北京和碳環境技術有限公司 於仲波 王彥斌
摘要： 純電動汽車的出現從一定程度上緩解了傳統汽車對環境的影響及其對石油資源的大量消耗這一矛盾。相對傳統燃油汽車，純電動汽車在節約能源、提升動力、降低使用成本等方面具有明顯優勢。根據我國的具體情況，以太原市純電動出租車為例，本文通過對純電動汽車燃料生命週期分析得到我國純電動汽車燃料生命週期的一次能源消耗情況。同時與傳統燃油汽車燃料生命週期的相應指標進行對比分析，以評價純電動汽車燃料生命週期的節能減排效益，來判斷純電動汽車是否真的在節能減排方面有突出貢獻。
關鍵詞: 純電動汽車 生命週期評價 節能減排 環境效益
1.汽車燃料生命週期的概念
生命週期評價（(Life Cycle Assessment）是對一個產品或工藝過程整個生命週期內的直接和間接環境影響的分析。對於燃油汽車來說，其燃料生命週期包括：原油開採、原油運輸、汽油生產加工、汽油運輸、存儲、加油站銷售和汽車行駛（見圖1）；對於電動汽車，其所用電力來源於電網，電網電力來源於煤電、水電、核電、風電、太陽能發電等，除煤電外，其餘發電方式對於傳統能源的消耗以及溫室氣體排放都很少。為方便比較，純電動汽車燃料生命週期排放基於煤電的燃料生命週期排放，包括：煤的開採、運輸、發電、電力輸配到汽車行駛（見圖2），最後再按照煤電佔總發電量的比例核算電動車的燃料生命週期排放，隨著煤電比例越來越小，電動汽車燃料生命週期排放會呈減小趨勢。
2.燃油汽車和純電動汽車的燃料生命週期階段分析
本章將評估燃油汽車和純電動汽車燃料生命週期的能源消耗和溫室氣體氣體排放情況，主要涉及以下三個階段：第一，原料階段（原料開採、運輸、存儲）；第二，燃料階段（發電和汽油
提煉、及其產品運輸和配送）；第三，行駛階段（車載汽油和電力的消耗）。
本文涉及的汽車燃料為汽油，電力。根據圖1可知，燃油汽車階段主要包含以下過程：原油開採、原油運輸、汽油加工製造、汽油運輸、加油站、汽車行駛等。根據圖2可知，純電動車階段主要包括以下過程：原煤開採、原料運輸、發電、電力配送、充電站（樁）、汽車行駛。
2.1原料開採、運輸和儲存
2.1.1 原料開採
2.1.1.1原煤開採
根據《中國能源統計年鑑》（2013），按等價值計算2012年中國原煤開採量為253863.72萬噸標準煤，煤炭開採和洗選業的能源消費總量為8437.83萬噸標準煤。也就是說，煤炭在開採和洗選後，需要損耗3.32%的能量。
2.1.1.2原油開採
根據《中國能源統計年鑑》（2013），2012年中國原油和天然氣開採量為43803.94萬噸標準煤，石油和天然氣開採業的能源消費總量為3557.08萬噸標準煤。也就是石油和天然氣開採大約需要損耗8.12%的能量。
2.1.2 原料運輸
煤炭產品經開採和洗選生產後，由煤炭運輸系統從煤礦運送到煤炭用戶。以2005年為例，我國鐵路煤炭運量近10億t，佔全年煤炭運輸量的51%; 公路煤炭運量為8.2億t，佔全年煤炭運輸總量的38%；水路內貿煤炭完成運輸量3億t，佔全年煤炭運輸總量的13.7%【1】。由此看出，我國鐵路和公路是煤炭運輸的主要方式。經過綜合計算，噸煤運輸能耗在3.9kgce/噸，也就是說在運輸過程中的能源損耗大約佔0.55%。
原油根據運輸距離、地理條件和設施狀況採用鐵路運輸、公路運輸、水路運輸以及管道運輸等，原煤運輸主要採用鐵路運輸和公路運輸。目前我國鐵路運輸採用內燃機車和電力機車，分別使用柴油和電力作為能源；公路運輸是以柴油為燃料的大型貨運車輛；水路運輸是以柴油為燃料的駁船或以燃料油為燃料的遠洋油輪；管路運輸所消耗的能源是燃料油或電力。通過原油鐵路運輸基本情況和原油運輸的能源消耗情況等，可計算得國內消耗的原油在運輸過程中的一次能源能量消耗為5.75 kJ/MJ【2】。也就是說運輸過程中能源損耗在0.575%，與煤炭運輸損耗差別不大。
