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纯电动汽车燃料生命周期分析及节能减碳效益评价

2017-9-20 18:14 来源: 和碳视角 |作者: 于仲波 王彦斌

摘要: 纯电动汽车的出现从一定程度上缓解了传统汽车对环境的影响及其对石油资源的大量消耗这一矛盾。相对传统燃油汽车,纯电动汽车在节约能源、提升动力、降低使用成本等方面具有明显优势。根据我国的具体情况,以太原市纯电动出租车为例,本文通过对纯电动汽车燃料生命周期分析得到我国纯电动汽车燃料生命周期的一次能源消耗情况。同时与传统燃油汽车燃料生命周期的相应指标进行对比分析,以评价纯电动汽车燃料生命周期的节能减排效益,来判断纯电动汽车是否真的在节能减排方面有突出贡献。

关键词: 纯电动汽车 生命周期评价 节能减排 环境效益

1.汽车燃料生命周期的概念

生命周期评价((Life CycleAssessment)是对一个产品或工艺过程整个生命周期内的直接和间接环境影响的分析。对于燃油[1]汽车来说,其燃料生命周期包括:原油开采、原油运输、汽油生产加工、汽油运输、存储、加油站销售和汽车行驶(见图1);对于电动汽车,其所用电力来源于电网,电网电力来源于煤电、水电、核电、风电、太阳能发电等,除煤电外,其余发电方式对于传统能源的消耗以及温室气体排放都很少。为方便比较,纯电动汽车燃料生命周期排放基于煤电的燃料生命周期排放,包括:煤的开采、运输、发电、电力输配到汽车行驶(见图2),最后再按照煤电占总发电量的比例核算电动车的燃料生命周期排放,随着煤电比例越来越小,电动汽车燃料生命周期排放会呈减小趋势。

 

   1:燃油汽车燃料生命周期              图2: 纯电动汽车燃料生命周期

2.燃油汽车和纯电动汽车的燃料生命周期阶段分析

本章将评估燃油汽车和纯电动汽车燃料生命周期的能源消耗和温室气体气体排放情况,主要涉及以下三个阶段:第一,原料阶段(原料开采、运输、存储);第二,燃料阶段(发电和汽油提炼、及其产品运输和配送);第三,行驶阶段(车载汽油和电力的消耗)。

本文涉及的汽车燃料为汽油,电力。根据图1可知,燃油汽车阶段主要包含以下过程:原油开采、原油运输、汽油加工制造、汽油运输、加油站、汽车行驶等。根据图2可知,纯电动车阶段主要包括以下过程:原煤开采、原料运输、发电、电力配送、充电站(桩)、汽车行驶。   

2.1原料开采、运输和储存

2.1.1 原料开采

2.1.1.1 原煤开采

根据《中国能源统计年鉴》(2013),按等价值计算2012年中国原煤开采量为253863.72万吨标准煤,煤炭开采和洗选业的能源消费总量为8437.83万吨标准煤。也就是说,煤炭在开采和洗选后,需要损耗3.32%的能量。

2.1.1.2 原油开采[2]

根据《中国能源统计年鉴》(2013),2012年中国原油和天然气开采量为43803.94万吨标准煤,石油和天然气开采业的能源消费总量为3557.08万吨标准煤。也就是石油和天然气开采大约需要损耗8.12%的能量。

2.1.2 原料运输

煤炭产品经开采和洗选生产后,由煤炭运输系统从煤矿运送到煤炭用户。以2005年为例,我国铁路煤炭运量近10亿t,占全年煤炭运输量的51%; 公路煤炭运量为8.2亿t,占全年煤炭运输总量的38%;水路内贸煤炭完成运输量3亿t,占全年煤炭运输总量的13.7%【1】。由此看出,我国铁路和公路是煤炭运输的主要方式。经过综合计算,吨煤运输能耗在3.9kgce/吨,也就是说在运输过程中的能源损耗大约占0.55%。

原油根据运输距离、地理条件和设施状况采用铁路运输、公路运输、水路运输以及管道运输等,原煤运输主要采用铁路运输和公路运输。目前我国铁路运输采用内燃机车和电力机车,分别使用柴油和电力作为能源;公路运输是以柴油为燃料的大型货运车辆;水路运输是以柴油为燃料的驳船或以燃料油为燃料的远洋油轮;管路运输所消耗的能源是燃料油或电力。通过原油铁路运输基本情况和原油运输的能源消耗情况等,可计算得国内消耗的原油在运输过程中的一次能源能量消耗为5.75 kJ/MJ【2】。也就是说运输过程中能源损耗在0.575%,与煤炭运输损耗差别不大。

2.1.3原料储存

石油的储存主要是储存罐、管道,煤炭的储存主要是仓库、厂房,原料储存过程带来的温室气体排放占比极小,不易统计,故忽略不计。

2.2 燃料阶段(汽油、电力生产、输送和储存)

2.2.1 石油炼制过程

石油炼制是指以石油或其产品为原料,加工生产汽油、煤油、柴油、化工原料油、燃料油、润滑油、液化石油气、丙烯、芳烃、沥青、石油焦等产品的全过程。根据山东省地方标准《石油炼制业能耗限额DB37/754-2007》,以中间基、环烷基原油加工为主的企业2012年的限额水平为121kgce/吨原料油。也就是炼油过程的能量损失约为8.47%

2.2.2 发电过程能耗

在发电厂发电过程中,发电厂燃料的化学能转化为热能,热能以辐射和热对流的方式传递给锅炉内的高压水介质,分阶段完成水的预热、汽化和过热过程,使水成为高压高温的过热水蒸气。水蒸气经管道有控制地送入汽轮机,由汽轮机实现蒸气热能向旋转机械能的转换。高速旋转的汽轮机转子通过联轴器拖动发电机发出电能,电能由发电厂电气系统升压送入电网。根据统计数据,2012年全国6000千瓦及以上的火电机组平均供电标准煤耗达到326克/kWh, 2011年我国火力发电厂用电率为6.23%【3】

2.2.3 汽油输送及加油站损耗

根据GB 11085-98《散装液态石油产品损耗》,汽油在从炼厂到油箱的损耗受各种因素的影响,其范围在3.56%到4.02%之间,取平均值3.79%作为其损耗比例。

2.2.4 电网线路损耗

根据相关部门的统计数据,2012年全国电网线路损失率为6.69%。

2.2.5 充电过程损耗

在给电池充电和放电的过程中充电机也有电能的损耗,根据各个充电设备厂家提供的数据来看, 目前国内的充电机效率一般为94%,即损耗率大约为6%。

2.3 行驶阶段能耗

2.3.1 汽油车行驶阶段能耗

根据调查,以太原市为例,之前的燃油出租车主要是捷达、富康,绝大多数集中在百公里平均油耗7.5-10 L之间,取其平均值8.75L。汽油密度取0.735kg/L。

2.3.2 纯电动汽车行驶阶段能耗

2016年,太原市耗时一年将全市的8292辆出租车全部更换为电动车,成为了全国乃至世界上第一个出租车全部电动化的城市。根据对太原市目前运行的电动出租汽车的调查,该款电动汽车百公里电耗在20kWh左右。

3.燃油汽车和纯电动汽车的燃料生命周期总能耗和排放量分析

本章将依照第2章的数据调查和分析,进行两类汽车燃料生命周期的能耗和排放量分析,考察电动汽车的节能减排效益。

3.1 燃料生命周期能耗计算

表1 电动汽车和燃油汽车燃料生命周期能量损失

电动汽车

原煤开采损耗

原煤运输损耗

电力生产损耗

电网线路损耗

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