基于混合生命周期方法的私人電動汽車溫室氣體排放研究

馮超+王科+徐志強(qiáng)+公丕芹

摘要 近年來，電動汽車因其在行駛過程中無任何尾氣排放，被各國政府視為推動交通部門清潔、低碳發(fā)展的重要途徑，主要發(fā)達(dá)國家紛紛推出了各自的電動汽車發(fā)展戰(zhàn)略。但是，由于電力屬于二次能源，其上游電力生產(chǎn)階段的能源消費(fèi)是否清潔將對電動汽車的減排效果產(chǎn)生重要影響?？紤]到目前中國絕大部分電力源于煤炭，電動汽車是否真正有益于減排還有待進(jìn)一步驗證。目前一些專家和學(xué)者基于傳統(tǒng)的過程生命周期評價方法對電動汽車的能源消費(fèi)、溫室氣體排放做了一些研究，但研究結(jié)果差異較大。為了對電動汽車的減排效果進(jìn)行更精確的研究，本文采用混合生命周期方法對電動汽車的能源消費(fèi)、溫室氣體排放進(jìn)行了計算。同時，在考慮電動汽車的燃料生命周期、車輛制造生命周期的基礎(chǔ)上，將相關(guān)配套充電設(shè)施建設(shè)生命周期納入到電動汽車的全生命周期系統(tǒng)邊界內(nèi)，以使對電動汽車全生命周期的研究結(jié)果更加完整、精確。研究結(jié)果顯示，純電動汽車并非是“零排放”的，在燃料周期，雖然純電動汽車的單位里程能源消費(fèi)強(qiáng)度較小，約為傳統(tǒng)汽油車的94.6%，但以煤為主的高碳電力結(jié)構(gòu)導(dǎo)致目前純電動汽車燃料周期的單位里程溫室氣體排放強(qiáng)度約為傳統(tǒng)汽油車的1.12倍；車輛周期內(nèi)，純電動汽車的能源消費(fèi)和溫室氣體排放量也略高于傳統(tǒng)汽油車；此外，配套充電設(shè)施的建設(shè)也將增加純電動汽車全生命周期的能源消費(fèi)和溫室氣體排放量。綜合燃料、車輛及充電設(shè)備的全生命周期，在當(dāng)前的電源結(jié)構(gòu)及技術(shù)條件下，電動汽車雖然具有較高的能源效率和較好的石油替代效果，但其全生命周期內(nèi)的煤炭消費(fèi)較高，導(dǎo)致其溫室氣體排放量高于傳統(tǒng)汽油車，在當(dāng)前的情況下大規(guī)模發(fā)展電動汽車并不利于溫室氣體減排。

關(guān)鍵詞 電動汽車；混合生命周期評價；能源消費(fèi)；溫室氣體排放

中圖分類號 F062.1文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A文章編號 1002-2104（2017）10-0178-10DOI：10.12062/cpre.20170363

2015年底，《巴黎協(xié)定》再次強(qiáng)調(diào)了將全球溫升控制在2℃以內(nèi)的減排目標(biāo)[1]，全球溫室氣體的排放空間進(jìn)一步縮減。目前，中國的CO2排放量已接近全球的30%[2]，巨額的溫室氣體排放給中國在國際上的氣候談判帶來了巨大的壓力[3]。而近年來私人汽車保有量的快速增長，帶動著交通部門的溫室氣體排放量持續(xù)增高，已成為溫室氣體排放的重要領(lǐng)域[4]，推動交通部門的能源清潔、低碳利用越來越受到重視。

電動汽車因其在行駛過程中無任何尾氣排放的優(yōu)勢，被各國政府視為推動交通部門清潔、低碳發(fā)展的重要途徑，主要發(fā)達(dá)國家紛紛推出了各自的電動汽車發(fā)展戰(zhàn)略[5-7]。中國也將發(fā)展電動汽車作為減少溫室氣體排放，實現(xiàn)石油替代提升能源安全的重要舉措予以高度重視，大力推動電動汽車的發(fā)展[8-9]。

