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论文 精品.docx

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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论文精品

学校代码：

10254

密级：

论文编号：

上海海事大学

SHANGHAIMARITIMEUNIVERSITY

硕士学位论文

MASTERDISSERTATION

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

学科专业：

交通运输规划与管理

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），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。

尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。

对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。

作者签名：

　　　　　日　期：

指导教师签名：

　　　　　日　　期：

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，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。

作者签名：

　　　　　日　期：

学位论文原创性声明

本人郑重声明：

所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。

除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。

对本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。

本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。

作者签名：

日期：

年月日

学位论文版权使用授权书

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　　　　大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。

涉密论文按学校规定处理。

作者签名：

日期：

年月日

导师签名：

日期：

年月日

指导教师评阅书

指导教师评价：

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

□优□良□中□及格□不及格

2、学生掌握专业知识、技能的扎实程度

□优□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

□优□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

□优□良□中□及格□不及格

5、完成毕业论文（设计）期间的出勤情况

□优□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？

□优□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）？

□优□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

□优□良□中□及格□不及格

2、论文的观念是否有新意？

设计是否有创意？

□优□良□中□及格□不及格

3、论文（设计说明书）所体现的整体水平

□优□良□中□及格□不及格

建议成绩：

□优□良□中□及格□不及格

（在所选等级前的□内画“√”）

指导教师：

（签名）单位：

（盖章）

年月日

评阅教师评阅书

评阅教师评价：

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？

□优□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）？

□优□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

□优□良□中□及格□不及格

2、论文的观念是否有新意？

设计是否有创意？

□优□良□中□及格□不及格

3、论文（设计说明书）所体现的整体水平

□优□良□中□及格□不及格

建议成绩：

□优□良□中□及格□不及格

（在所选等级前的□内画“√”）

评阅教师：

（签名）单位：

（盖章）

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：

一、答辩过程

1、毕业论文（设计）的基本要点和见解的叙述情况

□优□良□中□及格□不及格

2、对答辩问题的反应、理解、表达情况

□优□良□中□及格□不及格

3、学生答辩过程中的精神状态

□优□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？

□优□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）？

□优□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

□优□良□中□及格□不及格

2、论文的观念是否有新意？

设计是否有创意？

□优□良□中□及格□不及格

3、论文（设计说明书）所体现的整体水平

□优□良□中□及格□不及格

评定成绩：

□优□良□中□及格□不及格

（在所选等级前的□内画“√”）

教研室主任（或答辩小组组长）：

（签名）

年月日

教学系意见：

系主任：

（签名）

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，传统的、以石油为主要能源投入品的粗放型交通运输业受到资源和环境的双重约束，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，解决能源和环保问题，是先进城市交通的发展方向。

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。

以上海市道路公共交通为例，借助LEAP系统模型（Long-rangeEnergyAlternativesPlanningSystem）计算分析实施交通新能源利用战略的能源需求和环境影响。

LEAP模型系统以2008年为基准年，将上海市道路公共交通系统分为地面公交、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（2010-2030年）发展的数据库结构，涵盖汽油、柴油、液化石油气（LPG）、压缩天然气（CNG）、二甲醚、氢气、电力等能源载体和CO2、CO、HC、NOx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考方案和新能源利用方案，重点对规划年（2010年、2015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，降低环境污染。

关键词：

交通新能源，LEAP模型，能源需求，污染物排放，成本经济

ABSTRACT

Withthesteadyshortageofenergy,oilpricerisingandairpollutiondeterioratingtoday,thecurrentpetroleumbasedtransportationwhichistraditionalandextensiveisunderthedualconstraintsofresourcesandtheenvironment,thisisnotinlinewithouroveralldirectionofsustainabledevelopment.Asaninternationalmetropolis,Shanghaihasahigherdemandforenergyconsumptionandmoreenvironmentalemissionswithitsincreasingvolumeoftransport.Shanghaiurbanpublictransportisoneofthemainwayspeopletravel,thedevelopmentofnewpower,environmentalprotection,newenergyandalternativeenergyfuelsinpublictransportwillhelpprotectthehealthandsustainabledevelopmentofthenationaleconomy,improvetheabilityofindependentinnovationautomotiveindustry,addressenergyandenvironmentalproblems,itisanadvancedurbantransportdevelopment.

Basedonthisground,thisdissertationanalysesthestatusandtrendsinnewenergysourcesoftransport,alsointroducestheapproachtodevelopmentofnewenergytechnologies,therelevantcharacteristics,thedevelopmentstrategyandindustrialpoliciesinthefieldofChina'stransportcleanenergy.Itsetsthreemajorindicatorsofenergyintensity,emissionintensity,costfromenergy,environmentalandeconomicaspects.ThisdissertationchoosesLEAP（Long-rangeEnergyAlternativesPlanningSystem）modelsimulatescenariosofenergyalternativeintransportationandstudyingtheenergydemandandenvironmentalimpacts.ItestablishesTransportation-Energy-EnvironmentmodelofShanghairoadpublictransportfromyear2008astheinitialyeartoyear2030.Atfirst,itisdividedintobussector,taxissectorandrailtransitsector.Modelcoversenergyresourcesofgasoline,diesel,LPG,CNG,DME,hydrogen,electricityandemissionfactorsofCO2,CO,HC,NOxandPM.Andfurthermore,modelparametersarecreatedbyanalyzingdrivingfactorssuchassocio-economicfactors（GDP,population）,transportdemandvolume,vehiclesandsoon.ReferenceplanandnewenergyplanaredesignedaccordingtotherelevantplanningandpolicyinShanghai.Compareenergyconsumptionandpollutantemissionsofplanningyears（2010,2015,2020and2030）underthetwoscenarios.Finally,thedissertationgivesadviceaboutimplementingtransportenergystrategyofChinaanddevelopingofShanghai'spublictransportfromtheviewofenergyalternative.

