新能源在城市公共交通应用的相关问题研究以上海市为例硕士学位

新能源在城市公共交通应用的相关问题研究以上海市为例硕I上海海事大学硕士学位论文例新能源在城市公共交通应用的相关问题研究—上海海事大学硕士学位论文例密级：论文编号：SHANGHAIMARITIMEUNIVERSITY硕士学位论文MASTERDISSERTATIONI上海海事大学硕士学位论文新能源在城市公共交通应用的相关问题研究—以上海市为例论文题目：新能源在城市公共交通应用的相关问题研究—以上海市为例毕业设计(论文)原创性声明和使用授权说明原创性声明本人郑重承诺：所呈交的毕业设计(论文)，是我个人在指导教而使用过的材料。对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，使用授权说明本人完全了解大学关于收集、保存、使用毕业设计(论文)的规定，即：按照学校要求提交毕业设计(论文)的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计(论文)的印刷本和电子版，并提供容。导师的指导下独立进行研本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权大学可以将本学位 文按学校规定处理。作者签名：导师签名：日日一、撰写(设计)过程1、学生在论文(设计)过程中的治学态度、工作精神良□中□及格□不及格2、学生掌握专业知识、技能的扎实程度良□中□及格□不及格3、学生综合运用所学知识和专业技能分析和解决问题的能力良□中□及格□不及格4、研究方法的科学性；技术线路的可行性；设计方案的合理性良□中□及格□不及格5、完成毕业论文(设计)期间的出勤情况良□中□及格□不及格二、论文(设计)质量1、论文(设计)的整体结构是否符合撰写规范？良□中□及格□不及格2、是否完成指定的论文(设计)任务(包括装订及附件)？良□中□及格□不及格三、论文(设计)水平1、论文(设计)的理论意义或对解决实际问题的指导意义良□中□及格□不及格良□中□及格□不及格3、论文(设计说明书)所体现的整体水平良□中□及格□不及格建议成绩：□优□良□中□及格□不及格年月日师评阅书一、论文(设计)质量1、论文(设计)的整体结构是否符合撰写规范？良□中□及格□不及格2、是否完成指定的论文(设计)任务(包括装订及附件)？良□中□及格□不及格二、论文(设计)水平1、论文(设计)的理论意义或对解决实际问题的指导意义良□中□及格□不及格良□中□及格□不及格3、论文(设计说明书)所体现的整体水平良□中□及格□不及格建议成绩：□优□良□中□及格□不及格年月日教研室(或答辩小组)及教学系意见教研室(或答辩小组)评价：过程1、毕业论文(设计)的基本要点和见解的叙述情况良□中□及格□不及格2、对答辩问题的反应、理解、表达情况良□中□及格□不及格、学生答辩过程中的精神状态良□中□及格□不及格二、论文(设计)质量1、论文(设计)的整体结构是否符合撰写规范？良□中□及格□不及格2、是否完成指定的论文(设计)任务(包括装订及附件)？良□中□及格□不及格三、论文(设计)水平1、论文(设计)的理论意义或对解决实际问题的指导意义良□中□及格□不及格良□中□及格□不及格3、论文(设计说明书)所体现的整体水平良□中□及格□不及格评定成绩：□优□良□中□及格□不及格教研室主任(或答辩小组组长)：(签名)年月日年月日摘要目前，全球能源日益短缺、国际油价持续上涨、环境恶化不断加剧，传统这不符合我国走可持续发展道路的总体方向。上海市作为国际化大都市，城市交通服务量的不断上升加剧了能源消耗和污染物排放，城市公共交通是上海市民出行的主要方式之一，开发新型动力、环保节能的新能源和替代燃料公共交通工具有利于保障国民经济健康持续发展，提高汽车工业自主创新能力，解决本文首先分析目前国内外发展交通新能源的现状和趋势，介绍车用新能源技术的发展途径、相关特点及我国交通领域清洁能源的发展战略和产业政策，从能源、环境、经济方面设定能源强度、排放强度、成本经济三大比较指标。AlternativesPlanningSystem)计算分析实施交通新能源利用战略的能源需求和为地面公交、出租车、轨道交通三个子部门，建立上海市道路公共交通未来 和PM五种排放污染物，设定社会经济因素(GDP、人口)、交通需求量模型参数。根据上海市相关规划和政策等背景，设计上海市城市道路公共交通的参015年、2020年和2030年)两种对比方案下的能源消耗和污染物排放进行分析比较，得出结论。最后，本文在研究的基础上，从交通新能源利用角度对我国实施交通能源发展战略和上海市的公共交通发展提出建议。研究结果表明，从终端利用层次来看，不同能源技术的能源消耗强度和排放强度有所不同，相比之下，以电力为能源的车辆在这两方面具有很大优势。从持有者角度的车辆全生命周期成本来看，除氢燃料电池车的全生命周期成本相对过高，其余能源车辆的全生命周期成本和传统车辆相当或低于传统车辆，交通新能源的应用在能源、环境、经济方面可行，有利于缓解石油压力，降低ABSTRACTWiththesteadyshortageofenergy,oilpricerisingandairpollutiondeterioratingtoday,thecurrentpetroleumbasedtransportationwhichistraditionalandextensiveisunderthedualconstraintsofresourcesandtheenvironment,thisisnotinlinewithouroveralldirectionofaorenergyconsumptionandmoreenvironmentalemissionswithitsincreasingvolumeoftransport.Shanghaiurbanpublictransportisoneofthemainwayspeopletravel,thedevelopmentofnewpower,environmentalprotection,newenergyandalternativeenergyfuelsinpublictransportwillhelpprotectthehealthandsustainabledevelopmentofthenationaleconomy,improvetheabilityofindependentinnovationautomotiveindustry,addressenergyandblemsitisanadvancedurbantransportdevelopment