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20180530 低碳化公路貨運的可能與發展
- 2. 懂能源團隊 2 大綱 前言 能源系統角色 市場與政策 低碳化的機會與挑戰 公路貨運未來情境分析 我國公路貨運 小結
- 3. 懂能源團隊 前言 3 整體運輸部門 年均成長1.9%(2000-15) 過去能耗與排碳成長快速 52百萬桶/天、50%(2015) 78億噸、22% (2015) 公路貨運 17百萬桶/天、相當工業(2015) 26億噸、7% (2015)
- 4. 懂能源團隊 前言 未來能耗仍有力道成長 • 已開發國家，客運已趨緩或下降，但公路貨運卻在增加 • 開發中或新興國家，客運雖持續增加，但近十年貨運增 加大於客運(如印度)。另預期中國在未來五年內，貨運成 長速度將超過客運。 政策關注度 • 雖然從能源使用量與CO2排放量來看，貨運的地位日趨 重要，對於貨運的政策關注度仍比不上客運。 • 在沒有額外的政策努力下，預期未來公路貨運將會是全 球石油需求增加與CO2排放量增加的主要因素。 4
- 6. 懂能源團隊 公路貨運的能源耗用 車輛種類 • 依車輛載重量(Gross Vehicle Weight) ▪ 重型貨車Heavy-freight trucks,HFTs，超過15噸 ▪ 中型貨車Medium-freight trucks,MFTs，介於3.5噸到15噸 ▪ 輕型車輛Light commercial vehicles (LCVs)，小於3.5噸 燃料別 • 以柴油為大宗，2015年佔84%，約14mb/d，自2000年 以來柴油總增加量的80%都是因為公路貨運。 • 而汽油次之，用於LCVs；約2.6mb/d。 • 生質燃料約2.2%(其中生質柴油1.6%，生質酒精0.6%，沼氣小於0.01%) • 天然氣占比1.2%，主要是使用CNG與LNG的車輛。 6
- 7. 懂能源團隊 公路貨運的能源耗用 國家別 7 資料來源：IEA(2017), The Future of Trucks Implications for Energy and the Environment
- 9. 懂能源團隊 公路貨運的能源耗用 9 國家別 • 歐盟約每天2.1百萬桶，佔 13%，特別的是以柴油為主 • 中國總量與歐盟相近，但不 同的是汽油佔了10%
- 10. 懂能源團隊 公路貨運的能源耗用 10 國家別 • 印度則是所有國家中成長速度最快的，自2000年以來增 加了3倍之多，2015年約每天0.8百萬桶，幾乎全是柴油 • 巴西自2000年以來約增加兩倍，2015年約每天0.7百萬 桶，柴油占比95%
- 11. 懂能源團隊 公路貨運的排放與空污問題 大量使用石油製品造成排放量較高 過去排放趨勢與石油需求同步成長 11 註：新興經濟體意指經濟迅速發展並變得越來越重要，而發展中國家正在努力，仍然需要世界各國的協助。 26億噸CO2 公路貨運 總貨運 = 𝟕𝟓% 公路貨運 公路運輸 = 𝟒𝟎% 公路貨運 運輸部門 = 𝟑𝟑% 公路貨運 全球總量 = 𝟕% 年均成長2.8% (2000-15) 2000 2015 26 17 新興經濟體(90%) 中國(25%)
- 12. 懂能源團隊 公路貨運的排放與空污問題 區域間差異 • 工業化國家公路貨運是運輸部門排放增加的主因 • 美國公路貨運排放量增加0.5億噸，抵銷客運所降低的， 此增長趨勢與減少燃料燃燒CO2的努力形成鮮明對比(同 時期減少約6.5億噸) • 而發展中國家為了經濟發展，排放量增加，所增加的排 放量約40%來自公路貨運，8%來自整體的燃料燃燒排放 車輛類型差異 • 增加量主要來自重型貨車HFTs，約6億噸，佔65%；中 型貨車MFTs約3億噸，佔33%，主因為商品貿易與長距 離運輸為經濟成長助力。 12
- 13. 懂能源團隊 公路貨運的排放與空污問題 空污問題 • 人體容易直接暴露於公路運輸所排放的PM2.5，所以對 於人體健康影響很大；由於柴油有含硫量標準，使得排 放量很低，約佔4%。 • 貨車上以柴油為動力來源的冷凍冷藏設備是沒有相關法 規規定(如歐盟)，後續值得關注。 13 整體運輸部門1 NOx>50% SOx 13% PM2.5 7% 公路貨運2 NOx>33% SOx 4% PM2.5~50% 註1：運輸部門排放量佔總排放量之比例；註2：公路貨運排放量佔運輸部門之比例
