充電好還是換電好？電動汽車補能模式爭議再起，不同企業(yè)也給出了不同的看法，換電模式又一次被推向了風(fēng)口浪尖。站在“3060目標(biāo)”的背景下，我們從生命周期角度分析一下?lián)Q電模式對純電動汽車碳足跡的影響。
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根據(jù)《中國汽車低碳行動計劃研究報告（2020）》的研究成果，純電動乘用車平均生命周期碳強度比傳統(tǒng)汽油車低26%（按生命周期15萬km計算），純電動汽車在碳排放方面對傳統(tǒng)汽油車具有明顯優(yōu)勢，如圖1所示。
圖1 2019年不同燃料類型量產(chǎn)乘用車平均單位行駛里程碳排放
然而，將汽車生命周期碳排放放在時間的維度上，汽車制造階段是短時間的集中排放，一般不會超過一年，使用階段是長時間的減排過程，一般會持續(xù)10多年，一輛A級純電動乘用車相較于A級汽油車，約需要6年才具有碳減排優(yōu)勢，純電動的減排滯后期很有可能導(dǎo)致汽車電動化實現(xiàn)道路交通碳中和面臨挑戰(zhàn)。引起減排滯后期的主要原因是動力蓄電池生產(chǎn)過程的高碳排放和動力蓄電池的低效利用，動力蓄電池生產(chǎn)過程碳排放占到純電動汽車制造環(huán)節(jié)50%的碳排放，而我國目前的純電動汽車年均行駛里程不過8806km（國家新能源汽車數(shù)據(jù)監(jiān)控平臺）導(dǎo)致動力蓄電池利用率不足。
我們假設(shè)未來10年部署的純電動乘用車都是A級車，并且逐年增加部署量，新制造純電動車制造階段碳排放一年內(nèi)排放完，在考慮電力碳排放因子與燃料消耗量均逐年降低的情況下，使用階段體現(xiàn)累積部署量的年度減排量，初步計算結(jié)果如表2所示。由表2可以看出，在此種情境下，2030年前通過部署純電動汽車與汽油車相比實現(xiàn)碳減排是難以實現(xiàn)的，甚至還會增加排放，只是將碳排放從使用階段轉(zhuǎn)移到了制造階段，因此，汽車產(chǎn)業(yè)碳中和，我們還需要采取更多措施來共同推進電動化進程。
表2 純電動乘用車部署的減排效果分析（假設(shè)都是A級車）
注：產(chǎn)量數(shù)據(jù)來自中國汽車工業(yè)協(xié)會、《節(jié)能與新能源汽車技術(shù)路線圖2.0》
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1.電力清潔化擴大純電動汽車使用階段減排效果。經(jīng)過十多年的努力，中國電力行業(yè)的低碳發(fā)展已經(jīng)取得了很大的進步，單位供電碳排放（克二氧化碳/千瓦時，下同）從2005年的900克左右下降到目前的600克左右（下降約30%），但我國燃煤發(fā)電占比依然超過60%，電力作為工業(yè)能源基礎(chǔ)，只有加快推進我國能源結(jié)構(gòu)從以煤炭發(fā)電為主向以清潔低碳能源為主的跨越式發(fā)展，才能確保純電動實現(xiàn)碳中和的路徑可行性。當(dāng)然，汽車行業(yè)也應(yīng)看到，電力清潔化需要克服成本、低碳、安全三座大山才能實現(xiàn)清潔化，這必然是一個艱難的過程，汽車行業(yè)的碳中和路徑也必須考慮到這個現(xiàn)實情況。
2.汽車供應(yīng)鏈低碳化轉(zhuǎn)型，降低純電動汽車制造階段碳排放量。目前，汽車生命周期碳排放來源從傳統(tǒng)燃油汽車的使用階段為主變成純電動汽車的生產(chǎn)階段和使用階段各占50%，加快汽車供應(yīng)鏈低碳轉(zhuǎn)型至關(guān)重要，尤其是動力蓄電池。加快汽車供應(yīng)鏈低碳化轉(zhuǎn)型是降低純電動汽車制造階段碳排放的關(guān)鍵，節(jié)能增效、加大生物材料/回收材料比例等手段自然不必說，按照煤—天然氣—電—可再生能源進行燃料替代也需要加快推進。
