新能源汽車節能減排潛力分析范文

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摘要：

采用車用燃料生命周期分析法，對北京市推廣的電動出租車、公交車、環衛車和租賃電動車的節能效應和減排效應進行量化分析，結合北京市電動車的運行情況對新能源電動車的碳排放影響因素進行分析，在此基礎上對“十三五”期間北京市新能源汽車節能減排效果預測，并據此提出一定發展路徑的政策建議。研究認為：北京市現行推廣的電動出租車、公交車、環衛車和租賃電動車具有較好的節能減排效果；發電結構、車用燃料類型等影響因素對電動車的減排效果影響較大；預計到2020年，推廣的新能源電動車將節能154769萬千瓦時、減排CO239.4萬噸。

關鍵詞：

新能源汽車；節能減排；車用燃料生命周期；“十三五”

隨著節能減排標準日益嚴厲（或成全球最嚴的京六標準擬于2017年實施），節能汽車和新能源汽車成為各車企未來主要發展方向，各大車企公布的“十三五”規劃也均把節能和新能源汽車作為未來發展重點。中國工信部官方數據顯示，僅2015年1—10月，新能源汽車累計生產20.69萬輛，同比增長3倍。但是，無論是從國家政策還是從企業的關注程度來看，已推廣的新能源汽車帶來的節能減排效果，特別是為北京這類容易擁堵的特大城市緩解空氣污染的效果如何，都直接影響“十三五”期間整個新能源汽車產業發展的方向[1－2]。生命周期評價（LifeCycleAssessment，LCA）[3]是一種對產品從“搖籃到墳墓”生命周期全過程的環境和資源評價方法，國外很早就開展了相關研究及應用。WTW（WellToWheel）分析法是LCA專用于評價交通機動工具燃料的一種方法[4]，包括原料的開采、原料的運輸、燃料的生產、燃料的運輸與加注及燃料的使用等5個環節。WTW分析法將這5個環節劃分為油井到油箱（Wellto-Tank，WTT）和油箱到車輪（Tank-to-Wheel，TTW）兩個過程，給出了包括WTT和TTW兩過程中各環節相關的能量效率及CO2排放量的計算方法[5]。本文使用該方法，對北京市開始推廣的電動出租車、公交車、環衛車和租賃電動車的節能效應和減排效應進行量化分析，核算出自2012年起至今北京市推廣的電動汽車累計的節能減排效果。交通運輸是城市能源消耗和碳排放的重點行業，為通過節能減排實現低碳城市發展目標，傳統汽油車向新能源汽車的轉型是一項重要的舉措[6]，其中電動汽車因其節能減排的優勢將在這次轉型中發揮重要作用。本研究在全面總結北京市電動汽車節能減排研究成果的基礎上，分析了影響電動汽車的減排因素，并結合北京市電動汽車的使用情況[7]，分析了電動汽車的碳排放及其減排潛力。在此基礎上，進一步對“十三五”期間北京市新能源汽車節能減排效果預測，據此進行一定的發展路徑分析。

一、北京市新能源汽車節能減排效果評估

本文以北京市全部在運的電動出租車、電動公交車、電動環衛車，以及新能源汽車租賃服務的部分汽車為研究對象，結合北京市發電能源結構，在相同行駛里程的統一核算口徑下，對以上幾種車型的節能和碳減排效應進行分析，探尋影響新能源汽車碳排放的主要因素，并在《北京市電動汽車推廣應用行動計劃（2014—2017年）》①等規劃情景下，對北京市“十三五”期間新能源汽車節能減排效果進行模擬，并提出政策建議。“北京市電動汽車監控與服務中心”（以下簡稱“監控中心”）對北京電動出租車、電動公交車、電動環衛車、電動汽車租賃等分別從2012年7月、2014年1月、2013年1月、2015年6月開始實施監控。與2012年7月監控中心初始錄入電動車輛總計290輛相比，截至2015年11月，監控中心錄入電動車輛總計已達4229輛，增長了13.6倍。監控車輛共計3771輛，監控比例達89.2%，北京市新能源電動車的推廣和實施在“十二五”期間已經取得一定進展。以下研究依托于該監控數據平臺完成。

