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Discover蓄电池从碳视角分析共享电动自行车的换电模式
同享电动自行车（e-bikes）首要选用两种电池办理形式：集中充电（CC）与分散换电（DS）。但是，关于这两种形式的体系性比较——尤其是从碳排放视点——仍较为有限。本研讨以我国宁波市为例，评价了同享电动自行车体系在CC和DS形式下的碳减排潜力。经过将生命周期评价（LCA）与依据智能体的建模相结合，量化了体系全生命周期内的碳排放量。结果标明，DS形式在14天内完成净碳平衡为−1761.3 kg CO2当量2-eq，而CC形式将导致509.0千克二氧化碳的净排放量2这种差异首要归因于换电过程中运送相关排放的下降、部署的换电柜数量削减以及未满意出行需求的下降。此外，研讨标明，DS形式能有用提高高出行需求区域的换电功率。下降换电门槛虽能削减因电池电量缺乏导致的单车不可用状况，但会加重电动自行车的物理短缺。这一权衡关系最终促进碳排放总量下降，详细表现为DS形式下减排量达348.2千克二氧化碳2当选用DS形式时，减排量可达1645.9千克二氧化碳2在CC形式下，体系对阈值调整表现出更高的敏感性。此外，在CC场景中，依据出行需求波动动态调整换电阈值可削减未满意行程并缩短换电间隔。
导言
跟着城市化进程的加快，城市交通产生的二氧化碳排放量持续增加，对低碳城市开展构成应战。国际清洁交通委员会数据显现，到2050年全球交通相关碳排放量估计将增加70%以上（Zhong et al., 2023）。这一预期增加与气候变化减缓方针及更广泛的可持续开展方针密切相关。传统城市交通形式（如私家车和公交车）首要依靠化石燃料，因此伴跟着大量碳排放。
相比之下，同享自行车、同享电动自行车和同享电动滑板车等新式同享交通办法正日益成为中短途出行的挑选。需阐明的是，本文所界定的电动自行车是指装备踏板并由车载电池驱动的两轮车辆。这些同享形式有助于解决最后一公里接驳问题，缓解交通拥堵，并削减交通相关碳排放（Zhang and Mi, 2018; Zhang et al., 2025b）。近年来，同享自行车体系及其运营商获得了政府部门的方针支撑。截至2022年9月，我国同享电动自行车（e-bikes）数量已达870万辆，约占同享微出行车辆总数的37%（Shi et al., 2024）。
与同享单车相比，同享电动车的选用率有所上升，部分原因在于其能力能完成更高行驶速度，并在长间隔或不平坦地形上削减膂力消耗。关于运营商而言，同享电动车还具有较低的运营与办理本钱（Xu et al., 2022; Zhao et al., 2024）。但是，若同享电动车的电池电量缺乏以支撑电力驱动，用户可能会转而挑选更轻便的同享单车，虽然电动自行车仍可进行人工踏板骑行。在体系运行过程中，一旦电池电量低于预设的换电阈值，电动自行车将被标记为不可用状况并暂时退出服务，直至替换为充满电的电池。此外，人行道上随意停放的同享电动自行车会阻止行人通行并加重局部拥堵。这些运行特征凸显了充电与换电流程对同享电动自行车体系功能的要害影响。
电池替换技能作为一种广泛应用的场外充电办法（Zhao等，2024），答应运营者经过用充满电的电池替换 depleted batteries 并搜集 discharged batteries 进行充电来恢复自行车可用性。实践中，电池替换形式可分为集中式充电（CC）和分散式替换（DS）。如图1所示，在CC形式下，运营者搜集服务区域内的 depleted batteries 并将其运送至充电库房进行充电。由于设施租借及办理本钱昂扬，库房通常选址于地价较低的郊区。因此，库房与服务区域之间的较远间隔往往将电池替换频率限制在每日1-2次（Zhao等，2024）。相比之下，DS形式依靠于分布在服务区域的电池替换柜（BSCs）。每个BSC均装备独立充电舱，用户可就地替换已放电电池与满电电池。此外，BSCs安装于指定点位，由担任特定区域内充电及电池替换任务的人员进行运维办理。
充电形式与换电形式（即CC与DS）对同享电动自行车体系的运营功能具有明显影响。除CC与DS在运营流程上的固有差异外，要害体系参数——如电池替换阈值——直接决定了可用电池能量水平。而电池替换阈值的调整，又会经过动态运营流程反效果于体系运营功率与环境效益。这些形式不只影响运营功率与服务可用性，一起塑造了能耗形式及关联碳排放。鉴于CC与DS在电池出产、运送、充电流程及作废处理环节的差异，其全生命周期碳排放估计将出现形式间分解（Zhou et al., 2023a）。经过将碳排放剖析与充换电形式及阈值的评价相结合，可完成对二者环境绩效的比照评价，并有助于辨认碳脚印要害奉献环节。此类剖析可为电池办理战略的优化供给依据，并为提高同享微出行体系的环境可持续性供给决议计划支撑。此外，依据咱们的研讨结果，运营商可依据详细运营条件挑选合适的电池替换形式及阈值。
作为同享出行体系的要害组成部分，同享电动自行车在交通相关碳排放研讨中日益受到关注。但是，对其环境绩效的实证评价仍然有限，这首要源于数据获取与搜集的应战。此外，在现有比较充电形式与换电形式的文献中，环境影响因素尚未被体系地归入评价结构。先前大多数研讨聚集于微观运营问题，例如电子围栏（Yu等，2022）、换电站选址（Xu等，2022）以及车辆调度途径规划（Schuijbroek等，2017）。相比之下，针对微观充电形式与电池替换形式（即CC与DS）的比照剖析研讨——特别是选用依据模仿办法的研讨——仍较为有限。在依靠电池替换的同享电单车体系中，电池替换阈值作为影响电池利用率与全体体系功能的要害运营参数具有重要意义。目前仅有少数研讨探讨了该阈值变动如何影响出行需求满意率（Zhao等，2024），且仍缺少全面优化剖析。总体而言，现有文献揭示了两个要害研讨空白：
- •现有研讨缺少对电动自行车同享体系中CC形式与DS形式的全生命周期碳排放进行体系化比照评价。
- •当前对包含碳排放在内的多维功能指标下换电阈值时空异质性的研讨缺乏，且缺少解说CC形式与DS形式间阈值效应差异的机理剖析。
本研讨旨在经过从碳排放视点对同享电动自行车体系中的CC和DS形式进行比较剖析，为现有文献做出奉献。从环境影响评价的视点来看，生命周期办法关于捕捉电动自行车同享体系各阶段的体系级碳排放至关重要。因此，本研讨依据该领域最新办法学进展（Su等，2025），开发了一个结合依据智能体的模仿和生命周期评价（LCA）的集成结构，以量化体系级碳排放。本研讨在以下方面临现有文献作出了奉献：
- •咱们建立了一个专门针对电动自行车同享体系的全生命周期碳排放核算结构，用以量化体系全体的碳排放量。
- •经过将实际运营数据与依据智能体的模型相结合，模仿同享电动自行车运营的动态过程，包括车辆租借与偿还流程、充电与电池替换形式（即CC与DS）以及车辆调度作业。
- •经过比照剖析评价两种形式在全生命周期碳排放方面的差异。此外，本研讨还探讨了不同电池替换形式在出行需求水平各异地区的适应性。
- •本研讨考察了电池替换阈值的时空异质性对多项功能指标的影响，评价了阈值调整战略的适应性，并阐明晰阈值变化影响体系全体功能的效果机制。