2.1.3原料儲存
石油的儲存主要是儲存罐、管道，煤炭的儲存主要是倉庫、廠房，原料儲存過程帶來的溫室氣體排放佔比極小，不易統計，故忽略不計。
2.2燃料階段（汽油、電力生產、輸送和儲存）
2.2.1 石油煉製過程
石油煉製是指以石油或其產品為原料，加工生產汽油、煤油、柴油、化工原料油、燃料油、潤滑油、液化石油氣、丙烯、芳烴、瀝青、石油焦等產品的全過程。根據山東省地方標準《石油煉製業能耗限額DB37/754-2007》，以中間基、環烷基原油加工為主的企業2012年的限額水平為121kgce/噸原料油。也就是煉油過程的能量損失約為8.47%
2.2.2 發電過程能耗
在發電廠發電過程中，發電廠燃料的化學能轉化為熱能，熱能以輻射和熱對流的方式傳遞給鍋爐內的高壓水介質，分階段完成水的預熱、汽化和過熱過程，使水成為高壓高溫的過熱水蒸氣。水蒸氣經管道有控制地送入汽輪機，由汽輪機實現蒸氣熱能向旋轉機械能的轉換。高速旋轉的汽輪機轉子通過聯軸器拖動發電機發出電能，電能由發電廠電氣系統升壓送入電網。根據統計數據，
2012年全國6000千瓦及以上的火電機組平均供電標準煤耗達到326克/k
Wh， 2011年我國火力發電廠用電率為6.23%【3】。
2.2.3 汽油輸送及加油站損耗
根據GB11085-98《散裝液態石油產品損耗》，汽油在從煉廠到油箱的損耗受各種因素的影響，其範圍在3.56%到4.02%之間，取平均值3.79%作為其損耗比例。
2.2.4 電網線路損耗
根據相關部門的統計數據，2012年全國電網線路損失率為6.69%。
2.2.5 充電過程損耗
在給電池充電和放電的過程中充電機也有電能的損耗，根據各個充電設備廠家提供的數據來看, 目前國內的充電機效率一般為94%，即損耗率大約為6%。
2.3行駛階段能耗
2.3.1汽油車行駛階段能耗
根據調查，以太原市為例，之前的燃油出租車主要是捷達、富康，絕大多數集中在百公里平均油耗7.5-10 L之間，取其平均值8.75L。汽油密度取0.735kg/L。
2.3.2純電動汽車行駛階段能耗
2016年，太原市耗時一年將全市的8292輛出租車全部更換為電動車，成為了全國乃至世界上第一個出租車全部電動化的城市。根據對太原市目前運行的電動出租汽車的調查，該款電動汽車百公里電耗在20kWh左右。
3.燃油汽車和純電動汽車的燃料生命週期總能耗和排放量分析
本章將依照第2章的數據調查和分析，進行兩類汽車燃料生命週期的能耗和排放量分析，考察電動汽車的節能減排效益。
3.1 燃料生命週期能耗計算
考慮整個燃料生命週期的損失，電動汽車每100公里的能耗為：
6.52/（1-6%）/（1-6.69%）/（1-6.23%）/（1-0.55%）/（1-3.32%）=8.245kgce
燃油汽車為：
9.45/（1-3.79%）/（1-8.47%）/（1-0.575%）/（1-8.12%）=11.75kgce
根據以上計算，在燃料生命週期內，電動汽車每百公里可以節約能源3.505kgce，節能率30%。
3.2燃料生命週期碳排放量計算
3.2.1純電動車百公里行駛碳排放計算
純電動汽車行駛階段百公里電耗按20kWh計，2012年華北區域電網的平均CO2排放因子為0.8843kgCO2/kWh。因此電動汽車行駛百公里的溫室氣體排放為：