（一）北京市出租車的節能減排分析1.2012年7月—2015年11月，北京電動出租車總計節能5781.4萬千瓦時。2011年，首批北汽福田“迷笛”純電動出租車在延慶縣示范運行。從2012年4月開始，陸續在延慶、房山、密云、平谷、大興、昌平、懷柔、通州、順義等區縣推廣，按規劃至2017年在全市10個郊區縣運行車輛總數達5000輛以上。截至2015年11月，監控中心錄入電動出租車輛總計2479輛，監控車輛數為2298輛，監控比例92.7%，累計行駛里程12793萬公里。研究結果顯示，2012年7月—2015年11月，電動出租車總計節能5781.4萬千瓦時，折合為482.8萬噸汽油。電動出租車對燃油出租車有明顯的節能替代效應，但近5年電動出租車保有量大幅增加，導致出租車能耗總量快速上漲。2.2012年7月—2015年11月北京電動出租車總計減排5369.5噸。基于車用燃料全生命周期對電動出租車的CO2排放量進行核算，結果表明，2012年7月—2015年11月電動出租車總計減排5369.54噸，具有減排優勢。在控制出租車總量的前提下，加之北京相比其他城市發電結構更優，所以大力推廣電動出租車，對北京這類特大城市而言減排效果將更明顯。

（二）北京市公交車的節能減排分析1.2014年1月—2015年11月電動公交車總計節能380.9萬千瓦時。截至2015年11月，監控中心錄入電動車輛總計391輛，比2014年1月增長了39.6%，累計行駛里程為316.3萬公里。分析結果顯示，2014年1月到2015年11月電動公交車總計節能380.9萬千瓦時，折合為31.8萬噸汽油。2.電動公交車的CO2排放量僅為燃油公交車的79.3%。2014年1月—2015年11月電動公交車總計減少排放625.9噸，電動公交車的CO2排放量僅為燃油公交車的79.3%，“十三五”期間增加公交車的運營數量，特別是增加電動公交車的運營數量，具有較大的減排優勢。

（三）北京市環衛車的節能減排分析2013年1月電動環衛車輛總計871輛，其中2噸環衛車807輛、8噸環衛車33輛、16噸環衛車31輛。截至2015年11月，電動環衛車輛總計1324輛，2噸和8噸的環衛車數量分別增長51.1%和139.4%，16噸環衛車數量降低16%，總量增長52%。1.電動環衛車能耗僅為燃油環衛車的77.1%。2013年1月—2015年11月電動環衛車總計節能53.6萬千瓦時，折合為4.3萬噸汽油，電動環衛車能耗為燃油環衛車的77.1%。北京市環衛集團推廣使用新開發的純電動環衛車續航里程可以達到360公里、連續作業時間達7小時，作業效率相當于20個環衛工人的工作量，可以節省80%以上的勞動量，但使用和維護成本還不到傳統環衛車的三分之一，節能和成本節約效果明顯。2.電動環衛車碳排放量為燃油公交車的92.3%。基于2013年1月—2015年11月環衛車運營數據，電動環衛車總計減少排放48.53噸，碳排放量為燃油公交車的92.3%。相比公交車和出租車，電動環衛車的減排優勢并非特別突出，究其原因，電動環衛車的電力系統除了需要供給車輛本身的驅動之外，還需要滿足環衛車本身的清潔作業需求，而傳統燃油環衛車的清潔作業工序能耗則不計入百公里油耗。如果采用統一計算口徑，電動環衛車的減排效果更樂觀。

（四）北京市汽車租賃的節能減排分析2015年6月電動汽車租賃服務的部分汽車納入監控中心監測系統，監控車輛數從6月的17輛上升到11月的35輛，數量有限。1．新能源電動汽車租賃市場占有率仍然很低。2015年6月—2015年11月，租賃電動車節能5.23萬千瓦時，折合為4227.7噸汽油。但是35輛監控車輛顯示的市場占有率太有限。2．消費者接受意愿和程度影響租賃商業模式推廣。2015年6月—2015年11月，電動汽車租賃減少CO2排放量為4.86噸。新能源電動汽車租賃服務推廣、實施力度以及消費者的接受意愿和程度，依然極大地影響著這一商業模式的推廣。

二、新能源電動汽車碳排放及其影響因素分析

電動汽車的能源利用效率比傳統燃油汽車高出46%以上，并具有13%~68%的CO2減排潛力[7]，但其減排潛力受諸多因素影響[8]。本研究從發電能源結構、車用燃料類型（單位燃料的CO2排放系數）、汽車類型（百公里能耗）、城市交通狀況（時速）、煤電技術供電路線、電池類型（重量、能效）等6個因素對電動汽車燃料生命周期碳排放的影響效果進行比較分析。

