八张图表告诉你铁路运输减排前景

2019-3-1 14:18 来源: 碳测

国际能源机构(IEA)表示,如果铁路线“大举”扩张,全球交通排放可能在2030年达到峰值。

文: Jocelyn. Timperley     译:Finn
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一列高铁列车在中国陕西省内的西安-成都高铁线路上运行。图片来源:新华社/ Alamy Stock Photo

根据一份国际能源署(IEA)关于聚焦铁路为能源和环境提供机遇的最新报告显示,铁路是效率最高、排放最低的交通方式之一。

报告称,特别是城市和高速铁路“有望带来重大利益”,包括减少温室气体排放、交通拥堵和空气污染。在这份报告的前言中,国际能源署执行主任法提赫•比罗尔博士提出,在有关未来交通系统的公开探讨中,铁路运输“经常被忽视”。“尽管出现了汽车和飞机,但各种类型的铁路系统仍在不断发展壮大,”他说。《碳简讯》从报告中选取了8个关键图表,展示了当今世界铁路的发展状况以及未来铁路如何减少排放。节能的铁路国际能源署表示,铁路运输是电气化程度最高的运输类型。在全球范围内,有四分之三的铁路客运和一半的铁路货运依赖电力。这意味着它在利用电力结构比例中逐渐上升的可再生能源方面处于“独特地位”。于此同时,铁路运输也是最节能的机动客运手段,比公路货运和航空运输效率高得多,如下表所示。



2017年不同交通方式的能源强度。左图显示了客运的能源强度,单位是每百万乘客公里行驶的吨油当量。右图显示了货物运输的能量强度,单位是每百万吨货公里运输的吨油当量。资料来源:国际能源署2019年

报告称,铁路占全球机动客运总量的8%,货运总量的7%,但仅占全球运输能源消耗的2%。报告补充称,近年来全球铁路能源需求相对稳定。自2000年以来,欧盟和日本的这一比例有所下降,俄罗斯、中国和印度有所上升,而在北美,这一比例相对稳定。柴油货运列车约占铁路能源消耗的一半,而其余能源消耗则为电力。国际能源署表示,铁路运输还扮演着“省油者”的角色。报告称,如果所有由铁路提供的服务都由飞机、汽车和货车提供,那么与运输相关的温室气体排放量每年将增加12亿吨二氧化碳当量。这相当于整个非洲的二氧化碳排放量。低排放的铁路报告称,目前铁路化石燃料消耗的二氧化碳排放仅占全球的约0.3%(相比之下,全球航空业约为2%)。然而,不同铁路运输工具的排放量差别很大,这取决于它们是由柴油还是电力驱动,以及电力是如何产生的。国际能源署表示,与柴油火车相比,电动火车可以减少排放,但前提是发电结构不依赖于煤炭等高碳燃料。如下图所示。



柴油动力系统和使用各种一次能源的电力动力系统的铁路全生命周期(WTW)平均碳强度,单位为克二氧化碳/兆焦耳。资料来源:国际能源署2019年报告指出:“与大多数其他交通方式相比,铁路的碳强度(每乘客或每吨公里)要低得多,这意味着铁路系统已经在遏制全球温室气体排放方面发挥了关键作用。”展望未来,高效的电动机和越来越低碳的电力结构将使铁路系统能够从全生命周期(WTW)的角度为实现零排放的机动性做出重大贡献。然而,正如报告所指出的,在评估铁路项目减少温室气体排放的能力时,还必须考虑铁路建设和维修的排放。铁路线路,特别是那些有许多隧道、高架桥和桥梁的线路,使用了大量的混凝土和钢材。根据国际能源署的报告,环境生命周期评价显示,最能减少温室气体排放的铁路项目是那些将建筑过程中大量钢铁和混凝土的需求降至最低的项目、旅客或货物吞吐量高的项目、以及有助于使人们摆脱其他高碳强度交通方式如汽车、卡车和航空的项目。地区差异国际能源署表示,大多数铁路网络位于印度、中国、日本、欧洲、北美和俄罗斯。与此同时,地铁和轻轨网络在世界大多数主要城市运营。国际能源署表示,过去20年,全球常规铁路线路没有显著扩张,但轻轨、地铁和高速铁路都出现了大幅增长,如下图所示。



轻轨(浅绿色)、地铁(深绿色)、高速铁路(深蓝色)和常规铁路(浅蓝线)1995-2016年按地区划分的轨道长度。注意,常规铁路包括常规客运铁路和货运铁路所使用的基础设施。

列车的能源效率也显示出巨大的地区差异。如下图所示,美国和欧盟的客运列车的能源效率低于亚洲,主要原因是载客量较低。

2016年客运(左)和货运(右)铁路的能源强度。资料来源:国际能源署2019年

韩国、日本、欧洲、中国和俄罗斯的铁路网通电率均超过60%,其中韩国的轨道通电率最高,约为85%。另一方面,北美和南美的铁路电气化率都不到5%。国际能源署补充称,对于铁路客运和货运而言,全球铁路活动正缓慢转向依赖电力。高速铁路国际能源署表示,近年来,高速铁路线路迅速扩张。在中国尤其如此,中国在高铁线路和城市铁路网方面进行了大量投资。如下图所示,欧洲和日本的网络也在扩张。

