電動(dòng)汽車生命周期碳排放評估

關(guān)鍵詞 電動(dòng)汽車；生命周期評估；能源消耗；碳排放

在全球應(yīng)對氣候變化，實(shí)現(xiàn)“碳中和”目標(biāo)的背景下，電動(dòng)汽車發(fā)展受到各國的廣泛關(guān)注［1］。自2016年以來，全球主要汽車產(chǎn)銷國陸續(xù)提出了宏偉的電動(dòng)汽車發(fā)展目標(biāo)。然而，電動(dòng)汽車的減排效果和減排潛力仍然存在許多的爭議，尤其在中國這樣一個(gè)高度依賴煤炭發(fā)電的國家。電動(dòng)汽車在運(yùn)行階段不產(chǎn)生碳排放，但其所消耗的燃料在開采、加工、儲存、運(yùn)輸?shù)拳h(huán)節(jié)（也就是燃料周期上游階段）均會產(chǎn)生碳排放，且其核心部件（電池、電機(jī)、電控等）制造的碳排放相對較高［2］。現(xiàn)有針對電動(dòng)汽車生命周期碳排放的研究中，多以國家或區(qū)域?yàn)檠芯窟吔纾?-7］，缺少對省級尺度的研究和未來減排潛力的測算，這無法顯示電動(dòng)汽車在不同省份和時(shí)間維度上減排效果的差異。為了明確不同類型電動(dòng)汽車的減排效果，該研究以中國乘用車為例，構(gòu)建了基于多時(shí)空維度的生命周期評估（Life Cycle Assessment， LCA）模型，引入了31個(gè)省份（未涉及香港、澳門、臺灣）和不同時(shí)間維度（2019 和2035年）的差異性，評估了汽油基內(nèi)燃機(jī)汽車（GICEV）、混合動(dòng)力汽車（HEV）、插電式混合動(dòng)力汽車（PHEV）、純電動(dòng)汽車（BEV）和燃料電池汽車（FCV）五類乘用車的生命周期碳排放，分析了省級層面和不同電力結(jié)構(gòu)下乘用車碳排放的變化趨勢，以期能夠?yàn)橹袊囆袠I(yè)“碳達(dá)峰、碳中和”目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)提供參考和借鑒。

1 文獻(xiàn)綜述

早期對汽車生命周期評估的研究主要集中在車用燃料領(lǐng)域，即“燃料周期”或“油井-車輪”（Well-to-wheels，WTW）［8］。在這些研究中，大部分學(xué)者認(rèn)為電動(dòng)汽車的二氧化碳（Carbon Dioxide，CO2）排放比內(nèi)燃機(jī)汽車（ICEV）低。有研究指出，在中國，BEV 相比GICEV，可以減少15%～32% 的CO2 排放［9-11］。Shen 等［4，12］學(xué)者的研究也驗(yàn)證了上述觀點(diǎn)，他們指出，2012年GICEV和BEV的CO2排放分別為229 g/km 和129～205 g/km，2015 年GICEV 和BEV排放量分別下降到199 g CO2e/km和91～171 g CO2e/km。Moro等［13］指出，在大部分歐盟成員國使用電動(dòng)汽車替代GICEV可以減排約60%的溫室氣體。然而，部分研究也提出了完全不同的觀點(diǎn)。Huo 等［14］認(rèn)為BEV 不能降低CO2排放，而Yuan等［15］的研究則指出，與GICEV相比，只有速度低于80 km/h、續(xù)航里程低于250 km的BEV才能降低CO2排放。

汽車生命周期評估從燃料周期擴(kuò)展到包含材料周期的全生命周期，是對生命周期評估認(rèn)識的進(jìn)一步深化［16］。WTW方法低估了車輛全生命周期的排放以及各類汽車之間在材料周期上的排放差異［6］，而全生命周期評估方法可以有效地解決上述問題。從全球視角看，不同國家的研究結(jié)果各有差異。Hawkins等［3］提出，若生命周期行駛里程為150 000 km，使用歐洲電力的電動(dòng)汽車的全球增溫潛勢（Global Warming Potential， GWP）比汽油車低10%～24%。另一項(xiàng)來自歐洲的研究也得出了類似的結(jié)論：在200 000 km的行駛里程內(nèi)，電動(dòng)汽車的GWP遠(yuǎn)低于ICEV［17］。此外，以風(fēng)力發(fā)電驅(qū)動(dòng)的BEV 和PHEV 的CO2排放量分別為42 g/km和33 g/km，而配置相近的汽油運(yùn)動(dòng)型多用途車（Sport Utility Vehicles， SUV）的CO2排放量分別為225 g/km。Souza等［18］研究發(fā)現(xiàn)，巴西的BEV和GICEV的CO2排放量分別為151 g/km和291 g/km。Karaaslan等［19］提出美國SUV 在200 000 km 行駛里程內(nèi)，GICEV和BEV的GHG排放分別為118 t CO2e和77 t CO2e。一些學(xué)者認(rèn)為在意大利、波蘭和捷克共和國，電動(dòng)汽車比GICEV排放更少的CO2［5，7］。然而，針對立陶宛的研究得出了相反的結(jié)論：在2015年的電力結(jié)構(gòu)下，BEV產(chǎn)生的溫室氣體比GICEV多26%［20］。

