能源消耗、污染排放推估模式與 永續運輸模式之整合應用 期末簡報

1. 能源消耗、污染排放推估模式與永續運輸模式之整合應用期末簡報能源消耗、污染排放推估模式與永續運輸模式之整合應用期末簡報

2. 簡報大綱 壹 計畫認知 貳 能耗/污排模式發展 叁 車輛能耗/排放推估模式 肆 案例分析 伍 本計畫貢獻與建議

3. 壹、計畫認知

4. 1.1 計畫緣起與範圍 • 計畫緣起 • 溫室氣體排放管制為國際趨勢與潮流 • 運輸規劃作業、研擬/評估運輸改善計畫需考慮環境因子 • 運輸需求模式在能耗、排放議題未能充份納入 • 延續96-97年「能源消耗、污染排放與運輸規劃作業關聯分析之研究」(前期計畫)2年期研究成果 • 計畫範圍 • 以國內城際運輸之公路運輸系統為主要研究範圍 • 軌道多為電力驅動，發電廠污染低 • 空運、海運運量低且行為單純，能源消耗、污染排放低 • 公路運輸能耗占運輸部門達94%，現況推估方式無法明確得知實際行車及不同道路型態之能耗、排放量 • 以國內小汽車大宗(主流)車型為主要調查對象 • 前期已完成實驗A車(2,400 CC)及實驗B車(1,500 CC)的實驗 • 本期針對1,600~2,200 CC之主流車型進行實驗

5. 1.2 研究內容與工作項目 • 運輸系統能耗/排放推估模式之國內外文獻回顧 • 提出國內運輸規劃模式納入能耗/排放因子之限制及應用方向 • 檢討並執行車輛(靜、動態)能耗、排放相關特性參數之蒐集與調查分析 • 國內至少一種大宗(主流)車型測試，修正96-97年所建模式 • 建立調查車型調整因素表(look-up table) • 建立運輸規劃作業之能源消耗、污染排放推估模式 • 臺灣本島城際運輸之能源消耗、污染排放推估模式 • 結合運輸規劃模式與能耗/排放模式，開發整合型模式 • 進行模式應用與案例分析

6. 1.3 本計畫重點工作方向 • 延續前期計畫成果，強化分析深度及廣度 • 就前期計畫成果及尚待釐清議題進行再深入分析 • 增加一主流車實驗數據蒐集，擴增分析廣度 • 釐清運輸部門能耗及污染排放模式發展趨勢 • 釐清能耗及污染排放推估模式與運輸規劃模式之關聯及整合作法 • 探討不同應用面之分析工具，探究運輸部門能耗及污染排放模式之發展趨勢 • 提出能耗/排放推估模式發展方向及作法建議 • 開發運輸規劃與能源消耗、污染排放整合型模式 • 建構整合模式，納入已開發之「臺灣城際運輸需求模式(2008年版)」的作業平台 • 進行案例分析，測試系統實用性

7. 1.4 整體工作流程 前期計畫回顧 中綱計畫回顧 國內外能耗/污排模式與運輸模式 實驗數據蒐集 建議能耗/污染排放與運輸規劃整合作法 建立調查車型能耗/污染排放係數對照表 開發運輸規劃作業之能耗/污排整合模式 案例分析

8. 貳、能耗/污排模式發展

9. 2.1 國外能耗/污排推估模式 • Mobile • 應用 • 自1978研發至今多次改版 • 分析項目由HC、CO、NOx擴充到PM、毒性物質及溫室氣體 • 是美國目前唯一官方認可、具法定地位之模式 • 臺灣仿效並改版為Mobile Taiwan • 發展趨勢 • 美國環保署運輸與空氣品質辦公室自2001年發展的新一代汽車污染源排放係數推估模式MOVES • MOVES規劃於2012~2013年取代Mobile成為官方規範

