基于运输模式转移的货运碳减排研究综述

　　摘要:交通运输业是全球碳排放的主要来源之一,推进绿色交通是实现可持续发展的必要条件.随着现代物流业的高速发展,专门针对货物运输碳减排的研究日益增多.货运模式主要包括公路运输、水路运输、铁路运输、航空运输及多式联运,我国已明确提出减少公路运输量,增加铁路运输量,大力发展多式联运的政策.鉴于此,针对基于运输模式转移的货运碳减排研究进行综述.首先,从减少运输冗余、提高能源效率、发展清洁能源、向低碳排放强度运输方式的模式转移等方面简要介绍货运碳减排策略.然后,重点介绍货物运输模式转移促进策略,此领域的研究关注于运输方式选择、转移方式、以及政策制定.针对货物运输方式选择,主要介绍托运人的运输方式选择行为以及建模方法.针对转移方式,提出从公路货运向铁路货运与多式联运的模式转移促进策略.针对国家宏观政策制定,梳理并总结基础设施投资、财政及监管措施的应用与研究现状.最后,对基于运输模式转移的货运碳减排研究领域的未来研究方向给出建议.

　　关键词:碳减排;模式转移;铁路货运;多式联运;政策

　　国际能源署2018年报告显示,交通运输活动产生的碳排放占据与能源相关的总碳排放的24%,是继发电和供热之后所占比重最大的行业,且其中仅公路运输一项就达到18%[1].全球经济发展导致运输需求增加,公路运输的能源需求持续攀升,预计从2015年到2050年将增长33%[2].传统的运输问题主要是从收益最大化的角度进行优化,随着可持续发展意识的提高,绿色低碳将成为运输规划与管理中不可或缺的一部分.

　　在节能减排的研究中,交通运输减排是热点问题.但很少有研究进一步分析客货运活动,且货运经常被忽视.随着经济全球化,货运业的碳排放问题日益突出:货运量的增长比客流量的增长更为强劲且这种趋势很可能持续下去[3],运输服务多样化且运输规模日益加大[4].因此交通运输业的可持续发展必须考虑将货运对环境的影响降到最低.货运活动是由复杂且相互关联的生产、贸易和消费驱动的,是供应链中最重要且成本最高的活动之一,是不同供应链合作伙伴之间的连接纽带.货运比客运涉及更多的利益相关者,因此对其脱碳也比客运更复杂[5].

　　当前针对可持续货运的研究日益增多,这对减少二氧化碳排放和发展可持续交通运输具有重要意义[6].本文作者综述了货运碳减排策略研究(特别是其中的模式转移策略)已经取得的研究成果、存在的问题以及新的发展趋势.可以为后续研究者针对此领域研究提出前沿性科学问题提供重要参考.

　　1货运碳减排策略

　　已有的货运系统碳减排策略研究可分为三类,即减少不合理的运输、利用技术手段提高能源效率和发展清洁能源、从高碳排放强度运输方式向低碳排放强度运输方式的模式转移,即AIS(Avoid-Improve-Shift)策略[7].

　　1.1减少不合理的运输

　　通过提高运输效率来减少运力冗余是被广泛考虑的减少不合理的运输的方法,这不仅可以减少运输排放,也可以降低运输成本以及提高运输利润.文献[8]对公路货运为减少温室气体排放与能耗而进行的系统性提升进行了详细全面的说明,包含运输路线优化,车辆利用率的提升,驾驶员培训等等.

　　国内学者针对公路低碳物流的研究主要从运输车辆路径优化、物流网络优化等角度展开[9].减少不必要的运输的另一个要点是减少货运需求,货运需求的增长和经济增长密切相关[10].这种强相关关系的存在将使得通过降低货运需求来减少碳排放难以实现,因为与经济增长同步的货运需求的持续增长可能会超过减排措施,除非运输需求与经济发展强劲脱钩.随着产业结构调整,服务业在国内生产总值中所占份额扩大,这可能会使经济增长速度高于运输需求增长速度[11].

　　然而,尽管货运需求可能会由于经济的非物质化,货物装载和采购得到进一步优化等原因而部分与经济增长脱钩,但迄今为止,考虑到全球化、外包和生产业务细分等普遍趋势,在全球范围内并没有足够的证据表明货运需求与经济增长将最终脱钩,尤其是公路货运活动与经济增长之间的脱钩极为困难[6].文献[12]应用地理加权回归模型研究了我国286个城市货运碳排放的时空变化规律,结论表示随着我国经济发展和人口增长,货运需求仍会持续上升.在许多行业,供应链模式会直接影响货运需求.例如,在汽车工业中实施新的生产和采购原则通常需要在供应链中增加额外环节,进而现有物流也需要重新组织,直接导致货运需求的变化.