oundthisdissertationanalysesthestatusandtrendsinnewenergysourcesoftransport,alsointroducestheapproachtodevelopmentofnewenergytechnologies,therelevantcharacteristics,thedevelopmentstrategyandindustrialpoliciesinthefieldofChina'stransportcleanenergy.Itsetsthreemajorindicatorsofenergyintensity,emissionintensity,costfromenergy,environmentalandeconomicaspectsThisdissertationchoosesLEAP(Long-rangeEnergyAlternativesPlanningSystem)modelsimulatescenariosofenergyalternativeintransportationandstudyingtheenergydemandandenvironmentalimpacts.ItestablishesTransportationEnergyEnvironmentmodelofShanghairoadpublictransportfromyear2008astheinitialyeartoyear2030.Atfirst,itisdividedintobussector,taxissectorandrailtransitsector.Modelcoversenergyresourcesofgasoline,diesel,LPG,CNG,DME,hydrogen,electricityandemissionfactorsofCO2,CO,HC,NOxandPM.Andfurthermore,modelparametersarecreatedbyanalyzingdrivingfactorssuchassocio-economicfactors(GDP,population),transportdemandvolume,vehiclesandsoon.ReferenceplanandnewenergyplanaredesignedaccordingtotherelevantplanningandpolicyinShanghai.missionsofplanningyears(2010,2015,2020and2030)underthetwoscenarios.Finally,thedissertationgivesadviceaboutimplementingtransportenergystrategyofChinaanddevelopingofShanghai'spublictransportfromtheviewofenergyalternative.Theresultsshowthat,fromtheend-uselevel,differentenergytechnologieshavedifferentenergyconsumptionintensityandemissionintensity,electricvehicleshavesignificantadvantagesinboth.Fromthelife-cyclecostsofvehicleowners,inadditiontohydrogenfuelcell,otherenergy-typicalvehiclesareequalorlowerthanconventionalvehicles.Theapplicationofnewenergytransportationisfeasibleandhelpseasetheoilpressure,reduceenvironmentalpollution.KEYWORDS：Transportnewenergy,LEAPmodel,Energydemand, 能源是国民经济发展的基础，目前，我国成为仅次于美国的世界第二能源生产与消费国。石油短缺状况的加剧，世界石油价格的飙升，石油市场的不稳石约体占到全社会排放总量的30%[1]。从国内交通领域的角度来看，我国交通行业能源消费量约占全国总能量的10%左右，能源消耗较为单一，以油气为主，占被各类交通运输工具所消耗，而汽车保有量和使用率的迅猛提高，致使交通工交通运输业造成的环境污染问题越来越受到世界上许多国家的关注，而我国城市中的汽车尾气排放远远高于发达国家。根据国家环保总局检测，我国机在能源短缺、油价上涨、环境恶化的背景下，目前以石油为主的交通运输系统是不可持续的，发展低碳交通与可持续交通逐渐被世界各国提上议程。低低排放为特征的交通运输发展方式，其核心在于提高交通运输的能源效率，改善交通运输的用能结构，优化交通运输的发展方式，目的是使交通基础设施和续交通系统是指交通系统在满足人们出行等需求的同时不危害社会健康和生态系统，对可再生能源的利用速度不超过其再生速度，对不可再生能源的利用速是可持续交通系统的发展，寻求清洁的、可持续的新能源是实施交通运输业可境协调发展的有效手段。中国在实行交通低碳化中，发展新能源汽车和电气轨道交通现已成为交通能和燃料电池汽车、乙醇燃料汽车、生物柴油汽车、天然气汽车、二甲醚汽车等类型。努力发展电气轨道交通是交通低碳化的又一重要途径，电气轨道交通是以电气为动力，以轨道为走行线路的客运交通工具，已成为理想的低碳运输需求、环境影响及成本经济性分析。应用中长期能源可选择规划模型，研究在确保交通需求增长的前提下，发展不同的交通替代燃料产生的效果和大气污染物排放的影响，旨在为城市交通环境可持续发展提供决策依据。