但是，由于電力屬于二次能源，其上游電力生產(chǎn)階段的能源消費(fèi)是否清潔將對電動汽車的減排效果產(chǎn)生重要影響[10]。考慮到目前中國絕大部分電力源于煤炭，電動汽車是否真正有益于減排還有待進(jìn)一步驗證。目前，一些專家和學(xué)者基于全生命周期評價方法（Life Cycle Assessment，LCA）對電動汽車的能源消費(fèi)、溫室氣體排放做出了一些研究，但其采用的方法一般基于傳統(tǒng)的過程生命周期評價方法（Processbased Life Cycle Assessment，PLCA），而PLCA在應(yīng)用過程中均基于系統(tǒng)邊界定義將能源消費(fèi)和環(huán)境清單溯源終止于某個節(jié)點，使得計算結(jié)果存在截斷誤差[11]，因此系統(tǒng)邊界設(shè)定的差異將對研究結(jié)果產(chǎn)生較大影響，導(dǎo)致研究結(jié)果差別較大。例如，部分學(xué)者的研究結(jié)果顯示，電動汽車相比于傳統(tǒng)汽油車可實現(xiàn)大幅減排，如施曉清[12]等認(rèn)為，根據(jù)不同的電源情景，純電動汽車可以實現(xiàn)減排57%—81.2%；歐訓(xùn)民[13]等認(rèn)為，相對汽油車，電動汽車在全生命周期內(nèi)節(jié)能減排優(yōu)勢明顯， 可以實現(xiàn)節(jié)能35%以上，實現(xiàn)溫室氣體減排20%左右。也有一些學(xué)者的研究結(jié)果顯示，電動汽車的減排效果并不明顯，甚至?xí)谀壳案咛茧娏Φ挠绊懴略黾訙厥覛怏w排放，如康利平[14]等認(rèn)為，在東北、華北區(qū)域電網(wǎng)下，電動汽車將增加溫室氣體排放。嚴(yán)旭[15]等認(rèn)為，百公里電耗在15 kWh的電動汽車溫室氣體排放要高于傳統(tǒng)汽油車；宋永華[16]等認(rèn)為，按全國平均的電力終端碳排放來計算，發(fā)展電動汽車是高碳的。

混合生命周期評價方法（Hybrid Life Cycle Assessment，HLCA）結(jié)合了傳統(tǒng)的PLCA方法和經(jīng)濟(jì)投入產(chǎn)出生命周期評價方法（Economic Inputoutput Life Cycle Assessment，EIO LCA）的優(yōu)勢，評價邊界更加完整，評價結(jié)果更加精準(zhǔn)，可以顯著減少截斷誤差，是未來LCA方法學(xué)的重要發(fā)展方向之一[11]。為了對電動汽車的減排效果進(jìn)行更精確的研究，本文擬采用HLCA方法對電動汽車的能源消費(fèi)、溫室氣體排放進(jìn)行計算。同時，考慮到在實際過程中，電動汽車與傳統(tǒng)燃油車不僅會在燃料、車輛制造上存在環(huán)境影響的差異，而且在配套充電設(shè)施上也存在較大的差異，因此，本文在電動汽車全生命周期系統(tǒng)邊界的設(shè)定上，不僅將電動汽車的燃料生命周期、車輛制造生命周期納入到系統(tǒng)邊界內(nèi)，還考慮了相關(guān)配套設(shè)施建設(shè)生命周期，以使對電動汽車全生命周期的研究結(jié)果更加完整、精確。

1 文獻(xiàn)綜述

LCA是一種在國際上得到較為普遍認(rèn)同的環(huán)境負(fù)荷量化評價方法[17]。該方法可以對產(chǎn)品“從搖籃到墳?zāi)埂钡娜^程中所涉及的能源、環(huán)境等問題進(jìn)行有效的定量分析和評價，因而在解決面向產(chǎn)品的能源、區(qū)域環(huán)境、氣候變化等重要問題時有著較為廣泛的應(yīng)用[18]。經(jīng)過半個多世紀(jì)的發(fā)展，LCA方法體系不斷改進(jìn)，發(fā)展出了傳統(tǒng)的過程生命周期評價（PLCA）、經(jīng)濟(jì)投入產(chǎn)出生命周期評價（EIO LCA）以及混合生命周期評價（HLCA）三類方法。

PLCA方法主要是自下而上對研究對象的能源、環(huán)境清單進(jìn)行編制和分析，這也是最傳統(tǒng)的LCA方法。在國際環(huán)境毒理學(xué)與化學(xué)學(xué)會（Society of Environmental Toxicology and Chemistry， SETAC）及國際標(biāo)準(zhǔn)化組織（International Organization for Standards，ISO）的推動下，PLCA在國際范圍內(nèi)迅速發(fā)展，目前仍是主流的生命周期評價方法。但是，PLCA在應(yīng)用過程中均基于系統(tǒng)邊界定義將能源消費(fèi)和環(huán)境清單溯源終止于某個節(jié)點，使得計算結(jié)果存在截斷誤差[11]。截斷誤差的存在使得利用PLCA方法對同一對象進(jìn)行研究時，有時甚至?xí)霈F(xiàn)矛盾的結(jié)論[19]，例如Hocking[20]與Mc Cubbin[21]等人均在《科學(xué)》雜志上發(fā)表了對一次性紙杯和塑料杯的環(huán)境影響評價，但二者得出的結(jié)論卻正好相反。

