新能源汽車環(huán)境影響及能源效率分析

新能源汽車環(huán)境影響及能源效率分析生命周期分析法新能源汽車的環(huán)境及能源效益評(píng)價(jià)和分析需要綜合考慮替代燃料本身及整車系統(tǒng)的影響因素?，F(xiàn)今國(guó)內(nèi)外學(xué)者在對(duì)不同種類燃料汽車循環(huán)周期內(nèi)的排放及能源效率進(jìn)行研究時(shí),通常采用生命周期法（lifecycleanalysis）對(duì)其性能指標(biāo)進(jìn)行分析和比較。生命周期分析是一種用于評(píng)價(jià)產(chǎn)品在其整個(gè)生命周期中對(duì)環(huán)境產(chǎn)生的影響的技術(shù)和方法。這種方法被認(rèn)為是一種“從搖籃到墳?zāi)埂钡姆椒?。汽車完整的生命周期包括兩部分?nèi)容（如圖1所示）：一部分是燃料生命周期，即燃料鏈中從原料提取、運(yùn)輸、精煉成為燃料、燃料運(yùn)輸至零售商,最后交付車輛使用；另一部分是車輛生命周期，即汽車從生產(chǎn)到使用,運(yùn)行多年后直至車輛報(bào)廢。生命周期分析較為復(fù)雜，必須做許多假設(shè)才能量化描述復(fù)雜和多樣化的能源生產(chǎn)系統(tǒng)和車輛使用狀況。瑞士學(xué)者JeremyHackney等人在ADL（ArthurD.Little）燃料鏈分析模型（IntegratedFuelChainAnalysisModel）基礎(chǔ)上，結(jié)合對(duì)燃料鏈生命周期成本所作的研究工作，模擬不同種類車輛12年行駛周期的車輛模型，提出全生命周期模型。該模型對(duì)替代燃料提供了技術(shù)和經(jīng)濟(jì)的分析和預(yù)測(cè)，未考慮稅費(fèi)的差別、補(bǔ)助金制度以及鼓勵(lì)政策等影響因素，能夠在同一水平基礎(chǔ)上對(duì)不同種類的燃料及車輛技術(shù)的排放、能源效率及成本進(jìn)行清晰的比較?；贘eremyHackney等人應(yīng)用生命周期模型的研究成果［1?5］，本文對(duì)幾種典型新能源汽車的排放物和能源轉(zhuǎn)化效率與傳統(tǒng)汽車進(jìn)行了生命周期對(duì)比分析，主要分析以下幾個(gè)方面的差異：1）溫室氣體（CO2）排放；2）排氣污染物排放。包括NOx+NMHC（氮氧化合物和非甲烷碳?xì)浠衔锏瘸粞跚膀?qū)物）排放，PM10（10〃以下的顆粒）顆粒物排放等；3）能源效率；4）生命周期成本。環(huán)境影響分析圖2所示為不同燃料汽車在從燃料生產(chǎn)到車輛使用的完整生命周期內(nèi)，所排放的溫室氣體總量與生命周期成本間的關(guān)系?？梢钥闯?，各種燃料汽車單車CO2排放量在20t至45t之間不等,其中氫燃料電池汽車溫室氣體排放量最少，而傳統(tǒng)汽、柴油汽車、LPG汽車和醇類汽車的溫室氣體排放量最多。與此相對(duì)應(yīng)的是，燃料電池汽車成本最高，而單純從使用成本來看，傳統(tǒng)的汽、柴油汽車最低。最經(jīng)濟(jì)的新能源汽車是燃?xì)馄嚭蚅PG汽車。LPG汽車可以降低20%的溫室氣體排放，CNG和LNG汽車成本大致相同，其溫室氣體排放值總體可以降低25%。純乙醇燃料或是85%乙醇燃料汽車與傳統(tǒng)汽車相比并不能有效降低溫室氣體排放。電動(dòng)汽車和混合動(dòng)力汽車的排放與傳統(tǒng)汽車相比，可以降低30%，但其成本相應(yīng)提高30%。使用甲醇或氫的燃料電池汽車溫室氣體排放可以降低50%。Qoooo54321M輯ftdo2oHBnQo囹COQoooo54321M輯ftdo2oHBnQo囹CO抨放■成本42g老psMeOS(LPG 液化石油氣汽車；LNG 液化天然氣汽車；CNG 壓縮天然氣汽車；Ethanol 100%乙醇汽車；E85 85%乙醇汽車；Methanol—100%甲醇汽車；M85 85%甲醇汽車；HydrogenFC 氫燃料電池汽車；RFG 新配方汽油汽車；Gasoline 傳統(tǒng)汽油車；Diesel 傳統(tǒng)柴油汽車；BatteryElectric 純電動(dòng)汽車；Hybrid 混合動(dòng)力汽車。圖2新能源汽車生命周期成本與溫室氣體排放圖3所示為生命周期內(nèi)單車成本與臭氧前驅(qū)物排放量之間的關(guān)系。圖示可見,不同燃料汽車的單車臭氧前驅(qū)物氮氧化合物和非甲烷碳?xì)浠衔锱欧欧秶?0kg到300kg內(nèi)。其中，最為經(jīng)濟(jì)且臭氧前驅(qū)物排放量較小的替代燃料為新配方汽油,其整車性能指標(biāo)接近電動(dòng)汽車，而成本比較而言卻低的多。柴油汽車的NOx排放物達(dá)到700kg。此外，不同類型的醇類汽車由于乙醇生產(chǎn)過程中產(chǎn)生大量的NOx氣體而有較大的差別，但其臭氧前驅(qū)物的排放水平都較傳統(tǒng)的汽油燃料要高。天然氣汽車和甲醇燃料汽車的排放水平相近。燃料電池汽車和電動(dòng)汽車盡管成本較高，但降低排放的功效十分顯著，與傳統(tǒng)燃料汽車相比，其臭氧前驅(qū)物排放量分別減少80%和40%