2006年发布的《中国石油替代能源发展概述》将发展替代能源列入“十一年则要达到15%。国家相关部门积极研究并组织实施石油替代战略，保障国家要解决石油短缺与环境问题不是减少运输需求，而是要减少交通运输业对石油交通工具新能源燃料对我国可持续的能源供应至关重要，我国经济迅速发展、汽车保有量高速增长、汽车能源需求扩大、大气环境保护、能源安全保障的多重压力要求我们必须针对我国自然条件和能源资源特色，逐步改变汽车能源结构，降低汽车对石油燃料的依赖性，发展汽车清洁代用燃料，控制有害气体排放，建立有效可行的交通运输业能源性投入品替代战略。能源消费中过度依赖石油的模式必然使经济承受成本逐渐加大的压力，严重时导致经济发展受到石油的攻击的刚性约束，这也从侧面说明，用其他能源替代石油是极其必要经过长期发展，国内外在能源研究领域已经积累了大量的数学模型，选择以能源需求、消费和环境影响为研究对象，通过数学模型来预测各部门的能源需求、消费及环境影响。该模型实现了对能源消费系统的仿真，通常称为“终端能源消费模型”[5]。它可以根据终端用能的变化设置不同方案进行预测分析。具体而言，模型使用者可以基于目前状况以及对未来社会、经济和能源发展的不同理解，设定一系列的方案，并将相应的量化指标输入到模型当中，最后对不同方案的结果进行分析比较，为决策者提供参考。如对城市交通而言，模型使用者可以引入诸如：如果未来出现更多的交通高效燃烧技术，结果会怎么样；如果交通车辆能够使用洁净燃烧技术，那么未来能源需求会有什么变化；如果未来公共交通面的考虑，再设计出几种方案进行敏感性分析。P方案下的能源需求和环境效益。3.LEAP模型可以对一些研究领域的重要部门进行分子部门的详细分析。本论文共分六章内容来撰写，各部分内容结构安排如下：给出整篇论文的内容结构安排。第二章，国内外交通新能源利用与发展现状。本章分析发展交通新能源的必要性和可行性，介绍目前存在的车用清洁燃料(天然气、煤基燃料、电力等)第三章，交通能源需求与环境影响分析。本章设定交通能源比较指标，分析影响能源需求的相关因素，重点对LEAP模型在能源需求和环境排放应用的上海市城市公共交通发展、能耗、新能源发展现状构建数据库结构，根据上海市相关规划及历史数据进行模型的参数设置，设计基于LEAP模型的两种比较第五章，上海市城市公共交通新能源应用的计算分析。本章计算分析不同能源技术的能源强度、排放强度、成本经济三大指标，对参考方案和新能源方第六章，结论与建议。总结论文研究成果，结合成果给出相关建议。从世界交通运输业发展的实践来看，各国政府、交通运输主管部门及专家学者们对交通运输行业的能耗、环保工作高度重视，围绕依靠行政、经济、技术等手段指导和推动交通运输业节能环保、新能源应用和可持续发展进行了诸多富有成效的研究和探索，并取得了一系列成功的经验。投入品的引致需求取决于最终产量水平、生产技术所允许的投入品间的替代性th源政策影响供需双方从而影响能源价格，而不是简单地放松规制。从技术视角认为煤炭转化为焦炭、电和气作为化工原料的技术已经成熟[10]，但大规模产业我国的能源替代实证研究较晚，大多数讨论能源需求与能源强度的变化问注较少。源在考虑环境控制、保护成本与不考虑环境控制、保护成本两种情况下分别的建设成本与运行成本进行了分析，认为把环境控制成本与环境保护成本考虑进去，从长远的观点看煤炭的资金投入较高，但是没有考虑到煤炭的高效清洁利的根本途径应是煤的液化和煤制氢等清洁燃料，提出了我国未来能源可持续发展的以煤为主多元化的清洁能源战略，而非直接燃烧煤炭[12]。魏晓平，谢钰敏资源耗竭及替代发生的条件及特殊情况下矿产资源的最佳配置[13]。马驰和胡应得(2003)从经济学角度分析可再生能源必然替代常规能源的原因及影响替代进程的因素，认为我国未来能源战略势必调整能源结构，大力发展可再生能源[14]。周世秀(2005)探索了巴西的交通运输与新能源燃料的开发利用，指出巴西利用热带农业的优势进行能源替代，以含水酒精为燃料的酒精汽作者认为无论将甲醇作为过渡性混合燃料还是成为将来燃料电池的重要原料，清洁燃料中，煤炭液化和生物燃料是最有希望的两种燃料[17]。鲁成军，周端明(2008)利用ALLEN替代弹性模型对中国工业部门的能源替代问题进行研究，发为交通运输业能源替代研究提供了研究方法[18]。CO[23]。BaoleiGu应用LEAP模型研究了未来中国能源系统的发展情景及能源需求。AmitKuma等应用LEAP模型对不同情景下越南能应用LEAP模型分析了韩国增加天然气发电容量对能源市场、发电成本和温室气体排放的影响。RanjanKumarBose等应用LEAP模型环境数据库分析了影响印度德里交通部门能源消费模式和排放标准的因素，并预测了总的能源需求传统燃烧方式的弊端，应用LEAP模型研究了农村能源的供应和需求状况，并评价了其对全球气候变暖的影响。RanjanKumarBose教授利用LEAP模型研究在满足印度四大城市交通运输需求时交通部门的能源需求与环境排放，该研究分析了在发展不同的交通出行以及使用替代燃料时，各城市的节能以及减排潜力。国家发展与改革委员会能源研究所朱松丽、姜克隽根据北京市交通现状以同样的方法，利用LEAP模型研究了北京城市客运交通未来的能源需求与环为例，应用LEAP模型研究了在确保交通需求增长的前提下,发展不同的交通出行方式对能源需求和大气污染物排放的影响LEAP下的能源消费及大气污染物排放进行了预测[27]。P属于中长期能源替代规划系统模型，着重考虑强化节能和环境保护影响力方面的问题。中国能耗高，污染严重，节能和强化环境保护是今后中国发展的必由2国内外交通新能源利用与发展现状能源资源作为经济、社会、人民生活发展的基础和命脉，其重要性不言而喻。能源问题是一个全球性问题，对我国来说，这一问题具有更强的紧迫性，近年，我国在能源资源的生产、消费、利用效率以及对环境的破坏等各方面都持续发展构成威胁。从消费增长角度看，各产业对能源资源的需求与消耗逐年上升，中国能源供应面临很大的挑战，能源资源供需不平衡将导致我国对外能源依赖度逐年增加，最为突出的是石油。