純電動(dòng)汽車CO₂排放量估算與比較

龔利平

摘 要： “十二五”以來(lái)，我國(guó)新能源汽車發(fā)展迅猛，尤其是純電動(dòng)汽車和插電式混合動(dòng)力汽車。但在我國(guó)電力結(jié)構(gòu)目前以煤電為主的情況下，也有認(rèn)為電動(dòng)汽車實(shí)際碳排放高于燃油車的觀點(diǎn)。本文以碳平衡法對(duì)純電動(dòng)汽車百公里CO2排放量進(jìn)行估算，并與普通燃油乘用車進(jìn)行簡(jiǎn)單對(duì)比。

關(guān)鍵詞：純電動(dòng)汽車 電力結(jié)構(gòu) 碳平衡法 CO2排放量

中圖分類號(hào)：U469.72 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1003-9082（2016）05-0306-02

一、估算假定條件

1.只考慮火電廠產(chǎn)生的CO2排放，忽略其它類型發(fā)電廠的排放。太陽(yáng)能、風(fēng)能、水力、核能及潮汐能電站發(fā)電過(guò)程生產(chǎn)的CO2排放比火電廠少很多。

2. 只考慮使用過(guò)程的CO2排放，忽略生產(chǎn)純電動(dòng)汽車和生產(chǎn)燃油汽車過(guò)程中的排放，忽略建設(shè)火電廠和電網(wǎng)過(guò)程中的排放，忽略燃油在開采、提煉、儲(chǔ)運(yùn)等過(guò)程中的排放。以上過(guò)程也有一定的碳排放，不在本文討論之列。

3.忽略電廠燃煤和汽油燃燒過(guò)程中可能產(chǎn)生的極少量CO、CxHy化合物和C單質(zhì)，假定C元素全部轉(zhuǎn)化為CO2。

4.忽略純電動(dòng)汽車和燃油車的官方電耗、油耗數(shù)據(jù)與用戶實(shí)際消耗的差別，只采用廠家或官方數(shù)據(jù)計(jì)算。

二、純電動(dòng)汽車CO2排放估算方法

根據(jù)煤炭燃燒過(guò)程中碳原子守恒（碳平衡法），可以由如下公式估算純電動(dòng)汽車使用過(guò)程的等效CO2排放量：

W1= （1）

其中W1：純電動(dòng)汽車百公里CO2排放量，kg/100km；

12、44、1000分別是碳原子相對(duì)原子量、CO2相對(duì)分子量（按C12和O16計(jì)算）、kg與g的換算系數(shù)；

E：純電動(dòng)汽車百公里電耗，kW·h/100km；

H：燃煤電廠度電標(biāo)準(zhǔn)煤耗，g/ kW·h。根據(jù)中國(guó)電力企業(yè)聯(lián)合會(huì)統(tǒng)計(jì)，2014年的值為300[1]；

k：標(biāo)準(zhǔn)煤碳排放系數(shù)，國(guó)家發(fā)展改革委員會(huì)能源研究所推薦值為0.67，它反映了我國(guó)發(fā)電燃煤平均含碳率按平均熱量折算到標(biāo)準(zhǔn)煤的數(shù)值；

λ：火電占全社會(huì)電量的比率。根據(jù)中國(guó)電力企業(yè)聯(lián)合會(huì)統(tǒng)計(jì)，2014年燃煤、燃?xì)?、燃油電廠發(fā)電量的比率分別為70.50%、2.38%、0.08%[1]。燃?xì)怆姀S的度電排放大約是燃煤的40%[2]。由于相關(guān)數(shù)據(jù)缺失，燃油電廠按與燃煤電廠等效的放大系數(shù)折算。所以最終折算為λ=70.50%+2.3840%+0.08%=71.53%；

：電網(wǎng)損失率，根據(jù)中國(guó)電力企業(yè)聯(lián)合會(huì)統(tǒng)計(jì)，2014年為6.64%[1]；

：充電環(huán)節(jié)的電量損失率，根據(jù)萇瑞鋒先生的研究，取6%[3]；

：廠用電率，即火電廠在發(fā)電過(guò)程中自身也要消耗一定的電力。根據(jù)萇瑞鋒先生的研究，取5%[3]；

p：電池自放電、容量衰減和電能轉(zhuǎn)機(jī)械能效率比設(shè)計(jì)值降低等因素的復(fù)合損失率，反映為電動(dòng)汽車實(shí)際續(xù)航小于理論值，根據(jù)假設(shè)條件4，本文取p=0。另外，電動(dòng)汽車冬季使用電耗增加比燃油車油耗增加更為明顯，文本單獨(dú)考慮冬季使用的情形，取p=30%，即按冬季續(xù)航衰減30%估算；

q：碳元素不完全燃燒率，一般低于3%[4]。隨著發(fā)電機(jī)組的大型化和超臨界化，該值不斷降低。為充分考慮CO2排放量，根據(jù)假定條件3，本文取q=0。

把上述參數(shù)帶入公式（1）得到：

W1=0.6323E （2）

三、燃油乘用車CO2排放估算方法

本文只考慮普通燃油乘用車使用過(guò)程中消耗汽油（我國(guó)柴油乘用車比例很?。┊a(chǎn)生的CO2排放。根據(jù)燃燒過(guò)程中碳原子守恒，汽油平均密度按730kg/m3、平均組分按C8H18計(jì)算，可得：