　　供应链管理的结构性变革或是降低货运需求的有效策略[13],它将导致供应链中生产地点和消费地点的改变、对所消费商品需求的变化、以及新的生产技术的发展.但目前供应链管理的许多新趋势,如准时化生产、库存集中化、全球化贸易和采购导致了运输需求的增加,而不是减少[14].有研究认为,从供应链的角度来看,刺激本地化生产是减少运输需求的有效方式,如将制造业转移到更靠近市场的地方进行零部件生产和组装,从而减少交货时间和运输距离[15].但这种方式面临着规模经济、制造速度和质量控制的问题.

　　1.2提高能源效率和发展清洁能源

　　技术进步是推动减少碳排放的核心手段之一.广义而言,能源需求不变的情况下,提高能源效率可以减少运输工具的能源使用和温室气体排放.然而,回弹效应的存在会降低通过提高能源效率来减少能源消耗政策的有效性.回弹效应的概念源于杰文斯悖论,指能源效率提高而能源消耗反而增加的现象[16].

　　部分原因可解释为能源效率的提高意味着服务费用的相对减少,进而导致能源需求增加.文献[17]指出,燃油效率的提高降低了货物运输的成本,导致运输需求、运输距离和运输频率的增加.这意味着,因能源效率的提高使得燃料消耗减少的幅度可能低于预期.文献[18]测算了2002—2016年我国30个省市公路交通长期和短期能源回弹效应,结果表明以能源服务对燃料价格的弹性作为能源回弹效应的度量指标时,能源回弹效应的空间溢出效应作用显著.忽视回弹效应可能会导致夸大能效政策措施的益处,进而导致诸如将公共资金过度分配给无效的环境和能源政策的情况.

　　2货物运输方式选择要实现运输模式转移,本质上是需要改变托运人或承运人的运输方式选择.站在承运人角度的研究主要集中于多式联运网络,一般将运输方式选择作为决策变量,以减少运输成本和时间[31],降低运输风险[32],减少碳排放[33]等为优化目标来进行运筹优化.

　　3模式转移一:从公路货运向铁路货运根据文献[45]的研究,实现公路货运向铁路货运的模式转移需要解决三项问题:①铁路货运如何制定与公路货运相比有竞争力的价格;②铁路货运如何提供高质量的服务;③铁路货运如何满足因模式转移而增长的需求.

　　3.1灵活制定运价铁路货运竞争性定价目前已有广泛的研究,博弈论[46]和双层规划模型[47]是此领域常用的研究方法.文献[48]基于博弈理论分析公路与铁路的竞争行为研究表明,在产品可替代性强的情况下,在双方均不改善服务质量、只进行价格竞争时可以达到纳什均衡.而在产品可替代性弱的情况下,纳什均衡则在双方均改善服务质量的情况下达到.可见铁路运营商针对不同的细分市场需要差异化使用价格策略和服务质量策略.

　　了解竞争对手的价格对于实现竞争性定价是必要的[49],但这通常会受到数据保密性的限制.降低运营成本可以使铁路有能力向客户提供有竞争力的价格.运输成本主要取决于所使用的生产过程和该生产过程的运营效率的结合,因此,运价制定与运输组织应当集成优化[50].另外,货物运输的外部成本在运输成本中没有得到充分的体现,这些外部成本应通过实际的定价政策计为费用,以实现可持续的货运系统[51].

　　4模式转移二:从公路货运向多式联运多式联运具体包含公铁联运、公水联运、铁水联运等运输组织模式,对节能减排、降本提质具有重要作用.2018年我国国务院办公厅印发的《推进运输结构调整三年行动计划》中明确提出多式联运提速行动[28].

　　4.1运输组织优化

　　多式联运的运输组织优化问题可从战略层、战术层、运营层三方面展开.战略层的优化问题主要是物理网络设计,即对联运货场的选址、布局等进行优化;战术层的优化问题主要是服务网络设计,在战术层对服务网络进行设计时考虑系统的可靠性和灵活性有利于运营层的优化;运营层是对战术层规划的具体执行,属于微观层面的优化,如资源配置和计划调整[74].

　　文献[75]撰写了关于多式联运规划问题的文献综述,此处不再赘述.多式联运优化问题规模巨大复杂,求解耗时,尤其是运营层的问题.深入研究问题的结构和设计更智能的求解算法,才能在更短的计算时间内得出良好的解决方案.转运是多式联运中不可忽视的一环,尤其在对时间敏感产品的按时交付中非常关键,通过更好的协作和集成可以显著提高多式联运系统性能[76].文献[77]表明多式联运网络的设计对网络参数非常敏感,尤其是对联运中各运输方式的成本以及转运成本敏感,更好地了解多式联运链的成本结构是得到有效的模式转移政策措施的重要方式.多式联运服务水平受到承运商合作关系的影响.例如承运商对货物及时状态的了解可以使其对运输活动中的意外情况做出迅速响应,从而及时规划转运,提高运输效率.