近些年，隨著電動(dòng)汽車的蓬勃發(fā)展，中國對電動(dòng)汽車碳排放的相關(guān)研究也達(dá)到了前所未有的熱度。Wu等［21］從全生命周期的角度對比了GICEV和BEV的排放水平，發(fā)現(xiàn)2014年GICEV和BEV的全生命周期溫室氣體排放分別為35 t CO2e 和31 t CO2e，其中62%～70% 的排放來自車輛運(yùn)行階段。Qiao等［22］指出，2015年BEV生命周期溫室氣體排放約為41t CO2e，比GICEV低18%。Zhou等［9］使用Tsinghua?LCAM 模型對BEV、PHEV 和ICEV 的溫室氣體排放進(jìn)行了評估，發(fā)現(xiàn)在中國平均電力結(jié)構(gòu)下，三類乘用車排放強(qiáng)度分別為206 g CO2e/km、227 g CO2e/km和249g CO2e/km。與Zhou的研究類似，Wu等［23］選擇中國A級乘用車作為研究對象，結(jié)果也十分接近。Ou等［24］認(rèn)為，與GICEV相比，以燃煤電力驅(qū)動(dòng)的電動(dòng)汽車的生命周期溫室氣體排放可減少3%～36%。Shi等［10］對比了北京地區(qū)的BEV 和GICEV 的CO2 排放，發(fā)現(xiàn)BEV 的CO2 排放相比GICEV減少了50%。Yang等［25］的研究認(rèn)為，與GICEV相比，BEV和PHEV均降低了CO2排放，主要原因是電動(dòng)汽車的高效率和內(nèi)燃機(jī)汽車的高油耗。Wu等［26］認(rèn)為在京津冀等煤炭占主導(dǎo)的地區(qū)，減少碳排放比降低化石能源使用或石油消費(fèi)更加困難。他進(jìn)一步指出，在煤電占比較高的地區(qū)，HEV比PHEV和BEV更有利于降低運(yùn)行階段的CO2排放；在清潔電力占比較高的地區(qū)，推廣電動(dòng)汽車可以更顯著的減少CO2排放。Wang等［27］認(rèn)為在溫室氣體排放方面，2017年基于可再生能源電解水制氫的FCV表現(xiàn)最好，單位里程排放為31 g CO2e/km，而基于電網(wǎng)電力電解水制氫的FCV 表現(xiàn)最差，排放為431 g CO2e/km。Zhou等［9］研究比較了2009年電動(dòng)汽車（PHEV和BEV）與GICEV的溫室氣體排放差異，認(rèn)為從全國平均水平來看，BEV和PHEV分別可以減排17%和9%。

針對電動(dòng)汽車生命周期碳排放的評估可以為汽車行業(yè)“碳中和”目標(biāo)的制定和實(shí)施提供一些參考和借鑒，但仍存在著一些值得改進(jìn)的地方。首先，現(xiàn)有研究大部分聚焦在國家層面，研究結(jié)果對于區(qū)域特征比較明顯的地區(qū)，指導(dǎo)性不夠強(qiáng)，有必要從省級層面開展深入而細(xì)致的研究。其次，對于電動(dòng)汽車現(xiàn)階段的減排效果和未來的減排潛力尚無定論，主要原因是不同的文獻(xiàn)使用車型有所不同，而這些車型大部分并不十分具有代表性，有必要結(jié)合中國的實(shí)際對部分參數(shù)予以修正。最后，已有研究使用的電力結(jié)構(gòu)較為單一，有必要設(shè)置多種情景進(jìn)行研究，以便針對性地提出一些政策建議。此外，現(xiàn)有研究對燃料電池汽車的關(guān)注相對較少，這可能與燃料電池汽車本身所處的發(fā)展階段有關(guān)，但作為未來極具潛力的發(fā)展技術(shù)，該研究認(rèn)為有必要將其納入到研究體系。