- 14. 懂能源團隊 公路貨運的驅動因子 公路貨運活動量：延噸公里tonne-kilometres (tkm) GDP成長為重要驅動因子 • 另外，將人均GDP與人均延噸公里進行迴歸分析，結果 發現彈性值為1.07，也就是當人均GDP增加1%，人均延 噸公里將增加1.07%。 14 資料來源：IEA(2017), The Future of Trucks Implications for Energy and the Environment
- 15. 懂能源團隊 公路貨運的驅動因子 與GDP脫鉤這件事呢？ • 第一個想到的是高所得國家、已開發國家 • 並沒有發現很強烈的證據來證明有脫鉤的情況 15 國家 GDP 公路貨運 結果 日本 經濟不景氣 物流營運方式改善， 使得公路貨運量減少 難以判斷 歐盟 GDP持續成長 (法、德) 延噸公里停滯或下降 但由於GDP成長率數字很小，延噸公 里停滯或下降時間很短，難以判斷 英國 GDP成長 (1997-2004) 公路貨運持平 根據相關研究可能是公路貨運佔總運 輸比例下降(運具移轉)，價格提高等， 另外還有產業結構調整(就是經濟發展 移轉至服務業) 美國 GDP成長 延噸公里下降 產業結構調整(就是經濟發展移轉至服 務業) 西班牙 GDP成長 營運改善與物流管理 不明顯，難以判斷
- 17. 懂能源團隊 市場失靈 使市場無法達到完全競爭、供需理想狀態 • 經營者不是使用最有效率的貨車 ▪ 燃料成本佔經營成本比重很高，英國與美國約佔20-30%，在中 國可能到40-50%或更高。因此在競爭市場下，經營者為了利潤 極大，應該使用效率最高的貨車。 • 原因如下： ▪ 回收期差異，因為燃料價格不穩定，造成回收期與預期有 所不同 ▪ 資訊不對稱：經營者無法取得全部資訊 ▪ 誘因不一致：出資者與經營者或駕駛無法享有同樣好處 ▪ 現金不足或是預算限制 ▪ 抉擇：是要改善能效，還是其他公司經營的問題 17
- 18. 懂能源團隊 因應政策與案例 解決市場失靈政策措施與例子 18 類別 政策措施 案例 回收期 差異 1.燃油效率標準迫使購買高效率貨車 2.回收期較長者提供減稅等財政措施 3.報廢獎助降低更換舊有車隊成本 燃油效率標準：加、中、日、美； California Clean Air Action Plan； 中國『舊換新』計畫(2010年)、印度的現代化車 隊計畫(規劃中） 資訊 不對稱 1.建置資訊交換平台 2.宣導新技術發展 3.獨立認證制度 美國EPA智能道路運輸夥伴關係(SmartWay Transport Partnership)；綠色貨運亞洲網路 (Green Freight Asia Network)；SWTP提供認 證機制 誘因 不一致 1.標準化程序降低對於司機影響油耗 2.提供回饋機制資訊給司機 3.提供降低油耗訓練課程與省油獎勵 荷蘭皇家殼牌石油公司提供FuelSave Challenge Partner system與GreenRoad’s real-time fuel consumption feedback system 預算 限制 1.補貼、減稅等財政措施 2.與國際車廠合作共同開發 日本購車補貼計畫；德州天然氣汽車補助計畫； 墨西哥既有設備排放標準與報廢計畫 選擇性 1.調整貨車最大重量與燃油效率標準 2.透過認證鼓勵效率提昇 澳洲基礎績效標準認證Performance-Based Standards (PBS)與車載資通系統Intelligent Access Program；SWTP提供認證機制
- 20. 懂能源團隊 低碳化的機會與挑戰 過去能耗與排放量在經濟成長下持續成長 提出三個可減少能耗與降低排放的方向 • 整體系統改進：改善大型公路貨運系統或營運方式，來 透過降低活動量 • 車輛燃油效率改善：個別車輛燃油效率提昇 • 替代燃料使用：從傳統石油產品改成使用如天然氣、生 質燃料、電力或氫能。 另外由貨車改由軌道或是內陸海運的運具移轉方式 也可降低，但前提是要有適合的產品跟必要的基礎 設施。 20
