车单位能耗；和蚨諰亿吨公里天然气车排放系数籙：天然气车货运能耗烊黄档荒芎哪咎烊黄祷踉酥茏A浚籙：万吨 ，水运货物周转量跷镏茏A磕舅吮戎兀籙：亿吨公里污染损失系数籙：亿元万吨，燃油船单位能耗籙：万吨燃油亿吨公里 基于系统动力学的交通运输业节能减排技术方案优化研究环保投入系数，电力机车货运能耗缌档荒芎哪镜缌祷踉酥茏A浚籙：万千瓦时：， ，航空货物周转量跷镏茏A磕竞娇毡戎兀籙：亿吨公里运输费用茉聪某杀荆桃卦闯杀颈戎兀籙：亿元 基于系统动力学的交通运输业节能减排技术方案优化研究量纲一致性检验是一项基础检验，同时也是关键的一步，它要求各变量量纲 。一卅图 基于系统动力学的交通运输业节能减排技术方案优化研究汐，一垄多肾每爿 曲 基于系统动力学的交通运输业节能减排技术方案优化研究运输业、经济、能源、环境整个社会系统，对于检验模型行为具有可比性与准确硷屯毹源消耗量：!2猒贰!U!獇吧万吨量”与“二氧化碳排放量”，将模型运行结果与实际数据相对比，得到表和表 表交通运输业能源消耗量与二氧化碳排放量模拟效果对比了民航部门每年的总运输量，换算比例大概是人公里吨公里。 技术方法分析随着经济的发展，能源与环境问题越来越严重，受到社会越来越多的关注。为应对此种现状，国家提出经济发展与环境资源保护协调统一的发展模式。这就要求改变经济发展模式，探索节能减排新方法，改变靠牺牲资源环境换取经济发展的模式，同时采取措施改善环境现状。交通运输业占据着国民经济的重要地位，同时交通运输业对全社会总能耗与二氧化碳排放有极大的贡献，所以对交通运输业的节能减排研究至关重要。第一，发展清洁可再生能源，增加其在总能源消耗的比例，降低了单位能源的污染物排放，从而降低了交通运输业的污染物排放量；第二，改变运输方式比重，发展单位货物周转量能耗低、排放量少的运输方式，减少单位货物周转量能耗高、排放量大的运输方式；第三，对交通运输工具进行改善，提高能源利用率，同时降低废气排放；第四，降低单位能耗，通过基础设施结构优化，提高运输效率，即消耗较少的能源完成相同的货物周转量，从而降低单位能耗。本文从增加治理投资、降低单位能耗、降低排放因子、改变运输方式比重四个方面入手，采取节能减排措施，制定相应的节能减排方案，从而对全社会的自然环境与能源利用有一定的改善。 技术方法模拟 一 公路货运主要有汽油车、柴油车以及担琇车的能源利用与排放都符合标准，所以这里考虑降低汽油车和柴油车的单位能耗；同理，水路运输考虑降低燃油船单位能耗；民航货物周转量占比很少，所以本文不考虑民航单位能耗的降低。通过对模型进行模拟，得出降低铁路货运单耗对于能源消耗量以及二氧化碳污染量影响不大，原因有两点，一是铁路单位能耗很低，二是目前铁路货运比重不够大。下面主要分析降低公路货运单耗、降低水运单耗以及降低交通运输业单耗的模拟结果。具体做法就是将柴油车单位能耗与汽油车单位能耗同时降低、得到图和，可以看出公路单位能耗对于能源消耗和二氧化碳污染量影响很大。从表可以看出当公路单耗降低时，才能完成单位货物周转量能耗指标；公路单位能耗降低不到就可以完成减排目标，可以看出降低公路单位能耗对于二氧化碳排放量的减少有很大贡献。 一量；蒯一一甧甸能源消耗量：图公路单耗降低能耗模拟图 。图公路单耗降低二氧化碳污染量模拟图表单位货物周转量能耗量模拟效果表 一 图柴油排放系数降低二氧化碳污染量模拟图 改变运输方式比重其实是另一种改变单位能耗的方式，分为两部分：一部分是改变铁路、公路、水路和航空运输比重，从而使总能源消耗降低，降低单位能耗；一种是改变每种运输方式下的运输工具比重，降低单耗高的运输工具货物周转量比重，提高单耗低的运输工具货物周转量比重，从而降低每种运输方式的单位能耗。 基于系统动力学的交通运输业节能减排技术方案优化研究范豸量：卜卜十!一蓍藿鋈能源能源 消消消消消耗耗耗耗耗重：公路货物周转量降!?鱛鳌!?鱛叶亏目翻一蓥藩譬耘冒蕤茎莲歇二表改变运输方式比重模拟结果表 一 本文主要从增加治理投资、降低运输工具单位能耗、降低排放系数和改变运输方式比重四个方面出发，每一方面又分为不同技术方法，通过其对我国交通运输业节能减排效果来研究节能减排技术方案优化问题，仿真结果发现改变四种运输方式比重节能减排效果最好，要求转移的公路货物周转量到铁路运输中，比较容易实现，加大铁路发展，提高铁路货运比重是未来发展的大方向；另外一点是大力发展清洁能源，提高以清洁能源为动力的运输工具比重，从而达到节能减排的目的。 然后是降低排放系数，此方法对于降低能耗没有贡献，柴油和燃料油对于二氧化碳减排的影响较大，当柴油与燃料油排放系数同时降低，可以完成单位货物周转量减排目标，可以通过改良引擎、加装尾气净化装等降低排放系数，当然上一段提高的提高燃油的燃烧效率也可以降低排放系数。降低排放系数来完成减排目标同样需要配合其他技术方法的支持。交通运输业节能减排的技术方案分析以及相关建议 基于系统动力学的交通运输业节能减排技术方案优化研究本文通过对于交通运输业节能减排与经济、能源、环境子系统之间关系的深入分析得出，经济发展促进交通运输业的发展，交通运输业的发展加大了能源的消耗，能源的大量消耗伴随着污染物的排放，造成了环境污染，最终环境污染会对国民经济的发展造成负面影响。明确了它们之间的逻辑关系后，从微观方面找出交通运输节能减排的影响因素，找出影响系统的关键因素与反馈回路，建立交通运输节能减排与经济、能源、环境之间的系统动力学模型，根据年我国单再次是降低运输工具单位能耗，主要是公路运输中柴油车和汽油车以及水运中的燃油船，其中以公路运输单位能耗降低时节能减排效果明显，但是单独靠降低单位能耗不能达到节能减排目标，所以需要其他技术方法的支持。然后降低排放系数仅对