按照目前石油探明储量和各大油田的生产能力估算，以国际通用口径估计，目前我国交通行业能源消费量约占全国总用能量交通运输、仓储和邮政业能源消耗量年年份2001综合能耗(万煤炭(万吨)1041汽油(万吨)汽油(万吨)1419煤油(万吨)561柴油(万吨)2671天然气(亿立方米)5.96309.32能源资源具有可耗竭性、稀缺性、不可逆性和可替代性等特征，前三种特性使得能源对于经济发展构成一种刚性约束，而可替代性使得这种约束的刚性有可能被软化，使得人类有可能通过能源替代战略的有效实施，来保证经济发展的可持续性。实施能源替代可行性的大小或其效应的空间依赖于以下三个主要因素：技术进步、成本经济性以及政府的政策[33]。(1)技术可行性说，破新型煤炭清洁高效利用技术，从目前我国能源与技术现状来看，煤炭的高效清洁利用技术的应用，即以煤为原料生产代替燃料和化工原料，是我国降低石(2)成本经济性随着石油价格的不断提高，成本经济性的考虑越来越成为能源替代的重要因素，其他能源的巨大产业值凸现。各个产业部门正积极寻求替代品，如用煤日益成熟的条件下，一旦能源的相对价格之差导致成本—经济上的有效性，这些替代品都有可能成为能源市场上的新宠。对我国的交通新能源的选择来说，国内市场价格与国家市场价格之差则具有更加直接的定性影响。目前，国内的煤炭价格与世界石油价格之差巨大，使得以煤为原料制造甲醇汽油的成本还不到成品油价格的一半。每万吨的燃料乙确定性使得相关技术的采用也具有经济上的不确定性。在车用替代能源发展过(3)政府政策支持技术进步以及成本经济性为能源替代战略的实施提供了基本条件，合理的政府政策则是推动能源替代的最有力措施。例如，在新能源发展规划方面，政府应对新能源产业的发展方向和范围做出长远规划，并通过有效措施来鼓励和投资。料、制定交通运输业新能源替代战略受到世界各国重视，世界上许多发达国家已根据本国国情探索交通运输业清洁燃料，以缓解对石油的依赖，降低对环境的污染，当前研究的运输燃料替代品是可以减少污染排放或将来可以取代汽油的燃型。型表2-2交通运输业主要耗能设备及消耗的能源/燃油(主要指气按照国家发展改革委员会的公告定义按照国家发展改革委员会的公告定义，新能源汽车是指采用非常规的车用燃料作为动力来源(或使用常规的车用燃料、采用新型车载动力装置)，综合车辆的动力控制和驱动方面的先进技术，形成的技术原理先进、具有新技术、目前，包括中国在内世界各圈都加大了对新型车用动力系统的研发投入，车用替代燃料的发展进程逐步加快，途径更加多样，新能源汽车技术的发展途径见表2-3，性能比较见表2-4。表2-3新能源车辆技术发展途径车料车(RFG)(LPG)(LNG)(HEV)(BEV)脂资料来源：盖世国际站rgy车综合性能对比能度量本本清洁柴油较好好好差中差好中生物燃料中中中中差差较好中煤制醇醚中中中中差中较好较好纯电动差好中差中差好纯电动差好中差中差混合动力较好好混合动力中差中较好较燃料电池中差差好好燃料电池超级电容中差差好好超级电容好好中中差好较好较好资料来源：盖世国际站rgy从技术角度看，车用石油燃料的替代途径包括两种:一种是以适应现有车用内燃机为导向、利用非石油资源生产的液、气态碳氢燃料的直接燃料替代；另一种是以革新车辆发动机和动力系统为导向、节约或彻底摆脱碳氢燃料的间术替代[35]。2.2.1直接燃料发展途径天然气汽车是目前推广条件最成熟的清洁汽车，日趋成熟的天然气汽车技术、相对较低的天然气价格和显著的污染物减排效果推动了天然气汽车保有量的快速增加。以天然气作为燃料的天然气汽车具有很多优点，主要表现在以下成物为二氧化碳和水，对环境造成的污染远远小于石油和煤炭。特别是密封部分，都经过严格的检查。因此，天然气作为汽车燃料是比较安全础设施投入较大；不易携带；汽车用户的初始投资较大。近几年，世界天然气汽车保有量年均增长率超过30%，而亚太地区增长率75%分布在阿根廷、巴基斯坦、巴西、印度和伊朗等5个国家。据统计，在相为技术成熟、资源丰富的清洁替代燃料，车用天然气具有较大的增长潜力，但在国际上，煤基合成燃料生产技术都已趋于成熟，但由于煤基合成燃料在没有成为重要发展方向。目前全世界除南非和中国外，其他国家并没有启动煤制油(CTL)项目，表2-5为各种煤基燃料经济性比较。表2-5各种煤基燃料经济性比较(%)生成成本(元/吨)CO22DMExx(kg/GJ)我国的煤基合成燃料开发取得进展，但仍然面临环境威胁和技术瓶颈等制约因素。我国已形成比较成熟的煤制甲醇和二甲醚生产技术，也在部分地区开展了车用甲醇示范工作，已开始了二甲醚车示范运行，但分别由于环境风险和生物燃料已成为车用替代燃料的最重要发展方向之一，目前已经实现商业化发展的生物燃料主要包括利用玉米、甘蔗、植物油等传统粮食原料生产的燃近年来，国际社会日益重视发展以农林业废弃物、非粮能源植物等为原料的第二代生物燃料技术，主要是纤维素乙醇(丁醇)、加氢生物柴油(HVO)、生物质费托合成燃料(BTL)、合成醇醚燃料(生物甲醇和二甲醚)以及氢燃料2.2.2间接燃料发展途径纯电动汽车(BatteryElectricVehicle，BEV)是指以车载电源为动力，用机驱动车轮行驶，符合道路交通、安全法规各项要求的车辆。与混合动力最大不同在于，纯电动汽车完全不使用内燃机作为发动装置，也不使用汽油、柴油燃料，而是完全采用可充电式电池驱动，其基本结构非常简单，电动发电机和载电池是其中的关键部件，其中又以电池最为关键。纯电动汽车的主要优点体现在以下两个方面:(1)无污染，噪声低。由于不采用任何有机燃料作为直接能源来源，纯电动汽车本身不排放污染大气的有害气体，也不产生二氧化碳等温室气体，几乎可以达到“零排放”的标准，并且电动机工作噪声也远远小于内燃机。且电厂是集中的排放，清除各种有害排放物较容易。(2)能源效率高，来源多样化。电动汽车的研究表明，其能源效率已超过汽油机汽车，特别是在城市运行行驶速度不高，电动汽车更加适宜。电动汽车停止时不消耗电量，在制动过程中电动机可自动转化为发电机，实现制动减速混合动力汽车(HybridElectricVehicle，HEV)是传统内燃机汽车与电动汽车相结合的产物，它继承了电动汽车低排放的优点，又发挥了石油燃料高的比能量和比功率的优点。与传统汽车相比，最突出的特点就是其燃油经济性，一般试结果表明，思域混合动力车在北京市实际道路上节油效果明显，比相比，既可用常规内燃机作动力，又可结合混合动力，在同等条件下，比纯电公里左右。目前，“低排放”的混合动力汽车已进入大规模产业化阶段，在全球直接转化为电能来进行动力驱动的新型汽车。