350HVAVXWMWAfr三一言喜?■;■350HVAVXWMWAfr三一言喜?■;■,?■■3020心。O5050-5322IIMWSSSJHWN七0Z囹NO.排放。\\\/Gucd忘SDM3圖3新能源汽車生命周期成本與臭氧前驅(qū)物排放圖4所示為不同燃料汽車的顆粒物排放分析和比較。圖中顯示各燃料汽車在其單車生命周期內(nèi)的顆粒物排放指標(biāo)在很小值到30kg的范圍內(nèi)分布。來源于煤基物質(zhì)外的其他類型燃料,其顆粒物排放主要是由燃料在車輛發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)的燃燒所產(chǎn)生的。而煤基燃料類車輛，其顆粒物排放則主要來源于燃料的提煉、生產(chǎn)和加工等燃料鏈周期過程中。因此，無(wú)燃燒過程的車輛或是燃燒具有較高能量?jī)?chǔ)存方式燃料的車輛，其顆粒物排放很少，如氫燃料電池汽車，但其成本相對(duì)較高。燃料鏈中采用煤基物質(zhì)獲取燃料的純電動(dòng)汽車和乙醇汽車排放產(chǎn)生的顆粒物較高。其中純電動(dòng)汽車的顆粒排放基本來源于電力的生產(chǎn)過程。若是采用玉米作為乙醇燃料的生產(chǎn)資源的話，由于在分解淀粉、發(fā)酵等燃料提取過程中所產(chǎn)生的顆粒排放將大大增加，對(duì)于E85、E100等乙醇汽車，其整個(gè)周期內(nèi)的顆粒物排放將分別達(dá)到270kg和300kg。而實(shí)際上單就車輛排放而言，乙醇汽車和甲醇汽車的顆粒物排放水平基本相同。除LPG汽車之外，其他石油燃料汽車的顆粒排放指標(biāo)均較高。而LPG汽車由于燃料氫/碳比值較高，因而在其燃燒過程中產(chǎn)生的顆粒物很少。CNG、LNG天然氣汽車和甲醇汽車的顆粒物排放指標(biāo)接近，近似于石油燃料汽車的平均水平。

3Q巳PM排放勇IN咨QU3Q巳PM排放勇IN咨QU直UJOWTC奔專2QU-G胃Cu￡83f■旬BP匚q￡一EUCU-V圖4新能源汽車生命周期成本與顆粒物(PM)排放能源效率分析圖5所示為生命周期內(nèi)不同類型燃料汽車的生命周期成本及其能源利用效率間的關(guān)系。在從燃料生產(chǎn)到車輛使用的完整生命周期內(nèi)，不同燃料的能源效率在7%到27%之間。能源效率最高的汽車分別是氫燃料電池汽車27%和混合動(dòng)力汽車19.5%。而醇類汽車、新配方汽油車和傳統(tǒng)汽、柴油汽車的能源效率則較低，分別是7.1%、12%和12.6%與13.7%。LPG汽車盡管具有高達(dá)15%的能源效率,但由于使用石油資源，因此車輛的推廣受到限制。此外，使用天然氣資源的燃?xì)馄?CNG、LNG),其能源效率約為醇類汽車能源效率的2倍。從生命周期效率的經(jīng)濟(jì)性角度考慮,液體石油燃料、甲醇汽車、混合動(dòng)力汽車以及氫燃料電池汽車具有較好的經(jīng)濟(jì)可行性?；旌蟿?dòng)力汽車由于假設(shè)其動(dòng)力