![[09127409082]](https://barast.com/wp-content/uploads/2021/01/newlogo.png){kind=small}
گذار حمل و نقل زمینی بار استرالیا: رقابت خودروهای برقی پیل سوختی، برقی باتریدار و موتور احتراق داخلی
با توجه به نیاز مبرم به کربنزدایی در بخش حمل و نقل، تجزیه و تحلیل جامعی از فناوریهای سوخت جایگزین ضروری است. این مطالعه یک مدل حمل و نقل بار نوآورانه را معرفی میکند که شامل رویکردی جدید برای محاسبه هزینههای زمان خودرو، زمان سوختگیری و شدت انرژی است که در بخش حمل و نقل بار استرالیا اعمال میشود. یافتهها نشان میدهد که در شرایط توسعه متوسط، خودروهای الکتریکی باتری سهم بیشتری در خودروهای تجاری سبک به دست میآورند، در حالی که خودروهای الکتریکی پیل سوختی بر بخش کامیونها تسلط دارند. در سناریوهای توسعه بالا، خودروهای الکتریکی باتری و پیل سوختی در تمام انواع خودروها به برابری نزدیکتری دست مییابند. این گذار بر زیرساختهای سوختگیری تأثیر میگذارد و تغییرات قابل توجهی در تعداد جایگاههای بنزین و دیزل ایجاد میکند و به دلیل نوسان تقاضا در سناریوها، خطرات سرمایهگذاری بالقوهای را برای جایگاههای دیزل ایجاد میکند. سناریوهای توسعه بالا، نیاز قابل توجهی به سرمایهگذاری را برجسته میکنند که ناشی از افزایش الزامات جایگاههای هیدروژن و تقاضای شارژر خودروهای الکتریکی باتری است که در سناریوی ممنوعیت موتور احتراق داخلی به حدود ۱۲۰۰۰۰ واحد میرسد. روند انتشار بر اساس سناریو متفاوت است. در سناریوهای مرجع و توسعه متوسط، کل انتشار از مخزن تا چرخ و از چاه تا چرخ با گذشت زمان افزایش مییابد. با این حال، ممنوعیت موتورهای احتراق داخلی و سناریوهای جامع منجر به کاهش قابل توجه انتشار گازهای گلخانهای میشود و اهمیت زیستمحیطی انتخابهای سیاستی و پیشرفتهای تکنولوژیکی را برجسته میکند.
مقدمه
بخش حمل و نقل حدود یک پنجم از انتشار گازهای گلخانهای جهانی را به خود اختصاص میدهد. کربنزدایی آن در دو دهه گذشته مورد توجه زیادی قرار گرفته است. یکی از موثرترین روشها برای کاهش انتشار کربن، برقی کردن ناوگان خودرو با جایگزینی خودروهای موتور احتراق داخلی (ICEV) با خودروهای الکتریکی پیل سوختی (FCEV) و خودروهای الکتریکی باتریدار (BEV) است. نروژ، به عنوان پیشرو در پذیرش خودروهای الکتریکی (EV)، در سال 2022 به سهم فروش چشمگیر خودروهای الکتریکی تقریباً 85 درصد دست یافت. این تغییر گسترده به سمت خودروهای الکتریکی ناشی از ترکیبی استراتژیک از مشوقهای دولتی، از جمله تخفیفهای مالیاتی، سرمایهگذاریهای قابل توجه در زیرساختها (مانند بیشترین تعداد شارژرهای سریع عمومی به ازای هر نفر) و مزایای جذابی مانند پارکینگ رایگان و کاهش عوارض بوده است. کشورهای دیگر، مانند ایسلند، سوئد، هلند و چین، نیز در پذیرش خودروهای الکتریکی از نروژ پیروی میکنند [1].