与混合动力或纯电动汽车相比，燃料电池汽车最大的不同就是它完全不进行燃料的燃烧过程，而是通过电池直直接将燃料的化学能转化为电能，中间不经过燃烧过程，因而可以大大提高能据主流位置，使得车用燃气、生物液体燃料、煤基和天然气基合成燃料等直接燃料替代成为车用燃料替代的主要选择。随着现代汽车技术的进步，采用新型动力系统的新能源汽车也在传统燃料替代之外开辟了重要途径，主要包括油电超级电容车是为了解决传统电车供电线路对城市环境的视觉污染问题，同时保留电车零排放的优点而研制的一种以先进的储能装置—超级电容器为动力超级电容公交客车充分利用了超级电容器的独特性能，在保留无轨电车优点的同时，克服了无轨电车机动性差、架空线景观污染的缺点，利用进站时乘客上下车的时间完成对超级电容器的快速充电，具有充放电功率大、充电速度快、寿命长、无尾气排放、机动性好、噪声低、运行成本低和安全可靠性好等优点，为城市交通提供了一种清洁环保的交通工具制定了新能源汽车科技规划，并在“863”项目等国家项目的支持下，先后投入新能源汽车及相关零部件的研发列为重点课题，对各种主要技术路线进行了跟踪研究，取得了阶段性的研究成果，并培养了一支能力较强的研发队伍，为我国新能源汽车产业的发展打下了良好的基础。2009年初出台的《汽车产业调整和振兴规划》提出，启动国家节能和新能源汽车示范工程，由中央财政安排资金给予补贴，支持大中城市示范推广混合动力汽车、纯电动汽车、燃料电池汽车等节能和新能源汽车。而此前国家4部源车已经提出了“十城千辆”试点方案，试点领域大部分是公共、公ocom产后发展主要集中在纯电动汽车和油/电混合动力汽车上。因这两种汽车在节能与环保方面的较高可行性，有望成为下一阶段新能源汽车的主流。届时世界汽发展新能源是中国产业发展节能降耗、实现经济可持续发展的重要途径。中国“十一五”规划明确表示，在现有的能源和资源边界的约束下，新能源产业有助于解决经济可持续发展瓶颈问题。我国确立了“以可再生能源替代化石能源，以新能源替代传统能源、以优势能源替代稀缺能源”的替代能源发展总车用动力电池等新型动力的研究和产业化，重点发展混合动力汽车技术和轿车柴油发动机技术。国家在科技研究、技术改造、新技术产业化、政策环境等方《中华人民共和国国民经济和社会发展第十一个五年规划纲要(2006－2010年)》(2006年)指出，国家“鼓励开发使用节能环保和新型燃料汽车”，展煤化工，开发煤基液体燃料，有序推进煤炭液化示范工程建设，促进煤炭深约和替代石油在电力、交通运输等行业实施节油措施，发展煤炭液化、醇醚类燃料等石油替代产品”。术”是重点专项中的前沿技术。《中华人民共和国节约能源法》(2007年)规定，国家鼓励开发、生产、使老旧交通运输工具的报废、更新制度。同时，国家鼓励开发和推广应用交通运代燃料写入法律文件。动、充电式混合动力和普通型混合动力等新能源汽车产能，新能源汽车销量占乘用车销售总量的5%左右”。电动电池、电容，驱动电机和电动附件正是新能合动力汽车和纯电动汽车未来规模化发展的前提。《关于开展节能与新能源汽车示范推广的通知》(2009年)，决定在北京、、大连、杭州、武汉、深圳、合肥、长沙、昆明和南昌等13个城市开展节能与新能源汽车示范推广试点工作。新能源汽车作为实现节能减排的主力军，受到我国政府的重视，先后出台的一系列的产业政策和规划推动并规范了新能源汽车产业的发展，明确了新能3交通能源需求与环境影响分析本章介绍交通能源技术应用的能源消耗特征、环保性、成本经济性的相关理论与方法。对于交通能源燃料需要满足以下要求[36]：能源丰富，以保证汽车的可持续发展；能源污染要小，减少汽车尾气排放；经济性，价格上具有优势才能被人们广泛接受；良好的使用性能，必须储存方便，能够长距离运输，有能源消耗强度指标是评价能源性能好坏的一个重要指标，能较好地说明终端利用层次中各种能源技术车辆的能耗水平[37]。本文研究的能源消耗强度是指下公式计算。ENI=FCpEC(1/PQ)/100iiiii ENI=HCpEC/100iiii(3.2)iiiiii污染物排放强度是评价能源性能好坏的另一重要指标[37]，它能较好地说明终端利用层次中各种能源技术车辆的排放水平。本文研究的排放强度是指各部(3.3)EMI=EF/(FCp100)(3.3)iiiiiiii未来交通能源多样化以及多元化一个重要的评价指标就是经济性[38]，对其研究可以为制定未来的交通政策提供一定的理论指导与支持，从而避免出现盲本论文从持有者角度分析各能源技术车辆全生命周期的成本经济性，各种和百公里能耗量，累计八年计算(国家规定公交车、出租车使用年限不超过八TRP0CdEP(3.6)ufifCCP0ufifi=1fif对交通运输业能源需求的影响因素进行研究与分析，有助于对未来我国交通能源发展趋势做出预测和评价，这些因素包括国民经济发展速度及其结构变动、社会的生活水平和使用交通能源产品的习惯、城市化进程和范围、能源价格、交通需求、资源的合理利用、相关政策等等[39]。3.2.1宏观社会经济我国经济一直处于快速发展阶段，经济的增长对交通部门的能源消费有很影响交通运输能源消耗的社会经济指标主要包括：人口增长状况、城市化率、经济发展目标、产业结构、通讯业的发展等。人口变化影响了交通部门的能源总需求量；城市化率则体现城乡居民在交通取向、能源消费品种、用能观念及习惯的差异，生活水平的高低直接影响人们出行方式的选择、出行率的变化；经济发展目标及产业结构的变化是影响能源需求总量以及能源构成变化的敏感性因子；通讯信息的发展，可使未来中国发达地区的居民降低经济发展水平、人口和市场分布能够通过规模经济范围影响区域交通运输能源消耗水平，经济发展越滞后、人口密度越稀疏、产品市场越小，经济社会发展产生的运输需求往往具有规模小、持续性不强、季节性大等特点，这些情况的出现容易引起运输不足载、空载等情况的出现，这会直接提高交通运输能源消耗率；而经济发展水平越高、人口分布越密集、消费市场越大，经济社会发展产生的交通运输需求具有强度大、运输持续性强等特点，此时交通运输承载各种指标均有良好表现，交通运输带来的能源消耗率也相对较低[40]。