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从“出生”到“死亡” 电动车这“一辈子”真的是最节能低碳的?

发布于 2018-06-27
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发展新能源汽车,是我国的战略性部署。目前,中国已经是全球最大的新能源汽车市场,其[1]销量从2015年开始保持每年50%以上的高速增长,预计到2020年我国新能源汽车保有量将超过500万辆。

这背后的原因,一方面,新能源汽车是我国从汽车大国走向汽车强国,实现“弯道超车”的关键所在;另一方面,也是因为新能源汽车在节能减排方面的巨大潜力。但目前业界对这一点还存在争论。争论的焦点之一是我国的火力发电比例超过70%,如果考虑全生命周期,新能源汽车是否比汽油车更节能,更低碳?

如果不厘清这个争论,也许会混淆市场和消费者的选择,给产业界的路径设计、决策部门的政策制定增加不确定性因素。电动车是不是更节能?表面上看这是一个公说有公理婆说有婆理、端看立场在哪的问题;实际上,让我们回归到数据的本源,就能看清真相。

于是,我们依托实际道路测试与最新公开数据,做了一番比对,得出了明确的结论。 下面请看具体的数据比对—— 

1、无论考虑使用阶段还是燃料生命周期,纯电动车能耗更低

A车、B车的2016年实际道路运行数据显示,A车的平时电耗为15kWh/100km,部分季节(北方冬季、南方夏季,使用暖风或空调)电耗会上升20%-33%;B车的平时电耗为20kWh/100km,部分季节电耗会上升25%-50%。

电耗和油耗怎么对比呢?有两个办法,如果按照简单热值折算,A车、B车能耗水平分别相当于汽油车1.7 L/100km、2.3L/100km油耗水平;如果按照燃料生命周期热值[3]进行折算,则A车、B车分别相当于3.8L/100km与5.1L/100km的汽油车油耗。通过与国家标准[4]比较,发现A车、B车的能耗均低于同质量段的汽油车燃料消耗量限值以及目标值(图1)。

Picture1.png

图1  典型纯电动车能耗与汽油车燃料消耗标准值比较

为了弄清电动车的整体能耗水平,我们选择了2016年销量排名靠前、占据市场销量75%的纯电动车型进行加权平均计算,得出结论,2016年纯电动车的平均电耗水平,按简单热值折算,相当于2016年汽油车平均油耗的26%;按燃料生命周期热值折算,相当于2016年汽油车平均油耗的58%。(具体数值请参见下表。) 

车型 平均电耗 平均油耗
(按简单热值折算)
平均油耗
(按燃料生命周期热值折算
纯电动车 15.8kWh/100km 1.8L/100km 4.0L/100km
汽油车   6.87  L/100km[1] 6.87 L/100km

到2020年,纯电动车的电耗水平目标为12kWh/100km[6](车重1600kg),按照简单热值和燃料生命周期热值折算分别相当于1.4、3.1L/100km油耗水平,也低于相应质量段的汽油车燃料消耗量限值8.1L/100km和目标值5.5L/100km(图2)。

Picture2.png

图2  纯电动车2020年能耗水平变化及与汽油车燃料消耗标准值比较 

由此可见,从能耗的角度看,纯电动车在使用阶段更节能。

2、在使用阶段,纯电动车CO2排放更少

纯电动车的CO2排放水平和电力行业的CO2排放密切相关。我们按照2016年电力行业CO2排放水平[7]计算,并和当年相应质量段汽油车燃油消耗量限值对应的CO2排放水平进行对比,得出结论:A车、B车的CO2排放分别相当于汽油车排放的56%、62%。(具体数值请参见下表。)

  A车型 B车型 2020年预测
纯电动车CO2排放水平 104g/km 138g/km ≦83g/km
汽油车CO2排放水平 186g/km 223g/km ≦137g/km
电动车/汽油车CO2排放比较 56% 62% 61%

随着汽车能效水平的不断提升,无论是电动汽车,还是汽车乘用车的CO2排放水平都会进一步降低。预计到2020年,汽油车的CO2排放将降至137g/km以下。对纯电动车来说,如果12kWh/100km的电耗目标达成,即使维持2016年的电力CO2排放水平,纯电动车使用阶段的CO2排放也将进一步降低至83g/km之下,相当于同时期汽油车的61%。考虑到2020年电力行业实际CO2排放水平势必还会下降,届时纯电动车使用阶段的减排优势将更加明显。

3、从全生命周期看,纯电动车减排效果仍突出

上面的数据显示,在使用阶段,纯电动车无论是能耗还是CO2排放,都远远低于汽油车。但会有争论认为,目前我国火电为主的能源结构,导致从全生命周期看,电动车的节能减排优势并不会那么明显。

事实如何呢?让我们来计算一下。全生命周期包括燃料生命周期和材料生命周期。业界经常用来分析机动车节能减排的是从矿井到车轮(Well-to-Wheel,WTW)的燃料生命周期。包括车用燃料的生产阶段和使用阶段。所以,如果要考察汽油车在WTW生命周期内的节能减排效果,需要补充原油(原煤)开采、运输,以及汽柴油炼制、运输等过程的数据。

基于其他研究成果[8]的数据进行估算,在2020年汽油车5.39L/100km、纯电动车12kWh/100km的能耗水平下,纯电动车WTW温室气体排放水平相当于汽油车的66%,减排优势仍较为明显。

就材料生命周期而言,美国阿岗实验室的研究结果显示这一部分的温室气体排放约占纯电动车全生命周期总排放的20%-30%。但目前国内相关分析评价的基础还较为薄弱,电池的使用寿命、劣化程度、梯次利用、报废回收等都还需要随着产业发展和技术进步开展深入研究。 

因此,纯电动车在燃料生命周期内相比汽油车更加节能,在使用阶段比汽油车更低碳。

对于未来纯电动车的发展,我们提出如下几条建议:

1、发展纯电动车,有效推进交通节能减排

更加系统地考察纯电动车和传统汽油车的节能减排效果。一方面从燃料全生命周期和材料全生命周期的角度进行比较,有利于更准确地找到汽车行业节能减排工作的突出问题和解决方案;另一方面,依托节能减排政策更有效地推动纯电动汽车在更多领域的发展与应用,并在交通运输行业结构变革的大背景下,推动交通运输行业能耗、碳排放尽早达峰。

2、优化交通基础设施布局

随着纯电动车保有量的提升,将逐渐减少我国车用汽柴油消耗量的占比,进而可能逐渐改变我国交通运输行业的能源消费结构,可考虑评估这种改变对交通运输行业基础设施等方面造成的影响,引导制定有利于既有汽柴油供应体系及未来充电基础设施的合理、高效发展的政策措施。

附注:

[1]包括纯电动、插电式混合动力、燃料电池。
[2] 2017年纯电动乘用车销量占新能源汽车销量的60%、增速达82%。
[3] 参照国家标准《电动汽车能耗折算方法》。
[4] GB 19578-2014《乘用车燃料消耗量限值》。
[5] 中国汽车技术研究中心数据
[6] 《节能与新能源汽车技术路线图》,车重1600kg。
[7]采用《中国电力行业年度报告(2017年)》中2016年单位火电发电量的CO2排放水平822g/kWh,非化石能源发电量占比29.3%计算,6.5%的输电损失,10%快充充电损失,电力行业平均CO2排放水平为581g/kWh。
[8] 欧训民、张希良、覃一宁、齐天宇,未来煤电驱动电动汽车的全生命周期分析,煤炭学报,2010,第35卷第1期。

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