為了克服PLCA在截斷誤差上的弊端，Lave[22-23]等在20世紀(jì)90年代將經(jīng)濟(jì)投入產(chǎn)出法引入到了LCA中，創(chuàng)建了EIO LCA方法。EIO LCA是基于投入產(chǎn)出表建立的一種自上而下的LCA分析方法，由于投入產(chǎn)出表的統(tǒng)計系統(tǒng)邊界為整個國民經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)，根據(jù)其計算輸出的能耗、環(huán)境影響的核算邊界也將是整個國民經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)，因此能夠較為完整的核算所研究對象的能耗及環(huán)境影響。但是，EIO LCA方法仍存在著一些局限性，一是該方法僅反映某一部門污染物排放的平均水平，并不能體現(xiàn)部門內(nèi)不同技術(shù)和效率的差異；二是不能反映產(chǎn)品最終使用和廢棄處理階段的污染物排放情況；三是對于進(jìn)口產(chǎn)品，一般假設(shè)其生產(chǎn)技術(shù)與國內(nèi)的相同，對于嚴(yán)重依靠進(jìn)口的產(chǎn)品會引起較大的不確定性，因此并不能完全替代PLCA。

考慮到PLCA方法和EIO LCA方法在優(yōu)缺點上的互補(bǔ)性，1993年Moriguchi等將PLCA與EIO LCA方法相結(jié)合，創(chuàng)建了HLCA方法，在主要的過程中采用PLCA方法，在上游生產(chǎn)過程中采用了EIO LCA方法，對汽車的CO2排放進(jìn)行了分析[24]。此后，HLCA開始逐步在資源、環(huán)境影響和評價領(lǐng)域開展了一些應(yīng)用研究[25-30]。

HLCA方法是結(jié)合了PLCA方法和EIO LCA方法二者優(yōu)勢的一種新的建模方法，其即結(jié)合了PLCA方法對產(chǎn)品的針對性，又囊括了EIO LCA方法的完整性。利用HLCA方法，可以在保證評價邊界完整性的同時，不斷提高其評價結(jié)果的精準(zhǔn)性，因此也成為了未來LCA方法學(xué)的重要發(fā)展方向之一。

2 基于HLCA方法的電動汽車能源消費(fèi)與溫室氣體排放模型

2.1 方法與模型

2.1.1 目標(biāo)定義和范圍界定

本模型以中國私人轎車為研究對象，利用HLCA方法分別對傳統(tǒng)汽油內(nèi)燃機(jī)車（Gasoline internal combustion engine vehicle，GICEV）、純電動汽車（Pure electric vehicle，PEV）、插電式混合動力汽車（Plugin hybrid electric vehicle，PHEV）三種不同驅(qū)動力車型的燃料周期、車輛制造周期及配套充電設(shè)施制造周期的單位里程能源消費(fèi)強(qiáng)度、溫室氣體排放強(qiáng)度進(jìn)行計算和分析。

在全生命周期系統(tǒng)邊界的界定上，目前國際上對汽車LCA研究主要包括燃料周期和車輛周期兩部分，即對汽車所用燃料從開采一直到汽車消耗燃燒的過程，以及車體的生產(chǎn)制造從原材料的開采、汽車生產(chǎn)、運(yùn)送到最終報廢的過程，而對汽車?yán)眠^程中必不可少的配套設(shè)施考慮較少?？紤]到電動汽車的利用離不開充換電配套設(shè)施，相比于目前已經(jīng)相對成熟的加油站體系，未來電動汽車的規(guī)?；l(fā)展必須要新建大量的充換電配套設(shè)施，這同樣會對電動汽車全生命周期過程中的能源消耗、溫室氣體排放產(chǎn)生重要影響，也應(yīng)納入到電動汽車的全生命周期評價系統(tǒng)邊界內(nèi)。因此，本文在界定電動汽車全生命周期評價的系統(tǒng)邊界時，除包括傳統(tǒng)的燃料周期和車輛周期外，還將配套充電設(shè)施周期也納入進(jìn)來（見圖1）。