10. 2.1 國外能耗/污排推估模式 • 為何美國要發展MOVES • Mobile以Fortran程式撰寫，不僅維護更新困難，在使用者界面或是與其他軟體（如運輸需求預測軟體）的整合上，都十分困難 • Mobile一直是以實驗室資料為基礎，按照法規訂定的行車型態求取車輛能耗與排放率，故從未與實際排放資料進行比較驗證，對於道路壅塞，傾向於低估空污排放 • 資料庫管理應用技術之演變，除了可資訊共享、且可及時納入車輛組成與特性的變遷 • 全球暖化議題，需要一個能在巨觀、中觀與微觀各種尺度與範圍的應用上，都能正確反應交通政策與改善措施對排放量的影響的評估系統

11. 2.1 國外能耗/污排推估模式 • MOVES特色 • 資料庫管理模式 • 引入功率密度做為交通運轉方面主要分類變數 • 可反應出在同車速下，因加速、道路坡度和路面阻抗等影響車輛能耗的差異 • 適用於巨觀、中觀與微觀評估 MOVES之行駛狀態分組

12. 2.1 國外能耗/污排推估模式 • MOVES相關課題 • VSP • 主要影響因子有速度、加速度與坡度，尤其對加速度十分敏感 • 當車輛減速或下坡時，VSP為負值，排放率為微量~少量 • 當車輛巡航或加速時，速度越高、加速度越大，VSP值越高，排放率也越大 • 行駛狀態與能耗排放量的比較 • 加速區間排放特別高，應盡可能減少 • 怠速之無效率排放也應減少 • 以時間為單位可提高低速區間分析敏感度 • 道路類型對排放率的影響 • 不同道路類型之排放確有差異(上匝道加速區間排放率高) • 實驗室與道路行駛結果比較 • 實驗室取得的速率分布不完整(缺時速48-80公里)

13. 2.2 國內能耗/污排推估模式 • Mobile-Taiwan • 模式內容 • 污染物：CO、NOx、HC (尚未納入溫室氣體) • 排放係數的單位：g/km • 本土主要參數 • 新車排放率及劣化率 • 年平均車行里程 • 車齡分布 • 環境背景參數 • 旅次分布 • 行車型態調整 • 汽車使用修正 • 國外參數 • 速率校正 • 應用 • 臺灣地區排放量資料庫(TEDS7.0版)線源資料庫 • 全臺五大區域 • 車種共9種車型 • 6種空氣汙染物 • 基年與未來年之排放係數與排放量 • 應用疑慮 • 缺乏實際驗證 • 預測之有效性?

14. 2.2 國內能耗/污排推估模式 • 環保署臺灣線源排放量資料庫

15. 2.2 國內能耗/污排推估模式 • 運輸部門(運研所)溫室氣體排放清冊—公路系統 • 活動強度 • 交通部統計資料(各車種車輛數、車行公里) • 能源局耗油資料(用油量) • 美國各車種下，各車速之能耗轉換公式 • 推估歷年各車種、各車速下平均能耗 • 排放係數 • IPCC準則溫室氣體基本推估公式 排放量 = (排放係數 * 活動強度) • 燃料係數(國內熱值、碳氧化率) • 推估汽油之CO2排放係數=2263克/公升 • 重要成果：各車種、各車速下之CO2排放係數

16. 2.2 國內能耗/污排推估模式 • TDM2008(臺灣城際運輸需求模式2008年版) • 交通部運研所開發 • 模式特色 • 本模式以城際旅次為分析對象 • 以商務與探親訪友旅次為主，而非通勤旅次 • 跨越生活圈的通過性旅次在城際運輸扮演重要角色 • 運具種類不同於都會運輸，以中長程運輸為主 • 商務與探訪親友為城際道路交通特性形成之主因 • 不同於傳統程序性運輸需求模式，以整合性城際運輸需求模式為架構 • 結合售票記錄與OD問卷進行起迄旅次矩陣建立 • 包含永續指標評估及能耗與空污推估模組

17. 2.2 國內能耗/污排推估模式 • TDM2008能耗/排放模式 • 國內首次運輸規劃與能耗整合之模式 • 能耗之推估，以運輸規劃模式產出的「活動量強度」，配合交通部或能源局調查之燃油效率換算求得 • 能耗推估=延車公里×平均燃油效率 • 空氣污染物之推估，以運輸規劃模式產出的「活動量強度」，配合環保署用MT2所推估之「臺灣地區空氣污染物排放量資料庫」求得 • 污染物排放=延車公里 × 污染物排放係數 • CO2之推估，由於缺乏完整之實測結果，以運輸規劃模式產出的「活動量強度」，配合聯合國氣候變化綱要公約採用IPCC準則公佈之「單位燃料二氧化碳排放係數」推估求得 • 延車公里×單位燃料二氧化碳排放係數

