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期 末 簡 報

交通部運輸研究所. 亞聯工程顧問股份有限公司. 智慧型運輸系統( ITS) 對節約能源 及減少溫室氣體排放之效益評估. 期 末 簡 報. 報告人 林柏澄. 中華民國93年 11 月17日. 簡 報 大 綱. 壹、計畫概述 貳、問題背景分析 參、 ITS 與環境衝擊改善 肆、效益分類與績效指標 伍、效益評估量化模式建構 陸、分析模組建立 柒、 ITS 應用策略分析 捌、模式校估與驗證 玖、結論與建議. 壹、計畫概述. 1.1 計畫緣起 1.2 計畫目標 1.3 工作內容 1.4 工作流程. 1.1 計畫緣起.

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  1. 交通部運輸研究所 亞聯工程顧問股份有限公司 智慧型運輸系統(ITS)對節約能源及減少溫室氣體排放之效益評估 期 末 簡 報 報告人 林柏澄 中華民國93年11月17日

  2. 簡 報 大 綱 壹、計畫概述 貳、問題背景分析 參、ITS與環境衝擊改善 肆、效益分類與績效指標 伍、效益評估量化模式建構 陸、分析模組建立 柒、ITS應用策略分析 捌、模式校估與驗證 玖、結論與建議

  3. 壹、計畫概述 1.1 計畫緣起 1.2 計畫目標 1.3 工作內容 1.4 工作流程

  4. 1.1 計畫緣起 • 工商業發達產生更大交通運輸需求，亦須面對有限能源消耗與溫室氣體排放問題。 • 制定交通運輸策略時，鮮少正視對環境品質之影響程度，致使交通需求對環境造成負面衝擊。 • 發展ITS旨在運用先進科技於運輸系統，使有限的運輸資源作最有效的利用。

  5. 1.2 計畫目標 • 研選適當的交通模擬模式，推估ITS所產生的相關效益。 • 探討影響能源消耗及溫室氣體排放之相關因素，俾建立評估系統架構。 • 整合運輸規劃與交通模擬模式、車輛排放污染物推估模式、以及能源需求預測模式，建立整合性的評估架構。 • 探討並分析效益評估量化指標之構建方法，配合本研究所建立之評估模式進行案例分析。

  6. 1.3 工作內容 • 第一年期：構建效益評估量化模式 • 相關文獻蒐集與效益評估方法探討 • 影響能源消耗及溫室氣體排放因素分析 • ITS策略對節約能源及減少溫室排放之系統架構 • 構建效益評估量化模式 • 效益評估量化模式驗證與校估 • 研擬第二年期之具體研究工作項目 • 第二年期：建立評估量化指標與案例分析 • 建立效益評估量化指標 • 案例分析與評估

  7. 評估系統架構整體規劃構想 (第一年期) 構建效益評估量化模式 (第二年期) 研擬效益評估量化指標並進行案例分析 測試路網情境假設與策略模擬交通運作 機動車輛溫室氣體(CO2)排放推估模式建立 能源消耗(石油產品)與需求 模式建立 績效值評估 ATIS、ATMS 情境假設與策略研擬 不可貨幣化之績指標分類 目標/標的初步研擬 可貨幣化績效指標 節約能源及減少溫室氣體排放效益評估量化模式 YES 進行績效指標值推估 界定各案例經濟效益分析範圍 NO 模式驗證與校估 ITS效益項目分析 定性評估 完成第一年期 規劃成果 ITS效益評估參數與成本項目 ITS效益分析 結論與建議 經濟效益分析 成本效益分析

  8. 1.4 工作流程 計畫範圍與目標 相關案例與文獻蒐集 確立ITS策略與效益項目 效益評估方法與模式架構規劃 路網交通運量預測 路網交通模擬分析模組建構 能源消耗與溫室氣體排放分析模組建構 效益評估量化模式整合

  9. 貳、問題背景分析 2.1 溫室排放效應與抑制措施 2.2 我國運輸部門能源需求分析 2.3 我國溫室氣體排放現況 2.4 京都議定書生效後之衝擊

  10. 2.1 溫室排放效應與抑制措施 • 全球暖化以CO2 (佔55%)影響最大，過去100年間，全球平均溫度已上升0.3℃~0.6℃。 • 溫室效應造成經濟、農業、海洋生態及水循環影響。 • 聯合國於1988年11月成立「氣候變化政府間專家小組」（簡稱IPCC），探討全球氣候變化問題並提出因應策略。 • 抑制措施 • 聯合國「氣候變化綱要公約」 • 京都議定書 • 溫室氣體盤查議定計畫

