交通电气化是否有助于减少交通运输行业的二氧化碳排放？一项研究了动态电力碳排放因子的研究

《Research in Transportation Economics》：Did transportation electrification help to reduce transportation sector CO 2 emissions? A study considering the dynamic electricity carbon emission factor

交通运输电气化对碳减排的贡献机制及空间特征研究，运用Kaya恒等式和LMDI模型分析2004-2022年中国七大电网区域数据，发现电气化率从早期稳定增至2022年12.35%，但碳减排量（9.94 Mt）主要由电力替代驱动，空间呈现“北高南低”集群特征，多数省份因忽视电网脱碳与能效提升导致减排未达预期。

　　

刘桂文|王佳|徐鹏鹏|陈润东|姚浩娜

重庆大学管理科学与房地产学院，中国重庆，40004

摘要

交通电气化是实现碳中和目标的关键策略。然而，交通电气化对碳排放（CRE）的贡献程度取决于电网的脱碳程度。本研究采用Kaya恒等式、对数平均分解指数（LMDI）模型和Moran指数，分析了2004年至2022年中国七个电网区域的碳排放及其空间聚集特征，涵盖了30个省份的数据。结果表明，交通电气化率（EE）在初期保持稳定，但2016年后逐渐增加，到2022年达到12.35%。交通电气化主要通过三个方面影响碳排放：电力替代、电力脱碳和能效提升。2004年至2022年间，交通电气化导致额外增加了9.94百万吨的碳排放，其中电力替代效应是主要贡献因素。大多数省份尚未通过交通电气化实现碳排放减少。这一结果主要是由于这些省份更注重交通电气化的数量（快速增加的EE），而非其质量（电网脱碳滞后）。此外，从空间分布来看，碳排放呈现“北部高、南部低”的明显模式，表明存在空间聚集现象。本研究为推进交通电气化战略提供了宝贵的见解。

引言

人类活动是全球变暖的主要驱动因素（Wilberforce等人，2021年），减少碳排放已成为国际共识。在中国，交通运输部门约占总碳排放的10%，并且增长迅速（Gu等人，2024年），因此在该领域减少碳排放迫在眉睫。随着可再生能源技术的发展，电气化被视为实现深度脱碳的核心要素（Torkey等人，2024年；Qiu等人，2024年；Yuan等人，2021年）。中国提出通过推广电动汽车的使用、为停泊船舶提供岸电、电动货物搬运，以及实施机场车辆和设备的“油电转换”项目，进一步推进交通运输部门的电气化（国家发展和改革委员会，2016年）。因此，电气化是实现交通运输部门净零排放、推进中国低碳能源转型和碳中和目标的关键策略（Yuan等人，2021年）。

然而，加速电力替代以减少碳排放的有效性主要取决于电力部门的脱碳水平（Chen等人，2024年；W. Peng等人，2018年）。当电力部门的脱碳目标实现，且电力系统主要依赖清洁能源发电时，终端使用部门的电气化将有效减少煤炭和石油产品的直接消耗。相反，如果电气化增加的电力消耗是由高碳强度的发电方式提供的，那么电气化的碳减排效益将被显著抵消（Hofmann等人，2016年）。目前，中国电力生产的平均碳排放因子高于化石燃料（Chen等人，2024年；中国建筑节能协会，2019年），这意味着相同的热值下，电力消耗产生的碳排放更多。因此，全面推动交通电气化并非简单的解决方案（Z. Wang等人，2023年）。

此外，中国的电力系统由多个区域电网组成。由于资源禀赋的不同，这些电网在清洁能源潜力上存在差异，因此其能源结构的脱碳潜力也存在显著差异。鉴于各电网区域的脱碳进度不同，根据当地条件制定差异化的交通电气化策略可能更符合减排目标。

总之，推进交通电气化需要考虑交通运输部门和电力系统的脱碳。制定针对特定地区的、协调良好的交通电气化实施计划对于实现碳峰值和中和目标至关重要。制定此类计划依赖于对交通电气化对碳排放减少贡献的可靠评估。目前，现有研究依赖于固定的电力碳排放因子，忽略了电力碳强度的异质性。此外，由于缺乏评估交通电气化对碳排放影响的机制，关于交通电气化历史进展的研究仍然不足，尤其是在电网和省级层面。这些限制将在第2节中进一步解释。本研究探讨了以下关键问题：（1）如何阐明交通电气化与碳排放之间的联系机制，并量化与评估碳排放（CRE）？（2）交通电气化是否成功实现了碳排放减少，其CRE是否表现出时空异质性？