（1）燃料周期：傳統(tǒng)汽油車的燃料——汽油，以及電動汽車的燃料——電力的全生命周期過程較為清晰，本文對燃料周期的系統(tǒng)邊界包括汽油、電力從原材料（原煤、原油、天然氣）開采、運(yùn)輸至化工廠（電廠）、燃料加工（汽油、電力生產(chǎn)）、運(yùn)輸至加油站（充電樁）、汽車行駛過程中的消耗等全生命周期過程。

（2）車輛周期：傳統(tǒng)汽油車與電動汽車在生產(chǎn)過程、使用過程中的維修、零部件更換、以及最終報廢的全生命過程中，有較多的相似過程，本文在在設(shè)定系統(tǒng)邊界時，忽略了對整個生命周期而言能耗和排放較小的車輛維修部分，考慮車輛及動力電池從原材料開采、車輛生產(chǎn)到最終報廢的生命周期過程。

（3）配套充電設(shè)施周期：傳統(tǒng)汽油車與電動汽車的基礎(chǔ)配套設(shè)施中，差異性最為明顯的是燃料供應(yīng)設(shè)施，傳統(tǒng)汽油車需要配備加油站，而電動汽車則需要配備充換電設(shè)施。電動汽車的充換電設(shè)施是指為電動汽車提供電能的相關(guān)設(shè)施的總稱，一般包括充電站、電池更換站、電池配送中心、集中或分散布置的充電樁等[31]。對于私人汽車而言，常規(guī)充電樁占據(jù)了供能主導(dǎo)地位[32]，因此本文將常規(guī)充電樁從最初的原材料開采到最終產(chǎn)品生產(chǎn)、報廢納入到電動汽車全生命周期系統(tǒng)邊界內(nèi)。此外，考慮到目前中國加油站體系已較為成熟，加油站站均服務(wù)車輛率較低，不到發(fā)達(dá)國家的三分之一[33-34]，現(xiàn)存加油站在未來中長期服務(wù)更多汽車的潛力巨大，因此不再考慮傳統(tǒng)汽車加油站的配套設(shè)施。

2.1.2 HLCA模型中PLCA與EIO LCA的劃分邊界

PLCA與EIO LCA的邊界劃分在一定程度上將影響HLCA模型的計算精度和完備性。Lenzen和Treloar利用PLCA和EIO LCA方法分別對澳大利亞的135個部門進(jìn)行了生命周期評價，計算結(jié)果顯示，31%的工業(yè)部門在采用PLCA方法時的截斷誤差超過50%，而能源投入為主的部門一般截斷誤差較小[35-36]。戴杜[37]等推導(dǎo)了PLCA方法和EIO LCA方法之間的相容性，認(rèn)為當(dāng)該產(chǎn)品所屬的產(chǎn)品部門是環(huán)境影響集中型時，采用PLCA和EIO LCA均能夠達(dá)到比較高的精度，例如評價石油、煤炭、電力等能源產(chǎn)品時；而對于產(chǎn)業(yè)鏈比較長，間接影響比較多的產(chǎn)品，直接采用PLCA方法會因為系統(tǒng)不完全，而導(dǎo)致比較大的截斷誤差，此時就要引入EIO LCA方法。根據(jù)國際上已有的研究結(jié)論，本文在采用HLCA方法的過程中，將在對燃料的能源消費(fèi)和環(huán)境影響研究過程中直接采用PLCA方法，而對于車輛生產(chǎn)及充電設(shè)備生產(chǎn)過程采用結(jié)合EIO LCA和PLCA的HLCA方法，具體設(shè)定如下。

（1）電動汽車燃料全生命周期研究中，直接采用PLCA方法。

（2）電動汽車車輛全生命周期研究中，對車輛的生產(chǎn)工藝過程進(jìn)行分解，其上游自原材料開采至零部件生產(chǎn)過程采用EIO LCA方法，自車輛裝配、生產(chǎn)、運(yùn)送直至最終報廢階段采用PLCA方法。

（3）電動汽車充電樁全生命周期研究過程中，其上游自原材料開采至零部件生產(chǎn)過程采用EIO LCA方法，自充電樁裝配、生產(chǎn)、運(yùn)送、安裝直至最終報廢階段采用PLCA方法。

2.1.3 計算模型

（1）能源消費(fèi)計算模型。采用HLCA方法對電動汽車的全生命周期能源消費(fèi)進(jìn)行計算的具體公式為[37]：

式中，EH表示HLCA模型計算的最終能源消費(fèi)結(jié)果，EP、EIO分別表示PLCA方法和EIO LCA方法計算的能源消費(fèi)結(jié)果。