Theresultsshowthat,fromtheend-uselevel,differentenergytechnologieshavedifferentenergyconsumptionintensityandemissionintensity,electricvehicleshavesignificantadvantagesinboth.Fromthelife-cyclecostsofvehicleowners,inadditiontohydrogenfuelcell,otherenergy-typicalvehiclesareequalorlowerthanconventionalvehicles.Theapplicationofnewenergytransportationisfeasibleandhelpseasetheoilpressure,reduceenvironmentalpollution.

XuRongrong（TransportationPalnningandManagement）

DirectedbyProfessorHouRonghua

KEYWORDS：

Transportnewenergy,LEAPmodel,Energydemand,Environmentalemissions,Cost

目录

1引言1

1.1研究背景与意义1

1.1.1研究背景1

1.1.2研究目的与意义2

1.2研究方法与主要内容3

1.2.1研究方法3

1.2.2研究内容3

1.3国内外相关研究现状4

1.3.1理论研究现状4

1.3.2LEAP模型研究现状5

2国内外交通新能源利用与发展现状7

2.1发展交通新能源的必要性与可行性7

2.2交通新能源技术发展途径8

2.2.1直接燃料发展途径10

2.2.2间接燃料发展途径12

2.3我国交通新能源的发展战略与政策13

2.3.1发展战略13

2.3.2产业政策14

3交通能源需求与环境影响分析17

3.1交通新能源应用的比较指标17

3.1.1能源消耗强度17

3.1.2污染物排放强度17

3.1.3成本经济性18

3.2交通能源需求的影响因素分析18

3.2.1宏观社会经济19

3.2.2能源短缺与能源价格19

3.2.3能源利用效率水平20

3.2.4运输量与机动车保有量20

3.2.5政策因素20

3.3LEAP模型在能源需求与环境影响分析的应用21

3.3.1LEAP模型的结构21

3.3.2能源需求量模型算法22

3.3.3污染物排放量模型算法23

3.3.4LEAP模型的比较方案设计23

4LEAP模型在上海市公共交通新能源分析的应用25

4.1上海市城市公共交通现状分析25

4.1.1上海市公共交通发展现状25

4.1.2上海市公共交通能源消耗现状28

4.1.3上海市公共交通新能源利用现状28

4.2LEAP模型系统构建29

4.2.1数据库结构30

4.2.2参数设置30

4.3LEAP模型的比较方案设计34

4.3.1参考方案设计34

4.3.2新能源方案设计35

5上海市公共交通新能源应用的计算分析37

5.1能源需求分析37

5.1.1能源消耗强度分析37

5.1.2能源需求量分析38

5.2环境影响分析41

5.2.1污染物排放强度分析41

5.2.2污染物排放量分析42

5.3成本经济性分析46

5.3.1新能源公共汽车成本经济性分析46

5.3.2新能源出租车辆成本经济性分析50

6结论与建议52

6.1结论52

6.2建议52

6.3本文创新与不足53

致谢55

参考文献56

附录59

1引言

1.1研究背景与意义

1.1.1研究背景

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，石油市场的不稳定，以及我国石油需求量迅速增加，导致我国进口量猛增，1993年我国已从石油出口国变为进口国。

根据国研中心的研究报告，预计到2020年，每年将有约2.5亿吨石油缺口，中国能源安全问题已成为国家十分棘手和亟待解决的问题。

当今，交通领域的能源消费比30年前翻了一倍，其排放的污染物和温室气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，占全国石油消耗量的40%左右，其中大约95%的汽油，60%的柴油和80%的煤油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，致使交通工具的石油需求占石油总消耗量的比例呈逐年增长的趋势。

根据有关部门的预测，2010年、2020年和2030年汽车的燃料需求分别为1.3亿吨、2.3亿吨和3.7亿吨，分别为当年全国石油总需求的43%、57%和70%[2]。

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，我国机动车尾气排放在城市大气污染中的分担率达到了79%左右。

据统计，上海市机动车排放的一氧化碳、碳氢化合物、氮氧化物已分别占总排污负荷的86％、90％和56％，而北京市的相应比例为63%、73%、28%。

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。

低碳交通运输是低碳经济的主要组成部分，是一种以高能效、低能耗、低污染、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公共运输系统最终减少以传统化石能源为代表的高碳能源的高强度消耗[3]。

可持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度不超过其相应的可再生替代能源的再生速度[4]。

无论是低碳交通系统的发展还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持续发展的一项重要战略，是确保能源、经济、环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低碳化的重要途径[5]。

目前新能源汽车主要包括混合动力汽车、纯电动汽车、氢能和燃料电池汽车、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方式。

1.1.2研究目的与意义

1.研究目的

本文利用LEAP模型对上海市城市公共交通新能源应用进行研究，进行能源需求、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。

2.研究意义

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“十一五”规划，目前我国替代能源占整个能源消耗的7%，2010年将达到10%，2020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，保障国家能源安全。

我国对交通运输能源的需求不断上升，引起的环境问题越来越严重，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的依赖，提高运输效率、开发使用清洁替代燃料。

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的。

1.2研究方法与主要内容

1.2.1研究方法

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，选择合适的模型对本文的探讨与研究至关重要，本文采用LEAP模型的方法。

LEAP模型即长期能源可选择规划系统模型（Long-rangeEnergyAlternativesPlanningSystem）。

它是由瑞典斯德哥尔摩环境研究所及美国波士顿大学（（SEI-Boston）共同研究开发的一个自下而上的计量经济模型。

LEAP模型是以能源需求、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