中國現(xiàn)已成為世界汽車大國，2019年中國汽車保有量達(dá)2.6億輛，其中私人汽車達(dá)2.1億輛。汽車保有量的急劇增長(zhǎng)在為人們生活提供便利的同時(shí)也帶來更多的碳排放，影響《中美氣候變化聯(lián)合聲明》和《巴黎協(xié)定》的貫徹落實(shí)。當(dāng)前交通運(yùn)輸業(yè)已成為中國碳排放重要領(lǐng)域之一，根據(jù)國際能源署(IEA，International Energy Agency)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，交通運(yùn)輸業(yè)碳排放約占中國各部門排放總量的10%。隨著收入水平和人口的增加，中國私人汽車保有量將在相對(duì)長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)保持增勢(shì)，如何推動(dòng)私人汽車碳減排已成為中國交通領(lǐng)域落實(shí)“2030年前實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰”和2060年前實(shí)現(xiàn)碳中和”的重要方向。以純電動(dòng)汽車為核心的新能源汽車正成為中國傳統(tǒng)燃油汽車向“低碳化”轉(zhuǎn)型的重要替代產(chǎn)品．自2009年我國科學(xué)技術(shù)部、財(cái)政部、國家發(fā)展和改革委員會(huì)、工業(yè)和信息化部開展“十城千輛節(jié)能與新能源汽車示范推廣應(yīng)用工程”以來，純電動(dòng)汽車保有量快速增加。根據(jù)IEA統(tǒng)計(jì)報(bào)告，2019年中國純電動(dòng)汽車保有量達(dá)258萬輛，占世界純電動(dòng)汽車存量的50%以上，位居世界純電動(dòng)汽車保有量首位。
電動(dòng)汽車是否具有碳減排效果一直是研究討論的焦點(diǎn)。電動(dòng)汽車在使用過程中是一種“零排放”車輛。但從全生命周期角度分析，電動(dòng)汽車把碳排放轉(zhuǎn)移到車輛生產(chǎn)、發(fā)電及充電等環(huán)節(jié)中，是碳減排還是碳排放轉(zhuǎn)移尚待考證，廣大學(xué)者應(yīng)用生命周期方法和GaBi等模型對(duì)汽車整車，燃料生命周期和汽車動(dòng)力系統(tǒng)等相關(guān)部件和過程進(jìn)行研究，希望得到更準(zhǔn)確的電動(dòng)汽車從生產(chǎn)到廢棄的碳排放量。由于在研究過程中學(xué)者對(duì)生命周期邊界、清單數(shù)據(jù)和研究對(duì)象選擇的不同，出現(xiàn)了2種相反的結(jié)論。周謐等對(duì)燃油汽車和電動(dòng)汽車的汽車制造、燃料生產(chǎn)使用、保養(yǎng)維護(hù)以及拆解和回收的生命周期過程進(jìn)行評(píng)估，得出電動(dòng)汽車可減少26%的碳排放的結(jié)論。Yang等對(duì)傳統(tǒng)燃油汽車和電動(dòng)汽車的車輛生產(chǎn)。使用和報(bào)廢的生命周期過程進(jìn)行評(píng)估，發(fā)現(xiàn)電動(dòng)汽車生命周期可減少約6t的碳排放。Naranjo等發(fā)現(xiàn)，在西班牙電動(dòng)汽車生命周期(車輛生產(chǎn)制造運(yùn)輸、分配、使用和報(bào)廢階段)內(nèi)的碳排放比傳統(tǒng)燃油汽車少46%。