2 生命周期評估方法

2. 1 目標(biāo)與范圍界定

該研究選擇在中國正常行駛的乘用車（包括轎車、運(yùn)動(dòng)型多用途車、多用途車）作為研究對象，利用LCA方法對汽油基內(nèi)燃機(jī)汽車和四類電動(dòng)汽車（HEV、PHEV、BEV和FCV）的生命周期碳排放強(qiáng)度進(jìn)行計(jì)算和分析。該研究所探討的碳排放涵蓋了車輛生產(chǎn)、車輛使用和車輛報(bào)廢三個(gè)階段產(chǎn)生的直接排放以及因能源和材料投入而導(dǎo)致的間接排放（圖1）。車輛生產(chǎn)階段，包括原材料生產(chǎn)、零部件制造、整車裝配和整車分配；車輛使用階段，包括運(yùn)行過程中的燃料消耗和車輛維修保養(yǎng)；車輛報(bào)廢階段，包括車輛主體和電池的回收、處置和再利用。

2. 2 理論與方法

生命周期的概念應(yīng)用廣泛，在經(jīng)濟(jì)、環(huán)境、社會等領(lǐng)域頻繁出現(xiàn)，其內(nèi)涵通常理解為“從搖籃到墳?zāi)埂钡恼麄€(gè)過程。對于某個(gè)產(chǎn)品而言，就是從自然中來回到自然中去的全過程，既包括制造產(chǎn)品所需要的原材料的采集、加工等生產(chǎn)過程，也包括產(chǎn)品存儲、運(yùn)輸?shù)攘魍ㄟ^程，還包括產(chǎn)品的使用以及產(chǎn)品報(bào)廢或處置后回到自然的過程，這些過程構(gòu)成了一個(gè)完整的產(chǎn)品生命周期［28］。生命周期思維在可持續(xù)發(fā)展研究中十分重要，它可以幫助客觀評價(jià)所做的選擇，如購買電力或一臺新電腦是整個(gè)事件系統(tǒng)的一部分［29］。

為了量化與產(chǎn)品系統(tǒng)相關(guān)的事件系統(tǒng)，需要開發(fā)和使用生命周期評估模型。該評估模型可以對產(chǎn)品“從搖籃到墳?zāi)埂钡娜^程中所涉及的能源、環(huán)境等問題進(jìn)行有效的定量分析和評價(jià)，因而在解決面向產(chǎn)品的能源、區(qū)域環(huán)境、氣候變化等重要問題時(shí)有著較為廣泛的應(yīng)用［30］。生命周期評估最突出的優(yōu)點(diǎn)之一是考慮整個(gè)產(chǎn)品生命周期，避免在有限范圍內(nèi)工作而帶來的認(rèn)識片面的問題［31］。

該研究采用生命周期評估方法對車輛碳排放進(jìn)行核算（圖1），核算邊界不僅包括車輛生產(chǎn)、使用和報(bào)廢環(huán)節(jié)產(chǎn)生的直接影響，而且涵蓋由于材料和能源投入而導(dǎo)致的間接影響。以下對車輛生命周期碳排放的計(jì)算過程進(jìn)行了詳細(xì)介紹，具體參數(shù)見表1，主要包括兩個(gè)步驟。

步驟一，明確車輛生命周期碳排放的組成部分，如公式（1）所示：

其中：GE 為車輛生命周期碳排放總量（kg）；i，j 分別代表車輛生命周期評估模型的不同階段和能源類型，該研究涉及到7個(gè)階段、9類能源；GEN，i 為i 階段車輛的非燃燒碳排放（kg）；GEi，j為 i 階段能源 j 燃燒產(chǎn)生的碳排放（kg）。

步驟二，分階段計(jì)算車輛的生命周期碳排放，如公式（2）至（9）所示。

（1）原材料生產(chǎn)階段，包括開采、選礦、冶煉和金屬的精煉，以及在聚合物生產(chǎn)中的石油和天然氣的回收、精煉和原料合成。該階段碳排放由原材料生產(chǎn)的直接（非燃燒）碳排放和能源消耗的間接（燃燒）碳排放組成，公式如下：

