沙特阿拉伯清洁与可持续交通的电气化路径

《Energy Conversion and Management-X》：Transport electrification pathways for cleaner and sustainable mobility in Saudi Arabia

　　

沙特阿拉伯的交通运输部门以能源需求不断增长和对化石燃料的持续依赖为特征，导致日益增长的环境问题。本研究通过将一切照旧（BAU）情景与三个电气化路径进行比较，评估交通电气化对清洁交通的影响，其中交通活动在25%、50%和75%电气化情景下逐步转移至电力交通技术。采用基于情景的建模方法，评估到2045年能源需求、排放及相关环境外部性成本的变化。结果表明，在基准情景下，2023年至2045年间交通能源总需求预计将从24.9 Mtoe增加至67.8 Mtoe，而排放将从75.2百万吨二氧化碳当量（MtCO₂Eq）上升至205.7 MtCO₂Eq，环境外部性成本增加至32.047亿美元。电气化将能源需求分别降低至65.2、62.6和60.0 Mtoe，对应25%、50%和75%电气化情景。排放更显著地降低至160.7、115.7和70.7 MtCO₂Eq，环境外部性成本分别降至24.317亿、16.587亿和8.856亿美元。这些结果表明，交通电气化可以显著降低排放和环境成本，并大幅提高能源效率。然而，这一转型增加了对电力的依赖，凸显了低碳电力系统对于最大化可持续性效益的重要性。

**论文解读：沙特阿拉伯交通电气化路径的能源、排放与外部性成本综合评估**

**一、研究背景与问题**

沙特阿拉伯的交通运输部门是该国能源消耗的重要部分，且高度依赖石油基燃料。随着私家车保有量增长、物流活动扩张以及流动性需求持续上升，道路运输在客运和货运中均占据主导地位。这种以汽油和柴油为主的能源消费结构，不仅推高了国内石油消耗，还影响了以石油出口为经济支柱的国家的出口潜力和机会成本。从环境角度看，交通运输也是沙特能源相关温室气体的主要来源之一，其排放与经济增长、人口扩张和城市化进程密切相关。

沙特政府已通过“2030愿景”和“沙特绿色倡议”提出到2060年实现净零排放的目标，强调能源多样化、碳减排与可持续增长。然而，当前交通运输部门的技术结构与燃料结构若不改变，将难以支撑上述目标。全球范围内，提升车辆能效和推广替代燃料是主要减排措施，但效率改进的减排效果可能被快速增长的活动量所抵消。在此背景下，交通电气化因电动汽车技术进步、成本下降及政策支持而逐渐成为重要的减排路径。电动汽车相比传统内燃机汽车具有更高的能效和减排潜力，但其效果受电力结构影响。

尽管已有研究者探讨了沙特电动汽车采用的影响、障碍或减排优先措施，但缺乏针对沙特交通运输部门、在统一社会经济假设下评估不同电气化路径对长期能源需求、燃料转换、排放及环境外部性成本的综合情景分析。为填补这一空白，研究人员构建了一个国家级LEAP模型，纳入公路、铁路和航空运输，评估2023至2045年间多种电气化情景的能源与环境影响。

**二、研究方法概述**

本研究采用斯德哥尔摩环境研究所开发的LEAP（Long-range Energy Alternatives Planning System，长期能源替代规划系统）平台，构建沙特交通运输能源需求模型。模型覆盖公路客运与货运、铁路客运与货运以及航空客运与货运六大模块，基年（2023年）活动水平分别以车辆公里、美元产值、乘客公里和吨公里等指标表征。数据来源包括沙特统计总局（GASTAT）、沙特铁路公司、民航总局、交通与物流服务部，以及世界银行、国际货币基金组织、国际能源署和美国能源信息署等。情景设计采用LEAP插值函数，将25%、50%和75%的交通活动从内燃机技术逐步转移至电动技术。环境排放采用IPCC Tier 1默认排放因子，外部性成本系数取自已发表的估值研究。研究人员还通过单因素扰动法对人口、人均收入和交通相关GDP增长率进行敏感性分析。