（一）北京市發電能源結構的影響根據《北京市“十二五”時期能源發展建設規劃》①、《北京統計年鑒》及國家統計局相關數據，2014年②、2020年全國的發電結構和2015年北京市的發電能源結構中[9-10]，發電能源結構如表1所示。選取監控中心2012年7月—2015年11月北京市電動出租車為研究對象，在車輛總數、累計行駛里程、百公里能耗等參數不變的情景下，純電動出租車在2014年全國發電結構下減排了5370噸；在2020年全國發電結構下預計減排空間為8475噸；在北京2015年電網能源發電結構下減排10245噸，是2014年全國發電結構下排放的48.5%。由此可見，不同的發電結構能夠很大程度影響電動出租車的CO2排放量，而且以北京2015年電網能源發電結構進行計算，車輛的減排效應甚至高于全國2020年發電結構情景下的減排量。主要因為北京市電網中火力發電比例較低，且有部分電力從外省調入，因而較全國電網能源結構更清潔。

（二）車用燃料類型（單位燃料的CO2排放系數）的影響在累計行駛里程、累計車輛總數等參數不變的情景下，空調能耗不計，依據2015年北京電網公布的發電能源結構，在耗電行駛生命周期階段，純電動公交車減排893噸、燃氣公交車減排400噸，占比分別為70.5%、81.2%。可見，車用燃料類型直接影響單位燃料的CO2排放系數，公交車、出租車、環衛車3種車型中，電力驅動的公交車減排效果最好。

（三）汽車類型（百公里能耗）的影響在年均行駛里程、CO2排放系數等參數不變的情景下，對不同車型碳排放進行比較分析③。圖1顯示，公交車的排放水平最高，環衛車其次，最低排放的車型是出租車。環衛車的排放水平約為公交車的47.6%，而出租車的排放水平約為公交車的16.7%。

（四）北京市城市交通狀況（時速）的影響目前北京市車速為20千米每小時的擁堵時間為日均1.75小時，暢通時速約50～60千米每小時，行駛距離為35千米。在累計車輛、累計形式里程以及CO2排放系數、效率等參數不變的情景下，計算2012年7月—2015年11年燃油出租車和電動出租車行駛過程中由擁堵到暢通的碳排放量。核算結果表明，當車速由60千米每小時降低到20千米每小時時，燃油出租車的碳排放是低速的29.4%，純電動出租車的CO2排放則是低速的36%。暢通情景下，電動出租車的碳排放為燃油出租車的75.9%；而擁堵情景下，電動出租車的碳排放更低，僅為燃油出租車的62%。隨著車速的降低，電動汽車相對于燃油車減排優勢愈發明顯。

（五）不同煤電技術供電路線的影響以監控中心北京市電動出租車為研究對象，在運營汽車數量、百公里能耗、累計行駛里程等參數不變的情景下，對比分析不同煤電技術供電路線與汽油車路線生命周期的碳排放量。應用IGCC（IntergratedGasificationCombinedCycle）與CCS（CarbonCaptureandStorage）組合技術減排效果最顯著，相比網電技術，有高達36%的減排空間，應用此技術既降低供電煤耗，還能對CO2進行捕捉和收集，和IPCC報告提出的“煤電IGCC工廠應用CCS技術能降低約20%的電力輸出，同時捕捉85%～95%的CO2。”結論一致。煤電技術對減排效果起關鍵作用。

（六）電池類型（重量、能效）的影響假定北汽“EV200”純電動出租車分別以磷酸鐵鋰電池、錳酸鋰電池、鉛酸電池為動力行駛，在耗電行駛生命周期下，磷酸鐵鋰電池CO2排放量是錳酸鋰電池的87.4%、鉛酸蓄電池的88.5%。磷酸鐵鋰電池驅動電動車碳減排性能明顯優于錳酸鋰電池、鉛酸蓄電池驅動車。

