严军华;王舒笑;袁浩然;陈勇;单锐
【摘 要】以普瑞斯、比亚迪E6分别作为混合动力汽车和纯电动汽车代表,利用生命周期评价方法,对电动汽车制造、使用、报废回收3个主要阶段进行了环境成本、能耗和环境影响潜值评价,并与以桑塔纳为代表的传统燃油汽车的相应结果进行比较分析.结果表明:在生命周期内,纯电动汽车的环境成本最低,其次是混合动力汽车,传统燃油汽车的最高,其中纯电动汽车的环境成本仅为燃油汽车的36.04％.混合动力汽车和纯电动汽车在全生命周期过程中总能耗分别是传统燃油汽车的59.92％和52.20％.车辆行驶阶段,电动汽车的能耗较低,而在车辆制造和废弃回收阶段它们的能耗则更高.混合动力汽车和纯电动汽车全生命周期的加权总环境影响潜值分别为传统燃油汽车的56.72％和34.16％.混合动力汽车的环境影响负荷与传统燃油汽车的类似,主要来自于光化学烟雾,而纯电动汽车环境影响负荷则主要来自于粉尘、全球变暖和光化学烟雾三个方面.
【期刊名称】《华南理工大学学报（自然科学版）》
【年(卷),期】2018(046)006
【总页数】8页(P137-144)
【关键词】电动汽车;生命周期评价;环境成本;能耗;环境影响潜值
【作 者】严军华;王舒笑;袁浩然;陈勇;单锐
【作者单位】中国科学院 广州能源研究所,广东 广州510640;中国科学院 可再生能源重点实验室,广东 广州510640;中国科学院大学,北京100049;广东省新能源和可再生能源研究开发与应用重点实验室,广东 广州510640;中国科学院 广州能源研究所,广东 广州510640;中国科学院 可再生能源重点实验室,广东 广州510640;广东省新能源和可再生能源研究开发与应用重点实验室,广东 广州510640;中国科学院 广州能源研究所,广东 广州510640;中国科学院 可再生能源重点实验室,广东 广州510640;中国科学院大学,北京100049;广东省新能源和可再生能源研究开发与应用重点实验室,广东 广州510640;中国科学院 广州能源研究所,广东 广州510640;中国科学院 可再生能源重点实验室,广东 广州510640;中国科学院大学,北京100049;广东省新能源和可再生能源研究开发与应用重点实验室,广东 广州510640;中国科学院 广州能源研究所,广东 广州510640;中国科学院 可再生能源重点实验室,广东 广州510640;中国科学院大学,北京100049;广东省新能源和可再生能源研究开发与应用重点实验
室,广东 广州510640
【正文语种】中 文
【中图分类】X820.3
近年来，汽车数量大幅度增加，传统汽车由于大量污染物排放，环境污染问题日益突出.新能源汽车尤其是电动汽车被认为是解决上述问题的有效途径，发展电动汽车已成为我国的国家战略[1- 2].尽管如此，电动汽车的环保问题仍然存在争议.虽然电动汽车在使用时不像传统燃油汽车那样直接排放二氧化碳、氮氧化物和可吸入颗粒等污染物，但其电力来源于化石燃料的燃烧.同时，电动汽车的生产和报废环节也需要消耗大量能源，排放污染物.因此，有必要对电动汽车的生产、使用、报废各个环节中能源消耗与环境影响进行综合评价.国内外学者在相关方面已经开展了不少研究工作.Deluchi等[3]研究了车辆制造运输、燃料生产运输及使用等整个生命周期过程，表明使用煤电的电动汽车显著增加温室气体排放，而电能来自太阳能和核能的纯电动汽车极大降低温室气体排放.Eriksson等[4]采用生命周期方法分析公路交通部门不可再生燃料消耗、电力消耗和污染气体排放三方面环境影响，指出公路运输环境影响主要来源于车辆制造、维护和报废处理环节.McCleese等[5]对电动汽