W2：燃油車百公里CO2排放量，kg/100km；

B：百公里油耗，L/100km。

四、純電動(dòng)汽車CO2排放量估算

本文選取了2015年我國(guó)銷量前10的純電動(dòng)汽車（純電動(dòng)乘用車占比超過(guò)80%）中，查到電池容量和續(xù)航的9個(gè)車系、13款車型，按公式（2）估算。注：各車型參數(shù)主要來(lái)自汽車之家網(wǎng)站。

這13款電動(dòng)汽車百公里電耗從7.3到20.5不等，平均12.3 kW·h/100km，總體隨著車重和功率的增大而增大。百公里CO2排放量從4.64到12.96不等，平均7.77kg/100km。冬季使用從6.62到18.52不等，平均11.10kg/100km。

五、燃油乘用車CO2排放量估算

1.平均值法

由于燃油乘用車車型眾多，不便于選取具體車型計(jì)算。本文選取2014年全國(guó)乘用車平均油耗和銷量前十的乘用車生產(chǎn)企業(yè)平均油耗，按公式（3）進(jìn)行估算。

表2 主要企業(yè)燃油乘用車百公里CO2排放量估算

注：汽車銷量數(shù)據(jù)來(lái)自汽車工業(yè)協(xié)會(huì) [5]，燃料消耗數(shù)據(jù)來(lái)自工業(yè)信息化部[6]。

所選十家企業(yè)（上海通用按三家分公司分別統(tǒng)計(jì)）的乘用車百公里平均油耗從6.82到8.01不等，平均7.14L/100km。百公里CO2排放從15.37到18.05不等，平均16.09kg/100km。2014年全國(guó)燃油乘用車平均油耗7.22L/100km，平均排放16.27kg/100km。

2.極限值法

由于工業(yè)信息化部所給的平均油耗是算術(shù)平均，無(wú)法反映不同排量車型之間數(shù)量的巨大差別。轉(zhuǎn)而可以從中選取油耗最小的車型，則全行業(yè)的油耗水平一定大于這款車。從工業(yè)信息化部“中國(guó)汽車燃料消耗量網(wǎng)站”查到油耗最小的是“江南TT”等車型，綜合油耗是4.8L/100km，由公式（3）估算的CO2排放量是10.82kg/100km。該值介于本文所列純電動(dòng)汽車正常天氣使用平均排放量7.77和冬季使用平均排放量11.10之間。

六、對(duì)比分析結(jié)論

1.正常天氣下使用，所有選擇車型的純電動(dòng)汽車CO2排放量都低于前十家企業(yè)燃油乘用車的平均排放和全國(guó)燃油乘用車的平均排放。冬季使用，除比亞迪e6外在，其余八款純電動(dòng)汽車的排放也都低于燃油車的排放。

2.正常天氣使用，除比亞迪e6外，其余12款純電動(dòng)汽車CO2排放都低于燃油乘用車的最低排放10.82kg/100km，因而也低于燃油車全行業(yè)的排放。但冬季使用，所選13個(gè)電動(dòng)車型有7款超過(guò)燃油車的最低排放。

3.按照公式（3）估算，如果燃油車的排放要低于本文所選純電動(dòng)車的冬季平均值11.10kg/100km，平均油耗要由目前的7.22降到4.93L/100km以下；如要降到電動(dòng)汽車正常天氣使用的平均值7.77kg/100km，平均油耗更要降到3.45L/100km以下。

4.從技術(shù)進(jìn)步和我國(guó)經(jīng)濟(jì)結(jié)果發(fā)展趨勢(shì)看，發(fā)展純電動(dòng)汽車有積極的意義，主要理由如下：

4.1 我國(guó)火電比例近年的趨勢(shì)是不斷降低，隨著核電和新能源發(fā)電的發(fā)展，有助于降低電動(dòng)車的碳排放。

4.2 火電行業(yè)內(nèi)部也不斷淘汰落后產(chǎn)能，隨著大型機(jī)組的比率不斷提高，平均度電煤耗必定進(jìn)一步降低。

4.3 新電池技術(shù)，如固態(tài)電池、鋰空氣電池、鋰硫電池等，已經(jīng)有了實(shí)驗(yàn)室成果，能量密度和充放電特性等方面有明顯提升。雖然實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)和規(guī)?；€有較長(zhǎng)年份，新技術(shù)必然使電動(dòng)汽車在性能和節(jié)能方面有大的進(jìn)度。

5.單純從降低排放出發(fā)，目前應(yīng)該提倡發(fā)展輕量型純電動(dòng)汽車，大型電動(dòng)乘用車并不具有明顯的減排效果。

參考文獻(xiàn)

[1]電力企業(yè)聯(lián)合會(huì).2014年電力統(tǒng)計(jì)基本數(shù)據(jù)一覽表[EB/OL].2015.11.30.

[2]張輝等. 燃?xì)馀c燃煤電廠主要污染物排放估算分析[J].環(huán)境工程，2012.3.

[3]萇瑞鋒等.我國(guó)電動(dòng)汽車碳排放量計(jì)算方法的探討[C].北京，2011中國(guó)電工技術(shù)學(xué)會(huì)學(xué)術(shù)年會(huì)論文集，2011.9.

[4]丁洋.電動(dòng)汽車對(duì)火力發(fā)電能耗及環(huán)境影響研究[D].P21，2013.3.

[5]汽車工業(yè)協(xié)會(huì).2014年乘用車品牌銷量前十位排名[EB/OL].2015.01.16

[6]工業(yè)和信息化部等五部委.關(guān)于2014年度中國(guó)乘用車企業(yè)平均燃料消耗量核算情況的公告 2015年41號(hào)[Z].2015.06.23.