我国人均能源占有很低，人均可开采石油资源仅相当千世界平均水平的已取代日本成为全球第二大石油消耗国(仅次于美国)，随着原油需求量不断上交通运输的发展需要能源的支撑，是汽、柴油消费最主要的推动力，有效节约交通运输业也遵循经济学的供需规律，汽车数量飞速增长导致石油短缺，我国汽车技术状况与发达国家相比还比较落后，汽车能源消耗水平与国外发达国家存在着相当大的差距。在汽车技术性能方面，如果将相同或相近车型进行燃油效率比较，我国汽车每百公里平均油耗比发达国家高20%以上，资源汽车本身的能效水平对交通部门的能源需求产生很大的影响，根据目前我国的单车油耗水平，考虑未来汽车节能技术进展和节能管理等因素对单车油耗，交通部门的服务量增长是能源消费增长的主要驱动力，货物运输需求和旅客运输需求的增加，不仅引起了运输方式运输结构的变化、加速了运输体制的。利用和发展有很大影响和指导作用，在(1)国家能源发展战略；(2)区域规划与城市交通规划；(3)交通模式选择政策：主要指城市内部选择公共交通还是私人小汽车，城市间长途交通运输高速铁路与航空方式的选择，城市间中短途选择高速公路(4)燃料效率标准的制定：选择何种类型的交通工具作为燃料效率标准推行的突破口，实施强制性的标准还是自愿性的标准；(6)环境保护重视程度：如是否制定较为严格的污染物排放标准，排放标种程度，这将对未来交通新能源的发展产生重大影响。测、能源转换、环境影响评价及费用效益分析等模块。它将根据预测对象的实际情况预测其未来的能源需求，计算现有资源能否满足其需求以及由此引起的进出口量，实现需求与资源、转化的平衡[43]。模型还将依赖于环境影响评价对给定的不同能源方案进行环境影响预测，并从购置、资源、利用等角度计算其能源方案能源方案组合环境数据库影响评价资料来源：CHARLESHEAPS.USERGUIDEFORLEAPVERSION2008.SEI-U.S.Center，2010图3-1LEAP模型结构示意图能源方案整体模块由能源需求、能源转化、生物质资源、环境影响评价、(1)能源需求：该模块是整个模型的核心，进行能源需求预测首先需要建立合理的数据结构。能源需求预测数据结构可按四个等级建立LEAP将所考虑(2)能源转化：能源转化将以终端能源需求预测数据为基础，从一次能源出发模拟其转化过程。例如水电发电和石油发电的最终燃料为电力与煤油、柴们利用，其转化率越高，越有利于能源效率的提高及环境的保护。能源转化子模块将计算资源量是否能满足其需求，以及由此引起的进出口量，实现需求与资源转化的平衡，形成未来能源的供应方案。模型在处理能源(3)生物质资源：生物质模块的目的是提供一个详细的生物质资源清单并对其进行分配，以便满足生物质需求。生物质资源将测定生物资源需求及土地(4)环境影响评价：环境影响评价可使用户对给定的能源方案的环境影响环境数据库模块将与能源相关的活动和环境影响结合起来。数据库的主要响等。(5)费用分析：费用分析可使用户从经济费用的角度评价其能源方案，以评价能源项目的经济作用。对给定的能源方案从资源、转化、利用等角度跟踪P动2)，终端利用(活动3)和设备(活动4)后，模型将按照以下的算法求得需求量。(3.9)=××库中存在的每单位能源消耗的污染物排放量或每单位距离的污染物排放情况 (只适用运输需求分析)，进行环境影响价分析。污染物排放算法如下：(3.10)本论文应用LEAP模型的方案设计方法，设计参考方案和新能源应用两种方案，根据能源需求和环境排放算法来计算两种方案下的能源需求、污染物排方案的设计是对影响能源供求的宏观社会经济因素、能源相关技术、能源环境相关政策及未来可能的演变趋势进行分析，对产业结构、部门生产结构和规模、消费需求进行量化[44]。充分考虑未来规划年可能出现的产业结构调整、能源技术演变趋势，以及社会、经济、环境等种种不确定性因素可能对能源需求产生影响，对用能部门和领域的具体经济活动和能源技术变化则自下而上地方案的分析与计算是在LEAP模型提供的建模框架之上，建立能源消费活动部门消费品种的能源需求模型，利用LEAP模型所具有的灵活性，对不同行业以不同方式对影响其耗能的主要因素在模型中设置相关参数。在此基础上，充分考虑不同方案中能源可持续发展的政策措施、能源消费结构调整、技术进步的可能的发展情况进行模拟计算，尽可能对现有技术条件下能源发展的途径方案设定确定能源应确定能源应用的外部条件经济观因素关技术关政策不同方案的计算和分析境影响关参数部门活动水平用能设备效率交通运输部门在未来规划年内，其交通部门的系统结构存在着很大的不确定性和变数，因而根据研究对象发展现状与趋势，设计不同方案预测未来交通运输部门的能源需求，可以帮助我们更多地摆脱传统分析模式的束缚，充分反4LEAP模型在上海市公共交通新能源分析的应用上海市道路公共交通主要包括公共汽电车、出租车、轨道交通三种交通方%%%%%%%%%%%%%%%%%车数据来源：根据《上海市城市交通“十一五”规划》及上海市国民经济和社会发展统计公报整理从历年上海市各公共交通方式比例图(图4-1)可以看出，地面公交、出租100100%80%60%40%20%0%2000年2005年2006年2007年2008年2009年地面公交出租车轨道交通共交通方式所占比例50亿人次以上，后来由于轨道交通、民用车辆的发展，导致公共汽电车年客运04000890年份占市民出行总量的比重达到35%以上，其中轨道交通客运量占公共交通出行的比重达到40%以上；形成以轨道交通为骨干，地面公交为基础，出租汽车为补城市公共交通发展目标，表4-2上海市2010年及2020年城市公共交通发年年年年万轨道交通人日日量万次万出租汽车人次万总计人次出行比重%占机动车总出行比%65重线路29.1(1)公共汽电车1995年迅速增长，直到近年，由于轨道交通的发展，公共汽电车车辆数有所下220000180001600014000120001000080006000400020000年份1985198719891991199319951997199920012003200520072009数据来源：2001-2009《上海统计年鉴》，2009年数据来自《上海市国民经济和社会发展统计公报》(2)出租车数量6120%%1111111车辆数(万辆)112222小客车比例99999999999999123456799000099000089012354320920049899898998982008020020062006577数据来源：2001-2009《上海统计年鉴》量(3)轨道交通里程快，在地上交通的日益饱和的情景下，轨道交通成为重要的交通方式。