低碳导向的铁路驮背运输方案.pdf
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1、第44卷第2 期2023年6 月D0I:10.13340/j.jsmu.2023.02.011上海海事大学学报Journal of Shanghai Maritime UniversityVol.44No.2Jun.2023文章编号:16 7 2-9 49 8(2 0 2 3)0 2-0 0 6 2-0 6低碳导向的铁路驮背运输方案张子昂,尹传忠,陶学宗(上海海事大学交通运输学院,上海2 0 130 6)摘要:为促进货流“公转铁”运输,打造低碳高效的运输体系,推动我国“双碳”战略目标的实现,考虑碳税机制,将碳排放量转换为碳排放成本,构建以最小化货物运输成本、换装成本和碳排放成本之和为目标的铁路
2、驮背运输方案数学模型。基于交通网络基本原理,将运输网络换装节点进行扩展,以科学表示铁路驮背运输换装过程,并模拟各节点间的运输路径。结合算例,运用Lingo求解模型。研究结果表明:铁路驶背运输可有效降低货物运输成本和碳排放量;科学合理制定碳税税率能促使运输企业优化铁路驶背运输方案,降低运输过程中的碳排放量,有利于交通运输行业的低碳可持续发展。研究可为政府部门制定并优化交通运输行业碳排放政策提供借鉴。关键词:驮背运输;碳税;运输方案;碳排放;运输网络中图分类号:F512.4Low carbon oriented railway piggyback transport schemes文献标志码:AZ
3、HANG Ziang,YIN Chuanzhong,TAO Xuezong(College of Transport&Communications,Shanghai Maritime University,Shanghai 201306,China)Abstract:In order to promote the freight transport from highway to railway,build a low-carbon andefficient transportation system,and realize the“carbon peaking and carbon neut
4、rality”strategicobjectives in China,the carbon tax mechanism is considered,the carbon emission is converted into thecarbon emission cost,and the mathematical model of railway piggyback transport schemes is constructedwith the objective to minimize the sum of the freight transport cost,the transfer c
5、ost and the carbonemission cost.Based on the basic principle of traffic network,the transfer nodes in the transportationnetwork are expanded to scientifically represent the transfer process of railway piggyback transport andsimulate the transport path between nodes.Combined with an example,the model
6、 is solved by Lingo.The research results show that:the railway piggyback transport can effectively reduce the freight transportcost and the carbon emission;the scientific and reasonable formulation of carbon tax rate can promotetransport enterprises to optimize railway piggyback transport schemes,re