18. 2.3 小結 • 國內外運輸能耗/排放模式 • 美國環保署主導模式開發，過去國內主要成果亦以此為基礎，但有實驗室值無法代表實際值的疑慮 • 美國MOVES即將取代Mobile，有幾項重要改進 • 以時間為排放係數計算單位 • 以車速、車輛運轉之功率密度(VSP)做為排放率分類依據 • 重視資料庫各種資料分布的關聯應用，而不用單一迴歸式 • 巡航、怠速、加減速下各有不同的排放率 • 重視交通運轉中，道路類型與車速的影響 • 本研究之啟示 • 在研究方向上與國外新的模式發展方向一致 • 交通策略需呼應能耗/排放特性，才能有效的節能減碳 • 藉由車載設備技術之發展與應用，更有效提升對於車輛能耗/排放特性之掌握

19. 參、模式構想與研究設計

20. 3.1 能耗/排放推估模式與運輸需求模式之整合應用概念

21. 3.2 模式構想 NV^Field.d222.Model=FI^ × NFTP (式3-1) 其中： NFTP為各車輛能耗/排放之法規審驗值（g/s）； FI^為一組隨車速、道路類型、車型改變的綜合轉換率（％）； NV^Field.d222.Model為一般行駛狀態下之車輛能耗/排放推估曲線（g/s）。

22. 3.3 研究設計-綜合轉換率(FI^)之建構路徑

23. 3.3 研究設計-綜合轉換率(FI^) NV^Field.d222.Model ＝NV^Field.Model / FF222kg ＝FI^Field× FI^222.ACL× FFACL× FF222kg× NFTP / FF222kg ＝FI^Field× FI^222.ACL× FFACL× NFTP FI^

24. 3.4 推估模式建構：小結 資料來源：本計畫 (原期末報告圖4.5.1本計畫研究成果之應用說明)

25. 肆、案例分析

26. 4.1 整合模式

27. 4.2 重要參數檢視 • 車行里程(車齡)之影響 • 與車行里程無關：能耗、SOx、CO2 • 與車行里程呈正相關：PM、HC、CO、NOx(汽油車) • 與車行里程呈負相關：NOx(柴油車) • 車重 • 能耗法規審驗值之規定車重，對於3500公斤以下之小客車總重量應包括：空車+油箱加滿+136公斤(模擬乘客重) • TDM2008之平均乘載率約為小汽車每車1.8人 能耗、 CO2與車行里程(車齡)並無關，因此本計畫透過新車所構建的轉換曲線可適用於使用中車輛 兩者相當，因此可直接引用，無需另外做車重調整

28. 4.2 重要參數檢視 • 車輛運轉狀態 • 「怠速」與「行駛中」可以用運規模式中的車速(V是否=0)來判別其狀態 • 「冷啟動」主要為探討車輛每日第一次啟動時所發生的能耗/污排，在分析時也較適用於「運輸規劃巨觀全日模式」，其觀察的是相當時間、空間範圍內的總排放量 • 車輛行駛中狀態(頭燈、空調) • 頭燈空調之開關與否確實會影響能耗與排放值。以國內之駕車習慣，開空調、頭燈等情況相當普遍，因此可以該開啟狀態值來引用 • 道路類型 • 本計畫已進行7種代表道路類型進行小汽車能耗與CO2推估模式建構 • TDM2008之道路類型考量道路容量與設計速率，分類高達92種，因此以表5.1-3方式分別參照7種代表道路類型之推估式

29. 4.2 重要參數檢視 • 排放係數版本比較 • 運研所「運輸部門能源與溫室氣體資料之構建與盤查機制之建立(2/3)」(98.9) 相關係數 • 車輛燃油效率 參考美國之能耗隨車速展開轉換公式，推估而得國內各車種各車速之耗油率 • CO2排放係數 參考能源局公布的「化石能源二氧化碳排放係數」，假設每種能源之碳原子完全氧化，因此得到汽油之CO2排放係數為2263克/公升，柴油為2730克/公升