上海市轨道(公里)05横”的城市轨道交通网，每天输送乘客500万人次以上，将占公共交通客运量其中，轨道交通的硬件设施及客流增长迅速，能耗增长也较快，相比“十五”从能源利用效率角度来看，根据公共交通各方式的平均乘次公里能耗的比(万吨标准(吨标准煤/万车上海市对城市公共客运交通的对地面公交、出租车能源结构进行了明确规、出租车能源消耗结构。上海公交客运必须减少对传统石油基燃料的依赖程度，从战略和全局高度充分认识能源对上海公交客运发展的支撑作用和约束作用，合理优化能源配置，逐渐提高清洁能源和可再生能源的比例，缓解能源供需矛盾，使上海公交客运形成能源节约、环境友好、高效安全的发展模式和消费模式，促进节约型城市交、技术水平和环保的要求不断提高，无论从经济、环保还是从社会角度看，上海市对于清洁、节能、高效和便捷的交通方式的需求在不断增长。上海积极推进新能源汽车的示范运行，已成为国家首批“十城千辆”示范城市之一，正申报成为国家对私人购买新能源汽车补贴的五个试点城市之一[49]。上海在国内具备国产单燃料天然气发动机、天然气城市公交客车以及加气已经有了一定进展，对串联、并联和混联技术都进行了有益的探索，相对国内其他地方，上海的混合动力汽车的发展起步虽晚，但起点较高，现已进入第2以无轨电车技术改造为目标而开发的，可以充分利用现有无轨电车供电资源，在供电建设方面投入小。上海市内电车供电设施资源比较完善，有效利用这些资源是超级电容公交车推广应用的一大优势。在能源供给趋紧和环保要求的双重压力下，上海市的城市交通能源转型势了议事日程。新能源技术在城市公共交通中的应用，是既满足节能减排的需要，又能解决城市交通民生问题的可行之路。据悉，上海市为迎接世博会，加大了新能源公共市区投入示范运行，上海将通过千辆级的新能源汽车示范运行，并不断完善充础设施。方向，以“电池、电机、电控”关键零部件为突破口，同步支持燃料电池汽车国内领先、具有国际竞争能力的自主产业体系和产业集群。总之，开发新型动力、环保节能的新能源和替代燃料公共交通工具有利于保障国民经济健康持续发展，有利于提高汽车工业自主创新能力，解决能源和环保问题，是先进城市在本论文研究中，考虑未来上海城市公共交通发展模式、政策实施及相关规划，构建城市道路公共交通(以下简称公共交通)的LEAP模型结构，将上海市能源需求和环境污染物排放量的预测和比较。除了基年数据，模型还要求至少一个未来年份的数据，然后利用内插、外插方法以及其他方法来计算其余年根据LEAP模型的能源需求模块的结构，将上海市公共交通部门划分为以按照上海市公共交通工具的发展现状，以及上海市新能源汽车的相关规划压缩天然气(CNG)、二甲醚(DME)、氢气、混合动力车(HEV)、纯电动车(PEV)、超级电容车；由于城市轨道交通系统是电力牵引，主要能源是电力。P资本市场逐步由上海向外省市流动，上海经济发展速度逐年放缓；由于上海人口负荷较重，人口年增长速度同样放缓。本文根据历史数据、相关规划及文献16000yy=162.88e0.1431xR2=0.983212000100008000600040002000019781981198419871990199319961999200220052008上海市生产总值(亿元)指数趋势线195019001850180017501700165016001710.842003年1921.32y=35.847x+1672.91888.46R2=0.99841858.081815.081778.421742.152004年2005年2006年2007年2008年2009年上海市常住人口(万人)线性趋势线注：因数据有限，可能稍有误差，但趋势明显常住人口趋势图ttt表4-5)计算二者回归关系，并结合上述GDP预测公式，进行上海市城市公共年年份量(4.3)表4-6判定系数RRR方R方标准误表4-7ANOVA和df均方FSig.归0303119残差总计表4-8回归系数未标准化化系系数数tSig.B误BetaDP)66(常-62.46.101-10.2.000对公共交通(这里指地面公交、轨道交通、出租车)，可利用客运量(人次)和旅客的平均乘距计算周转量，如下所示：tt(4.4)ttD—第t年的客运周转量(人公里)；tTrip—第t年的客运量(人次)；tTripd—第t年的日均客运量(人次)。t表4-10基年(2008年)的交通参数距(×109(×109量(km)车市民出行总量的比重达到35%以上，其中轨道交通客运量占公共交通出行的比换乘便捷，信息畅通，市区郊区协调发展，内外交通有机连接的一体化公共客子部门数据参数门车3不同能源技术在承担相同交通服务量时的能源需求量和环境排放量不同，所以不同的技术构成会有不同的能源需求量和环境排放量。本节根据前面LEAP模型的方案设计方法，对数据库结构中的终端利用层次设置参考方案和新能源应用方案两种方案，并计算规划年的能源需求量和污染物排放量，以更好地比本文根据上海市“十一五”规划、促进上海新能源汽车产业发展的若干政策规定等规划和政策为背景，设计上海市城市道路公共交通的参考方案和新能市的公共汽车主要消耗的柴油，约占83.5%，出租车的大部分燃料或清洁燃料汽车更新速度和力度都比较小，对油品能源的依赖度极大。上海市正积极发展低能耗、环保、舒适的新型公交汽电车、出租车，加快汽车产品向智能化、节能化、环保化方向发展，并加快燃料油的清洁化生产和供应。计参考方案的设计是终端利用层次(不同能源的交通工具)的服务量构成不表4-12上海市道路公共交通的LEAP模型参考单单参数20082010201520202030位力LPG%0.25%0.90%0.06%0.60电力%00000根据上海市新能源汽车的初步规划，上海市公共交通新能源的应用技术体CNG有比较大的发展。目前CNG汽车难以发展的原因主要有两点：一是天然气的气源；第二，公交体制改革。但随着西气东输和川气东送项目的完成及巴士股份、强生在内的公交公司改制的推进，将有利于推动清(2)二甲醚汽车应有所发展。上海的二甲醚汽车研发基本与国际同步，2006年，二甲醚汽车被列入上海市新能源汽车发展计划，建成了国内第一座车(3)电动汽车是新能源汽车下一步重点目标。