打算入手新能源汽車？先看該類車及車用燃料的全生命周期分析評價吧
眾所周知新能源汽車最大的優點是車輛在行駛中二氧化碳排放為零，但由于作為驅動能源的電能在發電過程中存在著因發電方式不同而不同的二氧化碳排放。在法國、加拿大等水力發電比例非常高的國家，二氧化碳排放就比較少一些；但在80%以上依靠煤炭發電的中國，整個二氧化碳的排放量就很大。在中國發展新能源汽車是否真正節能減排，需要進行全生命周期分析。
常規燃料汽車的WtW分析包括了能源資源開采、資源運輸、燃料生產、燃料運輸、分配和儲存，燃料加注過程，以及車輛行駛中的能耗和排放。與常規燃料汽車類似，新能源汽車的燃料全生命周期過程包括原料開采與運輸、電力生產、電網電力輸配、充電過程等階段，即從“礦井”到“電池”（well to battery，WtB），以及新能源汽車的下游使用階段，即從“電池”到“車輪”（battery to wheels，BtW）。
對于車輛的制造周期，均主要包括原材料的上游生產階段、車輛零部件制造組裝階段，車輛運行階段，以及車輛報廢處理階段。圖1描述了新能源汽車的全生命周期過程。既包括各種電力路線從礦井到電表的能效和溫室氣體排放情況，也包括從充電站充電效率和新能源汽車能效分析。
圖1 新能源汽車全生命周期過程
不同供電方式下新能源汽車節能減排效果不一
由于用戶使用電動車時，獲得電能的最直接方式是從國家電網購電，因此一般都研究網電的WtW情況。經測算，中國按照發電量的生產結構如下：火電約占80%，大水電15%，核電2%，并有非常少量的風電、太陽能發電、小水電、生物質發電和其他方式發電。
火電中基本是煤電，并有極少量的油電和氣電。考慮到廠用電之后，各種路線的供電能效如下：煤電36%，油電32%，氣電45%。在電力輸配階段，近年來中國電網的綜合線損比例為6%左右。
另外，對于水電而言，其化石能耗的投入可以忽略不計，但由于水庫淹沒會帶來植被生物有機質腐敗引起的CO2和甲烷等溫室氣體排放比較明顯，一般選用水電排放因子為5克CO2/兆焦。
未來火電路線的發電效率將進一步提高，并有可能在燃煤電廠應用二氧化碳捕獲與封存（CO2 capture and storage，CCS）技術，CCS技術以使煤電效率降低10%左右的代價捕獲90%的電廠所排CO2。
這里，假設我國常規汽油車（中型尺寸的乘用車）的平均能耗是8.0升/百千米，純電動車的平均能耗是21千瓦時/百千米。
需要指出的是，電動車路線是在“使用空調的假想工況”下進行比較：內燃機驅動模式的實際運行工況的油耗比實驗室測試油耗高15%左右；純電驅動模式的實際運行工況的電耗比實驗室測試電耗高30%左右。
全生命分析結果如圖2和圖3所示。采用網電的純電動車的WtW化石能源消費量僅為汽油基準車的62%和柴油基準車的75%，主要原因是新能源汽車的能源效率遠遠高于內燃機汽車；但由于中國供電中煤電比例超過80%，該路線的溫室氣體排放量比汽油車路線降低率只有20%左右，比柴油車路線相比降低率不到10%。
圖2 新能源汽車的WtW化石能源投入
圖3 新能源汽車的WtW的溫室氣體排放
當然，如果對電力來源進行細分，可以發現煤電和油電路線能惡化電動車的節能優勢：尤其是油電驅動新能源汽車，WtW化石能耗比柴油路線相比要多出10%左右；煤電路線的WtW的溫室氣體排放雖然比汽油車路線略有降低（7%左右），比柴油路線相比卻有所增加（13%左右）。
如果對新建煤電廠采用整體煤氣化聯合循環集成發電（IGCC integrated gasification combind）與CCS共建的形式，由于IGCC的高效和CCS技術捕集封存電廠部分所產二氧化碳的雙重優勢，其電力驅動新能源汽車路線的WtW化石能源投入和溫室氣體排放量都優于傳統的汽油車和柴油車路線：節能10%-30%和減碳80%左右。
對核電、水電、生物質發電等路線而言，其WtW的化石能源投入量和溫室氣體排放量都只有傳統汽、柴油車路線的1%-2%，幾乎可以忽略。
中國車用燃料可持續轉型全生命周期分析主要研究結論
從上述分析可知，新能源汽車與汽油車進行全生命周期對比分析，最終是否節能減排決定了兩個重要的因素：所用電力的清潔化程度和與基準車型可比的新能源汽車的能效（即百千米耗電）。目前中國發展電動車是否節能減碳的說法不一的原因也在于對中國電力的清潔化程度的認識不一，以及選擇的新能源汽車的能效參數相差懸殊。討論新能源汽車是否節能減排的時候，要明確上述參數；在考慮新能源汽車的未來的時候，也應考慮上述參數同時也在進步和改善。
1.?當前階段中國平均電力結構情況下純電動車的節能減碳效果