در استرالیا، بخش حمل و نقل شامل زیربخشهای زمینی، هوایی (راههای هوایی) و دریایی (راههای آبی) است که تقریباً 20٪ از کل انتشار گازهای گلخانهای (GHG) کشور [2] و حدود 23٪ از انتشار گازهای گلخانهای مرتبط با انرژی [3] را تشکیل میدهند. این زیربخشها شامل حمل و نقل مسافر و بار هستند [4]. حمل و نقل بار زمینی به دو زیربخش جادهای و ریلی تقسیم میشود. حمل و نقل جادهای 38٪ از انتشار گازهای گلخانهای بخش حمل و نقل را تشکیل میدهد، در حالی که حمل و نقل ریلی 4٪ از این انتشار را به خود اختصاص میدهد [5]. برای ترویج پذیرش وسایل نقلیه الکتریکی (EVs)، دولتهای فدرال و ایالتی اقداماتی مانند تخفیف ثبت نام در طول پنج سال، تخفیف خرید، کاهش عوارض تمبر، وامهای بدون بهره، تخفیف هزینههای کاربران جادهای و مالیات سوختهای فسیلی را اجرا کردهاند.
مدلهای فنی-اقتصادی قبلی زیربخشهای حمل و نقل یا سهم از پیش تعیینشدهای از وسایل نقلیه الکتریکی را فرض میکردند یا سهم تقاضای سفر را به تغییرات هزینه مرتبط میدانستند. برخی از مدلها، پذیرش فناوریهای نوظهور مانند FCEVها و BEVها را محاسبه نمیکنند، در عوض سهم آنها را به عنوان دادههای ورودی ثابت در نظر میگیرند. یکی از محدودیتهای کلیدی سایر مدلها، تعدیل فوری تقاضای سفر و موجودی خودرو در پاسخ به تغییرات هزینه است. این امر منجر به تغییرات ناگهانی در سهم فروش میشود که منعکسکننده پویایی بازار در دنیای واقعی نیست. رویکرد پایین به بالا برای این منظور مناسب است و امکان تجزیه و تحلیل دقیق مصرف انرژی و انتشار گازهای گلخانهای را در مراحل مختلف فراهم میکند و در عین حال عواملی مانند انواع خودرو، تقاضای انرژی و الگوهای سفر منطقهای را در نظر میگیرد. این مطالعه یک مدل فنی-اقتصادی پایین به بالا را توسعه میدهد که در آن سهم فروش تابعی از کل هزینههای سفر است. این مدل با پیشبینی پذیرش خودروهای برقی، الزامات زیرساختی و انتشار گازهای گلخانهای، به شناسایی فرصتها و چالشهای کلیدی در کربنزدایی این بخش کمک میکند.
زیرساختهای سوختگیری و شارژ مجدد نقش مهمی در پذیرش خودروهای برقی ایفا میکنند [6]. تعداد محدود ایستگاهها، جذابیت خرید FCEVها و BEVها را کاهش میدهد و در عین حال بر زمان سفر نیز تأثیر میگذارد. علاوه بر این، نرخهای پایین شارژ، کل زمان سفر و هزینههای مرتبط را افزایش میدهد که از عوامل کلیدی در تصمیمگیری برای خرید و استفاده از خودروهای برقی هستند. این مقاله، سرعت و هزینههای زمانی خودرو را به عنوان توابعی از نرخ سوختگیری و در دسترس بودن ایستگاه مدلسازی میکند. علاوه بر این، فناوریهای سوخت با توان خروجی و برد رانندگی معادل با اصلاح فرمول شدت انرژی برای در نظر گرفتن راندمان سیستم انتقال قدرت و اثرات غیرخطی جرم خودرو تجزیه و تحلیل میشوند.
تحلیل انتشار گازهای گلخانهای از بخش حمل و نقل نیازمند یک رویکرد مدلسازی است که تقاضای سفر را در سه سطح تخمین بزند: روشهای حمل و نقل (سطح 1)، انواع وسایل نقلیه (سطح 2) و فناوریهای سوخت – شامل سوختهای فسیلی، برق و هیدروژن (سطح 3). در حالی که مدلهای حمل و نقل بار و مسافر در برخی فرضیات مشترک هستند، اما در تخمین تقاضای سفر تفاوتهای قابل توجهی دارند. تقاضای حمل و نقل بار معمولاً به عنوان تابعی از تولید ناخالص داخلی و نرخ بار مدلسازی میشود، در حالی که تقاضای حمل و نقل مسافر به عواملی مانند جمعیت، هزینههای عمومی سفر و درآمد بستگی دارد. تمایز کلیدی دیگر در پیشبینی موجودی خودرو نهفته است: در بخش مسافر، موجودی خودرو ارتباط نزدیکی با درآمد دارد، در حالی که در بخش بار، مستقیماً توسط تقاضای سفر هدایت میشود.