20×0.8843=17.686kgCO2
考慮充電損耗、電網線損和電力生產損耗，其溫室氣體排放量為21.5kg CO2
另外，原煤運輸過程和原煤開採過程溫室氣體排放源複雜，能源消耗種類也較多，為簡化計算，還是統一按照電力的排放參數計算。則電動汽車行駛百公里的燃料生命週期排放為：
21.5/（1-0.55%）/（1-3.32%）=22.36 kgCO2
3.2.2 計算燃油汽車百公里行駛排放的溫室氣體量
汽油是分子含C量在5~8的一類烷烴的通稱。汽油標號一般是以正辛烷的含量來標定的，正辛烷含量越高, 汽油的標號越高。根據BP中國碳排放計算器提供的資料：
節約1升汽油=減排2.3kgCO2
根據對太原市汽油出租車的調查數據，百公里油耗在8.75L，則其百公里行駛帶來的溫室氣體排放為：
2.3×8.75=20.125kgCO2
汽油運輸和加油站的損耗大部分是物理損耗，產生的溫室氣體排放較少，可以忽略，汽油加工、原油運輸、原油開採等過程溫室氣體排放源複雜，能源消耗種類也較多，為簡化計算，還是統一按照汽油的排放參數計算。其行駛百公里的燃料生命週期排放為：
20.125/（1-8.47%）/（1-0.575%）/（1-8.12%）=24.07 kgCO2
3.2.3純電動汽車與傳統燃油車的碳排放對比
根據以上計算，在燃料生命週期內，電動汽車每百公里可以減少碳排放1.71 kgCO2，減排率7.1%。
4.電動汽車的其它優勢分析
相對於燃油汽車，除了以上分析的節能和減排效益外，電動汽車可以大大減少城市中由於汽車燃油帶來的氮氧化物、二氧化硫等的排放，相當於將排放源由分散的每輛汽車集中到了電廠，對溫室氣體和其他汙染物進行統一處理、回收的難度大大降低。
另外，從普遍的生活習慣來看，家用電動汽車大部分的充電時間都是在晚上，對於區域電網可以帶來一定的削峰填谷的效果。
未來，隨著大力發展清潔能源發電的措施得以持續推行，中國電網清潔化、高效化的不斷深入發展，中國純電動汽車的排放水平的降低速度將快於燃油汽車。隨著時間的推移，電動汽車將更具優勢。
5.小結
本文從純電動汽車和燃油汽車的燃料生命週期的角度，分析了各個過程的能源消耗，綜合比較，純電動汽車更具有減排的作用。以太原市出租汽車為例進行計算，其節能率達到30%，減排率達到7.1%。以太原市8292輛出租車，每輛出租車平均年行駛10萬公里計算。每年可節約能源20854噸標準煤，減少溫室氣體排放14179噸二氧化碳當量。如果在全國推廣，其節能減排效益將十分可觀。
汽車保有量的快速增長，導致我國交通行業對石油的依賴度增加，給我國能源安全帶來更大挑戰的同時也增加了大氣汙染，而純電動汽車使用過程能源轉化效率高且低尾氣或零尾氣排放，使得純電動汽車在節能減排方面具有明顯優勢。
目前我國一次能源消費以煤為主, 必然帶來發電能源以煤為主; 當一次能源消費中煤炭逐漸降低之後，用純電動汽車替代燃油汽車, 減排效果將十分明顯，所以純電動汽車是未來的低碳汽車。因此在我國研究發展電動汽車不是一個臨時的短期措施, 而是意義重大的長遠戰略考慮。
參考文獻
[1]莊幸，姜克雋.煤炭產品從礦井到用戶的能源含量分析[J].中國能源，2009（9）：30-35
[2]中國交通年鑑社. 中國交通年鑑 2009 [M]. 北京：中國交通年鑑社, 2010.
[3]楊勇平，楊志平，徐剛，王寧玲.中國火力發電能耗及展望[J].中國電機工程學報，2013（23）：1-11
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