7、duce the carbon emission duringthe transport process,and be conducive to the low-carbon sustainable development of the transportationindustry.The research can provide reference for government departments to formulate and optimize carbonemission policies in the transportation industry.收稿日期:2 0 2 1-12
8、-15修回日期:2 0 2 2-0 3-17基金项目:国家自然科学基金(7 2 0 7 4141);上海市浦江人才计划(2 0 19PJC062)作者简介:张子昂(1999一),男,上海人,硕士研究生,研究方向为交通运输规划与管理,(E-mail)z h a n g z i a n g 0 90 7 f o x ma i l.c o m;尹传忠(197 1一),男,黑龙江绥化人,副教授,博士,研究方向为交通运输规划与管理,(E-mail)http:/hyxb 第2 期Key words:piggyback transport;carbon tax;transport scheme;carbon
9、 emission;transportation network0引 言在全球绿色低碳转型发展的时代背景下,党中央作出“力争2 0 30 年前实现碳达峰、2 0 6 0 年前实现碳中和”的重大战略决策。交通运输行业是全社会能源消耗及碳排放三大行业之一,是实现“双碳”目标的重点领域。我国2 0 30 年前碳达峰行动方案提出加快形成绿色低碳运输方式,构建绿色高效交通运输体系,加快大宗货物和中长途货物运输“公转铁”“公转水”,推动绿色转型实现积极发展。铁路驶背运输是促进货流“公转铁”全程物流服务的有效形式,能够实现货物“门到门”运输并将公路运输快捷灵活与铁路运输经济低碳的特点结合,对于提升综合运输能
10、力、促进产业结构升级具有重要作用,也是实现交通运输低碳高效发展的有效途径之一。现有关于驶背运输的研究主要集中在驶背运输工艺及组织优化方面。SKORCHENKOI1I分析总结驮背运输组织的国际经验,并提出适合俄罗斯多式联运市场的驮背运输技术组织方案;张国平等2 在分析国外驶背运输组织方案的基础上,研究国内开行驮背运输的必要性和可行性;安冬冬等3 综合考虑时间成本、费用成本、交通环境影响成本,研究驶背运输路径选择问题。在多式联运优化模型方面,YANG等4 考虑运输成本与时间的混合不确定性,建立多式联运路径优化模型;尹传忠等5 以总期望成本和总期望时间为优化目标,构建随机机会约束的多式联运多目标优化
11、模型;刘松等6 考虑转运限制,构建运输、转运、冷藏总成本最低的冷藏集装箱多式联运路径优化模型;刘畅等7 考虑货物时间价值成本,并以综合物流成本最低为目标,建立多式联运路径优化模型。铁路驮背运输是多式联运的一种方式,现有文献主要从多式联运低碳路径优化的角度对降低交通运输行业碳排放问题进行研究:陈雷等8 基于碳减排政策构建多式联运运输方式选择优化模型;KIM等9 在多式联运货物运输网络问题中考虑温室气体排放成本;LAM等10 将碳排放作为约束条件,构建运输成本和时间最小化的双目标集装箱多式联运优化模型;沈丽等1 考虑生鲜产品运输过程中的货损和碳排放问题,构建系统总成本最低的路径优化模型;刘学之等1
12、2 引入碳税机制,并将碳排放量转化为碳排放成本,建立低碳多式联运模型。张子昂,等:低碳导向的铁路驮背运输方案模型的有效性。1问题描述铁路驶背运输是指货运挂车或半挂车在始发地车站通过吊装或自装(直接驶人)的方式转移至铁路列车,在列车到达目的地车站后从平车上转移,再通过公路短驳的方式运送至最终目的地的一种公铁联运货运组织形式。考虑碳排放成本的铁路驮背运输方案见图1:某运输企业有一批货物需从始发地0 运送至目的地D,在运输过程中经过N个城市节点,且相邻两个城市节点间仅有公路运输、铁路运输2 种运输方式可选择。在运输过程中,2 种运输方式的单位运输成本、运输时间、碳排放量均不同。若在某城市节点内部发生
13、运输方式改变(公转铁或铁转公),则会产生转运费用,相应的装卸设备也会产生碳排放。铁路驶背运输的货运总成本包括运输成本、换装成本和碳排放成本,碳排放成本主要包括运输过程中运载工具和换装装卸设备作业所产生的CO2排放成本,其数值由CO2排放总量和碳税税率决定。要求通过选择合理的运输路径和运输方式,使货物运输成本、换装成本、碳排放成本之和最小。节点O1节点On-1吊装式自装卸式吊装式自装卸式始发地0目的地D铁路驶背运输图1铁路背运输路径平面网络http:/hyxb 63现有文献多侧重于多式联运组织及低碳路径优化研究,缺少针对具体运输组织方式的低碳运输方案研究,尤其是部分研究仅考虑运输过程中的碳排放量