از دیدگاه مدلسازی، دو رویکرد اصلی برای محاسبه انتشار کربن در بخش حمل و نقل استفاده میشود: رویکرد «مبتنی بر مسافت از پایین به بالا» و رویکرد «مبتنی بر سوخت از بالا به پایین». رویکرد پایین به بالا، کل انتشار گازهای گلخانهای را بر اساس مسافت پیموده شده توسط وسایل نقلیه در حالتهای مختلف حمل و نقل، مصرف انرژی در واحد مسافت و ضرایب انتشار کربن منطقهای برای منابع انرژی مختلف تخمین میزند. در مقابل، رویکرد بالا به پایین، کل انتشار گازهای گلخانهای را با ضرب مصرف کلی انرژی بخش حمل و نقل در ضرایب انتشار کربن انواع مختلف سوخت تعیین میکند.
وانگ و همکاران [7] یک رویکرد پایین به بالا را در مدل حمل و نقل-فناوری-انرژی-CO2 (TMOTEC) پیادهسازی کردند و از روش انتخاب گسسته و شبیهسازی هزینه حمل و نقل عمومی برای تجزیه و تحلیل کل بخش حمل و نقل استفاده کردند. پنگ و همکاران [8] مدل تقاضای انرژی حمل و نقل جادهای استانی چین و تحلیل انتشار گازهای گلخانهای (CPREG) را برای مطالعه حمل و نقل مسافر و بار جادهای توسعه دادند. کانتاررو [9] از EnergyPLAN برای شبیهسازی کل بخش حمل و نقل استفاده کرد. سالووچی و همکاران [10] مدل TIMES-Nordic را برای بررسی حمل و نقل مسافر و بار داخلی به کار بردند. یان و همکاران [11] یک مدل حمل و نقل بار برای شبیهسازی تقاضای حمل و نقل، مصرف انرژی و انتشار گازهای گلخانهای توسعه دادند و آن را برای ایرلند با پیشبینیهایی که تا سال 2050 ادامه داشت، اعمال کردند. مدل آنها جزئیات فناوری را در مدلسازی حمل و نقل بار گنجاند، پاسخهای تقاضای حمل و نقل به تغییرات اقتصادی را ثبت کرد و رقابت رفتاری بین فناوریهای حمل و نقل را در نظر گرفت. اخیراً، کاربونی و همکاران [12] روشی را با استفاده از محیط شبیهسازی سیستم انرژی مدولار (MUSE) برای پیشبینی تکامل بلندمدت بخش حمل و نقل سنگین ایتالیا توسعه دادند. یافتههای آنها نشان میدهد که اگرچه بهبود بهرهوری و کاهش هزینههای فناوری از طریق یادگیری میتواند انتشار گازهای گلخانهای را کاهش دهد، اما تأثیر آن همچنان محدود است. آنها نشان دادند که تولید انرژی تجدیدپذیر اضافی باید بین 30 تا 64 تراوات در سال افزایش یابد تا انتشار گازهای گلخانهای به طور قابل توجهی کاهش یابد و تا سال 2050 به یک بخش کامیون بدون اگزوز منجر شود.
فدایی نژاد [13] در چارچوب استرالیا به عنوان منطقه مورد مطالعه، تأثیر فناوریهای نوظهور – مانند وسایل نقلیه متصل و خودکار و سیستمهای کنترل ترافیک هوشمند – را بر کاهش انتشار گازهای گلخانهای از حمل و نقل جادهای بین سالهای 2017 تا 2024 بررسی کرد. ابومحبوب [14] از سیستم مدلسازی انرژی چندبخشی استرالیا (AUSeMOSYS) برای تجزیه و تحلیل بخشهای برق، حمل و نقل و صنایع منتخب در سراسر ایالتهای استرالیا تا اواسط قرن استفاده کرد. مطالعه آنها دو سناریو را بررسی کرد: احتمال 1.5 درجه سانتیگراد، که در آن بودجه کربن اعمال میشود، و تلاش کم برای کاهش، که در آن نه بودجه کربن و نه سیاستهای کاهش اعمال نمیشوند. شهریاری و همکاران [15] تغییرات در زمان سفر، رفاه، تولید و مصرف در بخش حمل و نقل استرالیا را تحت هشت سناریو با نرخهای رشد جمعیت و زیرساختهای مختلف ارزیابی کردند.
