全生命周期內(nèi)電動車與汽油車能耗及排放對比

呂邦凌

摘 要 本文通過以GREET模型為基礎(chǔ)的全生命周期評價法，從燃料鏈和車輛鏈兩個角度，對某公司生產(chǎn)的電動車和汽油車全生命周期內(nèi)的能耗和排放進(jìn)行了對比分析，同時根據(jù)我國能源結(jié)構(gòu)做出了敏感性分析。

關(guān)鍵詞 電動車 汽油車 全生命周期分析

中圖分類號：U469.72 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

0引言

改革開放以來我國汽車保有量迅速升高，不僅我國能源需求量大幅提升，同時車輛排放也對壞境造成了嚴(yán)重污染。針對目前的汽油車和電動車，僅從車輛使用階段分析，電動車具有低能耗的優(yōu)勢。但從全生命周期來看，兩類車輛在生產(chǎn)過程和供電過程的能耗、排放仍需進(jìn)一步對比分析。

1范圍與數(shù)據(jù)

1.1系統(tǒng)邊界

為減小電動車和汽油車在對比分析中的變量，本研究選取了同一廠家生產(chǎn)的、配置等方面相似度極高的一款電動車和汽油車，作為本次全生命周期分析的樣本。車輛參數(shù)如表1所示。

本文所涉及與系統(tǒng)直接相關(guān)的環(huán)境影響在研究范圍之內(nèi)，不考慮間接相關(guān)的環(huán)境影響。兩類車輛的對比分析包括三部分：生產(chǎn)階段、使用階段和報廢階段。

1.2數(shù)據(jù)清單

本研究設(shè)定車輛總行駛里程達(dá)15萬公里便進(jìn)入報廢階段；汽油車的啟動電池在報廢前更換2次，電動車的動力電池更換1次；每5萬公里，車輛輪胎、動力總成冷卻液需和制動液更換1次，每5千公里，更換1次機(jī)油；煤電占電網(wǎng)比例為76.9%。

2研究方法

本研究講車輛全生命周期分析劃分為車輛鏈和燃料鏈兩部分，其中車輛鏈?zhǔn)峭ㄟ^車輛的車身結(jié)構(gòu)、電池環(huán)境以及生產(chǎn)、使用、報廢階段的計算來分析評價；而燃料鏈包含兩部分：一是上游的油井到油泵，二是下游的油泵到車輪。

3結(jié)果分析與討論

3.1計算結(jié)果與分析

3.1.1車輛鏈

一是電動車和汽油車由于動力系統(tǒng)不同，因此車身結(jié)構(gòu)、材料使用比例等方面也不相同，而不同材料生產(chǎn)過程所消耗的能源和產(chǎn)生的排放也有很大差異；二是電動車的動力電池體積和質(zhì)量要遠(yuǎn)超過汽油車的啟動電池，加之動力電池結(jié)構(gòu)原理更復(fù)雜，導(dǎo)致動力電池的生產(chǎn)和回收過程更加困難，該過程的能耗和排放也更高；三是電動車更高整備質(zhì)量，使車輛在裝配過程、配送過程和報廢過程產(chǎn)生的能耗和排放也更高。以上三個因素共同造成電動車在車輛鏈上的能耗比汽油車高31.1%；污染物排放上，電動車CO2的排放比汽油車高20.1%，CO、NOx、PM2.5、SOx的排放也均高于汽油車，唯有VOC排放量低于汽油車，原因是VOC的排放主要源自汽車使用過程液體的揮發(fā)。比如汽油車的發(fā)動機(jī)在運(yùn)行過程中會導(dǎo)致機(jī)油揮發(fā)，而電動車沒有發(fā)動機(jī)，因此不需要機(jī)油。總之汽油車所需液體的種類和數(shù)量都高于電動車，因此VOC排量高于電動車。