2010年和2017年重点地区高铁线路长度。资料来源:国际能源署2019年

在全球范围内,2016年的高速铁路客运里程达到约6000亿公里,而2000年的客运里程仅约为1000亿公里。印度目前正在建设从艾哈迈达巴德到孟买的第一条高速铁路。国际能源署表示,铁路仍是印度的主要运输方式,其铁路活动的增长速度将超过任何其他国家。国际能源署表示,高速铁路尤其重要,因为它为短途航班提供了一种已确认的低碳选择。它说:“随着收入的增加,对客运航空的需求将继续快速增长。但客运航空是一种脱碳极其困难且成本高昂的运输方式。”“如果设计时将舒适度和可靠性作为关键性能标准,高铁可以提供一种具有吸引力的、低排放的飞行替代品。”报告称,新高铁线路对温室气体排放的总体影响取决于许多因素,如乘客行为和运营活动。但国际能源署表示,一条新的高速铁路可以通过减少航空和汽车出行,“几乎立即产生净二氧化碳效益”。国际能源署说,高铁线路可以将同一航线的航空运输减少80%。下图显示了新高铁开通后,既定航线上乘客活动的平均变化情况。

高铁实施后即定航线旅客活动的平均变化。资料来源:国际能源署2019年

例如,如图所示,布鲁塞尔-伦敦“欧洲之星”的开通使这条航线的飞行里程减少了55%左右。国际能源署表示,城市轨道交通也有很大的减排前途,尽管这在不同地区之间差别很大。例如,报告补充称,地铁轨道建设的减排效果将取决于它是否吸引了本来会使用汽车的通勤者,以及它的电力供应的排放强度。货运扩张国际能源署表示,铁路货运在过去20年稳步上升,并在多数国家继续扩张。不过,国际能源署补充称,卡车等其它形式的地面货运也在以更快的速度扩张。大多数货运铁路运输的是矿物、煤炭或农产品。报告称,美国和中国各自的铁路货运活动约占全球的四分之一,俄罗斯约占五分之一。在一些国家,货运火车的运输远远超过客运铁路。例如,在美国,大约93%的列车旅程是货运而不是乘客。其中大约三分之一用于煤炭运输。国际能源署表示,铁路的单位货运能耗比卡车低90%左右,是“唯一能与卡车在陆路货运方面展开激烈竞争的运输方式”。国际能源署补充称,由于高负荷和电气化,俄罗斯和中国的货运列车是能效最高的。下图显示了与公路运输相比,新货运铁路减少排放的潜力。在“高潜力”的情况下,铁路建设排放低,列车高效低碳,列车使用率高,两年后就能看到温室气体排放的减少。然而,即便是在“低潜力”的情况下,24年后也可以看到温室气体的减少。


在高、中、低潜力情况下,新建货运列车线路的年全生命周期温室气体排放总量、减排量以及补偿前期排放所需的时间。资料来源:国际能源署2019年

铁路高速发展情景国际能源署在其报告中对2050年之前的铁路发展提出了两种情景。下表显示了这两种情景下的排放量。


在IEA的“基准”和“高铁”情景中,全生命周期的温室气体排放。资料来源:国际能源署 

2019年在“基准情景”中,对铁路没有新的重大政策制定,到2050年,铁路基础设施的年度投资将增至3300亿美元。

全球地铁和高铁的轨道长度都增长了2.5倍。

然而,到2050年,铁路在全球范围内所占的份额仅维持在汽车和航空旅行的现有份额。

在这种情况下,2050年及以后,全球交通排放将继续增加。与此同时,在“铁路高速发展”情景中,到2050年,年均投资将达到7700亿美元。

高铁的轨道长度增加了3.5倍左右,地铁轨道增加了4倍。全球铁路客运活动比基准情况高出60%。在这种情况下,重点应放在鼓励铁路旅行的决策上。首先,通过确保最大限度地使用铁路网并努力消除技术壁垒,实施政策,将铁路旅行成本降至最低。

其次,要努力实现铁路收入的最大化,比如利用铁路扩张带来的住宅和企业价值的增长。

第三、确保所有的交通类型都要为其社会和环境影响付出代价,如燃油税和拥堵费。总的来说,这些政策导致全球交通每年的温室气体排放量比基准情况低0.6GtCO2e,大约相当于韩国的年排放量。

国际能源署表示,这种“激进的、战略性的铁路部署”将使全球运输的二氧化碳排放量在本世纪30年代末达到峰值。国际能源署一位发言人告诉《碳简讯》,实现这一目标是一项“雄心勃勃,但可以实现的任务”。

他们补充说:“这将需要对直接和间接在铁路部门工作的公司进行重大战略投资,并与地方和国家政府雄心勃勃的政策行动协调起来。”

伯明翰大学伯明翰铁路研究与教育中心主任克莱夫•罗伯茨教授在回应该报告时表示,铁路行业“拥有应用新能源和数字技术的巨大潜力”。他告诉《碳简讯》:“

(国际能源署)报告发布之际,国际铁路行业需要团结起来共同制定一项战略,巩固铁路行业继续保持其能源效率的地位,确保铁路对未来的交通运输做出充分贡献。”

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