电动汽车全生命周期分析及环境效益评价

随着石油价格的不断上涨和低碳经济的要求，新能源汽车因其污染低、效率高而成为汽车产业发展的一个重要方向。《节能与新能源汽车产业发展规划》明确提出：我国将以纯电动汽车为主要战略方向，同时重视油电混合动力汽车的发展，以此实现我国汽车业的跨越式发展。因此，电动汽车将成为未来汽车市场的主力。然而，在我国以煤电为主的电网能源结构背景下，推广使用电动汽车能否实现真正的节能减排效益是我国政府和民众共同关心的焦点。 本文选取动力系统电气化程度不同的三款电动乘用车为研究对象，分别是混合动力汽车（HEV）、插电式混合动力汽车（PHEV）和纯电动汽车（BEV）；采用从“摇篮”到“坟墓”（“Cradle-to-Grave”）的生命周期评价（LCA）方法，建立基于我国国情的电动汽车全生命周期模型。以每辆电动汽车行驶1km（记作，/vkm）为功能单位，通过基于过程的生命周期评价（PLCA）与基于经济投入产出的生命周期评价（EIOLCA）相结合的混合生命周期评价（HLCA）方法获取模型关键输入参数，通过汽车全生命周期评价软件GREET仿真计算得到我国电动汽车全生命周期的一次能源消耗、温室气体（GHG）排放和常规气体排放情况。同时与传统汽油内燃机汽车（GICEV）全生命周期的相应指标进行对比分析，以评价电动汽车全生命周期的环境效益。最后将环境影响进一步引申为对自然界的影响效应，并分析电动汽车全生命周期环境影响的敏感性因素以及电动汽车规模推广对我国能源结构的影响，为我国电动汽车产业的健康发展和决策提供技术依据。 本文主要结论如下： 1、在当前中国环境下，HEV、PHEV和BEV全生命周期的一次能源消耗总量分别为：2.621MJ/vkm、2.617MJ/vkm和3.113MJ/vkm；与GICEV全生命周期一次能源消耗3.637MJ/vkm相比，能源节约分别为27.9%、28.0%和14.4%；石油消耗的节能效益分别为32.7%、45.9%和95.0%。 2、当电力来源于水电、风电和太阳能电等清洁电能时，随着动力系统电气化程度提高，汽车全生命周期的节能减排效益逐渐提高。此时，BEV相对GICEV全生命周期的节能效益约为57.1%；BEV相对GICEV生命周期GHG的减排效益为86.5%；BEV相对GICEV的全生命周期VOC、CO、NOx、PM10、PM2.5和SO2的减排效益分别为55.3%、94.9%、82.0%、34.6%、42.0%和26.9%。BEV相对GICEV全生命周期的人体毒害潜势（HTP）、全球变暖潜势（GWP）、酸化潜势（AP）、气溶胶潜势（AQP）、光化学烟雾潜势（POCP）的环境效益分别为55.9%、86.5%、54.5%、34.6%和80.9%。 3、当电力全部来自煤炭发电时，电动汽车全生命周期的环境效益不明显并且出现负效益。此时，BEV相对GICEV全生命周期的节能效益仅为4.1%；BEV相对GICEV生命周期GHG减排效益为-15.5%；BEV相对GICEV全生命周期的VOC、CO、NOx、PM10、PM2.5和SO2的减排效益分别为47.3%、93.2%、-74.1%、-99.7%、-65.9%和-208.7%。BEV相对GICEV全生命周期的HTP、GWP、AP、AQP、POCP的环境效益分别为-138.0%、-15.5%、-143.0%、-99.7%和-43.8%。 4、汽车所含钢材质量越高，其对再生钢使用率的敏感度越高。PHEV全生命周期能源使用（EU）对再生钢使用率的敏感度最高为5.8%，其后依次是HEV（5.6%）、BEV（4.5%）和GICEV（3.8%）。 5、在我国当前电网能源结构下，当BEV对GICEV的替代率为50%时，每年可以节约1.99×108GJ的一次能源（折合为9423.4万吨标准煤），其中节约原油1971.8万吨。 综上所述，电动汽车全生命周期分析表明，纯电动汽车具有明显的节能减排潜力，并且能够显著降低交通运输业对石油的依赖，但是需要政府大力发展清洁电能，以真正实现电动汽车的节能减排效益。