3.1.2燃料鏈

在能耗方面，燃料鏈上游發(fā)電過程的能源轉(zhuǎn)化率較低，尤其我國以煤炭發(fā)電為主，其發(fā)電效率僅為35%，但汽油生產(chǎn)過程的能源轉(zhuǎn)化率高達(dá)92%，能源轉(zhuǎn)化率上的巨大差距使電動車在燃料鏈上游能耗上，比汽油車高59.6%；但燃料鏈下游車輛使用過程，電動車的能源利用率遠(yuǎn)高于汽油車，電動機(jī)的轉(zhuǎn)化效率約90%，而發(fā)動機(jī)熱效率目前最高僅41%，因此燃料鏈下游汽油車比電動車能耗高60.5%。整合兩類車輛在整個燃料鏈的能耗后計算得出汽油車的燃料鏈能耗比電動車高14.2%。因此汽油車由于使用過程中的高能耗，導(dǎo)致整個燃料鏈能耗高于電動車。

在氣體排放方面，雖然我國電力能源主要來自煤炭發(fā)電，發(fā)電過程中需要排放大量CO2，但由于其使用過程沒有任何排放，因此最終燃料鏈中電動車比汽油車的CO2排放量低8.0%。而PM2.5和SOx在煤炭發(fā)電過程中會大量產(chǎn)生，該種物質(zhì)的排放量分別比汽油的生產(chǎn)、燃燒過程高66.9%和87.9%。除此以外，燃料鏈汽油車的CO2、VOC、CO、NOx排放量比電動車分別高5.3%、57.8%、73.8%、76.0%。

3.1.3車輛鏈和燃料鏈的對比分析

從以上車輛鏈和燃料鏈的分析結(jié)果來看，生命周期中電動車與汽油車在能耗和排放上的區(qū)別，主要來自燃料鏈。而本文研究的電動車和汽油車相似度極高，導(dǎo)致車輛鏈的能耗與排放結(jié)果差別很小，因此對全生命周期研究結(jié)果影響較小。

3.2敏感因素影響分析

在針對電動車全生命周期內(nèi)的能耗和排放研究中，國家的電力結(jié)構(gòu)具有重要作用，且電力結(jié)構(gòu)中火力發(fā)電的比重是影響全生命周期排放的重要因素。近年來我國電力結(jié)構(gòu)在不斷改變，火力發(fā)電雖是主要發(fā)電方式，但呈現(xiàn)出比重逐年下降的趨勢。不同電力結(jié)構(gòu)下，電動車全生命周期內(nèi)CO2的排放量不同，其相對于汽油車CO2排放量下降的比例也不相同。未來隨著我國電力結(jié)構(gòu)逐步改善，加大清潔能源發(fā)電的比重，電動車全生命周期內(nèi)CO2的排放量也會伴隨降低。預(yù)測我國在2030年電力結(jié)構(gòu)比例下，電動車全生命周期內(nèi)CO2排放量降比汽油車降低11.4-29.1%，電動車的碳排放優(yōu)勢降更加凸顯。

4結(jié)論

縱觀兩類車輛的全生命周期，電動車在能耗和排放方面比汽油車具有更大優(yōu)勢。同時加快汽油車的發(fā)展，符合我國“以煤代油”的能源戰(zhàn)略和發(fā)展新能源汽車的重要發(fā)展戰(zhàn)略。通過車輛鏈與燃料鏈的分析發(fā)現(xiàn)，燃料鏈的變化對整個車輛全生命周期能耗和排放分析結(jié)果起到關(guān)鍵作用。關(guān)于電動車，在使用過程中的電力生產(chǎn)是改變電動車全生命周期內(nèi)CO2排放最重要的因素。因此改善電力結(jié)構(gòu)可以最有效的減小電動車全生命周期內(nèi)CO2排放量，為電動車創(chuàng)造更好的環(huán)境效益。

參考文獻(xiàn)

[1] 郭勝，石琴，李彥保等.純電動汽車與傳統(tǒng)汽車能耗與排放對比分析[J].北京汽車，2014（01）：20-23.

[2] 寧艷紅，郭興.基于運(yùn)行工況的純電動車與汽油車能耗排放比較分析[J].內(nèi)燃機(jī)與動力裝置，2012（03）：5-7.