  11. 2.2 運輸部門能源需求分析 • 過去二十年間工業部門占我國能源消費比重已漸漸下降，由66年之64.1％降至56.2％。商業、運輸及住宅部門所占比重則逐年上升。 • 根據經濟部能源委員會統計，運輸系統能源消耗比例分別為公路運輸(81.35%)、海運(2.73%)、空運(15.91%)及軌道運輸(0.01%)。 • 以目前國內的交通結構分析，公路運具數量仍然有逐年增加情形，推估未來運輸能源消費比重仍將呈現成長趨勢，且仍以公路運輸能源為主。

  12. 10,337 萬公秉油當量 2% 7 6 12 2 51 16 6 6,157 2% 6 5 12 2 48 18 7 3,181 萬公秉油當量 1% 7 2 11 3 53% 14 9 萬公秉油當量

  13. 2.3 我國溫室氣體排放現況 • 1999年為2億餘噸，較1989年之1.1億噸增逾八成，平均每年成長6.8％。 • 我國運輸部門CO2總排放量3,289萬公噸，佔全國總排放量15%。

  14. 我國二氧化碳排放情景推估（草案）

  15. 2.4 京都議定書生效後對國內之衝擊 • 京都議定書之制訂限制二氧化碳排放，將直接衝擊各國之能源配比與產業結構，影響各國經濟發展，甚至損及國際競爭力。 • 我國溫室氣體排放總量佔全球總量將近1%，名列全球第22位，「很可能被列入下一波要求減量的目標」，部分二氧化碳排放量大的產業獲利空間將縮小或需退出市場，產業結構將產生變化。

  16. 我 國 我國在全球 全 球 OECD 排 名 佔 比 排放總量a （百萬公噸CO2） 229.69 22 0.96% 24,002 12,594 每人平均排放a （公噸CO2/人） 10.3 23 - 3.9 11.1 人口 （百萬） 22.28 49 0.37% 6103 1,139 GDPb （十億美元） 394.51 19 0.93% 42,374 24,803 每人平均GDPb （千美元） 17.7 28 - 6.9 21.8 能源供應 （1015焦爾） 3724 23 0.88% 425,589 223,274 每人平均耗能 （109焦爾） 167.2 30 - 69.7 196.1 每單位GDP排放b （公斤CO2/美元） 0.58 47 - 0.57 0.51 每單位能源排放 （公斤CO2/109焦爾） 61.67 26 - 56.40 56.40 • 我國CO2排放指標跨國比較（2001年） 資料來源：ERL/ITRI整理自IEA資料 註 解：a. 不包括國際航運排放CO2，b. 以「購買力平價」（purchase power parity）及1995年美元幣值計。

  17. 參、ITS與環境衝擊改善 3.1 ITS發展目標與內涵 3.2 國外實施ITS策略之 效益案例

  18. 3.1 ITS發展目標與內涵 • 依據「台灣地區發展智慧型運輸系統(ITS)綱要計畫」研究案所歸納之ITS發展目標，可分為安全、環保、效率、經濟四大項。

  19. 3.1 ITS發展目標與內涵 • ITS發展內涵

  20. 3.2 國外實施ITS策略之效益案例 • 實施ITS策略減少能源消耗 • 芬蘭首都赫爾辛基的實施的公車優先化號誌行駛系統，減少約3.6%的燃料消耗。 • 美國四個地區所實施的號誌連鎖控制系統，能源使用的減少量範圍從亞利桑那鳳凰城的2%，維吉尼亞Richmond的12%。 • 適性號誌控制系統在加拿大的多倫多市已經節省了4%~7%的燃料消耗。 • 美國紐澤西州E-ZPass系統實施後，有效降低車輛平均延誤85%。每年降低延誤的效益約1900萬美元、節省150美元燃料費用 。

  21. 3.2 國外實施ITS策略之效益案例 • 實施ITS策略減少溫室氣體排放 • 歐洲的統計結果可節省操作費並提高大眾運輸系統之收入，且據估計可將30%大眾運輸轉乘提高至55%。依其在八個交叉口區域測試結果，CO2排放可減少5~8%，約3000~4000公噸。 • 美國維吉尼亞州Richmond市在實施先進都市交通號誌管理系統(花費美金470萬元進行號誌系統升級)之後，將車輛延滯、燃料使用、及廢棄排放的減少量轉換成金錢化數值之後，在所增加的效益已經達到了年度美金420萬。 • 根據日本試驗結果，車隊運作管理(platooning)確實可提升行車效益，並降低CO2排放量10%至15%。