　　4.2促进同步运输

　　在最近的研究中,同步运输(Synchromodaltransportation)这一概念兴起,被视为多式联运的最新发展.关于同步运输的研究目前大多停留在定性阶段.文献[78]是最新的对同步运输进行综述的文献,同步运输涉及两种或多种运输方式的结构化、高效率和同步的组合.通过同步运输,承运商可以根据运营情况及客户要求,随时自主切换最佳的运输方式.同步运输的特点是实时信息,灵活性,合作与协调[79].

　　有了实时信息,就可以采取有效的重计划程序对意外事件做出及时反应.灵活性通常与客户放宽对货运的某些限制,同时给物流供应商更大的自由度有关.例如,无模式预订意味着客户不选择运输方式和路线.这样,物流供应商可以优化可用容量,并在发生中断时通过自动切换模式或优先安排装运来做出有效反应.利益相关者之间的合作与协调对于构建弹性网络和更好的信息可见性至关重要.

　　5政策措施

　　政府可以通过基础设施投资、财政措施、监管措施进一步促进运输模式转移[26].

　　5.1基础设施投资

　　良好的交通基础设施是促进运输模式向环境友好型转变的有力方式.交通基础设施投资可以增加铁路和水运运力,增强多式联运能力,使运输网络能力得到更好的利用以及提高服务质量.在非洲,因现存的铁路基础设施没有得到足够的资金支持,导致从铁路到公路的巨大逆向模式转变[13].印度政府已经启动了大型多式联运基础设施建设项目,试图建设货运专用通道,扩大铁路运力[85].政策措施应根据地区经济发展做出调整,如我国模式转移面临的挑战不仅来自技术问题,而且来自不同地区社会经济的差异,这反过来要求实施面向地方的政策.文献[86]针对这种情况提出了一种区域性方法,即较富裕的东部地区可以尝试征收燃油税等措施,而西部地区应重点关注基础设施建设.

　　为达到特定的模式转移目标,确定交通基础设施投资最优规模是必要的.文献[87]给出了有关运输使用能源投资的现有研究,以用于提高能源效率和发展清洁能源等.文献[88]量化了2015年至2080年期间全球范围内在高碳和低碳模式下的交通基础设施投资需求,考虑了公路、铁路轨道、BRT(BusRapidTransit)车道、高速铁路和机场,并使用了敏感性分析确定了低碳情景中投资的决定因素.结论表明,铁路利用率和公路建设成本是所有区域投资的决定性因素,与高碳途径相比,低碳情景下的全球累计投资需求有所减少.

　　5.2财政措施

　　政府可以通过对承运人进行补贴与对托运人进行补贴两种方式来促进模式转移.在“一带一路”的背景下,对铁路运输的相关补贴可以降低运输成本,从而吸引托运人从海运转向铁路运输[89].然而,激励托运人从海运转向铁路运输的理想补贴仍是未知的.从长远来看,政府持续提供此类补贴可能并不经济.因此,设计和评估合理的补贴机制对吸引更多的货运需求和实现政府的财政可持续性是必要的.

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　　6结论

　　1)在实现货运碳减排的AIS策略中,因运输需求和经济发展密切相关,通过减少运输需求来实现货运脱碳难以完成.回弹效应的存在使得通过提高能源效率来降低碳排放并没有达到预期效果,且目前清洁能源的发展存在瓶颈,对基础设施的要求较高.欧盟、中国均在实施运输模式向环境友好型转变的相关政策,但是要达到预期的模式转移目标仍面临很大困难.

　　2)在政府大力推进运输模式转移的背景下,碳排放强度较低的铁路运输应以提高运输质量(经济性、时效性、方便性、可靠性等)为重点提升竞争力,积极发展多式联运,大力发展“门到门”物流服务,以市场需求为导向制定运价,设计多样化和个性化运输产品和服务.多式联运的发展需要各运输方式的有效衔接及良好的转运效率,为此可大力发展同步运输.同步运输的研究仍处在定性阶段,对运输过程中的实时信息、灵活性、合作与协调有较高要求,要发展同步运输需要将ICT技术有效应用到运输中来.

　　参考文献(References):

　　[1]InternationalEnergyAgency.CO2emissionsfromfuelcombustionhighlights2018[EB/OL].(2018-12-14)[2020-06-01].https://webstore.iea.org/co2-emissionsfrom-fuel-combustion-2018-highlights.

　　[2]FREYHC.Trendsinonroadtransportationenergyandemissions[J].JournaloftheAir&WasteManagementAssociation,2018,68(6):514-563.

　　[3]IntergovernmentalPanelonClimateChange.Climatechange2014:mitigationofclimatechange[R].Geneva:IPCC,2014.

　　[4]TAVASSZYL.Predictingtheeffectsoflogisticsinnovationsonfreightsystems:directionsforresearch[J].TransportPolicy,2020,86:A1-A6.

　　作者：李琳a,b,c,张小强a,b,c

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