3.加快發(fā)展汽車循環(huán)經(jīng)濟發(fā)展，降低純電動汽車制造階段碳排放量。通過加強產(chǎn)品的可重復(fù)使用和可修復(fù)性、聚焦資源和能源密集型行業(yè)下產(chǎn)品的循環(huán)使用等舉措來提高資源的有效利用，能夠很大程度上降低汽車產(chǎn)品制造階段碳排放，根據(jù)歐盟發(fā)布的數(shù)據(jù)顯示，回收鋼、鋁、塑料能夠降低90%的碳排放。
4.合理設(shè)定純電動汽車?yán)m(xù)航里程，減少動力蓄電池用量。目前，里程焦慮導(dǎo)致純電動汽車的續(xù)航里程在能量密度提升緩慢的背景下依然快速增加，一方面增加的電池用量增加碳排放，另一方更大的車重也導(dǎo)致電耗增加而增加碳排放，進一步延長了純電動汽車相較于汽油車的減排滯后期。從另一角度分析，里程焦慮更多還是對剩余里程不確定性的焦慮，企業(yè)應(yīng)該投入更大資源來提升剩余里程計算的確定性，而不是一味地用長續(xù)航里程來覆蓋里程不確定性的問題。通過提高剩余里程計算的確定性，合理設(shè)定純電動汽車?yán)m(xù)航里程，減少電池用量，既降低成本又減少碳排放。雖然實現(xiàn)這一點并不易，但肯定是未來純電動車的重要競爭點之一。
5.推動智能交通建設(shè)，提高純電動汽車的年行駛里程。從各方分析的結(jié)果看，我國私家車的年行駛里程始終處于下降狀態(tài)，根據(jù)世界資源研究所的相關(guān)研究，我國乘用車平均年行駛里程2015年已降至13000km，如圖2所示。而根據(jù)新能源汽車國家監(jiān)管平臺數(shù)據(jù)顯示2019年私家車月均行駛里程733.84km，年行駛里程約為8806km。推動交通智能化水平，降低擁堵，提高道路暢通水平，也能夠進一步凸顯純電動汽車的減排效果。
圖2 中國乘用車單車年均行駛里程
所謂換電模式，即是通過集中型充電站對大量電池集中存儲、集中充電、統(tǒng)一配送，并在電池配送站內(nèi)對電動汽車進行更換服務(wù)的商業(yè)模式。換電模式雖然無法降低動力蓄電池制造階段碳排放，但大幅度提高了動力蓄電池使用效率，根據(jù)相關(guān)車企統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，換電模式下，動力蓄電池一般在行駛300,000km-450,000km后，容量下降為原先的80%。
同樣以A級乘用車為例，根據(jù)《中國汽車低碳行動計劃研究報告（2020）》的研究成果，A級純電動乘用車生命周期碳排放較A級傳統(tǒng)汽油車低27%（按生命周期15km計算）。此次，中汽數(shù)據(jù)有限公司進一步測算了換電模式下，純電動乘用車的減排優(yōu)勢。我們假設(shè)，動力蓄電池分別在行駛300,000km和450,000km后，容量衰減為原先的80%，并且換電站會留有總電池保有量的10%作為儲備，以保證電池供給。按乘用車生命周期行駛150,000km計算，一組電池全生命周期可分別供兩輛、三輛車使用，考慮上換電站的電池準(zhǔn)備率10%，相當(dāng)于一顆電池生命周期的碳排放下降為原本的55%、37%。以A級車為例，如圖2所示。
換電模式并考慮換電站10%電池準(zhǔn)備率的情境下，30萬km動力蓄電池和45萬公里動力蓄電池的純電動車碳排放較汽油車生命周期碳排放分別下34%和36%。
圖2 2019年A級汽油與純電動乘用車平均單位行駛里程碳排放
另外，換電模式下，動力蓄電池利用率較高，將A級純電動汽車減排滯后期降低到2年~4年（如下表所示），即A級純電動汽車使用2年~4年即可抵消其生產(chǎn)階段較A級汽油車高出的碳排放。
A級乘用車生命周期各階段碳排放量