14、问题,对运输过程中涉及的具体运载设备、装卸设备的碳排放考虑不足。因此,本文考虑碳税机制,将铁路驮背运输过程和换装作业过程中的碳排放量换算成碳排放成本,构建以运输成本、换装成本、碳排放成本之和最小为目标的铁路驶背运输方案数学模型;结合交通网络基本原理构建铁路驶背运输网络,并将运输网络换装节点进行扩展以表述铁路驶背运输的换装过程;运用Lingo求解具体算例,验证公路运输节点On节点ON642数学模型构建2.1模型假设(1)货物在运输过程中不拆分,仅在运输节点处发生运输方式的改变;(2)不同运输节点之间同种运输方式的运输速度、运价均相同;(3)不考虑运输节点的中转能力限制;(4)铁路驶背运输采用40
15、英尺(1英尺=0.30 48 m)集装箱运输,牵引车和半挂车自重均取9 t13 2.2符号说明M为运输网络中间节点集合;M;为与节点i相连的所有节点集合;S为运输弧段(iji)的集合;K为运输方式集合,包括公路、铁路(驶背)运输,r,PEK;K,为与节点i相连的运输方式集合;K,为运输弧段(ij)上的运输方式集合。Q为运输货物的总质量,t;d为节点i与节点j之间采用运输方式r的货运距离,km;C,为采用运输方式r的单位运输成本系数,元/(tkm);Cm i 为在节点i内部货物运输方式由r转为p的单位换装成本,元/t;E,为采用运输方式r的单位运输碳排放量,kg/(t km);Emi为在节点i内
16、部货物运输方式由r转为p的单位换装碳排放量,kg/t;tr为在节点i与节点j之间采用运输方式r的货运时间,h;tpi为在节点i内部货物运输方式由r转为p的换装作业时间,h;R为碳税税率,元/t;Tim为货物运输的总时间限制,h。决策变量:x为0-1变量,当货物在节点i与节点j之间的运输方式为r时,其值取1,否则取0;ymi为0-1变量,当货物在节点i内部的运输方式由r转换为p时,其值取1,否则取0。2.3模型建立模型以货物运输成本C1、换装成本C2、碳排放成本C3之和最小为目标:min Cl C=C,+C,+C,Ci=QZZdhC,xri(i.)rekijC,=QMMMCmymiPC,=QR(
17、.)reKis.t.xii-NZmi=o,VieMkTeKjTpeKjhttp:/上海海事大学学报12m1PCxmi=P(.)reKiypi=O,Vi e(O,D)XE10,11,VrEKjYrpi E(0,1)以上公式中,变量下标除有特殊说明外,都有:(i,j)S;j,k,nE M;r,pE K;iM。式(5)保证运输网络各节点之间货流的平衡;式(6)保证货物在相邻节点之间至多选择1种运输方式,即公路运输或铁路运输;式(7)保证货物在各节点的换装次数至多为1次,即“公转铁 或“铁转公”;式(8)和(9)保证运输过程中货物不被拆分;式(10)保证货物运输的总时间在允许范围内;式(11)保证货物
18、在始发地和目的地不发生换装操作;式(12)和(13)为0-1决策变量。2.4基于碳税的碳排放成本计算方法碳排放量主要指消耗燃料所产生的CO2排放量,碳排放成本C。可由碳排放量E和碳税税率R确定,其计算式12 为C。=ER碳税是为限制碳排放而征收的一种税金。2 0 2 1年全国碳排放权交易市场开市,碳定价主要包括碳排放权交易和碳税2 种形式。与碳排放权交易“设定排放总量上限并逐年减少”不同,碳税设定“谁排放谁交税”14,通过价格干预促使排放者减少排放量,对企业形成制约与鼓励的双重机制。同时,由此产生的税收亦可给相关企业带来福利15。在“双碳”目标引导下,碳税发挥双重机制作用,政府部门向运输企业收
19、取碳税,而运输企业也会在碳税的调(1)控及约束下降低碳排放。同时,政府将碳税收入投(2)人绿色低碳开发,实现可持续发展。碳税的调控对于碳排放总量的控制具有重要作(3)用,碳税征收过高不利于企业发展,碳税征收过低则不利于碳排放量的控制。碳税的计算公式16 为(4)Pr1,i=D-1,i=0hyxb 第44卷(6)(7)(8)(9)(10)P(11)(12)(13)(14)TR=D,(1+s)t=0式中:D,为单位碳排放量引起第t年的损害值;T为(5)碳排放引起的损害年限t的最大值;s为折现率。由于现阶段我国碳税征收未有统一标准,财政部财政(15)第2 期科学研究所课题组研究得出2 0 2 0 年
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