车和传统燃油汽车使用蒙特卡洛模拟来对其生命周期进行评估，结果显示电动汽车能够有效减少二氧化碳和挥发性有机物排放.Granovskii等[6]发现使用镍氢电池的混合动力汽车能源效率比传统燃油汽车高25%～30%.MacPherson等[7]使用生命周期方法评估插电式混合动力汽车的燃油经济性和温室气体排放情况，并且与EPA燃油经济性数据进行对比，结果表明，插电式混合动力汽车在一定程度上减少温室气体排放.Huo等[8]比较分析了中美两国电动汽车排放，认为当地电网结构决定了电动汽车排放情况.美国加利福尼亚州等地区煤炭发电比例较低，与传统汽车相比，在加利福尼亚州电动汽车能有效减少温室气体和其他空气污染物排放.但在中国和美国中西部各州煤炭发电比例高，使用电动汽车反而会导致空气污染物排放增加.Egede等[9]提出一种综合考虑电动汽车使用阶段影响因素方法，满足汽车厂家制定更加合理的精确的设计策略，并为政府制定符合国情的电动汽车发展政策提供导向.国内外的主要研究方向是应用生命周期分析方法对电动汽车整车或核心部件(如动力电池等)在生产和使用两个环节的能耗和污染物排放影响进行评价,并与传统燃油汽车相应研究结果进行对比分析[10- 15]，而传统燃油汽车与电动汽车在生产制造、使用和报废回收阶段环境成本、能耗和环境影响潜值的研究较少.了解电动汽车全生命周期的环境成本将有助于落实环保责任和制定合理的环境保护政策.文中利用生命周期分析方法对传统燃油汽车、混合
动力汽车和纯电动汽车在全生命周期内的环境成本、能耗和环境影响潜值进行了系统的分析比较.
1 研究方法与数据
1.1 研究范围
根据国际标准ISO14040[16]的相关原则，对研究的边界进行界定.我们将汽车中质量占比较小零部件略去，只考虑其主要构成部分.建立的生命周期边界如图1所示.以一辆汽车在中国道路上面行驶60万千米作为研究功能单位.图1展示了在该功能单位下汽车全生命周期基本架构，主要包括：(1)汽车生产阶段;(2)汽车行驶阶段;(3)汽车生命终端报废回收阶段.文中只研究与该系统直接相关的环境影响和环境治理成本，而间接产生的环境成本和影响(如工厂建设、机械设备生产以及销售维护阶段)因太过于复杂且数据难以获取，数据准确性也较低，因此不作为考虑因素.
1.2 研究对象
以民用汽车为研究对象，选取传统汽油车、混合动力车、纯电动汽车进行生命周期评价.在
选取各类型代表车型时，考虑了其典型性和市场占有率等因素.高玉冰等[17]在基于 LCA 的新能源轿车节能减排效果分析与评价上，以2007 款景畅型桑塔纳作为传统汽油车的典型.桑塔纳于1985年在我国上市，销售时间长且占有率大，2010年桑塔纳以21.01万辆的销量在我国的各轿车品牌中排名第6位[18]，因此文中选取2007年景畅型桑塔纳为传统汽油车代表.郝夏艳等[19]在某混合动力汽车动力系统生命周期能耗和排放评价中，以普瑞斯作为混合动力汽车的典型.普瑞斯是世界上最早实现量产的混合动力汽车，目前全球销售量已经达到250万辆，因此文中选取其作为混合动力车的代表.刘凯辉等[20]在纯电动汽车全生命周期评价中，以比亚迪E6纯电动汽车为研究对象.国产比亚迪，是中国本土最具代表汽车生产商，而作为国内电动车市场的先驱者，比亚迪公司于2011年11月发布车型比亚迪E6先行者.E6纯电动汽车市场反应强烈，销售业绩骄人，2015年销量占比亚迪新能源汽车的89.5%，因此文中选取其作为纯电动车代表.