3 數(shù)據(jù)來源與處理

該研究在查閱相關(guān)領(lǐng)域大量文獻(xiàn)和資料后，獲得了五類最常用乘用車的規(guī)格參數(shù)（表2）。一輛汽車由車輛主體、鋰電池、燃料電池系統(tǒng)、鉛酸電池、液體和輪胎等部分組成（表3），其質(zhì)量分布數(shù)據(jù)來自文獻(xiàn)［36，39］。

3. 1 車輛生產(chǎn)

在原材料生產(chǎn)階段，所需原材料包括鋼、鑄鐵、鑄鋁、鍛鋁、銅、玻璃、平均塑料、橡膠、鎳、鈷、錳、石墨、黏合劑、電解液、碳纖維、鉛、硫酸、玻璃纖維、液體（包括制動(dòng)液、傳動(dòng)液、動(dòng)力系統(tǒng)冷卻劑和擋風(fēng)玻璃液）等，其能耗因子和碳排放因子來自美國阿貢國家實(shí)驗(yàn)室的GREET 模型［40］，煤炭、電力、天然氣、焦炭、原油、汽油、柴油、高爐煤氣、焦?fàn)t煤氣等能源的碳排放因子來自文獻(xiàn)［36，40-41］，其中電力結(jié)構(gòu)采用2019年和2035年數(shù)據(jù)。在零部件制造階段，該研究只考慮天然氣、煤炭和電力三種能源消耗，作者根據(jù)Kim等［43］和Wang等［42］的研究計(jì)算出零部件制造能耗（表4）。在車輛裝配過程中，除加熱工序用煤提供熱能外，其他工序全部為電能，根據(jù)陳軼嵩等［38］的研究，電能和熱能的消耗分別為6. 86 MJ/kg和2. 03 MJ/kg，據(jù)此計(jì)算出車輛裝配的能耗（表4）。在車輛分配過程中，考慮到廣東是全國最大的汽車生產(chǎn)基地，假定以廣東為所有汽車發(fā)貨點(diǎn)。兩省之間的距離參考文獻(xiàn)［25］，各省地區(qū)生產(chǎn)總值參考2020年中國統(tǒng)計(jì)年鑒［45］。根據(jù)公式（6）計(jì)算得到汽車從裝配車間到經(jīng)銷店的平均距離為1138. 6 km。若以重型柴油卡車為運(yùn)輸工具，能耗系數(shù)為0. 6 kJ kg-1 km-1［46］。在車輛生產(chǎn)階段，間接碳排放與不同能源的碳排放因子直接相關(guān)。由于數(shù)據(jù)獲取的原因，該研究在核算2035年碳排放時(shí)，僅考慮了電力碳排放因子（表5）的變化。

3. 2 車輛使用

在車輛運(yùn)行階段，由于燃料消耗導(dǎo)致產(chǎn)生間接的碳排放。該研究中的五類乘用車需要使用汽油、電力和氫氣三種交通燃料（圖2）。汽油生命周期包含原油開采、提煉、汽油加工、運(yùn)輸和加油等環(huán)節(jié)，該研究中的汽油假定為含10%燃料乙醇的燃料乙醇基汽油（E10）。2019年，中國有10 個(gè)省份的27 個(gè)城市已經(jīng)開始供應(yīng)E10 汽油［60］。考慮到汽油燃料技術(shù)相對成熟，該研究假定2019 年和2035年汽油排放因子均為2 747 g/L［40］。電力生命周期包括原料開采、運(yùn)輸、發(fā)電、電網(wǎng)傳輸?shù)拳h(huán)節(jié)［53］，電網(wǎng)平均排放因子由不同電源的排放因子、發(fā)電結(jié)構(gòu)和線損率決定（表5）。2019年和2035年電力結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)來自中國統(tǒng)計(jì)年鑒、中國能源統(tǒng)計(jì)年鑒、中國電力統(tǒng)計(jì)年鑒等［45，49-50］。目前在中國，主流的制氫技術(shù)主要有煤制氫（加裝CCS）、工業(yè)副產(chǎn)品提純制氫和可再生能源電解水制氫，三種技術(shù)的碳排放因子分別為2. 97、15. 92、2. 31 kg/kg［40，51］；三種技術(shù)在2019年占比分別為67%、30%和3%，到2035年占比分別為45%、15%和40%［51］。為了符合中國的現(xiàn)實(shí)情況，該研究使用乘用車行業(yè)平均能耗作為所選車輛模型的能耗參數(shù)［47-48］（表6）。電動(dòng)汽車充電效率一般為85%～95%，該研究取90%［59］。在PHEV 運(yùn)行過程中，使用電力和汽油的行駛里程分別占80%和20%，且使用慢充的方式；BEV快充和慢充的續(xù)駛里程占比分別為20%和80%［59，61］。