黎土煜等對(duì)電動(dòng)公交車生命周期碳排放進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，電動(dòng)公交車的CO。排放量可減少19.7%。Huo等研究發(fā)現(xiàn)，在中國和美國電動(dòng)汽車是一種有效的低碳解決方案，其燃料生命周期內(nèi)可減少碳排放。馮超等研究發(fā)現(xiàn)，電動(dòng)汽車在全生命周期過程(包括燃料周期、車輛周期和配套設(shè)施周期)中由于使用大量煤炭反而會(huì)增加碳排放。Yang等根據(jù)中國現(xiàn)狀對(duì)電動(dòng)汽車和傳統(tǒng)燃油汽車進(jìn)行全生命周期分析，得出電動(dòng)汽車由于高能耗和電池生產(chǎn)而具有較高的碳排放。Petrauskiene等研究指出，立陶宛的電動(dòng)汽車在全生命周期內(nèi)的碳排放比傳統(tǒng)燃油汽車高26%。歐洲環(huán)境署(EEA，European Environment Agency)的研究也顯示，如果使用燃煤電廠的電力充電，在全生命周期中電動(dòng)汽車并不具備碳減排效應(yīng)，碳排放強(qiáng)度為300g/km以上(傳統(tǒng)燃油汽車的碳排放不足240g/km)。Wang等通過生命周期方法評(píng)估分析得出，電動(dòng)汽車全生命周期的碳排放略高于傳統(tǒng)燃油汽車。Yu等對(duì)電動(dòng)汽車和傳統(tǒng)燃油汽車的動(dòng)力系統(tǒng)進(jìn)行全生命周期碳排放分析得出，當(dāng)前電動(dòng)汽車動(dòng)力系統(tǒng)生命周期的碳排放要高于傳統(tǒng)燃油汽車。Qiao等研究發(fā)現(xiàn)，在生產(chǎn)階段電動(dòng)汽車的碳排放遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)燃油汽車。
當(dāng)前研究主要關(guān)注電動(dòng)汽車生產(chǎn)使用的某一環(huán)節(jié)，對(duì)于全環(huán)節(jié)、全壽命周期的系統(tǒng)評(píng)估較少。為使電動(dòng)汽車全壽命碳減排效果的研究更加精準(zhǔn)、完整，以及體現(xiàn)區(qū)域電力來源的差異性，該文對(duì)不同省份私人電動(dòng)汽車相對(duì)于傳統(tǒng)燃油汽車的碳減排效果進(jìn)行全生命周期評(píng)估。為使研究結(jié)果能夠充分代表私人電動(dòng)汽車整體碳減排效果，盡量采用中國本土化數(shù)據(jù)和汽車行業(yè)平均數(shù)據(jù)構(gòu)建中國私人電動(dòng)汽車生命周期模型，并采用碳減排量和碳減排率2個(gè)指標(biāo)來表征私人電動(dòng)汽車相對(duì)于傳統(tǒng)燃油汽車的碳減排效果，最后結(jié)合情景分析方法識(shí)別不同地區(qū)影響私人電動(dòng)汽車生命周期碳減排效果的關(guān)鍵環(huán)節(jié)和階段，以期為新時(shí)期私人電動(dòng)汽車差異化推行政策的制定提供依據(jù)。
該研究采用生命周期方法進(jìn)行私人電動(dòng)汽車相對(duì)于傳統(tǒng)燃油汽車碳減排量和碳減排率的核算，以分析私人電動(dòng)汽車相對(duì)于傳統(tǒng)燃油汽車的碳減排效果。在研究過程中采用GREET模型和Simapro軟件中的數(shù)據(jù)庫進(jìn)行相關(guān)清單數(shù)據(jù)收集。最后，結(jié)合相關(guān)研究報(bào)告和文獻(xiàn)中的數(shù)據(jù)構(gòu)建碳排放核算清單，包括汽車全生命周期的材料輸入、基本參數(shù)和排放因子等。