**三、研究结果**

**3.1 交通能源需求总体变化**

在一切照旧（BAU）情景下，沙特交通总能源需求从2023年的24.9 Mtoe增长至2045年的67.8 Mtoe，增长近两倍。这一增长主要由人口增长、经济发展和流动性需求上升驱动。电气化情景下，总需求有所下降：25%电气化情景（EVS-25）降至65.2 Mtoe，50%电气化情景（EVS-50）降至62.6 Mtoe，75%电气化情景（EVS-75）降至60.0 Mtoe。结果显示，与BAU相比，EVS-75实现约11.5%的能源需求削减。

**3.2 燃料结构转变**

基准情景中，柴油和汽油长期主导交通能源消费，电力仅占极小份额（主要来自城市电气化铁路）。随着电气化水平提高，汽油和柴油消费量逐步下降，电力消费显著增长。到2045年，EVS-75中电力需求达到约36.8 Mtoe（427.9 TWh），取代约44.5 Mtoe的传统燃料。但航空煤油消费在各情景中几乎不变，体现出航空业难以电气化的特征。

**3.3 环境排放**

在BAU情景下，交通部门直接温室气体排放从2023年的75.2 MtCO₂Eq增至2045年的205.7 MtCO₂Eq。电气化能够显著降低排放：EVS-25、EVS-50和EVS-75在2045年的排放分别为160.7、115.7和70.7 MtCO₂Eq。值得注意的是，EVS-75的2045年排放甚至低于2023年水平，表明高比例电气化可实现在交通需求增长情况下的绝对减排。柴油车和汽油车的排放随电气化推进而下降，而航空排放几乎不受情景影响。

**3.4 环境外部性成本**

BAU情景下，环境外部性成本从2023年的12.807亿美元上升至2045年的32.047亿美元。电气化可有效降低这一成本：EVS-25、EVS-50和EVS-75在2045年分别降至24.317亿、16.587亿和8.856亿美元。其中EVS-75的成本相比BAU降低了约72%。成本下降主要得益于化石燃料燃烧减少带来的污染物和温室气体排放削减。

**3.5 敏感性分析**

对人口、人均收入和交通相关GDP增长率进行±1个百分点的扰动后发现，2045年最终能源需求在52.0至69.7 Mtoe之间变化，其中交通相关GDP对结果影响最大。温室气体排放的敏感性区间为63.8至78.9 MtCO₂Eq，外部性成本在7.86至10.08亿美元之间。所有敏感性情形下，EVS-75的2045年外部性成本均低于2023年水平，说明高电气化路径的减排效益对关键社会经济参数具有较强的稳健性。此外，将CO₂外部性成本系数减半或加倍后，2045年外部性成本仍低于基年，进一步验证了结论的稳健性。

**四、讨论与结论**

讨论部分指出，道路运输（尤其是货运和私人客运）是能源需求和排放的最大贡献者，因此是政策干预的首要领域。航空排放不受电气化情景影响，需依赖提高飞机效率、运营优化和可持续航空燃料等额外措施。铁路在总能耗中占比不足1%，但通过优化货运走廊利用可能带来附加环境效益。敏感性分析表明，社会经济增长路径会影响减排绝对量，但不会逆转高电气化情景下的减排趋势。

研究结论可归纳为：第一，在基准趋势下，沙特交通能源需求将从24.9 Mtoe增至67.8 Mtoe，排放从75.2 MtCO₂Eq增至205.7 MtCO₂Eq，外部性成本从12.807亿美元增至32.047亿美元。第二，电气化能够降低总能源需求、减少化石燃料依赖并提升电力在终端能源中的份额，其中EVS-75的2045年排放（70.7 MtCO₂Eq）略低于基年水平，显示出高电气化路径的减排潜力。第三，外部性成本随电气化水平提高而大幅下降，EVS-75相比BAU降低约72%。政策方面，应优先推动道路运输的电气化，包括提供购置激励、建设充电基础设施、设定监管目标，并辅以传统车辆的燃油经济性标准。同时需关注航空业减排，通过效率改进和替代燃料逐步降低排放。总体而言，交通电气化能够减少直接运输排放，助力沙特实现“2030愿景”下的长期可持续交通目标。

论文发表于《Energy Conversion and Management-X》。研究人员为Muhammad Shahid、Amjad Ali和Sikandar Abdul Qadir，隶属于沙特法赫德国王石油与矿产大学可持续能源系统跨学科研究中心。