纯电动车、混合动力车、超上海市其他社会用车的配套供电、充电系统的研发也已完成，为大规模应用电根据前面所述的新能源汽车相关政策规划，进行上海市道路公共交通的能2030年替代比例分别为1%、3%、5%、9%；氢燃料电池车辆在2010、2015%%%095603动%Iv98%Iv98车%ICcS醚%ICcS池%0ICcS%%8I0I9%0IcS6池%0ICcS电力%I00I00I00I00I005上海市公共交通新能源应用的计算分析本论文研究的上海市城市公共交通车辆的能源技术情况，是以客运为研究对象，根据第三章介绍的客运交通能源强度的计算方法，搜集各变量的数据，地CNG面纯电动公车交混合动 ---载客度出LPG租混合动车力车DME80L--注：对以CNG、电力、氢为燃料的车辆，能源强度公式为ENI=FCEC(1/PQ)/100iiii数据来源：1.欧训民等.多种新能源公交车能耗与主要污染物排放全生命周期对比分析.新能源汽车,2008 (52):16-20.2.IPCC指南3.上海市综合交通发展战略分析与预测评估 LPG12000CNG9310(Kcal/M3)二甲7540醚醚氢从各能源技术车辆的能源消耗强度计算结果可以看出，地面公交的终端利用层次能源强度远远低于出租车的能源强度，以汽油车为例，汽油出租车大约为汽油公共汽车的9倍。从地面公交的终端利用层次来看，以电为能源的纯电Kcal并对参考方案和新能源应用方案两种方案的结果进行对比，这里只分析二次能况。品种的能源消耗量计算结果。对比两表可以看出，在参考方案下，地面公交方力Mm3MkwhMkwhMkwhMkwh车地面00力车力Mm3MkwhMkwhMkwhMkwhMkwh0000内，新能源应用方案下的传统燃料汽、柴油的消耗量远小于参考方案下的消耗燃料汽油柴油电力单位万m3m案案案案案案案案000000吨6045403020082010201520202030年份参考方案新能源应用方案图5-1参考方案与新能源应用方案的汽油消耗万吨万吨40505020082010201520202030年份参考方案新能源应用方案图5-2参考方案与新能源应用方案的柴油消耗量对比万万kwh70000600005000040000300002000010000020082010201520202030年份参考方案新能源应用方案图5-3参考方案与新能源应用方案的电力消耗量对比污染物排放强度指标是评价能源性能好坏的一个重要指标，表示各种能源技术车辆的排放水平，这里排放因子包括一氧化碳、氮氧化物、碳氢化合物、，郊区公交适度发展达到国Ⅲ标准的本文假设上海市机动车排放水平为欧Ⅱ标准(见附录B)，CNG、二甲醚等清洁燃料能达到欧Ⅲ以上。据此，各能源技术车辆的的排放因子数据见表5-6。表5-6各能源技术车辆的的排放因子数据次动地混合1动力面超级公电容交二甲出汽油---NOX-------------租混合车动力1.550.130.02-电池----PM端利用层次,电和氢实现“零排放”根据第三章介绍的污染物排放强度计算方法及相关资料数据，得出终端利33-NOX4-50--8--耗M3电地面公交出出租车动车醚电DME80LL4--912-1---9-7-020-2-------碳排放的计算方法：(1)根据国家区域范围内交通燃料销售数据乘以燃料碳排放系数计算得到，称为“自上而下”的方法；(2)根据各种交通方式行车里程排放量，称为“自下而上”的方法。本文根据前面的能源需求数据，采用第二CO2年排放量(kg)=年燃料消耗(TJ)×排放系数(kg/TJ)(5.1)年燃料消耗(TJ)=年燃料消耗(kg)×燃料净热值(TJ/kg)(5.2)IPCC(IntergovernmentalPanelonClimateChange，联合国政府间气候变化专门委员会)指南指出：以CO2计，汽油排放系数为69.3t/TJ，柴油排甲醚排放系数为35.1t/TJ。天然气的主要成分是甲烷，其燃烧的主要生成物为此计算电力交通工具的CO2排放量为0.784kg/kwh。kg/L气醚2根据前述计算方法和数据，对上海市道路公共交通在规划年产生的CO2排燃料来源汽油燃料来源汽油参考方案新能源方案参考方案柴油LPGCNGLPGCNG氢气二甲醚参考方案新能源方案参考方案新能源方案参考方案新能源方案参考方案新能源方案参考方案新能源方案参考方案新能源方案模型污染物排放量计算方法，即年排放量=能对其他排放物计算采用模型污染物排放量计算方法，即年排放量=能020082010201520202030年CO2参考方案CO2新能源方案图5-4两种方案下CO年排放量比较5020082010201520202030年CO参考方案CO新能源方案654321020082010201520202030年HC参考方案HC新能源方案20082010201520202030年NOx参考方案NOx新能源方案XX5020082010201520202030PM参考方案PM新能源方案Cg公交车，这些公交车的尾气排放量占到上海空气污染总量的75%左右；在新能能源替代，氮氧化物NOX及颗粒物PMC总的来说，新能源技术的应用减少了2多的CO2温室气体，但由于轨道交通的发展，人技术的应用及风力、太阳能发电技术的逐步成熟，发电使用的化石燃料减少，的排放量在近期规划年与参考方案基本持平，但从远期看，随着新能源技术比。根据第三章介绍的成本计算方法，本节对新能源车辆和传统燃料柴油车辆的全生命周期成本进行计算和对比。这里假设不考虑由于环境影响产生成本、外汇成本、基建成本等外部成本，只研究持有者内部成本，即车辆从购置到报目前上海市公交车的主要燃料是柴油，汽油车辆逐渐减少，所以本文不计格=(全部价款+价外费用)/(1+增金管理暂行办法》[52](2009)。表5-10各种能源类型的公交车购置成本C(万力容CTPR000R来自《节能与新能源汽车示范推广财政补助资金管理暂行办法》补贴，(1)维修保养成本M根据欧训民(2009)研究数据[53]，本文假设柴油公交车自购起，第一年的源公交车由于技术性和普及性原因，普遍维修费用较高，大约较柴油车高(2)报废收益成本S力容CMS844(1)公交车年行驶里程d年限是8年，根据王寿兵(2007)