新能源汽車的節能減碳效益因電力結構和測算年份而異。目前全國平均電力結構情況下，電動車全生命周期相對汽油車節能35%、減碳20%左右；各區域電網內的新能源汽車節能量與CO2減排量差異明顯，華中電網、南方電網、西北電網、海南電網等具有較高的節能量與減排量，而華北電網、東北電網、華東電網等的節能量與減排量不明顯，原因是華北電網、東北電網、華東電網等區域電網的火電供電比率較高。
2.?未來中國平均電力結構情況下純電動車的節能減碳效果
未來，中國電力結構將進一步清潔化，如表1所示，是對2020年與2030年中國供電結構的預測。假設在整個供電結構中，煤電供電得到一定程度的下降，水電、核電、氣電等其他供電得到一定程度的提高。并假設2020年與2030年的火電供電效率分別是36.5%和36.7%，輸變電線損分別是5.6%和5.0%。
表1 中國中期（2020年）與長期（2030年）供電結構預測
根據未來中國車用能源的燃油經濟性發展趨勢，假設2020年中國常規汽油車的平均能耗是7.0升/百千米，純電動車的平均能耗是18千瓦時/百千米；2030年中國常規汽油車的平均能耗是6.0升/百千米，純電動車的平均能耗是15千瓦時/百千米。可以發現，隨著未來電力結構變化和汽車效率提升，我國新能源汽車的節能減排更為明顯：①2020年電動車全生命周期相對汽油車節能46%、減碳29%；②2030年電動車全生命周期相對汽油車節能55%、減碳40%左右。
3. 中國車用燃料可持續轉型的基本路徑
從WtW全生命周期化石能耗來看，目前各類車用燃料從高到低的大致排序如下：煤基燃料、天然氣液化油、傳統石油基燃料、糧食原料生物乙醇、網電、化石能源制氫、天然氣燃料（氣態）、非化石能源制氫、非糧生物燃料。
從WtW全生命周期溫室氣體排放來看，各類車用燃料從高到低的大致排序是：煤基燃料、應用CCS的煤基燃料、天然氣液化油、糧食原料生物乙醇、傳統石油基燃料、網電、化石能源制氫、天然氣燃料（氣態）、非糧一代生物燃料應用CCS的化石能源制氫、應用CCS的電力、非化石能源制氫、二代技術生物燃料。
非石油基路線，從WtW全生命周期一次能源使用來看，能實現明顯的“石油替代”效應。
可以初步判斷出：煤基燃料路線和糧食原料生物乙醇路線是典型的現階段的權益性車用替代燃料路線；而應用CCS技術的網電、非化石能源制氫和二代技術生物燃料是典型的未來的方向性車用替代燃料；而沒有采用CCS的天然氣路線、網電和化石能源制氫是重要的過渡性路線。
4.?新能源汽車全生命周期成本分析
另外，清華大學能源環境經濟研究所課題組，通過對車用燃料/新能源汽車能耗和經濟性開展長期和系統的全生命周期分析，還得到以下分析結論。
如純電動車輛和燃料電池汽車技術緩慢發展，基本上不會實現其商業化，尤其是燃料電池汽車技術方面。
但是，如電動車技術一旦快速發展，即使在原油價格緩慢增長的情況下，也將從2020年逐步實現在微型、小型乘用車和市內客車上的成本有效；其他較大型車輛由于續駛里程的限制，不宜使用純電動車，但可考慮采用插電式電動汽車。
燃料電池汽車技術一旦快速發展，即使在原油價格緩慢增長的情況下，也將從2030年逐步實現在中型、大型乘用車和部分車型的客貨車上成本有效。
原油價格迅速增長環境下，電動車、燃料電池汽車技術的商業化進程能夠加快。
本文由王芳摘編自甄子健等著《?新能源汽車發展戰略研究》(北京：科學出版社，2016.8)一書第17章部分，標題為編者所加。
《新能源汽車發展戰略研究》提出了將新能源汽車發展與建立可持續電動道路交通系統有機結合的發展戰略和推動體系。本書上篇共分8章，主要內容為：新能源汽車發展的進程、關鍵要素，新能源汽車的技術、市場發展戰略及全產業鏈發展預測，相關熱點問題討論，發展動力與信心、總體戰略思考與政策建議等；本書下篇共分9章，主要內容包括：抓住機遇創新突破戰略性新興產業臨界點，營造公平競爭的產業發展環境，推進動力電池研發應用，做好新能源汽車基礎設施規劃與建議，實現充電電價市場化、實施智能分時電價，技術、管理和政策協同推進，引導車用能源可持續轉型等。
本書可作為大專院校汽車、能源、交通、環境、產業技術經濟、可持續發展等相關專業的教學用書，也可供從事新能源汽車戰略性新興產業發展研究的技術人員、管理人員和政策研究制定人員參考使用。
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本文由微信公眾號科學出版社（ID:sciencepress-cspm）授權轉載，由材料人網大城小愛編輯整理，材料人專注于跟蹤材料領域科技及行業進展，這里匯集了各大高校碩博生、一線科研人員以及行業從業者，如果您對于跟蹤材料領域科技進展，解讀高水平文章或是評述行業有興趣，點我加入材料人編輯部。
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