因此，本研究建立了交通电气化的分析框架和碳排放评估模型。利用该模型，客观量化了中国七个主要电网区域的碳排放。首先，基于终端使用部门的能源转型理论，提出了交通电气化的理论分析框架。该框架定性分析了交通电气化促进碳排放减少的驱动机制。其次，利用Kaya恒等式和LMDI方法开发了碳排放评估模型。该模型考虑了交通收入、货运强度、产业结构、人口规模、人均财富和交通周转量等因素。第三，评估了2004年至2022年中国各电网区域的碳排放。最后，使用Moran I指数分析了碳排放的空间关系。

本研究的贡献如下：首先，在理论上，本文提出了基于能源转型理论的交通运输电气化分析框架，揭示了技术经济、社会技术和政治行动系统如何影响脱碳效果。该框架建立了“交通电气化”与“碳排放变化”之间的联系。其次，在方法上，构建了考虑30种能源类型和电力及热能动态碳排放因子的定量模型。最后，本文首次系统地、定量评估了2004年至2022年的交通电气化水平和碳排放，并揭示了碳排放的空间聚集特征。

章节摘录

交通运输部门的碳核算

现有研究中存在三种核算交通运输部门碳排放的方法（W. Zhang等人，2024年）。第一种是“自上而下”的方法，也称为终端使用消费法。这种方法在特定地区或行业中得到了广泛应用（Gu等人，2024年）。第二种是“自下而上”的方法，该方法依赖于车辆类型、车队规模、行驶距离和各种交通方式的单位距离能耗等数据。

电气化脱碳分析框架

基于Cherp等人（2018年）提出的能源转型分析框架，本研究开发了一个评估电气化脱碳效果的分析框架（图1）。该框架包括以下方面：（1）技术经济系统，包括与能源生产和消费相关的能源提取、转换和利用过程中的能量流动（Cherp等人，2018年）。该系统强调了能源

研究范围

研究样本涵盖2004年至2022年的30个省级区域。自2004年以来，中国系统地推出了可再生能源政策。2005年《可再生能源法》颁布后，地方政府开始根据地区需求实施多样化的可再生能源政策（Chai等人，2023年）。因此，选择2004年作为研究起点，正值中国重要可再生能源政策启动的时期。

国家或电网区域层面的时间演变

图5a展示了2004年至2022年中国不同地区的电气化率（EE）时间趋势。（1）在国家层面，EE值呈现出“先稳定后增长”的趋势。具体而言，2005年略有下降后，EE保持稳定在约7.86%的水平。这一现象可能与能源供应结构稳定和电气化政策实施有限等因素有关。自2016年以来，EE显著上升

交通电气化与碳排放减少

历史贡献的评估表明，交通电气化取得了显著进展。具体来说，如果不包括私家车，2022年的电气化率达到12.35%。值得注意的是，这一数字与中国能源基金会2019年报告的4%的电气化率不同（Yu等人，2022年，第25-30页）。这种差异主要源于定义上的差异。能源基金会的电气化率衡量的是

结论

基于Cherp等人（2018年）的能源转型分析框架，本研究开发了一个考虑动态电力和热能碳排放因子的分析框架。该框架用于评估交通电气化的脱碳效果，并阐明其促进碳排放减少的机制。此外，使用Kaya恒等式和

CRediT作者贡献声明

刘桂文：项目管理和资金筹集。王佳：撰写——初稿、可视化、资源协调、数据管理。徐鹏鹏：撰写——审稿与编辑、资金筹集、概念构思。陈润东：方法论、概念构思。姚浩娜：撰写——审稿与编辑、资源协调、概念构思。

利益冲突声明

作者声明没有已知的利益冲突或个人关系可能影响本文的研究工作。

致谢

我们感谢编辑和匿名审稿人对我们手稿提出的建设性意见和宝贵建议。本研究得到了重庆自然科学基金（资助编号：CSTB2024NSCQ-MSX1107）的支持。