本文對EP的計算方法采用的是歐訓(xùn)民等構(gòu)建的TinghuaCA3EM模型[38-41]。

EIO的計算公式見式（2）[37]

式中R為產(chǎn)品部門活動所消耗的能源消費(fèi)系數(shù)（1×n階）；F表示最終需求向量（n×1階），I為單位矩陣（n×n階），A表示技術(shù)矩陣（n×n階）。

本文在計算過程中所涉及的主要能源種類包括原煤、原油、天然氣、汽油、柴油、燃料油及電力，這些能源類型在國家統(tǒng)計數(shù)據(jù)中可區(qū)分（除去“其他”字樣的綜合類型能源）且不含熱力、焦炭和煤氣（在汽車能源動力研究過程中應(yīng)用很少）的終端能源消費(fèi)總量中占到90%以上[42]。

（2）溫室氣體排放計算模型。本模型首先對各過程中的CO2、CH4和N2O的排放量分別進(jìn)行計算，最后根據(jù)全球增溫潛勢因子（Global Warming Potential，GWP）統(tǒng)一折算為CO2當(dāng)量。根據(jù)聯(lián)合國政府間氣候變化專門委員會（Intergovernmental Panel on Climate Change，IPCC）第五次評估報告的研究結(jié)果，CH4和N2O的GWP分別為34和298[43]。

將第j種能源的溫室氣體排放總當(dāng)量記為Gj（j=1，……，7），第j種能源的CO2、CH4和N2O排放量分別記為CO2，j、CH4，j、N2Oj，則有：

CO2、CH4和N2O排放量的具體計算公式見TinghuaCA3EM模型相關(guān)文獻(xiàn)[38-41]。

2.2 模型基礎(chǔ)數(shù)據(jù)來源

全生命周期計算過程中涉及大量基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的收集，本文中，上游原材料開采、燃料加工、運(yùn)輸、汽車行駛過程的相關(guān)數(shù)據(jù)來源于國家統(tǒng)計局、交通運(yùn)輸、煤炭、石油石化、電力等各部門的統(tǒng)計資料、專業(yè)內(nèi)部報告、文獻(xiàn)及專家咨詢等[44-49]。溫室氣體排放因子數(shù)據(jù)主要來自IPCC、《省級溫室氣體清單編制指南》、國家統(tǒng)計局、專業(yè)報告、文獻(xiàn)及專家咨詢等[46， 50-51]。各部門的完全能源消費(fèi)系數(shù)根據(jù)國內(nèi)最新的2012年投入產(chǎn)出表，以及國家統(tǒng)計局公布的2014年各部門能源消費(fèi)量[46， 52]計算得出。

3 計算結(jié)果與分析

3.1 燃料周期能源消費(fèi)與溫室氣體排放情況

美國阿貢國家實驗室（Argonne National Laboratory，ANL）在其創(chuàng)建的GREET 模型[53]中，將汽車的燃料周期定義為從“油井”到“車輪”（Well to Wheels，WTW）的生命周期過程，包括原材料開采階段（包括原材料開采、運(yùn)輸）；燃料制備階段（包括燃料生產(chǎn)、運(yùn)輸、儲存、配送）；燃料使用階段（包括燃料燃燒、蒸發(fā)等）。其中原材料開采和燃料制備階段可以統(tǒng)稱為“從油井到油箱（Well to Pump，WTP）” 的過程；燃料使用階段又可稱為“從油箱到車輪（Pump to Wheels，PTW）” 的過程。本文采用ANL對WTW的定義，對電動汽車燃料周期的各階段進(jìn)行了分析。

3.1.1 燃料周期能源消費(fèi)分析

目前，GICEV的百公里油耗約為10L，PEV的百公里電耗約為15 kWh[54]。PHEV在行駛過程中分為電量維持階段（Charge Sustaining，CS）和電量下降階段（Charge Depletion，CD），當(dāng)PHEV蓄電池的荷電狀態(tài)（State of Charge， SOC）處于設(shè)定限額以上時，將在CD模式下行駛采用電機(jī)驅(qū)動車輛，動力來源于電力，當(dāng)SOC達(dá)到設(shè)定限額下限時，將轉(zhuǎn)換為CS模式行駛，此時相當(dāng)于傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)汽車的工作狀態(tài)，動力來源于汽油。目前市場上的PHEV純電續(xù)航里程約在40 km左右，一次出行平均 60%行駛在CD模式下，40%行駛在CS模式下[49， 55]。