  22. 肆、效益分類與績效指標 4.1 評估範圍界定 4.2 ITS效益分類 4.3 效益目標與衡量指標 4.4 基本情境設定

  23. 4.1 評估範圍界定 • ITS目標範圍極廣，選定與節約能源及減少溫室氣體排放效益評估有關議題加以探討。 • 初步選定四類ITS服務領域 • ATMS-交通環境影響管理。 • ATIS-提供用路人行車資訊，避免交通擁擠。 • APTS-發展大眾運輸系統，減少私人運具使用。 • EPS-改善收費站區附近的壅塞停等，降低擁擠。

  24. 4.2 ITS效益分類 • 第一類：減少交通量之效益 • 提供駕駛人替代路徑導引，減少主線壅塞延滯時間。 • 高速公路實施匝道管制，提高主線車流的行車效率。 • 第二類：減少旅行時間之效益 • 高速公路收費站所減少的時間延誤。 • 都市交控系統的啟用，平均可節省駕駛人的旅行時間。 • 第三類：縮短行駛里程之效益 • 提供駕駛人替代路徑導引。 • 路網中減少的總延車/人-公里數。

  25. 4.3 績效目標與衡量指標 資料來源：本研究整理。(註：加「*」者為負面效益)

  26. 4.4 基本情景設定 • 要進行效益評估需建立基本情景(Business as Usual, BAU)作為參考基礎。 • 以整體環境的觀點，根據國內現有經濟、人口成長率與產業結構等展望資料所構建的情境，即所謂的「Business as Usual, BAU」。 • 本計畫將基本情景(Business as Usual, BAU)定義為「沒有實施ITS策略之前的交通量、能源消耗量或溫室氣體排放量」。

  27. 伍、效益評估量化模式建構 5.1 模式發展原則 5.2 分析方法 5.3 評估流程設計 5.4 架構功能需求 5.5 效益評估量化模式

  28. 5.1 模式發展原則 • 以「可量化效益」為分析對象 模擬方式可獲得，包括「旅行時間增減」或「受影響 交通量多寡」等。 • 以「石油產品」為能源分析對象 公路運具大部分使用汽油與柴油，在「能源」消耗或節 省推估方面，皆以石油產品為分析對象。 • 以「二氧化碳」為溫室氣體計算對象 • 假設油品燃燒後全部化成CO2、CO與VOCs；CO與VOCs最終在大氣中被氧化成CO2。 • N2O與CH4在交通排放中比例極小，僅考量CO2排放。

  29. 5.2 分析方法 • 國內已經實施的ITS措施 • 引用國內部分ITS相關措施的實測數據。 • 參考國外數據修配合國內運作情形修正。 • 透過路網車流模擬方法獲得相關績效值。 • 國內尚未實施的ITS措施 • 如高速公路實施電子收費政策、高乘載車道。 • 透過路網車流模擬方法獲得相關績效值。

  30. 5.3 評估流程設計 • 為了量測指標值，效益評估量化模式應該在路網運作績效評估、能源消耗及溫室排放關係、效益分析方法三方面，設計出一套評估流程。

  31. 5.4 架構功能需求 • 採「物件導向」之模組化觀念，未來若某一模組所採用的推估方式無法充分反應實際的交通運作狀況，可由更合適的模式取代之。 • 規劃數個獨立模組 路網交通量 預測模式 • 與國家級ITS 系統架構(SA)之邏輯架構中的資料流向圖(DFD)表現方法一致。 各車種減量成本換算模式 ITS運作績效 評估模組 單位能源產生的溫室氣體量 各車種單位時間/距離之能源消耗

  32. 5.5 效益評估量化模組 Module-2 ITS運作績效評估模組 平均每輛車/所有車輛延誤時間 路網車流模擬平台 Dynasmart 應用現有ITS效益評估軟體 國內實際運作績效資料記錄 車種別平均燃油使用量 O-D資料 車種比例 車種別平均燃油效率 分析範圍受影響車輛數 車種比例 旅運需求相關資料 平均每輛車/所有車輛旅行距離 Module-1 路網交通量預測模組 Module-3 能源消耗推估模組 燃油成本 運作成本 Module-4 溫室氣體排放推估模組 總汽油消耗量 Module-5 減量成本換算模組 基本燃料資料 CO2排放因子 總柴油消耗量 CO2總排放量