- 21. 懂能源團隊 整體系統改進 都市整合中心 無人飛行載具 低碳化的機會與挑戰 21 高 中 低 5% 10% 15% 20% 整 體 降 低 幅 度 自 動 化 貨 車 實 體 網 際 網 路 Crowdshipping 群眾運送 Co-modality 協同模式 Co-loading 相互拋貨 高 承 載 量 車 輛 車 輛 利 用 率 回 頭 車 物 流 隊列行駛 Platooning 最後一哩 效率 retiming deliveries 駕 駛 教 育 訓 練 排 程
- 22. 懂能源團隊 整體系統改進(續)-低難度 • 運送路程安排：最常見的方式 ▪ GPS應用在規劃最短路徑、避開塞車路段，以及追蹤貨車位置； 美 國 長 途 貨 運 有 76% 到 95% 安 裝 GPS 或 其 他 路徑 規 劃 技 術 (NACFE, 2016)。 ▪ GIS搭配及時路徑數據運算，對於同一城市內的貨運約可節省5- 10%(Carbon War Room, 2012)。 ▪ UPS 自 2017 年 開 始 採 用 ORION(On-Road Integrated Optimization and Navigation) 低碳化的機會與挑戰 22 • 隊列行駛Platooning ▪ 三台貨車距離20公尺下以80公里時 速行駛，約可降低5-15%(Tsugawa, Jeschke and Shladovers, 2016)。 資料來源：https://www.gov.uk/government/news/lorry- technology-trials-could-slash-fuel-costs-and-congestion
- 23. 懂能源團隊 整體系統改進(續)-中難度 • 高乘載量車輛： ▪ 站在道路與橋樑安全考量，多半會限制貨車噸數與長度。但這對 能耗不利。 ▪ 澳洲基礎績效標準認證Performance-Based Standards (PBS)會 是一個好的方式來取代直接限制車重的問題。 低碳化的機會與挑戰 23 ▪ 可搭配車載資 通系統 Intelligent Access Program，結 合衛星監測與 無線數據傳輸 ，提昇安全。 資料來源：IEA(2017), The Future of Trucks Implications for Energy and the Environment
- 24. 懂能源團隊 整體系統改進(續)-中、高難度 • 提高車輛使用率： ▪ 單一公司需要建置貨運量監測、資料蒐集及分析資通信系 統(ICT)。跨公司則要建立有共同標準的數據交換平台。在 美國與英國這類的網路服務公司存在已久，未來也將會有 越來越多公路貨運加入。 • Co-loading相互拋貨 ▪ 也是提高車輛使用率的方式，把有運送到相同地點，或是 時間要求的貨物包裹在一起 ▪ 屬於規模經濟的應用(Van Lier et al., 2010). ▪ 但由於現在對於時間要求較高(如送達時間)，困難度較高。 低碳化的機會與挑戰 24 資料來源：海運承攬運送，http://blog.udn.com/HYEON/418968
- 25. 懂能源團隊 燃油效率改善 • 視回收期長短，自有自營6個月，大型車隊拉長3年以內 ，若超過3年，實務上經營者大多選擇更換新車。 低碳化機會與挑戰 25 項目(回收期小於3年) 內容 節能潛力 空氣力學 加裝空力套件以降低風阻 0.5-3%，視加裝程度而不同 低滾動阻力輪胎(Low Rolling Resistance tires)與胎壓系統 LRR輪胎可以設計成各種規格， 包括雙輪胎與各種變體 LRR輪胎介於0.5%-12% 胎壓系統約0.5-2% 輕量化 未來十年內，大型車輛輕量化 約可以降低7%重量 減碳潛力2020年前為1%，2030年約2- 3%，2050年可達2.7-5% 傳動系統 變速系統設計改變可提昇效率， 如增加齒輪、減少傳動摩擦 變速器約貢獻1-8%，其他設計約0.5- 2.5% 引擎系統效率 增加噴油壓力和汽缸壓力 4%(短途輕型車輛)18%(長途大貨車) 減少怠速的發生 包括輔助動力裝置和發電機組， 蓄電池空調系統及儲熱系統。 怠速約造成2.5%額外的燃料耗用(但這 2.5%也無法透過措施來全部避免) 混和式動力 並聯式液壓混合動力車對於都 會區來說是最具經濟效益的 並聯式液壓混合動力車：15-25% 說明：液壓混合動力車輛藉由回收與儲存煞車能量，以待下次車輛起步時使用，因此特別適合使用在車輛擁擠的都會區。