按照發(fā)電煤耗法將GICEV、PEV和PHEV單位里程的油耗（電耗）折合成標(biāo)準(zhǔn)煤單位，可得PTW汽車行駛階段的能源消費(fèi)情況。GICEV、PEV和PHEV的單位里程能源消耗強(qiáng)度分別為109.6 gce/km、48.2 gce/km和72.7 gce/km，PTW階段電動汽車的耗能較少。

但在原料（燃料）生產(chǎn)的上游WTP階段，生產(chǎn)1 gce的汽油和電力在全生命周期所需的一次能源消費(fèi)量分別為1.31 gce和2.82 gce，能效分別為76.4%和35.5%，WTP階段汽油生產(chǎn)的能源效率遠(yuǎn)高于電力（見圖2）。

如表1所示，綜合整個WTW的燃料全生命周期過程來看，與GICEV相比，PEV燃料WTW全生命周期的一次能源消費(fèi)強(qiáng)度略低，約為GICEV的94.6%。PHEV的一次能源消費(fèi)量介于GICEV和PEV之間，約為GICEV的96.7%，PEV的1.02倍。從能源消費(fèi)結(jié)來看，PEV的化石能源消費(fèi)相對較少，約為GICEV的81.5%，且石油消費(fèi)量僅為GICEV的0.7%。

3.1.2 燃料周期溫室氣體排放分析

如表1所示，在CO2排放方面，雖然PEV在WTW燃料全生命周期中的化石能源消耗要小于GICEV，但由于目前中國電力結(jié)構(gòu)以煤為主，PEV的化石能源消耗幾乎全部來源于煤炭，而煤炭的碳含量遠(yuǎn)高于原油、天然氣、汽油等其他能源品種，這導(dǎo)致目前PEV的WTW 燃料全生命周期CO2排放強(qiáng)度仍達(dá)到295.7 gCO2eq/km，略高于GICEV的286.6 gCO2eq/km。

在N2O排放方面，WTP階段大量的汽油燃燒導(dǎo)致GICEV排放了較多的N2O，GICEV在WTW燃料全生命周期過程中的N2O排放量遠(yuǎn)大于PEV，約為PEV的5.3倍。

在CH4排放方面，PEV在WTP階段的煤炭存儲、運(yùn)輸?shù)冗^程中，存在大量的非燃燒CH4間接排放，導(dǎo)致PEV的CH4排放強(qiáng)度達(dá)到45.3 gCO2eq/km，遠(yuǎn)高于GICEV的9.9 gCO2eq/km。

綜合全部三種溫室氣體，PEV的WTW 燃料全生命周期溫室氣體排放總強(qiáng)度為342.6 gCO2eq/km，而GICEV為304.6 gCO2eq/km，PEV是GICEV的1.12倍。PHEV的溫室氣體排放情況處于PEV和GICEV之間，其溫室氣體排放總強(qiáng)度為327.4 gCO2eq/km，是PEV的95.6%，是GICEV的1.07倍。

綜上所述，在燃料周期過程中，PEV并非是“零排放”，電力上游生產(chǎn)階段的化石能源消耗仍將產(chǎn)生較高的溫室氣體排放，并且，在目前中國的發(fā)電效率和電力結(jié)構(gòu)下，電力生產(chǎn)的能源效率要遠(yuǎn)低于汽油，導(dǎo)致單位電力生產(chǎn)的溫室氣體排放量要高于汽油生產(chǎn)過程。綜合整個燃料全生命周期，雖然下游汽車行駛階段PEV單位里程電耗較低，導(dǎo)致其在整個燃料周期的單位里程能源消耗強(qiáng)度較小，但由于目前中國電力結(jié)構(gòu)以煤為主，PEV的化石能源消耗幾乎全部來源于煤炭，而煤炭的碳含量遠(yuǎn)高于原油、天然氣、汽油等其他能源品種，這導(dǎo)致目前PEV燃料周期的單位里程溫室氣體排放強(qiáng)度仍要略高于GICEV和PHEV。

