機動車新能源替代的經(jīng)濟成本與環(huán)境效益研究

李曉璐， 張文峰， 李宇飛

（山西省環(huán)境規(guī)劃院，山西 太原 030000）

引 言

機動車尾氣污染是大氣污染的重要來源之一，根據(jù)《中國機動車環(huán)境管理年報》數(shù)據(jù)，2017年全國機動車排放一氧化碳（CO）2 920.3萬t，氮氧化物（NOx）532.8萬t，顆粒物（PM）48.8萬t，碳氫化合物（CxHy）342.2萬t［1］。2017年，京津冀及周邊地區(qū)大氣污染傳輸通道城市PM2.5來源解析研究結(jié)果顯示，移動源對PM2.5的貢獻在10%～50%［2］，在人口密度較高的北京、上海等地移動源對PM2.5的貢獻已達到40%以上，山西省會城市太原市機動車尾氣對PM2.5貢獻的占比約為16%［3］。因此，隨著城市化進程的加速，機動車保有量的快速增長，機動車尾氣污染將成為很多城市重要甚至首要的污染問題。

為減輕城市大氣污染，太原市逐步推廣新能源汽車，以出租車為例，逐步實現(xiàn)由傳統(tǒng)燃油汽車經(jīng)歷燃氣汽車后更換為純電動汽車。燃氣汽車較燃油汽車實現(xiàn)了多種污染物的大幅削減，而純電動汽車行駛過程中不會產(chǎn)生廢氣，相比對環(huán)境影響更小。同時，純電動汽車在行駛過程中運行平穩(wěn)、噪聲低，對能源的利用率高，特別是在城市交通擁堵時表現(xiàn)尤為突出。2016年底，山西省太原市實現(xiàn)了全市8 292輛出租車“氣改電”工作［4］，成為全國首個純電動出租車城市。該措施的實施有效地減少了大氣污染物的排放和化石燃料的消耗。本文通過對出租車新能源替代措施的經(jīng)濟效益、環(huán)境效益和環(huán)境問題進行分析，研究機動車尾氣污染的有效控制手段。

1 純電動汽車推廣的環(huán)境效益

1.1 污染減排效益

從燃油汽車和燃氣汽車的污染物排放水平對比情況來看，燃氣車與國三和國四標準燃油車相比，CO、NOx、SO2、VOCs具有明顯的減排優(yōu)勢，與國五標準燃油車相比，NOx減排優(yōu)勢明顯，其他污染物減排不明顯，詳見第39頁圖1?？梢姡細廛囋谝欢ǔ潭壬掀浯髿馕廴疚锱欧帕窟€是少于傳統(tǒng)燃油車，CO、VOCs、NOx分別為燃油車排放量的20%～30%。

太原市出租車全部更換為純電動汽車后，僅考慮機動車使用過程，以替代國四標準（顆粒物以國三標準）汽油車計算，每年預(yù)計SO2減少排放9.95t、NOx減少排放193.3t、CO 減少排放2 437.8t、PM2.5減少排放9.95t、PM10減少排放9.95t。太原市還出臺了包括公交客車和私家車的純電動汽車推廣計劃，相關(guān)政策實施后預(yù)計移動源對PM2.5排放總量的貢獻可達到4%，相比替代之前有明顯的降低。

1.2 碳減排效益

燃油汽車在行駛過程中會排放大量的二氧化碳，CO2是重要的溫室氣體，引發(fā)溫室效應(yīng)，造成全球變暖等氣候現(xiàn)象。經(jīng)初步核算，全省機動車全部使用燃油的話，CO2放量約為3 000多萬t／a。按照全省出租車和公交車實現(xiàn)燃氣替代來核算，CO2減排量近100萬t／a，詳見第39頁表1。太原市以純電動汽車替換汽油出租車后，若不考慮發(fā)電過程增量，每年預(yù)計減排CO216.9萬t，若將發(fā)電過程產(chǎn)生的污染物排放考慮在內(nèi)，在現(xiàn)有的電網(wǎng)結(jié)構(gòu)下，CO2減排量亦可達14萬t。相比之下，燃氣汽車的CO2減排量僅為純電動汽車的1／3。由此可見，燃氣車和純電動汽車均能大幅減少行駛過程中溫室氣體的排放，尤以電動汽車更為突出。

圖1 不同燃料類型出租車運行污染物排放系數(shù)

1.3 能源節(jié)約效益

電動汽車是以車載電源為動力，用電機驅(qū)動車輪行駛，具有內(nèi)燃機汽車的性能和純電動汽車的基本特征的新能源汽車，其車載電源一般采用高效充電電池或燃料電池。由于電動機的效率遠高于內(nèi)燃發(fā)動機，因此，使用電動汽車還可以有效減少能源的消耗量，提高其利用效率。根據(jù)電動汽車全生命周期評價研究結(jié)果，純電動汽車的能耗相比傳統(tǒng)燃油汽車低50%左右［5］?；剂舷牧康臏p少也會帶來大氣污染物排放量的減少，進一步佐證了推廣純電動汽車對于節(jié)能減排的促進作用，顯示出其巨大的環(huán)境效益。