  33. 陸、分析模式建立 6.1 運量預測模組 6.2 路網ITS效益分析模組 6.3 能源消耗與溫室氣體排放 計算模組

  34. 三期規劃 模式回顧 三期規劃模式基本假設情境 三期規劃 成果檢視 三期規劃模式 通用分析說明 社經交通資料收集與補充調查 三期規劃成果調整(OD檢核)  依分區人口  依交通量檢核點  使用 TRANSCAD 交通量分派 路網交通量分派結果 評估受影響交通量 6.1 路網運量預測模組 • 交通分區建立 • 交通資料與社經資料 蒐集與調查 • 路網構建 • 旅次起迄矩陣檢核 • 路網運量預測 • 提供O-D資料 • 路網交通量預測

  35. 6.2 路網ITS運作績效評估模組 • 遴選兩套模擬軟體 ▓ 中觀模擬-DYNASMART ▓微觀模擬-TSIS • 相關工作包括： ▓ 路網分區、編碼 ▓ O-D資料調整、依時分配 ▓ ITS策略情境設計(模擬電子收費、匝道儀控) ▓ 運作績效輸出

  36. DYNASMART路網分區

  37. O-D資料調整

  38. DYNASMART路網建置成果

  39. TSIS路網建構

  40. 整合編輯程式 ▓微觀TSIS並無指派功能，無法處理路網幾何、控制等型態改變後所可能產生路段流量型態的變化 ▓ 將DYNASMART所模擬出來每一車輛的車輛路徑資料，經統計整理後，計算車模擬路網中的路口轉向比，以利TSIS迅速執行不同情境時的績效分析。

  41. 6.3 耗油與溫室氣體排放推估模組 • 以燃料為基準推估溫室氣體排放量 • 由耗油量直接計算溫室氣體排放量 • 以行車速率為基準推估溫室氣體排放量 • 先行車速度與里程計算耗油量，再計算溫室氣體排放量

  42. 以行車里程為基準計算耗油量 • 輸入資料：車種、車輛數（N）、燃料種（汽油、柴油）、行車里程（D，公里/輛）、行車速度（V，km/hr） • 單位耗油計算方程式 汽油小客車 E = 0.001784842 x V2 - 0.256157175 x V + 17.94117582 汽油小貨車 E = 0.002747382 x V2 - 0.339292954 x V + 19.01195604 柴油小貨車 E = 0.002281351 x V2 - 0.270000162 x V + 16.17830769 大客貨車 E = 0.003328248 x V2 - 0.451142340 x V + 48.50518681 • 耗油量計算方程式 OIL = E x D x N • 輸出資料：車種、燃料種（汽油、柴油）、耗油量（OIL，公升）

  43. 由耗油量推估溫室氣體排放 • 輸入資料：車種、燃料種（汽油、柴油）、耗油量（OIL，公升） • 計算方程式 CO2 產生係數，f 汽油 2.241 公斤/公升 柴油 2702 公斤/公升 • 運輸週期溫室氣體排放量 運輸週期CO2排放量 = f x OIL / 1000，公噸 • 燃料生命週期溫室氣體排放量 CO2排放量 = k x運輸週期CO2排放量， 汽油 k = 1.26； 柴油 k = 1.19 • 輸出資料：溫室氣體產生量(公噸）

  44. 推估模式建立 • WRI-WBCSD GHG Protocol Initiative Mobile v1.2，溫室氣體排放量推估模組，本計畫開發輸入介面。

  45. 推估模式建立 • 本計畫開發的溫室氣體排放量推估模組。

  46. 柒、ITS策略效益分析 7.1 電子收費政策效益分析 7.2 匝道儀控策略效益分析 7.3 綜合評估

  47. 7.1 電子收費政策效益分析 • 探討一般收費站與電子收費站等兩種型式對行車績效的影響進行分析。 • 在建構的新竹系統交流道以北的TSIS路網中，本研究選擇四個收費站系統進行分析。 ▓ 泰山收費站 ▓ 楊梅收費站 ▓ 土城收費站 ▓ 龍潭收費站

  48. 7.1 電子收費政策效益分析 • 收費站情境模擬 ▓ 節點1到節點6為高速公路主線，最多可設為五車道 ▓ 節點7到節點12為TSIS的匝道線段，最多可設為三車道

  49. 一般收費站臨進路段區隔

  50. 一般收費站不同交通量之績效輸出 成長10% 成長10%

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