在車輛維修保養(yǎng)階段，該研究僅考慮了更換頻率較高的鉛酸電池、液體和輪胎等部件的更換。在整個(gè)生命周期內(nèi)，鉛酸電池和輪胎分別需要更換4次和1次［52］，液體中動(dòng)力系統(tǒng)冷卻液、傳動(dòng)液、制動(dòng)液和擋風(fēng)玻璃液分別需要更換4次、2次、7次和11次［25， 36］。根據(jù)文獻(xiàn)［40］計(jì)算得到，鉛酸電池、動(dòng)力系統(tǒng)冷卻液、傳動(dòng)液、制動(dòng)液、擋風(fēng)玻璃液和輪胎更換一次的碳排放分別為73. 1 kg、50. 2 kg、7. 2 kg、7. 2 kg、3. 3 kg和239. 4 kg。

3. 3 車輛報(bào)廢

汽車報(bào)廢通常分為三個(gè)步驟：預(yù)處理、拆解和金屬分離。在預(yù)處理階段，需要將蓄電池、車輪和安全氣囊燈拆除；在拆解階段，需要將座椅、保險(xiǎn)杠、發(fā)動(dòng)機(jī)和變速箱等進(jìn)行拆解；在金屬分離階段，需要對拆解部件進(jìn)行處理，以獲得有較高價(jià)值的金屬材料［63］。報(bào)廢階段能耗由兩部分組成：車輛主體粉碎能耗和動(dòng)力電池報(bào)廢能耗，該研究假設(shè)兩者的處置能耗因子分別為0. 37 MJ/kg 和31 MJ/kg［53］，且只消耗電能［42］。與車輛生產(chǎn)階段類似，2035年報(bào)廢階段也只考慮了電力碳排放因子的變化。

4 結(jié)果與討論

該部分首先對五類乘用車的生命周期碳排放進(jìn)行了分析，然后比較了不同電力結(jié)構(gòu)情景下乘用車的碳排放結(jié)果，最后比較了不同省份的乘用車碳排放。

4. 1 生命周期碳排放

從表7可以看到，2019年五種類型的乘用車生命周期碳排放從大到小依次為：PHEV、GICEV、BEV、HEV 和FCV。FCV 的減排效果最優(yōu)，相比GICEV 減少碳排放8. 0 t，主要是由于FCV在運(yùn)行階段的碳排放相對較小，比GICEV運(yùn)行階段碳排放少15. 2 t（相當(dāng)于47%），盡管在生產(chǎn)階段由于燃料電池的制造增加了6. 1 t的碳排放，但總體而言減排效果依然最優(yōu)。PHEV比GICEV的碳排放高1. 7 t（相當(dāng)于4%），主要原因是，PHEV擁有內(nèi)燃機(jī)和電機(jī)兩套驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，使得生產(chǎn)階段的碳排放比GICEV高3. 3 t（相當(dāng)于28%），盡管運(yùn)行階段碳排放有所減少，但總體略高于GICEV。BEV碳排放相比GICEV減少了1. 5 t，主要是由于較高的車輛效率和較低的電力碳排放因子。隨著電動(dòng)汽車技術(shù)的不斷成熟和效率的不斷提升，以及可再生能源推廣帶來的碳排放因子的下降，未來電動(dòng)汽車的減排效果將會更加明顯。

由于在該研究中，并沒有考慮車輛模型隨時(shí)間變化發(fā)生的結(jié)構(gòu)改變，所以2035年與2019年相比，更多體現(xiàn)在由于電力結(jié)構(gòu)和制氫方式不同，以及燃料消耗變化導(dǎo)致的排放變化。2035年，從全生命周期的角度來看，各類乘用車的碳排放相比2019年都有不同程度的下降（表7）。降幅最大的是PHEV，相比2019 年，從39. 4 t 下降到了26. 8 t，下降了32%，這也使得PHEV從2019年碳排放最高下降到倒數(shù)第二，僅高于FCV。碳排放下降的主要貢獻(xiàn)來自燃料燃燒產(chǎn)生的碳排放減少，而造成這一結(jié)果的原因是PHEV耗電量和耗油量的大幅降低，以及電力結(jié)構(gòu)調(diào)整帶來的電力碳排放因子的下降。隨著電力結(jié)構(gòu)的優(yōu)化，電動(dòng)汽車在減排方面的優(yōu)勢將逐漸展現(xiàn)出來，到2035年，GICEV成為所有類型乘用車中碳排放最高的車型，也就意味著所有類型的電動(dòng)汽車均具備了減排效果，其中FCV 的減碳效果仍然最明顯，相比GICEV，減排6. 4 t。從各階段的排放占比來看，2035年運(yùn)行階段的占比均有所降低，其中電動(dòng)汽車降幅最明顯，主要源自電力結(jié)構(gòu)的調(diào)整。