- 26. 懂能源團隊 替代燃料車 • 除了脫油訴求外，可以為公路貨運帶來深度減碳的願景 低碳化機會與挑戰 26 天然氣 CNG車與LNG車 取得性(加氣站)與柴油相對成本 效率較柴油引擎低與未完全 燃燒造成的逸散 特性、限制 減碳效益 生質燃料 來源多 B5-B20 適用既有引擎 受限於產量問題 減碳效益根據原料而定比 柴油少12-17 g CO2/MJ 電動貨車 因貨車重量與大小電池替代障礙高 增進能源安全 排碳效果要視電力來源而定 短途與小型貨車電動化開始市場化推廣 氫能車 能量密度高，長途運輸有利 來源問題，但看好電解 儲氫空間＝柴油X4 零排放技術，但 需視製氫與輸送 中大型車示範計畫-Scania、UPS、Nikola及TOYOTA
- 27. 懂能源團隊 • 電動貨車： ▪ TransPower以270Wh/L的磷酸鋰鐵電池，進行運送範圍 120公里的電動貨車示範計畫。 ▪ 為解決電池容量不足問題，嘗試以電氣化公路(Electric road systems, ERS)，讓貨車在行駛中也可以取得電力。而 且使用ERS的車輛會是混合動力車輛，電池或氫燃料電池 車輛，就可在ERS之外行駛。 低碳化機會與挑戰 27資料來源：西門子電氣化公路貨運解決方案。
- 28. 懂能源團隊 • 電動貨車： ▪ 加州還是推廣中重型貨車電動化的領導者。 ▪ 「 加 州 油 電 混 合 及 零 排 放 卡 車 和 巴 士 補 助 計 劃 」 （ California Hybrid and Zero-Emission Truck and Bus Voucher Incentive Project, HVIP)，透過與製造商與地方 政府合作 • 在洛杉磯的BNSF鐵路貨運站測試 • BYD公司提供11輛在舊金山進行示範 • UPS公司參與該計畫來購買電動車 低碳化機會與挑戰 28 資料來源：https://www.californiahvip.org/ 資料來源：https://goo.gl/iYNUYF
- 29. 懂能源團隊 • 替代燃料車就目前成本來說，是沒有優勢的 低碳化機會與挑戰 29 資料來源：IEA(2017), The Future of Trucks Implications for Energy and the Environment
- 31. 懂能源團隊 參考情境(Reference Scenario) • 參考情境將已經實施或公布要實施的政策都納入 現代化貨車情境(Modern Truck Scenario) • 改善車輛效率 ▪ 以全球燃料經濟倡議(The Global Fuel Economy Initiative,GFEI)所提 出的到2035年提昇35%為目標，HFTs降50%，MFTs降40-45% • 整體系統改進 ▪ 不以個別車輛效率提昇為指標，透過政策鼓勵、價格因素促成彼 此合作，達到系統與營運績效改進。(紅線右手邊) • 替代燃料 ▪ 研究、開發與示範(RD&D)與要求降低燃料碳密集度的政策；生 質燃料著重市場開發；發展經費由課徵車輛稅收。另考慮碳稅。 共同設定：以2015年為基期，每5年為一期分析到2050年；GDP 成長率年均3.1%，主要成長動力在新興經濟體與開發中國家，佔80% ；人口成長率年均0.8%，區域間有所差別，主要在發展中國家。 未來情境分析 31
- 32. 懂能源團隊 公路貨運規劃結果 • RS公路貨運石油需求增加量占全球總增加量40%，2030 年就超過客運 • RS油佔比97%→84%，主要是由生質燃料與天然氣取代 ▪ 生質柴油(仍為傳統生質柴油)增加超過3EJ，主要在印、中及美。 ▪ 天然氣只增加2EJ，受限於相對於柴油的成本與加氣站基礎設施 ▪ 沼氣0.7EJ，生質酒精0.25EJ 未來情境分析 32 指標 2015年 2050年 參考情境RS MTS 能源耗用量(EJ) 36 53 28 石油產品消費量(EJ)/佔總能耗比例 35/97% 45/84% 12/44% 貨運量(兆延噸公里) 28 67 58 排放量(億噸CO2當量) 31 48 12 註：EJ為Exa Joule，代表的是10的十八次方