3.2 車輛周期能源消費(fèi)與溫室氣體排放情況

對于不同型號的汽車來說，其整備質(zhì)量、材質(zhì)、性能等差別較大，在對GICEV、PEV、PHEV三種不同動力源的汽車車輛周期能源消費(fèi)進(jìn)行比較研究的過程中，為減少由于工藝、材料、重量等方面的差異帶來的影響，需保證所研究對象的材料生產(chǎn)工藝、主體結(jié)構(gòu)等盡可能的保持一致。羅曉梅[10]等人在對燃油汽車和純電動車的能源足跡進(jìn)行對比分析時，認(rèn)為混合動力汽車、燃油汽車和純電動汽車的主要區(qū)別在于其各自的動力系統(tǒng)，即發(fā)動機(jī)系統(tǒng)、牽引電機(jī)、發(fā)電機(jī)和電池，并根據(jù)汽車各系統(tǒng)的重量比例將燃油汽車和純電動汽車基本相同的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了一致性處理，以使得所研究對象在比較研究中具有較高的相似度，較好的避免了因原材料工藝、車輛主體構(gòu)造不同所帶來的影響。本文在其研究的基礎(chǔ)上，結(jié)合朱一方[56]等人對混合動力汽車的研究，設(shè)定了本文所研究的GICEV、PEV、PHEV三種車型的相關(guān)參數(shù)（見表2）。

根據(jù)以往研究的結(jié)果顯示，汽車的報廢里程一般在15 000—300 000 km[57-61]，本文設(shè)定三種汽車的報廢里程為250 000 km（15年）[61]，與美國阿貢實驗室研究的汽車平均報廢里程160 000 mi（257 440 km）基本一致。

基于HLCA方法對車輛周期的能源消費(fèi)情況進(jìn)行計算，并按照250 000 km的報廢里程將每輛汽車的車輛周期能源消費(fèi)折算為單位里程的能源消費(fèi)強(qiáng)度，計算結(jié)果如表1所示。相比于GICEV，PEV在車輛生產(chǎn)過程中減少了發(fā)動機(jī)及相關(guān)組件，增加了動力電池、牽引電機(jī)和充電系統(tǒng)等相關(guān)組件，這導(dǎo)致其在車輛周期的能源消費(fèi)量要高于GICEV。電動汽車的車輛周期單位里程能源消費(fèi)強(qiáng)度約為30.14 gce/km，約為GICEV的1.6倍。PHEV在制造過程中幾乎包含了GICEV和PEV的所有部件，但其動力電池的容量要遠(yuǎn)小于PEV，綜合計算結(jié)果顯示，PHEV的車輛周期能源消費(fèi)介于PEV和GICEV之間，約為PEV的89.2%，是GICEV的1.4倍。

如表1所示，在溫室氣體排放方面，PEV的三種溫室氣體排放量均在不同程度上高于GICEV，其車輛周期單位里程的溫室氣體總排放強(qiáng)度為93.51 gCO2eq/km，分別是PHEV、GICEV的1.04和1.33倍。

綜上所述，在車輛周期過程中，在對PEV、GICEV和PHEV各系統(tǒng)的重量比例進(jìn)行一致性處理的情況下，PEV在車輛生產(chǎn)過程中減少了發(fā)動機(jī)及相關(guān)組件，增加了動力電池、牽引電機(jī)和充電系統(tǒng)等相關(guān)組件，這導(dǎo)致其在車輛周期的能源消費(fèi)量要高于GICEV。而PHEV雖然也包含了動力電池、牽引電機(jī)和充電系統(tǒng)，但其動力電池的容量要遠(yuǎn)小于PEV，電池生產(chǎn)過程的能耗較小，綜合計算結(jié)果顯示其能源消費(fèi)量仍略低于PEV。PEV生產(chǎn)過程中較高的能源消費(fèi)量決定了其車輛周期單位里程的溫室氣體排放強(qiáng)度要略高于GICEV和PHEV。

3.3 配套充電設(shè)施周期能源消費(fèi)與溫室氣體排放情況

目前，常規(guī)充電樁建設(shè)中，絕大部分的自用充電樁和專用充電樁，以及70%左右的公用充電樁均為慢速充電樁。截止2015年，全國共建設(shè)公用充電樁49 468個，其中慢速充電樁34 565個，占全部公用充電樁的69.9%[62]。快速充電樁雖然可以在短時間內(nèi)為電池組進(jìn)行快速充電，但其建設(shè)成本高，是慢速充電樁的10—20倍，成本回收周期長，一般僅建設(shè)于公共場所，為用戶提供急充服務(wù)。因此，本文主要考慮慢速充電樁為私人電動汽車提供常規(guī)充電的情況，將充電樁的研究對象設(shè)定為慢速充電樁，充電接口為一樁一充。