在生產(chǎn)階段，無論是2019年還是2035年，各類型乘用車的主要碳排放均來自于原材料的生產(chǎn)，占比高達(dá)69%～79%。其中，電動(dòng)汽車的碳排放均高于GICEV，主要原因是電動(dòng)汽車制造過程更加復(fù)雜，并且動(dòng)力電池（包含燃料電池）的制造碳排放也相對較高。在運(yùn)行階段，2019年和2035 年，GICEV 碳排放占整個(gè)生命周期碳排放的60% 以上，遠(yuǎn)高于BEV 和FCV 等電動(dòng)汽車，主要由于GICEV 運(yùn)行階段的效率（17%～21%）遠(yuǎn)低于BEV（65%～82%）和FCV（36%～45%）［64］；FCV 碳排放占比最小，2019年和2035年僅分別為生命周期碳排放的37%和26%，遠(yuǎn)低于其他類型乘用車，主要由于氫能的碳排放因子較低（煤制氫加裝CCS降低了碳排放）。在報(bào)廢階段，由于該研究對車輛主體和動(dòng)力電池的耗能因子進(jìn)行了假設(shè)，所以擁有動(dòng)力電池的電動(dòng)汽車的排放會相對較高。

4. 2 不同電力結(jié)構(gòu)碳排放比較

為了研究不同電力結(jié)構(gòu)對汽車全生命周期碳排放的影響，該研究設(shè)計(jì)了3種情景：基準(zhǔn)情景、邊際電力結(jié)構(gòu)情景和高可再生能源情景。在該研究中，基準(zhǔn)情景和邊際電力情景分別使用了2019年中國平均電力結(jié)構(gòu)和新增發(fā)電量的結(jié)構(gòu)［50］，高可再生能源情景使用國家發(fā)改委能源研究所［65］對未來電力結(jié)構(gòu)的估算，在此情景下，可再生能源將占中國電力消費(fèi)的85. 7%（表8）。

圖3展示了不同電力結(jié)構(gòu)下的五類乘用車碳排放，箭頭表示電力結(jié)構(gòu)變化導(dǎo)致碳排放的變化程度。從基準(zhǔn)情景到邊際情景和高可再生能源情景，電力碳排放因子從673 g/kW·h分別下降到465 g/kW·h和106 g/kW·h。總體而言，電力結(jié)構(gòu)變化對BEV和PHEV的影響要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于另外三類乘用車，主要由于此兩類乘用車運(yùn)行階段所消耗電力的排放因子有較大幅度的下降，而另外三類乘用車，僅僅只是在生產(chǎn)階段消耗電力導(dǎo)致間接排放的下降。

對于GICEV、HEV和FCV來說，從基準(zhǔn)情景到高可再生能源情景，碳排放強(qiáng)度分別下降了7%、8%和15%，主要來自于汽車生產(chǎn)階段電力消耗而導(dǎo)致間接排放的下降。對于BEV和PHEV，從基準(zhǔn)情景到高可再生能源情景，其CO2 排放量將分別從248 g/km 和262 g/km 下降至117 g/km和134g/km，下降幅度分別為53%和49%。在基準(zhǔn)情景下，除PHEV外，其他類型的電動(dòng)汽車的碳排放均低于GICEV，HEV、BEV和FCV分別可以減排4%、4% 和21%。在邊際電力情景和高可再生能源情景下，所有類型的電動(dòng)汽車均具備了減排效果。在邊際電力情景下，HEV、PHEV、BEV 和FCV 相比GICEV，分別減排5%、14%、21%和23%；到高可再生能源情景，電動(dòng)汽車的減排效果進(jìn)一步提高，HEV、PHEV、BEV和FCV分別減排6%、44%、51%和28%。