生命周期系統(tǒng)邊界分為汽車材料周期﹑燃料開采到使用的燃料周期和汽車報(bào)廢回收3個(gè)階段。其中，汽油的燃料周期包括原油開采運(yùn)輸、原油煉制加工、成品油運(yùn)輸和汽油燃燒使用；燃煤電力的燃料周期包括煤炭開采加工，煤炭運(yùn)輸、電廠發(fā)電、電力輸配和汽車充電等過程，由于中國火電多數(shù)以煤炭作為燃料，該文假設(shè)火力發(fā)電全部來自煤炭。汽車材料周期考慮原材料開采加工、汽車生產(chǎn)裝配和汽車配送等過程，考慮私人電動(dòng)汽車電池作為汽車組裝的一部分，將電池生產(chǎn)過程納入汽車材料周期中，并考慮電池的更換。因數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性低且已有研究成果證明私人電動(dòng)汽車的銷售、維護(hù)和工廠設(shè)備建設(shè)等間接碳排放與傳統(tǒng)汽車基本一致，對(duì)整體分析影響不大，因此該文暫不考慮這些環(huán)節(jié)，該研究汽車生命周期系統(tǒng)邊界如圖1所示。
燃料周期、汽車材料周期和汽車報(bào)廢回收階段碳排放量需根據(jù)碳排放因子和相應(yīng)的使用量計(jì)算，計(jì)算公式：
式中：EMP為燃料開采加工階段的碳排放量，kg；EFP為燃料開采加工階段的碳排放因子，kg/kg或kg/L；PCP為燃料開采加工量，kg或L；EMm，i為第i種汽車原材料制造過程的碳排放量，kg；EFm，i為第i種汽車原材料制造過程的碳排放因子，kg/kg；MMi為第i種汽車原材料制造過程的消耗量，kg；EMO，F(xiàn)為傳統(tǒng)燃油汽車行駛過程的碳排放量，kg；EFO，F(xiàn)為傳統(tǒng)燃油汽車行駛過程的碳排放因子，kg/L；PCO，F(xiàn)為傳統(tǒng)燃油汽車燃油經(jīng)濟(jì)性，L/(100km)；EMO，E為發(fā)電過程碳排放量，kg；EFO，E為發(fā)電過程的碳排放因子，kg/(kW-h)；PCO，E為私人電動(dòng)汽車的百公里電耗，kW·h/(100km)；K為汽車生命周期里程，km；j為充電效率，%；y為輸配電損失，%；EMS為汽車報(bào)廢回收階段的碳排放量，kg；EFS為汽車報(bào)廢回收階段的碳排放因子，kg/kg；M為汽車質(zhì)量，kg。
運(yùn)輸階段需結(jié)合相應(yīng)階段的碳排放因子和運(yùn)輸距離計(jì)算，計(jì)算公式：
式中：EMt，u為第u個(gè)運(yùn)輸過程的碳排放量，kg；EFt，u為第u個(gè)運(yùn)輸過程的碳排放因子，kg/km；L為運(yùn)輸距離，km。
最后將各部分碳排放量進(jìn)行加和，計(jì)算公式：
式中：EM為汽車生命周期的碳排放量，kg；EMO為汽車行駛過程的碳排放量，kg；h為整車配送和汽車報(bào)廢回收階段參與運(yùn)輸過程的數(shù)量，個(gè)；n為汽車所需原材料種類數(shù)量，種。
用私人電動(dòng)汽車相對(duì)于傳統(tǒng)燃油汽車的碳減排量和碳減排率來表征碳減排效果，碳減排量為傳統(tǒng)燃油汽車與私人電動(dòng)汽車碳排放量的差值，碳減排率為私人電動(dòng)汽車碳減排量占傳統(tǒng)燃油汽車碳排放量的比例，計(jì)算公式：