30. 4.3 巨觀案例 • 案例說明 • 透過不同里程計費費率情境之比較，分析費率更動對於油耗與CO2排放之影響 • 情境假設 • 基礎情境：費率1.33元/公里 • 政策情境：費率2元/公里 • 方案設計 本研究高速公路與IOT排放清冊之汽油小汽車油耗係數關係

31. 4.3 巨觀案例 • 交通績效 • 運具分配率 • 小汽車1% • 台鐵0.6% • 國道客運 0.4% • 延人公里 • 小汽車0.6% • 台鐵0.7% • 國道客運 0.3% • 路網平均車速 • 基礎情境37.5km/hr • 政策情境36.9km/hr

32. 4.3 巨觀案例 各情境下各方案公路油耗與CO2排放量值比較 • 耗油量 各情境下各方案公路油耗(油當量) 不同道路類型之總油耗分布 基礎情境方案3 政策情境方案2 政策情境方案3 基礎情境方案2

33. 4.3 巨觀案例 • 小結 • 本研究係數在低速區的呈現能力較佳，對擁擠狀態下的能耗與排放量，具較細膩的呈現能力 • 由於提高收費後部分旅次轉移至地區道路，故CO2之排放亦由高速公路沿線轉移至人口較稠密之地區道路。因此若未全面實施整體公路的管制措施，如提高燃料費、油價等，僅透過高速公路費率的提高，未必能夠減少油耗與CO2之排放 • 由各級道路路網的貢獻比重來看，區域道路所占不論IOT排放清冊版係數或本研究係數，其比例皆達5成以上；而對於都市化程度高的地區，在道路服務水準普遍不佳、行駛速率低；因此，敏感呈現低速區及不同道路類型的能耗與排放，將決定該係數的方案評估能力 • 本研究針對不同道路類型產生不同係數，加上於低速區呈現能力較佳，且具備冷車啟動計算能力，故所呈現的方案評估能力較IOT排放清冊版敏感。

34. 4.4 微觀案例 • 案例說明 • 桃園市大興西路幹道號誌改善(引用自桃園縣政府「桃園縣95年度E化交通智慧交控系統計畫」96.6) • 改善策略 • 號誌改善 • 交通工程改善 • 模擬軟體 • VISSIM • 計算車種 • 小汽車 • 排放係數 • 本研究 排放係數

35. 4.4 微觀案例 • 路段績效 • 路口績效 (延滯時間)

36. 4.4 微觀案例-各速度下之總油耗量

37. 4.4 微觀案例 • 採不同速度之計算結果比較 • 差異比例達28%~40% • 怠速或低速區間比例高的情況下，採平均速度將會大幅降低分析敏感度

38. 伍、本計畫貢獻與建議

39. 5.1 本計畫貢獻 • 本計畫於車載設備技術相對成熟之際，於國內首次進行小汽車於實際道路運行之能耗/排放研究，凸顯在研究創新層面的努力。所蒐集的龐大資料後續可用於驗證推估模式之有效性並與國外資料相比較。 • 本計畫根據蒐集的小汽車運行瞬時資料，建立了第一套本土化之能耗/排放隨道路類型、隨車速轉換曲線，可將單一的實驗室測試平均值轉換成為道路上動態排放值，突破過去Mobile未能充分反映交通運轉在能耗排放上的缺失。 • 本計畫將能耗/排放模式與運輸規劃模式整合，並以巨觀、微觀案例展現其應用能力，確實強化了運輸策略於能耗/排放指標上之評估能力，建立了交通部門計畫評估與決策支援體系的重要一環。

40. 5.1 本計畫貢獻 • 本計畫為運研所發展的「運輸部門節能及溫室氣體減量推估架構」提供一套對公路交通管理策略更為敏感的車輛排放係數，得以較正確的反映交控與ATMS的節能減碳效益 • 本計畫提供小汽車於各種道路類型、各車速下之CO2、HC、CO、NOx等之排放對照表(Look-up Table)，使得實務應用更為簡便 • 本計畫研究期間之研究成果多次獲得國內外期刊/會議肯定，包括：