由此可以看出，不同的電力結(jié)構(gòu)對各類型車輛碳排放的影響是有差異的。在短期內(nèi)改變?nèi)珖碾娏Y(jié)構(gòu)可能非常困難，然而，這些發(fā)現(xiàn)對于擁有不同電力結(jié)構(gòu)的不同地區(qū)是非常有用的。因此，可以根據(jù)這些地區(qū)現(xiàn)有的電力結(jié)構(gòu)，選擇排放較低的電動(dòng)汽車類型。

4. 3 不同省份碳排放比較

對于不同類型的汽車而言，生產(chǎn)和報(bào)廢階段的碳排放在車輛生產(chǎn)過程中基本已經(jīng)被決定了，而運(yùn)行階段的碳排放在整個(gè)生命周期都會發(fā)生變化，除了與車輛效率有關(guān)，還與燃料的碳排放因子直接相關(guān)。圖4 比較了2019年五種類型乘用車在不同省份的碳排放。由于數(shù)據(jù)獲取困難等方面的原因，該研究假設(shè)不同省份汽油和氫氣的排放相同，因此，GICEV、HEV和FCV的碳排放分別是178 g/km、159 g/km和77 g/km。從省級層面的視角，該研究發(fā)現(xiàn)，各省PHEV 和BEV 碳排放的差異十分明顯。對BEV和PHEV而言，碳排放最高的安徽比碳排放最低的西藏分別高141 g/km（約14倍）和148 g/km（約3. 6倍）。各省碳排放的高低與當(dāng)?shù)氐碾娏Y(jié)構(gòu)密切相關(guān)，比如，安徽煤炭發(fā)電占比為93%，而西藏的風(fēng)光水發(fā)電占比高達(dá)98. 7%。安徽、河南和天津的PHEV的碳排放甚至超過了GICEV，主要由于這三個(gè)省份的火力發(fā)電比例較高，均接近或超過了90%。除以上三個(gè)省份，還有河北、吉林等10個(gè)省份PHEV的碳排放比HEV更高。此外，該研究也發(fā)現(xiàn)有三個(gè)省份（青海、四川和云南）的PHEV和BEV的碳排放均低于FCV。這是由于這三個(gè)省份的水力發(fā)電較為豐富，在電力結(jié)構(gòu)中的占比均超過了70%。

5 結(jié)論與政策啟示

采用生命周期評估方法，對五類乘用車的碳排放影響進(jìn)行了研究。在此項(xiàng)研究中，作者不僅分析了汽車的全生命周期（包括原材料生產(chǎn)、零部件制造、整車裝配、車輛配送、車輛運(yùn)行、車輛維修和車輛報(bào)廢）碳排放，同時(shí)考慮了電力結(jié)構(gòu)變化對電動(dòng)汽車碳排放的影響。基于前文的分析，得出以下結(jié)論。

（1）現(xiàn)階段（2019年），與汽油基內(nèi)燃機(jī)汽車相比，除插電式混合動(dòng)力汽車略微增加碳排放（約2%）外，混合動(dòng)力汽車、純電動(dòng)汽車和燃料電池汽車分別減少碳排放4%、4%和21%。未來（2035年），隨著可再生能源發(fā)電占比的增加（從27. 9%增至40. 7%），插電式混合動(dòng)力汽車和純電動(dòng)汽車減排潛力明顯提高，分別比汽油基內(nèi)燃機(jī)汽車減少12%和11%的碳排放，燃料電池汽車的減排潛力基本保持不變。若將電力結(jié)構(gòu)中可再生能源發(fā)電比例進(jìn)一步增加到87. 5%，插電式混合動(dòng)力汽車和純電動(dòng)汽車相比汽油基內(nèi)燃機(jī)汽車將分別減排44%和51%。

（2）混合動(dòng)力汽車的減排效果值得關(guān)注。從全生命周期視角看，相比汽油基內(nèi)燃機(jī)汽車，現(xiàn)階段（2019年）混合動(dòng)力汽車可以減少碳排放4%，未來（2035年），其碳減排潛力將增加到10%；相比其他類型的電動(dòng)汽車，當(dāng)前碳排放僅高于燃料電池汽車，而未來仍然與插電式混合動(dòng)力汽車和純電動(dòng)汽車十分接近。