三、“十三五”北京市新能源汽車節能減排效果預測

“十二五”期間電動車保有量占全部車輛的4.9%，但能耗僅占總能耗的2%，CO2排放量僅占全部車輛排放量的2.86%，燃油車仍占很大比重。“十三五”期間增加新能源汽車的占比，有很大的節能減排空間。根據2010—2014年5年間北京市出租車、公交車、環衛車的數據的平均增長率，以及《關于加快新能源汽車推廣應用的實施意見（征求意見稿）》①、《北京市電動汽車推廣應用行動計劃（2014—2017年）》等規劃要求，“2017年北京市電動環衛車數量占總環衛車數量的50%；到2020年，京津冀地區新增或更新城市公交車、出租汽車和城市物流配送車輛中，新能源汽車比例不低于35%。”綜合預測出2020年底出租車、公交車和環衛車的保有量分別為68648輛、45295輛和15817輛。預測結果表明，至2020年底，3種車型合計能耗為154769萬千萬時。其中，出租車總能耗為61691萬千萬時，新能源出租車能耗占44.8%；公交車的總能耗為91832萬千萬時，新能源公交車的能耗占總能耗的63.64%；環衛車的總能耗為1245萬千萬時，新能源環衛車的能耗占總能耗的43.2%。至2020年底，3種車型合計排放CO2量為39.4萬噸。其中出租車總排放為6.6萬噸，新能源出租車排放占總排放的57.5%；公交車總排放23.4萬噸，新能源公交車排放占比61.5%；環衛車總排放為0.43萬噸，新能源環衛車排放占比為56.1%。2020年出租車保有量較2015年增加了0.9%，公交車增加了8.8%，環衛車增加了47%，但3種車型總能耗卻減少4.6%，CO2的總排放僅增加了7.1%，減排效果較明顯。按車輛燃料全生命周期核算，能源的開采、運輸以及電網發電結構仍然對結果有較大影響，因而在未來5年中，提高能源的開車運輸效率以及調整電網發電結構依然是重要的發展目標。

四、主要結論與“十三五”政策建議

1.增加新能源公交車數量的同時，還應考慮適合的新能源車型。電動公交車的CO2排放量僅為燃油公交車的79.3%，具有較大的減排優勢。新能源公交車節能減排效果隨有效載客量、空調開啟時長的不同，差異很大，因此應結合區域特點，選擇合適的新能源公交車型。2.控制出租車總量的前提下，加大新能源電動出租車占比。電動出租車有巨大的節能減排優勢，無論是按月份平均還是累計的車輛節能減排情況，其效果都很顯著。“十三五”期間北京市應在控制出租車總量的前提下，加大新能源電動出租車對燃油出租車的替換力度。3.推廣新能源汽車租賃商業模式，健康發展租賃市場。新能源電動汽車的推廣和實施力度，以及群眾的接受意愿和程度，極大地影響著新能源汽車租賃這一商業模式的推廣實施。進一步促進北京市交通部門綠色、低碳和健康發展，仍需要加大推廣新能源汽車租賃服務，讓新能源汽車租賃在整個汽車租賃的市場上，逐步占據主導地位。4.有效改善能源結構，大力推廣電動汽車節能技術。在不同煤電技術供電路線下，電動汽車耗電行駛生命周期階段減排效率差異明顯，和網電技術相比，應用IGCC與CCS組合技術減排效果最顯著，具有高達36%的減排空間。北京市在減少煤炭發電，提高新能源發電比例的同時，應積極采用IGCC、CCS等節能減排技術，降低供電煤耗是減少電動汽車碳排放最有效的途徑。5.發揮北京特有的“產、學、研”優勢，實現關鍵技術突破。磷酸鐵鋰電池的CO2排放量分別是錳酸鋰電池、鉛酸蓄電池的87.4%、88.5%，磷酸鐵鋰電池驅動電動車碳減排性能明顯優于錳酸鋰電池、鉛酸蓄電池驅動車。“十三五”期間，在“產、學、研”結合的技術革新模式上占有絕對優勢的北京，應圍繞動力電池技術、煤電技術、車身輕量化技術、綠色輪胎技術等方面率先實現關鍵技術的突破和推廣。6.改善北京城市路況，避免交通擁堵帶來的巨大能耗和碳排放。以出租車為例，當車速由60千米每小時降低到20千米每小時，燃油出租車的碳排放是低速的29.4%，純電動出租車的CO2排放則是低速的36%。“十三五”期間應合理布局北京城市交通道路、有效控制車輛保有量，出臺相應政策減少出行車輛，避免由于交通擁堵產生的額外能耗損失和碳排放增加。7.交通擁堵狀態下，電動汽車相對于燃油車減排優勢愈發明顯。以出租車為例，在擁堵的情景下，電動出租車的碳排放僅為燃油出租車的62%，與通暢情景相比下降了13.9%。很顯然，交通擁堵狀態下，電動汽車相對于燃油車減排優勢愈發明顯。在交通壓力短期內無法得到有效改善、而發電結構相對更優的特大城市，發展電動汽車節能減排效果更為顯。

作者：唐葆君 馬也 單位：北京理工大學 管理與經濟學院 能源與環境政策研究中心 北京電動車輛協同創新中心