式中：EMr為私人電動(dòng)汽車相較于傳統(tǒng)燃油汽車的碳減排量，kg；e為私人電動(dòng)汽車相較于傳統(tǒng)燃油汽車的碳減排率，%；EMF為傳統(tǒng)燃油汽車的碳排放量，kg；EME為私人電動(dòng)汽車的碳排放量，kg。
考慮電動(dòng)汽車發(fā)展趨勢(shì)和我國新能源汽車的純電動(dòng)戰(zhàn)略，結(jié)合《中國統(tǒng)計(jì)年鑒》和IEA的統(tǒng)計(jì)基礎(chǔ)，該文所研究的私人電動(dòng)汽車為私人純電動(dòng)汽車，不考慮混合動(dòng)力汽車。在研究對(duì)象選擇中，為使研究結(jié)果具有普適性和整體性，選取汽車行業(yè)平均數(shù)據(jù)進(jìn)行研究分析，但在數(shù)據(jù)缺失情況下，使用特定車型數(shù)據(jù)進(jìn)行適當(dāng)補(bǔ)充。具體參數(shù)如表1所示。
為減少由于工藝過程和材料等方面的不同給研究結(jié)果造成的影響，增強(qiáng)可比性，根據(jù)GREET模型將傳統(tǒng)燃油汽車和私人電動(dòng)汽車除電池外的部分進(jìn)行一致性處理，忽略占比較少材料對(duì)車輛生命周期的影響，確定汽車材料組成為鋼、鐵、鋁、銅、塑料、玻璃和橡膠等。根據(jù)質(zhì)量比例分配確定汽車各類材料平均質(zhì)量，具體數(shù)值如表2所示。
整車配送過程和報(bào)廢回收過程運(yùn)輸工具選擇柴油貨車，整車配送過程運(yùn)輸距離選擇1600km，汽車報(bào)廢回收過程運(yùn)輸距離為500km，在此過程中不考慮汽車行駛時(shí)間。
研究中碳排放因子來自IPCC報(bào)告。GREET模型和相關(guān)文獻(xiàn)，發(fā)電過程的平均煤炭消耗為0.33kg/(kW-h)。不同省份發(fā)電過程以及生命周期各階段碳排放因子具體數(shù)值如表3、4所示。
用三分法根據(jù)碳減排率把不同地區(qū)分為低減排區(qū)域(碳減排率為0~33.33%)中減排區(qū)域(碳減排率為33.33%~66.67%)和高減排區(qū)域(碳減排率為66.67%~100.O0%)。在私人電動(dòng)汽車全生命周期碳排放核算基礎(chǔ)上，選擇不同減排區(qū)域的代表城市(河北省和北京市代表低減排區(qū)域，重慶市代表中減排區(qū)域，云南省代表高減排區(qū)域)來梳理、分析不同階段和關(guān)鍵因素對(duì)私人電動(dòng)汽車生命周期碳減排效果的影響和地區(qū)差異性。
考慮不同地區(qū)電力來源和輸配電方式的差異性，按照省級(jí)地域劃分并結(jié)合當(dāng)?shù)氐呐欧乓蜃舆M(jìn)行私人電動(dòng)汽車全生命周期碳減排效果分析(見表5)，結(jié)果表明我國31個(gè)省(自治區(qū)、直轄市)都具備碳減排效果(不包括港澳臺(tái)地區(qū)數(shù)據(jù)，下同)。其中，四川省和云南省屬于高減排區(qū)域，云南省私人電動(dòng)汽車全生命周期碳減排量可達(dá)27.74t，碳減排率達(dá)70.69%；甘肅省。浙江省等11個(gè)省份屬于中減排區(qū)域，碳減排量為13.61~22.25t，碳減排率為34.69%~56.69%；北京市、河北省等18個(gè)省份屬于低減排區(qū)域，河北省的碳減排量?jī)H為1.26t，碳減排率為3.20%。造成不同區(qū)域碳減排效果差異的主要原因是電力來源不同，碳減排效果較好的區(qū)域往往使用清潔能源發(fā)電的比例較高，使得該地區(qū)發(fā)電過程具有較低的碳排放因子。