（3）現(xiàn)階段（2019年），運(yùn)行階段純電動(dòng)汽車碳排放最高的省份是安徽，單位里程碳排放為151 g/km，比汽油基內(nèi)燃機(jī)汽車和混合動(dòng)力汽車分別低15%和5%，但比燃料電池汽車高97%；而純電動(dòng)汽車碳排放最低的省份是西藏，其單位里程碳排放為10 g/km，分別為汽油基內(nèi)燃機(jī)汽車、混合動(dòng)力汽車和燃料電池汽車的6%、6%和13%。

（4）從車輛的生產(chǎn)和使用過程看，電動(dòng)汽車生產(chǎn)階段的碳排放無論絕對值還是相對值均高于汽油基內(nèi)燃機(jī)汽車，其中燃料電池汽車占比最高，到2035年達(dá)到70%。原材料生產(chǎn)的碳排放占生產(chǎn)階段的絕大部分，其中，純電動(dòng)汽車占比最高，2019 年和2035 年占比分別為76% 和79%。汽油基內(nèi)燃機(jī)汽車運(yùn)行階段碳排放的絕對值和相對值均高于電動(dòng)汽車，其中燃料電池汽車碳排放占比最小，2019年和2035年僅分別為生命周期碳排放的37%和26%。

基于上述結(jié)論，為了實(shí)現(xiàn)汽車行業(yè)的“碳達(dá)峰、碳中和”目標(biāo)，支撐國家在電動(dòng)汽車發(fā)展規(guī)劃中的政策制定，作者提出了以下幾點(diǎn)政策建議。

（1）考慮到插電式混合動(dòng)力汽車和純電動(dòng)汽車的減排效果對可再生能源發(fā)電占比的敏感性，該研究建議在可再生能源發(fā)電占比較高的區(qū)域（比如四川、云南、青海等地區(qū)），優(yōu)先推廣使用插電式混合動(dòng)力汽車和純電動(dòng)汽車，尤其是電動(dòng)汽車的生產(chǎn)基地的選擇，更需要考慮這一重要因素。

（2）以插電式混合動(dòng)力汽車和純電動(dòng)汽車為代表的電動(dòng)汽車有較好的減排效果，但短期內(nèi)占比仍然不高，而且電動(dòng)汽車的發(fā)展需要依靠大規(guī)模的充電基礎(chǔ)設(shè)施作為支撐，而混合動(dòng)力汽車的發(fā)展不存在上述問題，因此，在短期和長期規(guī)劃中，在化石燃料占比較高的區(qū)域，應(yīng)優(yōu)先考慮使用混合動(dòng)力汽車。

（3）電力和能源結(jié)構(gòu)很難在短期內(nèi)完全改變，而中國各省的電力結(jié)構(gòu)和自然資源稟賦存在較大的差異，因此，建議各區(qū)域和各省充分考慮自身電力結(jié)構(gòu)變化趨勢，選擇更加適合自身發(fā)展的低碳汽車路線，避免全國“一刀切”現(xiàn)象的發(fā)生。

（4）從車輛生產(chǎn)和使用的過程來看，電動(dòng)汽車應(yīng)該更加重視生產(chǎn)階段尤其是原材料階段碳排放的減少，建議加強(qiáng)技術(shù)突破，以降低材料碳排放因子和能耗水平；對于傳統(tǒng)的汽油基內(nèi)燃機(jī)汽車，運(yùn)行階段碳排放需要更加重視，降低運(yùn)行階段能源消耗量對各類汽車減少碳排放都十分重要。

該研究對當(dāng)前和未來不同類型電動(dòng)汽車碳排放影響進(jìn)行了研究，并作出了一些貢獻(xiàn)，但仍然存在局限和不足。例如，在測算整車分配過程中的運(yùn)輸距離時(shí)，該研究假定以廣東作為所有汽車發(fā)貨點(diǎn)，這可能一定程度上造成車輛運(yùn)輸碳排放的失真。下一步工作中，將考慮選擇若干主要汽車制造商的地點(diǎn)，以各自銷量在全國的比重為權(quán)重計(jì)算運(yùn)輸距離，這樣計(jì)算出的碳排放結(jié)果可能會更合理、更準(zhǔn)確。此外，受限于數(shù)據(jù)獲取等方面的原因，該研究在核算2035年碳排放時(shí)，在能源消耗產(chǎn)生的間接排放中，只是考慮了電力碳排放因子的變化，這與實(shí)際情況有一定差距，在今后的研究中，作者將努力去獲取更加準(zhǔn)確和全面的預(yù)測數(shù)據(jù)，使得計(jì)算結(jié)果更加可靠。