車輛電動化替代的節能減碳效果研究

張亮亮 ， 譚效時 ， 宋曉曉 ， 韓占猛 ， 華承賀 ， 高 健

（中國船舶重工集團公司第七一四研究所， 北京 100101；2.渤海造船廠集團有限公司， 北京 100101）

1 引言

實現碳達峰、碳中和是一場廣泛而深刻的經濟社會系統性變革，國家已經把碳達峰、碳中和納入生態文明建設整體布局。要實現碳達峰與碳中和，就要積極開展措施減少化石能源消耗，降低碳排放。

交通運輸是社會中耗能重要環節和碳排放源之一，2018年12月發布的《中華人民共和國氣候變化第二次兩年更新報告》顯示，交通運輸行業年排放二氧化碳81974萬噸，占全國碳排放量8.98%。公路運輸是交通運輸的重要部分，截至2019年底中國公路總里程達到501萬公里，公路能源消費主要是汽油和柴油，其中2019年汽油消費量為1.286億噸，柴油消費量為1.117億噸。因此，研究車輛節能減碳具有重要意義。

車輛節能減碳的主要手段包括提高內燃機效率，節約油耗，加強道路運輸規劃，減少怠速運行，開展電氣化替代等，其中，開展電氣化替代是未來發展主要方向，歐美等國已明確將電氣化替代作為碳中和實現路徑，出臺了推廣新能源汽車的補貼政策和能源政策法令。德國提高電動車補貼，挪威、奧地利對零排放汽車免征增值稅，美國出臺了“先進車輛貸款支持項目”和《能源政策法案》，建立低碳燃料標準并進行稅收抵免，日本、智利、秘魯、南非、阿根廷、哥斯達黎加等政府發布綠色交通戰略或交通法令，統一購車標準，鼓勵使用電動或零排放車輛，哥斯達黎加對購買零排放車輛的公民給予關稅優待及泊車優先等；負向約束的是出臺禁售燃油車時間表，主要發達國家及墨西哥、印度等發展中國家均公布了禁售燃油車時間表。我國出臺新能源汽車相關政策30余項，其中推廣政策出臺7項，《關于2016-2020年新能源汽車推廣應用財政支持政策的通知》，規定2016年新能源汽車各車型推廣應用補助標準，并確定2017年至2020年的補貼退坡幅度為每兩年下降20%。

電動汽車雖然可以做到零排放，但在我國的電力能源結構中，以煤炭為燃料的火電占比非常高，并不能確定電動化替代有節能降碳效果。以2019年為例，全國規模以上電廠發電量7.14萬億度，同比增長3.5%，而火電發電5.16萬億度，同比增長1.9%，占72%。而煤炭并非是一種清潔能源，其燃燒時會產生灰塵、氮氧化物、二氧化硫等污染物，還會排放大量二氧化碳。電動汽車的電力目前絕大多數來自火電，關于電動化替代的節能減碳效果研究較少且缺少量化分析，有必要在政策大規模落地之前進行相應數據分析，為后續碳達峰與碳中和落地政策評估提供數據依據。

2 研究方法和數據分析

汽車統計分類標準 （GB/T3730.1-2001） 中把汽車分為乘用車與商用車兩種，其中乘用車指的是車輛座位少于9座且以載客為主要目的的車輛，商用車指車輛座位大于9座或者以載貨為主要目的的車輛。本研究以中小型乘用車和特種車輛叉車為研究對象，分別研究燃油乘用車和燃油叉車電動化替代的節能減碳效果，其中燃油乘用車以汽油為燃料，燃油叉車以柴油為燃料。

2.1 燃油乘用車電動化替代研究方法

按照《國務院關于印發節能與新能源汽車產業發展規劃（2012～2020年） 的通知》，我國逐步降低乘用車產品平均燃料消耗量，乘用車產品平均燃料消耗量分別實現2015年和2020年降至6.9L/100km和5.0L/100km的目標，平均燃料消耗量偏高的車輛將逐步淘汰。由于耗油量不同的乘用車電動化替代的節能減碳效果存在差異，故本文中燃油乘用車汽油消耗設定7L/百公里、10L/百公里、13L/百公里3檔，電動化替代為百公里電耗為17kWh的純電動乘用車。在保證行駛里程不變的情況下，計算燃油乘用車替代為純電動乘用車的節能量和減碳量。計算公式如下：

式中：汽油折標煤系數為1.4714tce/t；汽油密度為0.74 g/mL；電力折標煤系數為1.229tce/萬kWh。

2.2 燃油叉車電動化替代研究方法

根據經驗值，一輛2.5t的額定功率為48kW的柴油叉車，每小時耗油量約3L，每天8h的燃油消耗24L；配置國產電池48V/630Ah的電動叉車工作8h的耗電量約63kWh。在保證工作時長不變的情況下，計算燃油叉車替代為電動叉車的節能量和減碳量。計算公式如下：