2 純電動汽車資源環(huán)境問題

純電動汽車雖然在行駛過程中不產(chǎn)生污染物，但其動力來源——電力在生產(chǎn)過程中會排放相當?shù)奈廴疚铮瑢⑦@一部分污染物考慮進去才能全面準確地評價純電動汽車帶來的減排效益。同時，純電動汽車使用的電池在報廢后的處理也十分值得關(guān)注。

2.1 發(fā)電過程造成的環(huán)境污染

由于電力生產(chǎn)過程會帶來大氣污染物排放的增量，根據(jù)各地區(qū)電網(wǎng)能源結(jié)構(gòu)的不同，會使前述污染減排量降低。由于山西火電發(fā)達，以純電動汽車電力來源均為火電廠來計算，考慮所有電廠均已完成超低排放改造，則電動汽車的減排效益變得不太明顯，但考慮到電動汽車對低矮排放源排放量的大幅削減，以及我國“富煤少油”的資源稟賦現(xiàn)狀，機動車的電動化還是有較大必要性。同時，考慮到未來電網(wǎng)的能源結(jié)構(gòu)中可再生能源占比會大幅提高，各類污染物的減排效益將進一步凸顯［6－7］。

表1 山西省出租車和公交車使用燃氣的碳排放量

2.2 廢舊電池的污染

目前，電動汽車的動力電池主要有三元電池和磷酸鐵鋰電池兩種。2018年以后，我國已進入動力電池規(guī)模化退役期，預(yù)計到2020年累計廢舊電池將超過20萬t。廢舊動力電池對生態(tài)環(huán)境和人身健康均有威脅。一是重金屬污染，電池正極材料中含鎳、鈷等重金屬，不經(jīng)專業(yè)回收處理會造成重金屬污染。二是電解液污染，電解液溶質(zhì)LiPF6屬有毒物質(zhì)且易潮解，造成氟污染，溶劑會造成水污染。同時，廢舊動力電池中所含的金屬元素等也是重要資源，及時回收利用既能減少環(huán)境污染也能防止資源浪費。因此，應(yīng)建立完善的動力電池回收體系。目前，比亞迪已自主打造動力電池回收閉環(huán)，建立起完整的電池回收鏈條，對環(huán)境造成的危害小，其含有的所有化學物質(zhì)均可在自然界中被環(huán)境以無害的方式分解吸收，能夠很好地解決二次回收等環(huán)保問題。

3 純電動汽車推廣的經(jīng)濟成本

以太原市出租車替換的比亞迪E6純電動汽車為例，2016年比亞迪E6純電動汽車市場價為30.98萬元，根據(jù)山西省《電動汽車推廣應(yīng)用省級補貼資金管理辦法》的規(guī)定，山西省對購買純電動汽車按照同期國家補貼資金1：1配套省級補貼，經(jīng)國家、省、市等各級政府補貼后，比亞迪E6的購買單價為8.9萬元，補貼率高達71.27%。因此，太原市替換8 292輛出租車所需的投資費用：出租車經(jīng)營者需投資花費73 798.8萬元，山西省財政補貼91 212萬元，占當年全省財政支出的0.2%。從運行成本來看，燃油出租車百公里油耗約為8L／100km［7］，燃氣出租車百公里耗氣約為9m3／100km，比亞迪E6純電動汽車百公里電耗約為25度／100km［1］，三者的運行成本比較如表2所示。相比于燃油出租車和燃氣出租車，比亞迪E6百公里的運行成本分別降低60%和30%以上，優(yōu)勢明顯。

4 結(jié)論

1）機動車電動化具有較好的環(huán)境和經(jīng)濟效益。僅太原市出租車替代一項，就可實現(xiàn)每年減排SO29.95t，NOx193.3t，CO 2 437.8t，PM2.5 9.95t、PM10 9.95t、CO214萬t。替換后的純電動汽車相比于傳統(tǒng)燃油出租車和燃氣出租車，百公里的運行成本分別降低60%和30%以上?？梢哉J為是，機動車的電動化替代是未來機動車污染控制的有效途徑之一。但電動車成本目前仍較高，還需進一步提高科研能力，降低生產(chǎn)成本。

表2 出租車運行成本比較

2）大氣污染防治是一項系統(tǒng)性工程。純電動汽車的增加帶來了用電量的增加，污染物排放從汽車運行過程排放轉(zhuǎn)移到了電廠排放。因此，要想實現(xiàn)更大程度上的環(huán)境效益和污染減排，還需優(yōu)化電網(wǎng)的能源結(jié)構(gòu)，增大可再生能源在電網(wǎng)中所占的比例。同時，要建立完善的廢舊動力電池回收利用體系，防止重金屬與電解液對自然環(huán)境的污染。