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電動汽車碳排放爭議辨析

信息來源:中國汽車報網       發布日期:2016-12-14       分享到:

    低碳化是中國汽車產業發展的必然方向
    伴隨著中國國民經濟的飛速發展,中國的碳排放量也在逐年增加,目前已經超越美國成為全球第一,占全球排放總量的近30%。為防止全球變暖、履行國際義務,近年來中國政府簽署了多項減排協議:2014年,中美發布應對氣候變化的聯合聲明,中國提出將在2030年左右二氧化碳排放達到峰值且將努力早日達峰;在2015年的巴黎氣候會議上,中國進一步承諾,到2030年單位國內生產總值二氧化碳排放比2005年下降60%~65%?梢,低碳化已經升級為國家戰略。
    規模龐大的汽車產業牽涉面廣、關聯性強,既是國民經濟的支柱產業,又在碳排放中占有較大比重,因此在國家降低碳排放的總體目標下,汽車產業責無旁貸。當前,中國明確將發展新能源汽車作為國家戰略,車輛電動化已是大勢所趨。特別是在政府持續的大力支持下,中國新能源汽車產業初露曙光,2015年銷量超過33萬輛,躍居全球第一。日前發布的《節能與新能源汽車技術路線圖》,更是將中國新能源汽車在2020、2025和2030年的銷量目標分別定在了200萬、700萬和1500萬輛,以期新能源汽車為實現國家節能環保目標做出更大貢獻。
    電動汽車碳排放存在巨大爭議
    然而,關于電動汽車是否比傳統內燃機汽車更為低碳,學術界和產業界一直存在不同的看法。對此,許多研究機構先后進行了深入研究。但是,不同研究的結果差異較大,由此也產生了巨大的爭議。我們匯總了近十年來的主要相關研究結果,通過比較發現:以電動汽車相對于傳統汽油車的碳減排幅度這個指標衡量,多數研究認為電動汽車可以實現一定程度的減排效果,甚至早期有一些學者作出了電動汽車碳減排幅度超過50%的樂觀估計;而最近幾年的研究結果顯示,各方的預測逐步趨于保守,不過不同預測之間的差別依然較大。如有研究認為電動汽車可以實現20%以上的碳減排;但也有研究得出相反的結論,認為電動汽車會導致碳排放增加。正確解讀以上爭議,對于科學評估新能源汽車在中國低碳化進程中的作用具有重要意義,將直接影響國家的戰略決策和導向。
    爭議辨析與原因解讀
    實際上,出現爭議的根本原因在于,各方的研究對于影響電動汽車碳排放的因素有不同的假定,從而導致評估結果的明顯差異。解決這個問題的關鍵,是要深入分析不同研究的基本假設,即對影響電動汽車碳排放的主要因素進行綜合判斷和客觀評估。
    電動汽車碳排放的影響因素眾多,包括生產階段排放、車輛能耗比值(電耗/油耗)、電網碳排放強度、車輛使用情景(強度、壽命)、電能傳送效率等。其中比較核心的因素是車輛能耗比值、電網碳排放強度以及電能傳送效率。
    1、車輛能耗比值
    車輛能耗比值即電動汽車百公里電耗與汽油車百公里油耗的比值(kWh/L)。這個參數的合理選取,是汽油車與電動汽車能夠進行客觀比較的前提。不同研究對于車輛能耗比值的選取存在較大差異,例如對于油耗6L/100km左右的汽油車,有研究者認為與之可比的電動汽車電耗應在12kWh/100km左右,而有的研究者卻認為相應的電動汽車能耗應在20kWh/100km以上。