图1 汽车全生命周期系统边界Fig.1 System boundary of vehicle full life cycle
另外，对于汽车生命周期评价过程做以下假设：(1)忽略汽车小部件对整个汽车生命周期评价的较小影响；(2)环境治理成本中污染物治理单价按照国家污染物排污征收标准计算.
比亚迪电动汽车
1.3 单位过程生命周期清单
根据国际标准ISO14044[21]对汽车的生命周期进行清单分析，其生命周期主要包括以下3个过程.
①q=1为汽车生产制造子过程.界定范围：汽车制造过程，包括汽车生产、燃料生产、动力电池生产等过程对环境的直接排放物.美国阿贡国家实验室LCA报告中指出一整辆汽车主体部分材料简化为：钢、铸铁、铝、铜、塑料等[22]，这种简化方法有利于数据准确性，且大大减少数据收集难度以及数据整理工作量.
②q=2为汽车使用子过程.界定范围：与汽车使用和维护相关排放物.根据最新《机动车强制报废标准规定》，非运营类型汽车行驶路程达到60万千米，即达报废标准.这里设定汽车生命周期行驶里程为60万千米，不考虑汽车生命周期内行驶时间.
③q=3为汽车报废子过程.界定范围：汽车报废回收过程中所排放物质.汽车报废后，一般被拆解为金属类和塑料玻璃类.金属材料可以直接回收作为生产汽车或者其他产品再生原料，而玻璃塑料则通过掩埋和焚烧处理方式，暂不考虑回收金属材料能耗和排放.
1.4 数据收集与验证
1.4.1 车辆制造过程能耗与排放
汽车装备质量是汽车空载时干质量加上冷却液和燃料(不少于90%的油箱容量)及随车附件总质量.3种类型车装备质量如表1所示.
表1 传统车、混合动力汽车、纯电动汽车的装备质量
Table 1 Equipment weight of conventional car,hybrid electrical vehicle and electric vehicle
车型传统汽车混合动力汽车纯电动汽车重量/kg110013452295
清单中只考虑汽车构成主要材料，对一些质量极少且对环境影响较弱的汽车材料进行了忽略与剔除，得到汽车各部分原材料占总质量(电动车排除电池部分)比例，如表2所示.
表2 汽车各种原材料占总质量的比例1)
Table 2 Mass proportions of various raw materials in vehicle
汽车类型原材料占总质量的比例/%钢铸铁铝铜塑料玻璃橡胶其他传统汽车61.711.16.91.911.22.92.41.9混合动力汽车65.26.06.94.310.22.91.92.6纯电动汽车65.26.06.94.310.22.91.92.6
1)传统汽车、混合动力汽车、纯电动汽车原材料比例数据[17].
由各车装备质量(见表1)、汽车中各种原材料所占比例(见表2)以及各物质排放系数(见表3)计算可得汽车制造过程中能源消耗及环境排放物情况，如表4所示.可以看出，与传统燃油汽车相比，电动汽车在制造过程中会产生更大的能耗和污染物排放量，这是因为电动汽车具有更大的质量.因此，为了减少制造环节的能耗与污染物排放，有必要发展电动汽车整车轻量化技术，采用以复合材料为车身材料，以轻质金属或碳纤维为车体，并辅以相应的结构设计和制造技术.
表3 汽车制造过程的能耗及污染排放系数(不含燃料和电池)1)Table 3 Energy consumption and pollutant emission coefficient in vehicle manufacturing process原材料能耗/(J·g-1)排放系数/10-3(每千克排放物中含有污染物的克数)CO2COSOxNOx粉尘CH4VOC钢564938200.00110.0051.0016.00125.62018.000.22铁29591402.310.480.841.176.1803.24
0.57铝24655018200.00752.0085.4084.20527.00041.100.58火法炼铜10756413351.502.141298.0054.1010.35012.160.67塑料554211241.341.208.055.894.1516.240.54玻璃182044135.900.391.521.360.8766.600.12橡胶397842758.400.884.084.201.6205.125.52
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