41. 5.1 本計畫貢獻 • 本研究主辦研討會： 研究車輛能耗與排放的新工具：車載量測應用研究研討會(2008/6/5) • 實車道路能源消耗與污染排放之研究 • 應用車載量測儀器建構車輛道路行駛動態之能耗、排放關聯模式 • On-Board Emission Measurement System OBS-2000

42. 論文發表 • 實車道路能源消耗與污染排放之研究，中華民國燃燒學會第十八屆學術研討會， 2008/3/29 • 建構一套兼納車輛能耗與排放關聯分析之運輸規劃評估模式，第七屆亞太運輸發展會議， 2008/5/27 • 車載量測系統應用於實際道路之研究，中華民國第十三屆車輛工程學術研討會， 2008/10/31 • 配備EGR系統車輛之NOx排放動態曲線：運用車載量測系統之道路實測分析，中華民國環境工程學會2008環境資訊研討會，2008/11/7 • 實車動態行駛之能源消耗與排放研究，中華民國環境工程學會2008環境資訊研討會，2008/11/7 • 實車動態排放與能耗之研究，中華民國第十四屆車輛工程學術研討會， 2009/10/30 • 小汽車能耗/排放之道路測試與實驗室測試關聯分析：兼論總量推估模式之發展趨勢，中國工程師學會工程會刊第82卷第4期，2009/12 • 新一代運輸部門能源消耗與排放推估模式之建構與發展趨勢：美國MOVES模式及對我國相關研究之啟示，中華民國運輸學會98年學術論文研討會，2009/12/3 • A Time-based Model for Estimating Fuel Consumption by Linking Field and Lab Measurements, 2010TRB’sAnnual Meeting, 2010/1/12

43. 5.2 本計畫建議 • 整合中綱三計畫成果 • 中綱三計畫均於今年完成階段性工作任務，未來應如何將三計畫研究成果整合成切實可用的本土化決策支援系統，將是未來工作重點 • 綜技組「運輸部門能源與溫室氣體資料之構建與盤查機制之建立」 • 在能源領域探討提供油品燃料相關資料(Met & Fuel Data)，並與國際接軌 • 建立總路網之排放清冊之能耗與CO2排放率平均值 • 搭配本計畫所建構之綜合轉換率曲線，將排放清冊之能耗與CO2排放平均值，轉換成為隨速度、道路類型改變的排放率並供相關研究使用

44. 5.2 本計畫建議 • 整合中綱三計畫成果 • 中綱三計畫均於今年完成階段性工作任務，未來應如何將三計畫研究成果整合成切實可用的本土化決策支援系統，將是未來工作重點 • 運安組「汽機車能耗與排放管理策略之決策支援系統」 • 建構各地區汽機車持有模式，可進行車輛持有、使用相關政策之情境分析，預測車輛持有與總車公里數，並可提供縣市地區之數據 • 運用目前資料庫及補充調查數據，建立各道路類型之行駛速度分布機率，則可將上述行車公里數轉換成為各道路類型下各車速之行車小時 • 運用隨速度、道路類型改變的排放率數據，可以提供縣市地區能耗與排放總量推估值，且此數據會因為地方交通策略改變（路徑指派差異、速率變化等）而改變。則能夠發展各地區節能減碳策略的評估，建立運輸部門節能減碳的地方策略與責任分配機制

45. 5.2 本計畫建議 • 整合中綱三計畫成果 • 中綱三計畫均於今年完成階段性工作任務，未來應如何將三計畫研究成果整合成切實可用的本土化決策支援系統，將是未來工作重點 • 運計組「能源消耗、污染排放推估模式與永續運輸模式之整合應用」 • 著力於各車種排放率資料(Emission Rate Data) • 除小汽車外，考量城際運輸以大客、大貨車為重，都市交通以機車、公車為重，建議後續應以大客車作為下一階段研究目標，且應按照交通營運特性，區分國道客運、公路客運與市區公車 • 車載檢測儀器技術日益進步，將可降低成本，並擴大延伸至目前受限之小汽車甚或機車，提供完整模式的重要資訊。 • 應思考如何提供地方政府以節能減碳為管理目標之規劃程序