برادبنت [16] اخیراً از یک مدل اقتصاد کلان یکپارچه در مقیاس ملی (iSDG-Australia) برای پیشبینی تقاضای حمل و نقل جادهای، ترکیب وسایل نقلیه، مصرف انرژی و انتشار گازهای گلخانهای استرالیا تا سال 2050 استفاده کرده است. این مدلسازی شامل پنج سناریو با در نظر گرفتن نرخهای مختلف رشد اقتصادی و جمعیتی، طول عمر وسایل نقلیه، جاهطلبیهای پذیرش BEV، استراتژیهای نوسازی ناوگان، حذف تدریجی وسایل نقلیه سوخت فسیلی و گذار به برق تجدیدپذیر است. در سناریوی BaU، سهم BEVها در فروش خودروهای جدید از 1٪ در سال 2020 به 10٪ تا سال 2030 و 60٪ تا سال 2050 برای خودروهای سواری، موتورسیکلتها و وسایل نقلیه تجاری سبک (LCV) افزایش مییابد. این گذار برای کامیونهای مفصلی (5٪ تا سال 2030 و 20٪ تا سال 2050) و سایر کامیونها (به ترتیب 10٪ و 30٪) کندتر است، در حالی که اتوبوسها تغییر سریعتری (30٪ تا 80٪) را تجربه میکنند. سناریوهای متوسط و بالا، پذیرش بلندپروازانهتر BEV تا سالهای 2030 و 2050 را در کنار گذار شتابیافته به انرژیهای تجدیدپذیر فرض میکنند. در سناریوهای High-Plus و High-Stretch، BEVها تا سال 2030 برای خودروهای سواری، موتورسیکلتها، LCVها و اتوبوسها و تا سال 2050 برای کامیونهای مفصلی و سایر کامیونها به 100 درصد فروش خودروهای جدید میرسند. گراهام [17] خودروهای الکتریکی و مصرف انرژی در استرالیا را با استفاده از روش منحنی پذیرش EV با هدف جایگزینی 99 درصدی EV پیشبینی کرد. این منحنی برای در نظر گرفتن ویژگیهای جمعیتی مختلف و قیمت برق در مقیاسهای مکانی و بخشهای مختلف مشتری کالیبره شد. او چهار سناریو را تجزیه و تحلیل کرد: تغییر تدریجی، بررسی جایگزینها، تغییر مرحلهای و صادرات هیدروژن. نتایج او نشان میدهد که تحت سناریوی صادرات هیدروژن، سهم ناوگان خودروهای الکتریکی تا سال 2045 به 99 درصد خواهد رسید.
تا آنجا که نویسندگان میدانند، هیچ مطالعه مدلسازی در مورد پیشبینی موجودی وسایل نقلیه، مصرف سوخت و انرژی یا کاهش انتشار گازهای گلخانهای در بخش حمل و نقل بار وجود ندارد. چنین مدلی میتواند ابزاری مفید برای تولید دادهها/بینش برای تحقیقات کربنزدایی باشد و برای ایجاد سناریوهای مختلف در بخش حمل و نقل برای هر منطقه مورد استفاده قرار گیرد، اگرچه هر کشور ویژگیهای خاص خود را دارد.
بنابراین، این مطالعه با هدف موارد زیر انجام میشود:
• توسعه یک مدل یکپارچه که پیشبینی تقاضای سفر و موجودی خودرو را با رویکردی از پایین به بالا برای تخمین تقاضای سفر، سهم خودروهای برقی در کل موجودی، تعداد ایستگاههای سوختگیری مورد نیاز، مصرف برق و انتشار گازهای گلخانهای در بخش حمل و نقل زمینی بار ترکیب میکند.
• طراحی و ارزیابی انتقادی طیف وسیعی از سناریوها که مسیرهای مختلف برای کربنزدایی از بخش حمل و نقل زمینی بار را بررسی میکنند. استرالیا به دلیل سهولت در به دست آوردن دادهها به عنوان مطالعه موردی برای این تحقیق انتخاب شد. این تحقیق شکاف بین پیشرفتهای فناوری، الزامات زیرساختی و چارچوبهای سیاستی را پر میکند و از تغییر به سمت یک سیستم حمل و نقل زمینی بار کم کربن پشتیبانی میکند.(منبع)