在對充電樁全生命周期研究過程中，上游自原材料開采至零部件生產(chǎn)過程采用EIO LCA方法，自充電樁裝配、生產(chǎn)、運(yùn)送、安裝直至最終報廢階段采用PLCA方法。目前，國內(nèi)市場上的慢速充電樁一般在3 000—10 000元之間，綜合市場調(diào)查及專家的判斷結(jié)果，本文將慢速充電樁的制造成本價格確定為5 000元。慢速充電樁的主要組成部分包括控制器引導(dǎo)電路，漏電保護(hù)電路，過流過壓保護(hù)電路，繼電器（接觸器），防雷模塊，外殼等，本文將充電樁歸屬為輸配電及控制設(shè)備行業(yè)，完全能源消費(fèi)系數(shù)為1.10 tce/萬元。充電樁配送過程中主要采用長途公路和短途公路相結(jié)合的卡車運(yùn)輸方式，平均運(yùn)輸距離為1 600km[63]。

本文設(shè)定慢速充電樁的報廢年限為15年，與電動汽車的配備比例為1∶1。由此計算慢速充電樁全生命周期單位里程的能源消費(fèi)，具體結(jié)果如表1所示。充電樁的單位里程能源消費(fèi)強(qiáng)度約為2.29 gce/km，單位里程溫室氣體總排放量約為5.29 gCO2eq/km。

3.4 電動汽車全生命周期能源消費(fèi)與溫室氣體排放情況

如圖3所示，綜合燃料、車輛及充電設(shè)備的全生命周期，PEV的能源消費(fèi)量最高，為168.1 gce/km，略高于GICEV和PHEV。從能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)來看，在當(dāng)前的電源結(jié)構(gòu)下三種汽車的能源消費(fèi)仍以化石能源為主。GICEV的化石能源消費(fèi)占比最高，約占全部能源消費(fèi)的97.1%，PEV和PHEV的化石能源消費(fèi)占比相對較低，分別占到85.1%和89.8%。PEV的化石能源消費(fèi)總量略低于GICEV，約為GICEV的90.7%；石油消費(fèi)量明顯減小，僅為GICEV的5.7%，但煤炭消費(fèi)量顯著增加，是GICEV的4.5倍。

在溫室氣體排放方面，PEV的單位里程溫室氣體總排強(qiáng)度最高，為441.4 gCO2eq/km，分別為GICEV和PHEV的1.18和1.04倍。

綜上所述，燃料周期的能源消耗及溫室氣體排放占比最高。綜合整個燃料、車輛及充電設(shè)備的全生命周期，PEV的單位里程溫室氣體排放強(qiáng)度要略高于GICEV和PHEV。

4 結(jié) 論

本文基于HLCA方法，對包括燃料周期、車輛周期、配套充電設(shè)備周期在內(nèi)的電動汽車全生命周期過程的能源消費(fèi)和溫室氣體排放情況進(jìn)行了計算和分析，計算結(jié)果顯示：

（1）燃料周期內(nèi)，PEV并非是“零排放”，目前PEV燃料周期的單位里程溫室氣體排放強(qiáng)度仍要略高于GICEV，約為GICEV的1.12倍。PHEV的溫室氣體排放總強(qiáng)度是PEV的95.6%，GICEV的1.07倍。

（2）車輛周期內(nèi)，在對PEV、GICEV和PHEV各系統(tǒng)的重量比例進(jìn)行一致性處理的情況下，PEV單位里程的溫室氣體排放強(qiáng)度高于GICEV，約為GICEV的1.33倍。PHEV單位里程的溫室氣體排放強(qiáng)度介于PEV和GICEV之間。配套充電設(shè)備周期內(nèi)，慢速充電樁的單位里程能源消費(fèi)強(qiáng)度約為2.29 gce/km，單位里程溫室氣體總排放強(qiáng)度約為5.29 gCO2eq/km。

（3）綜合燃料、車輛及充電設(shè)備的全生命周期，PEV的能源消費(fèi)量最高，為168.1 gce/km，略高于GICEV和PHEV。在溫室氣體排放方面，PEV的單位里程溫室氣體總排強(qiáng)度要略高于GICEV和PHEV，分別為GICEV和PHEV的1.18和1.04倍。

（4）綜合上述結(jié)論，在當(dāng)前的電源結(jié)構(gòu)及技術(shù)條件下，大規(guī)模發(fā)展電動汽車并不利于溫室氣體減排。近期中國電動汽車的發(fā)展戰(zhàn)略，應(yīng)更注重于推動電動汽車技術(shù)的進(jìn)步及出臺相關(guān)配套標(biāo)準(zhǔn)、法律法規(guī)等，并確立逐步推動電動汽車發(fā)展的中長期發(fā)展戰(zhàn)略和規(guī)劃。

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