46. 5.2 本計畫建議 • 交通部節能減碳工作推動 • 運用運安組計畫「資料庫、程式庫和使用者介面」架構，發展整合模式 • 此結構與美國新一代模式MOVES具可通性 • 可再納入環保署或能源局之相關資料庫 • 程式庫現有分析可作為關聯資料庫結構分析的基礎 • 搭配資料庫與程式庫或關聯資料庫結構的分析，對應改變使用者介面 • 目前仍缺乏一套合理機制來評估地方政府之達成率與預算編列原則。後續可制定都市地區運具管理與交通管理並重的能耗排放評估標準程序，作為各級地方政府交通單位的規範 • 地方政府在目標核配原則：交通越擁擠的都市地區應核配越重的節能減碳責任，採用本計畫之排放率將可修正過去在實測技術為完備而未能充分納入交通運轉因子所造成的缺失 • 地方政府交通部門在核配減量目標下，須逆推大眾運輸應達到的使用比例，據以研擬交通管理、運具使用管理等之措施與節能減碳績效，並與中央就財源籌措方式協商研擬可行方案 • 可先由代表性地區作為研究案例，建立都市地區永續發展的規劃程序

47. 5.2 本計畫建議 • 由案例分析可知，為達到節能減碳目標： • 城際運輸中車輛多半是以巡航速率運行，正常運行的交通狀況下交通管理的節能減碳效果較不明顯，策略方向應以經常性壅塞路段的交通管理措施、私人運具移轉為主 • 都市地區應是大眾運輸優先與改善、私人運具管理與交通管理並重 • 里程計費案例顯示 • 高速公路雖因交通量減少而達到局部節能減碳，但區域道路上卻因增加交通擁擠而增加能耗與排放。故推動里程計費應以高速公路走廊觀念來探討高速公路及鄰近省線道之交通管理策略，並將能耗排放減至最少 • 由節能減碳觀點﹐費率的高低會影響大眾運輸使用比例﹐適度提高費率方能有效達到節能減碳效果 • 若考量實施尖峰時段採取差別費率，必須著重時間移轉效果，將尖峰時間延長、尖峰交通量降低方能達到節能減碳效果。如同里程計費﹐高速公路走廊的交通管理將是必要的配套措施

48. 5.2 本計畫建議 • 資料庫與檢測技術 • 應參考美國建立完整的道路交通與車輛使用資料庫，作為執行各項減量措施時之評估指標 • 借鏡美國MOVES經驗，我國應積極發展能耗與排放資料庫架構，逐漸累積資料數量與改善資料品質，未來更可資料共享 • 在老舊使用中車輛定期檢測部份，資料品質方面尚有改善空間，未來並將排放資料納入資料庫 • 道路測試與實驗室測試方法 • 車載排放檢測系統(PEMS)技術日漸成熟。未來以道路測試蒐集資料會越來越方便，使得實驗車方面的限制越來越少，甚至機車的實測也將成為可行。應持續關注檢測儀器技術發展，改善資料蒐集與研發工具。 • 將道路實驗以1：1方式複製回實驗室測試，且使用車載系統量測，則能夠穩定複製道路實驗之能耗與CO2排放特性，呈現不同速度、加速度下之能耗與排放率。後續值得再探討此一複製方式，運用實驗室測試替代作為大量道路測試資料取得之可能性。包括可能可以應用在機車測試上，在道路測試行車狀態（建立速度-時間曲線），再在實驗室中量測能耗與排放率。

49. 5.2 本計畫建議 • 環保署能耗/排放模式發展 • 美國最新的MOVES建構於車輛能耗理論及空污排放與能耗關連性，將成為評估公路交通能耗/排放之官方代表模式，本計畫之研究方向可與其接軌，包括以時間為分析單位、充分考慮速度與加速度在能耗排放上之影響等 • MobileTaiwan中的速率調整因子引用美國資料，本計畫可提供本土之小汽車資料

50. 簡報完畢敬請指教