式中：柴油折標煤系數為1.4571tce/t；柴油密度為0.86 g/mL；電力折標煤系數為1.229tce/萬kWh。

2.3 數據來源

本文計算引用的參數來自國家發改委《溫室氣體排放核算方法與報告指南》和《2011-2012 年省級電網平均排放因子》，具體如表1、表2所示。

表1 汽油和柴油的排放因子

表2 不同區域的電力排放因子

2.4 數據分析

燃油乘用車替換為純電動乘用車，綜合考慮百公里油耗和百公里電耗以及不同地區等因素，燃油乘用車替換為純電動乘用車的節能量與二氧化碳減排量測算如表3所示。

表3 燃油乘用車替換為純電動乘用車的節能量與二氧化碳減排量

由此可得出百公里油耗高的乘用車電動化替代節能量和碳減排量更高，百公里油耗不變的情況下乘用車電動化替代節能量相同而碳減排量不同，這是由于不同地區所屬電網的能源結構不同，電力排放因子的差異導致南部和中西部地區電動化替代的減碳效果更好，湖北、湖南、江西、河南、四川、重慶、廣東、廣西、云南、貴州、海南等省市減碳效果相對較好，北京、天津、河北、山西、山東等省市減碳效果較差。

不同油耗乘用車電動化替代的噸汽油碳減排效果如圖1所示。

圖1 燃油乘用車電動化替代的噸汽油碳減排效果圖

由圖1可見，百公里油耗為13L的燃油乘用車電動化替代后每減少1t汽油，在西南和中部地區可以降低約2t二氧化碳排放量，在華北和東北地區可以降低約1.5t二氧化碳排放量；百公里油耗為10L的燃油乘用車電動化替代后每減少1t汽油，在西南和中部地區可以降低約1.5t二氧化碳排放量，在華北和東北地區可以降低約1t二氧化碳排放量；百公里油耗為7L的燃油乘用車電動化替代后每減少1t汽油，在西南和中部地區可以降低約1t二氧化碳排放量，在華北和東北地區可以降低約0.5t二氧化碳排放量。由此得出，燃油乘用車電動化替代確實可以減少碳排放，耗油量大的車輛電動化替代減排效果更明顯。

不同地區燃油乘用車電動化替代的噸汽油節能降碳效果如圖2~圖4所示。

由圖2~圖4可見，不同百公里油耗的燃油乘用車電動化替代后每減少1t汽油，節能量和減碳量均不同；相同百公里油耗的燃油乘用車電動化替代后，在不同地區減碳效果會有明顯差異，但節能效果一致。

圖2 不同地區燃油乘用車 （百公里油耗7L）電動化替代的噸汽油節能降碳效果對比圖

圖4 不同地區燃油乘用車 （百公里油耗13L）電動化替代的噸汽油節能降碳效果對比圖

燃油叉車替換為電動叉車，綜合考慮不同地區電力排放因子不同，節能量與二氧化碳減排量測算如表4所示。

不同地區燃油叉車電動化替代的噸柴油節能降碳效果如圖5所示。

由表4和圖5可見，燃油叉車電動化替代后每減少1t柴油，在西南和中部地區可以降低約1.5t二氧化碳排放量，在華北地區可以降低約0.4t二氧化碳排放量。叉車電動化替代在不同地區節能量相同而碳減排量有明顯差異，南部和中西部地區電動化替代的減碳效果更好。

圖3 不同地區燃油乘用車 （百公里油耗10L）電動化替代的噸汽油節能降碳效果對比圖

表4 燃油 （柴油） 叉車替換為電動叉車的節能量與二氧化碳減排量

3 研究結論與政策建議

1） 燃油車輛電動化替代確實可以減少碳排放，耗油量大的車輛電動化替代減排效果更明顯。在各地落實中央碳達峰和碳中和的背景下，建議各地政府和企業優先考慮對耗油量大的車輛開展電動化替代。

圖5 燃油叉車電動化替代的噸柴油碳減排效果圖

2） 燃油車輛電動化替代在不同地區減碳效果會有明顯差異，但節能效果一致。南部和中西部地區電動化替代碳減排效果更明顯，考慮到碳市場對碳排放的約束，南部和中西部地區燃油車輛電動化替代產生的碳資產更多，可以減少相應的補貼力度。應加大車輛電動化替代對碳減排作用的宣傳，推動車輛電動化替代，為交通領域碳達峰、碳中和貢獻應有的力量，與此同時，在北部地區不斷提升新能源在能源結構中的占比，降低電網的碳排放水平。

3） 目前國家不止強調節能，“十四五”期間更是用碳排放指標作為牛鼻子牽引節能環保工作。根據減碳效果不同，應在落實政策中重點考慮電力來源對減碳量的影響，在碳達峰和碳中和過程中充分考慮不同地區車輛電動化替代的差異性，建議企業在購置電動車的同時建設新能源充電裝置，將減碳效果最大化。