- 33. 懂能源團隊 現代化貨車情境規劃結果 • 以車輛種類來看能耗： ▪ 2050年總能耗較2015年下降7.8EJ，MFT降3.8EJ、LCVs降3EJ， 原因在於車輛效率與整體系統改善大於車輛數成長； ▪ 而HFTs車輛數在2030年代後期由於長途運輸需求而快速成長， 能耗要到2040年開始下降，到2050年比2015年稍微低1EJ。 未來情境分析 33 36 6 11 19 28 3 7 18 53 6 13 34 3 6 16 資料來源：IEA(2017), The Future of Trucks Implications for Energy and the Environment
- 34. 懂能源團隊 現代化貨車情境規劃結果 • 以燃料別來看(續) ▪ 生質燃料佔比至2050年增加至23%。傳統生質柴油(以糧食作物 做為生質燃料的疑慮)將被以廢棄物和殘渣所生產柴油(HVO)取代 ▪ 氫能發展不確定性比起ERS來得高，包括成本、生產來源、加氫 站建設等。 未來情境分析 34 7% 40% 30% 75% 35% 36% 註：氫化植物油(Hydro-treated Vegetable Oil, HVO)為新類型綠色柴油
- 35. 懂能源團隊 現代化貨車情境規劃結果 • 公路貨運排放量 • 投資成本 ▪ 車輛總購置成本降低7.4兆美元(約12%)；操作維護成本降低3.1 兆美元(19%)；最高的是燃料成本，降低35兆美元 (約48%)。 ▪ 基礎建設成本相形之下不高，以建設覆蓋率3-10%的電氣化公路 (以國有高速公路或是主要貨運道路)，金額約1-5兆美元。 未來情境分析 35 整體系統改進 (18%+12%) 生質燃料 (25%) 電力 (15%) 車輛效率改善 (30%) 資料來源：IEA(2017), The Future of Trucks Implications for Energy and the Environment 48 12
- 36. 懂能源團隊 政策意涵 • 受經濟發展影響，對能耗扮演重要角色，亦是石油消費 的驅動力。 • 燃油效率標準在輕型車輛已非常普遍，中重型車輛(未來 發展快速)只有四個國家有(加、中、日、美)。 • 以目前的公路貨運發展趨勢並無法達到燃料分散、減碳 與減污等目標。 • 從MTS分析，提出三個優先政策方向 ▪ 以燃油效率標準與課徵車輛購買稅來達成車輛效率提升 ▪ 資訊蒐集與共享為整體系統改進的關鍵先決條件 ▪ 鼓勵替代燃料與使用替代燃料的車輛，方式包括RD&D、替代燃 料車輛市場開發、充電或替代燃料加油站等基礎設施。 未來情境分析 36
- 40. 懂能源團隊 小結 40 貨運在台灣重點是否應該注重在網購、 宅配等電子商務？ 對於模型的幫助 • 量化數據，如技術參數、情境設定之依據 • 驅動力分析作為推估模型外生變數的參考
- 41. 4141 簡報結束 感謝聆聽
- 42. 懂能源團隊 參考文獻 42 1. IEA(2017), The Future of Trucks Implications for Energy and the Environment 2. https://cleantechnica.com/2017/03/13/byd-delivers-1of27-electric- heavy-duty-trucks/ 3. https://www.californiahvip.org/ 4. https://www.gov.uk/government/news/lorry-technology-trials-could- slash-fuel-costs-and-congestion 5. SIEMENS(2017)，西門子電氣化公路貨運解決方案 6. 能源平衡表(2016) 7. 運輸部門歷年能源消耗推估(2016) 8. 能源轉型白皮書初稿 9. 蘇皋群等(2012)，並聯式液壓混合動力車輛燃油經濟性探討