    通過相關性分析可以進一步發現,車輛能耗比值假定的較大差異,對于電動汽車碳減排效果的影響很大。為此,我們匯總了近年來市場上具有代表性的量產電動車及其對標的基礎汽油車型,根據實際數據進行了測算,得出車輛能耗比值平均約為2.2。結合相應的數據離散性分析,我們認為能耗比值區間在2.0~2.5之間較為合理。如果假定偏離這個區間太大,研究的可靠性就值得商榷,極有可能存在明顯的偏向性。一些研究之所以得出電動汽車碳減排效果不明顯甚至增加碳排放的結論,很大程度上就在于其選取的車輛能耗比值遠高于合理區間。像上面提及的后一個研究,車輛能耗比值高達3.3,這樣極端的假設使電動車的碳排放直接從“天堂”墜入“地獄”,其結果具有極大的誤導性。
    2、電網碳排放強度
    這也是極為關鍵的影響因素之一,主要通過電力結構和各類電能碳排放強度來進行核算。電網排放強度越高,電動汽車的碳減排效果就越弱。比較不同的研究,能夠發現該項參數的核算值存在一定差異,對最終結果產生了較為明顯的影響。
    基于最新基礎數據,目前中國電網的碳排放強度合理區間在700~750gCO2eq/kWh(當量CO2排放),預計2030年可以下降到300~500g CO2eq/kWh。明顯偏離這一區間的研究,其結果就會出現偏差。同時應注意的是,中國電網碳排放強度屬于高碳電范疇,遠高于歐洲(歐洲目前為330gCO2eq/kWh,預計2030年將下降到100~200gCO2eq/kWh)。不過目前我國這一數值正在逐年降低,因為一方面火電比例在逐步下降,另一方面火電廠的效率也在逐步提高。因此,對于未來的評估預測,應充分考慮到這一發展趨勢。
    而與電網排放強度相對應的是汽油排放強度指標,主要通過計算汽油全生命周期內的碳排放(不考慮車輛生產),包括上游階段開采、精煉、運輸過程的排放,以及使用過程中直接燃燒的排放。分析發現,各方研究對汽油排放強度的假定差異不大,汽油全生命周期碳排放強度約為3kgCO2eq/L,其中使用階段燃燒排放占比約為75%。
    3、電能傳送效率
    一方面,電能通過電網進行輸送,存在一定的線路損失,這可以用輸電效率來衡量。對此,《中國電力年鑒》提供了權威的官方數據(目前約為93.4%),大部分研究也都采用了這一數據。另一方面,電能從充電樁充入動力電池的過程中也存在一定的損耗,這可以用充電效率來衡量。對于充電效率而言,不同研究的假定(90%左右)相差較小。而輸電效率和充電效率共同決定電能傳送效率(84%左右),各方研究對電能傳送效率的共識度較高,不存在明顯爭議,不是影響最終結論的主要因素。
    由此可見,影響電動汽車碳減排效果評估結論的首要因素是車輛能耗比值。此外,電網碳排放強度的假定也有較大影響,而其他因素基本沒有爭議。也就是說,前兩個因素在很大程度上決定了電動汽車是否低碳的最終結論,必須客觀選定才能得出具有指導意義的結論。
    基于無偏假設的電動汽車碳排放評估預測
    在上述分析的基礎上,我們對幾個核心影響因素進行了無偏假設,進而從全生命周期的角度出發,考慮未來10年的可能變化,對不同續駛里程電動汽車(100km、200km、300km)的碳排放情況進行了綜合評估,并與傳統汽油車、輕度混合動力汽車(相比傳統汽油車節油9%)、深度混合動力汽車(相比傳統汽油車節油33%)進行了比較。
    研究結果表明:對于傳統汽油車來說(整備質量1.1噸,發動機1.5L),假設總行駛里程為15萬公里,其全生命周期碳排放總量為36.9噸,其中生產制造階段碳排放為6.5噸,約占總量的18%;使用階段碳排放(汽油的開采、生產、運輸與燃燒)為30.4噸,約占總量的82%。對于深度混合動力汽車來說,其全生命周期碳排放總量為27.2噸,比傳統汽油車低26%,其中生產制造階段碳排放為6.8噸,約占總量的25%;使用階段碳排放為20.4噸,約占總量的75%。