燃料周期作為汽車生命周期最重要的減排階段，不同地區(qū)燃料周期的碳減排效果如表6所示。由表6可見：我國31個(gè)省(自治區(qū)、直轄市)在燃料周期內(nèi)都具有碳減排效果，碳減排量為3.64~30.12t，碳減排率為10.58%~87.63%．云南省碳減排效果最好，河北省碳減排效果欠佳。私人電動(dòng)汽車燃料周期的碳減排效果優(yōu)于同地區(qū)私人電動(dòng)汽車全生命周期的碳減排效果，這是因?yàn)樗饺穗妱?dòng)汽車生產(chǎn)制造等環(huán)節(jié)會(huì)帶來更多的碳排放，減弱其全生命周期的碳減排效果。
不同地區(qū)分階段的碳排放結(jié)果如圖2所示。在中、低減排區(qū)域，傳統(tǒng)燃油汽車和私人電動(dòng)汽車的燃料周期階段為生命周期最主要的碳排放階段，傳統(tǒng)燃油汽車燃料周期碳排放占比在85.00%以上，私人電動(dòng)汽車燃料周期碳排放占比為57.33%~80.91%(見圖2)；而在高減排區(qū)域(四川省和云南省)，私人電動(dòng)汽車的汽車材料周期為最主要的碳排放階段，占比分別為58.40%和60.22%。在所有生命周期階段中，除汽車材料周期外，其他生命周期階段都具有碳減排效果，減排率為6.46%~87.63%(見圖2)，這是因?yàn)樗饺穗妱?dòng)汽車相對(duì)傳統(tǒng)燃油汽車增加了電池這一碳排放較高的部件。
私人電動(dòng)汽車的報(bào)廢里程、百公里電耗和汽車質(zhì)量是其能否帶來碳減排效果以及碳減排效果大小的關(guān)鍵參數(shù)。該研究對(duì)不同區(qū)域的關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行情景分析。
報(bào)廢里程數(shù)將直接影響私人電動(dòng)汽車相對(duì)于傳統(tǒng)燃油汽車全生命周期的碳減排效果。在實(shí)際過程中，根據(jù)《機(jī)動(dòng)車強(qiáng)制報(bào)廢標(biāo)準(zhǔn)》和具體運(yùn)行情況，汽車報(bào)廢里程數(shù)為0~600000km。由圖3可見，不同地區(qū)私人電動(dòng)汽車的碳減排量和碳減排率均隨著報(bào)廢里程的增加而呈增長(zhǎng)趨勢(shì)，但碳減排率增速緩慢。其中，碳減排率增長(zhǎng)速度最快的是云南省，增長(zhǎng)速度最慢的是河北省，說明當(dāng)區(qū)域私人電動(dòng)汽車碳減排效果越優(yōu)時(shí)，碳減排效果隨報(bào)廢里程增長(zhǎng)的速度越快。這是因?yàn)殡S著汽車報(bào)廢里程的增加，燃料周期的碳減排量會(huì)隨之提升，使得整個(gè)生命周期的碳減排量也不斷升高，且高減排區(qū)域中更綠色的電力能源結(jié)構(gòu)使得減排效果提升更明顯。
在私人電動(dòng)汽車的生命周期中，百公里電耗對(duì)燃料周期碳排放影響較大。在實(shí)際過程中百公里電耗因車型、季節(jié)和交通情況的不同而改變，選擇5~30kW·h/(100km)作為私人電動(dòng)汽車百公里電耗來開展情景分析。由圖4可見，隨著私人電動(dòng)汽車百公里電耗的提升，其生命周期碳減排效果呈下降趨勢(shì)，且在低減排區(qū)域下降趨勢(shì)更明顯。部分地區(qū)(如河北省)當(dāng)百公里電耗提至一定數(shù)值后，私人電動(dòng)汽車不再具有碳減排效果。這是因?yàn)楫?dāng)私人電動(dòng)汽車百公里電耗提高時(shí)，燃料周期的碳排放會(huì)升高，從而影響私人電動(dòng)汽車的碳減排效果，但高減排區(qū)域綠色的電力能源結(jié)構(gòu)減緩了其碳減排效果降低的趨勢(shì)。