    對于中續駛里程(200km)的電動汽車來說,生產制造階段碳排放為8.6噸,高出傳統汽油車約33%;使用階段碳排放為18.0噸,比傳統汽油車低41%;合計全生命周期碳排放總量為26.7噸,比傳統汽油車低約28%,略低于深度混合動力汽車?傮w上來看,即使在中國目前的高碳電力結構下,電動汽車相對于傳統汽車仍然有一定的碳減排效果,其主要原因是電動汽車在使用階段的低排放可以在很大程度上彌補其生產階段排放較高的劣勢。
    對于長續駛里程(300km)的電動汽車來說,生產制造階段碳排放為10.5噸,數字較高主要是電池生產過程中的碳排放造成的。同時,由于電池增加使車輛更重,其使用階段碳排放為19.3噸。相應的,全生命周期碳排放總量為29.8噸,比中續駛里程電動汽車高出約12%。由此可見,長續駛里程電動汽車不符合低碳發展的理念。
    未來隨著電網條件的不斷改善(發電效率的提高及電力結構的調整)以及電池能量密度的提升,電動汽車的碳減排效果還有較大提升空間。在綜合考慮未來電力結構改善、煤電廠效率提升、車輛能效提升等因素后,我們測算發現:到2025年,傳統汽油車全生命周期碳排放為32.2噸,深度混合動力汽車為24.0噸,中續駛里程(200km)電動汽車為20.0噸,長續駛里程(300km)電動汽車為22.3噸,略低于深度混合動力汽車。而當電動汽車的碳排放與深度混合動力汽車(24.0噸)基本相當時,其續駛里程約為360km。這表明從長期來看,電動汽車(尤其是中短續駛里程)的碳排放優勢還將進一步擴大。因此,電動汽車作為汽車產業實現低碳化的有效技術路線,值得高度重視和大力推廣。
    同時,通過研究還可以得出以下兩個重要結論。
    第一,續駛里程對于電動汽車的碳排放影響較大。在既定技術條件下,增加續駛里程意味著電動汽車必須配裝更多的電池,這必然造成電動汽車在生產階段和使用階段的碳排放大幅增加,同時也帶來成本的大幅增加。因此,在推廣電動汽車時,不應片面追求續駛里程,建議遵循“夠用即可”的原則。對于里程憂慮問題,更應通過充電基礎設施的合理布局和加快建設加以解決,而非一味多上電池,這樣才能真正助力國家低碳經濟大局,實現國家大力推動電動車的“初心”。如果市場需要長續駛里程的汽車,那么深度混合動力技術,尤其是插電式混合動力技術,是比電動汽車更好的選擇,應該得到優先應用。未來一定是多種動力源的有效組合來滿足日益多樣化的個人出行需求。
    第二,總行駛里程對電動汽車的碳減排效果影響較大。如前所述,在生產階段電動汽車的碳排放始終高于傳統汽油車,即使到2025年也依然如此。這意味著生產出的電動汽車能夠使用的總里程數越高,就越能發揮碳減排作用。一方面,這需要不斷提升電池的使用壽命。在本文中,電動汽車是按照與傳統汽油車相同的總行駛里程(15萬公里)來測算的,如果電池不能支撐達到這樣的里程,就需要額外更換新的電池,除成本顯著增加外,還將附加產生碳排放。另一方面,也要求在電動汽車的使用周期內盡可能地提高使用強度,把電池循環壽命充分用足,避免閑置造成的電力衰減。因此,電動汽車應該優先在公共車輛、物流車等高使用強度車輛上廣泛應用。同時,電動汽車也是共享汽車的適宜選擇。筆者認為,這一結論對于實現汽車產業乃至整個交通領域的低碳化具有指導意義,國家和企業對此應有充分認知,并積極嘗試推進。
    (三位作者分別系清華大學汽車產業與技術戰略研究院院長、助理研究員、副研究員)

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