汽車質(zhì)量的輕量化已成為汽車實(shí)現(xiàn)碳減排的重要途徑之一。根據(jù)實(shí)際數(shù)據(jù)和調(diào)研發(fā)現(xiàn)，目前大部分私人電動(dòng)汽車質(zhì)量集中在500~2500kg，汽車質(zhì)量的變化對(duì)碳減排效果的影響如圖5所示。由圖5可見，當(dāng)私人電動(dòng)汽車質(zhì)量增加時(shí)，其生命周期的碳減排效果也隨之降低。特別是在河北省，當(dāng)私人電動(dòng)汽車質(zhì)量大于1682kg時(shí)，河北省私人電動(dòng)汽車生命周期不具有碳減排效果；不同地區(qū)私人電動(dòng)汽車質(zhì)量對(duì)于碳減排效果的影響大小基本一致，這是由于當(dāng)私人電動(dòng)汽車質(zhì)量提升時(shí)，汽車制造所需原料消耗量提升，導(dǎo)致該階段的碳排放升高，減弱了私人電動(dòng)汽車生命周期的碳減排效果。
a)從私人電動(dòng)汽車全生命周期看，在我國31個(gè)省(自治區(qū)、直轄市)私人電動(dòng)汽車的推廣均可帶來一定的碳減排效果，說明以私人電動(dòng)汽車為汽車“低碳化”路線的首要選擇在中國具有合理性和正確性。但私人電動(dòng)汽車的碳減排效果具有地區(qū)差異性，全生命周期碳減排量為0~27.74t，碳減排率為0~70.69%，造成地區(qū)差異性的主要原因是不同地區(qū)發(fā)電能源結(jié)構(gòu)與技術(shù)的不同，較高的煤電比例使得部分地區(qū)私人電動(dòng)汽車的推廣無法產(chǎn)生良好的碳減排效果。所以，未來需根據(jù)不同地區(qū)碳減排效果的差異酌情制定相應(yīng)的私人電動(dòng)汽車推廣計(jì)劃，在高、中減排區(qū)域大力扶持私人電動(dòng)汽車的推廣發(fā)展，促進(jìn)私人電動(dòng)汽車保有量的增加，在低減排區(qū)域從根本進(jìn)行發(fā)電過程能源結(jié)構(gòu)的優(yōu)化，加大水能、風(fēng)能和核能等清潔能源發(fā)電比例。
b)在中。低減排地區(qū)私人電動(dòng)汽車全生命周期的碳排放量主要集中在燃料周期階段，而在高減排區(qū)域，汽車材料周期為私人電動(dòng)汽車的主要碳排放階段；同時(shí)，私人電動(dòng)汽車在燃料周期以及汽車報(bào)廢回收階段都具有一定的碳減排效果。而汽車材料周期由于加人電池這一高排放部件，使得私人電動(dòng)汽車材料周期階段相對(duì)于傳統(tǒng)燃油汽車具有增排效果。
c)百公里電耗和車質(zhì)量在很大程度上會(huì)影響私人電動(dòng)汽車生命周期的碳減排量和碳減排率，而報(bào)廢里程只對(duì)碳減排量有較大影響，對(duì)碳減排率影響較小。報(bào)廢里程和百公里電耗的影響還具有地區(qū)差異性，私人電動(dòng)汽車報(bào)廢里程對(duì)高減排區(qū)域碳減排效果影響較大，而百公里電耗對(duì)低減排區(qū)域碳減排效果影響較大。所以在未來私人電動(dòng)汽車的技術(shù)發(fā)展過程中，要通過技術(shù)的提高來不斷增加私人電動(dòng)汽車電池的使用里程，加快電池制造技術(shù)的“綠色化”和私人電動(dòng)汽車的“輕量化”，實(shí)現(xiàn)私人電動(dòng)汽車資源的充分利用和碳減排效果的最大化。
