車輛電動化替代的節(jié)能減碳效果研究

張亮亮 ， 譚效時 ， 宋曉曉 ， 韓占猛 ， 華承賀 ， 高 健

（中國船舶重工集團公司第七一四研究所， 北京 100101；2.渤海造船廠集團有限公司， 北京 100101）

1 引言

實現(xiàn)碳達峰、碳中和是一場廣泛而深刻的經濟社會系統(tǒng)性變革，國家已經把碳達峰、碳中和納入生態(tài)文明建設整體布局。要實現(xiàn)碳達峰與碳中和，就要積極開展措施減少化石能源消耗，降低碳排放。

交通運輸是社會中耗能重要環(huán)節(jié)和碳排放源之一，2018年12月發(fā)布的《中華人民共和國氣候變化第二次兩年更新報告》顯示，交通運輸行業(yè)年排放二氧化碳81974萬噸，占全國碳排放量8.98%。公路運輸是交通運輸?shù)闹匾糠?，截?019年底中國公路總里程達到501萬公里，公路能源消費主要是汽油和柴油，其中2019年汽油消費量為1.286億噸，柴油消費量為1.117億噸。因此，研究車輛節(jié)能減碳具有重要意義。

車輛節(jié)能減碳的主要手段包括提高內燃機效率，節(jié)約油耗，加強道路運輸規(guī)劃，減少怠速運行，開展電氣化替代等，其中，開展電氣化替代是未來發(fā)展主要方向，歐美等國已明確將電氣化替代作為碳中和實現(xiàn)路徑，出臺了推廣新能源汽車的補貼政策和能源政策法令。德國提高電動車補貼，挪威、奧地利對零排放汽車免征增值稅，美國出臺了“先進車輛貸款支持項目”和《能源政策法案》，建立低碳燃料標準并進行稅收抵免，日本、智利、秘魯、南非、阿根廷、哥斯達黎加等政府發(fā)布綠色交通戰(zhàn)略或交通法令，統(tǒng)一購車標準，鼓勵使用電動或零排放車輛，哥斯達黎加對購買零排放車輛的公民給予關稅優(yōu)待及泊車優(yōu)先等；負向約束的是出臺禁售燃油車時間表，主要發(fā)達國家及墨西哥、印度等發(fā)展中國家均公布了禁售燃油車時間表。我國出臺新能源汽車相關政策30余項，其中推廣政策出臺7項，《關于2016-2020年新能源汽車推廣應用財政支持政策的通知》，規(guī)定2016年新能源汽車各車型推廣應用補助標準，并確定2017年至2020年的補貼退坡幅度為每兩年下降20%。

電動汽車雖然可以做到零排放，但在我國的電力能源結構中，以煤炭為燃料的火電占比非常高，并不能確定電動化替代有節(jié)能降碳效果。以2019年為例，全國規(guī)模以上電廠發(fā)電量7.14萬億度，同比增長3.5%，而火電發(fā)電5.16萬億度，同比增長1.9%，占72%。而煤炭并非是一種清潔能源，其燃燒時會產生灰塵、氮氧化物、二氧化硫等污染物，還會排放大量二氧化碳。電動汽車的電力目前絕大多數(shù)來自火電，關于電動化替代的節(jié)能減碳效果研究較少且缺少量化分析，有必要在政策大規(guī)模落地之前進行相應數(shù)據(jù)分析，為后續(xù)碳達峰與碳中和落地政策評估提供數(shù)據(jù)依據(jù)。

2 研究方法和數(shù)據(jù)分析

汽車統(tǒng)計分類標準 （GB/T3730.1-2001） 中把汽車分為乘用車與商用車兩種，其中乘用車指的是車輛座位少于9座且以載客為主要目的的車輛，商用車指車輛座位大于9座或者以載貨為主要目的的車輛。本研究以中小型乘用車和特種車輛叉車為研究對象，分別研究燃油乘用車和燃油叉車電動化替代的節(jié)能減碳效果，其中燃油乘用車以汽油為燃料，燃油叉車以柴油為燃料。

2.1 燃油乘用車電動化替代研究方法

按照《國務院關于印發(fā)節(jié)能與新能源汽車產業(yè)發(fā)展規(guī)劃（2012～2020年） 的通知》，我國逐步降低乘用車產品平均燃料消耗量，乘用車產品平均燃料消耗量分別實現(xiàn)2015年和2020年降至6.9L/100km和5.0L/100km的目標，平均燃料消耗量偏高的車輛將逐步淘汰。由于耗油量不同的乘用車電動化替代的節(jié)能減碳效果存在差異，故本文中燃油乘用車汽油消耗設定7L/百公里、10L/百公里、13L/百公里3檔，電動化替代為百公里電耗為17kWh的純電動乘用車。在保證行駛里程不變的情況下，計算燃油乘用車替代為純電動乘用車的節(jié)能量和減碳量。計算公式如下：

式中：汽油折標煤系數(shù)為1.4714tce/t；汽油密度為0.74 g/mL；電力折標煤系數(shù)為1.229tce/萬kWh。

2.2 燃油叉車電動化替代研究方法

根據(jù)經驗值，一輛2.5t的額定功率為48kW的柴油叉車，每小時耗油量約3L，每天8h的燃油消耗24L；配置國產電池48V/630Ah的電動叉車工作8h的耗電量約63kWh。在保證工作時長不變的情況下，計算燃油叉車替代為電動叉車的節(jié)能量和減碳量。計算公式如下：

式中：柴油折標煤系數(shù)為1.4571tce/t；柴油密度為0.86 g/mL；電力折標煤系數(shù)為1.229tce/萬kWh。

2.3 數(shù)據(jù)來源

本文計算引用的參數(shù)來自國家發(fā)改委《溫室氣體排放核算方法與報告指南》和《2011-2012 年省級電網(wǎng)平均排放因子》，具體如表1、表2所示。

表1 汽油和柴油的排放因子

表2 不同區(qū)域的電力排放因子

2.4 數(shù)據(jù)分析

燃油乘用車替換為純電動乘用車，綜合考慮百公里油耗和百公里電耗以及不同地區(qū)等因素，燃油乘用車替換為純電動乘用車的節(jié)能量與二氧化碳減排量測算如表3所示。

表3 燃油乘用車替換為純電動乘用車的節(jié)能量與二氧化碳減排量

由此可得出百公里油耗高的乘用車電動化替代節(jié)能量和碳減排量更高，百公里油耗不變的情況下乘用車電動化替代節(jié)能量相同而碳減排量不同，這是由于不同地區(qū)所屬電網(wǎng)的能源結構不同，電力排放因子的差異導致南部和中西部地區(qū)電動化替代的減碳效果更好，湖北、湖南、江西、河南、四川、重慶、廣東、廣西、云南、貴州、海南等省市減碳效果相對較好，北京、天津、河北、山西、山東等省市減碳效果較差。

不同油耗乘用車電動化替代的噸汽油碳減排效果如圖1所示。

圖1 燃油乘用車電動化替代的噸汽油碳減排效果圖

由圖1可見，百公里油耗為13L的燃油乘用車電動化替代后每減少1t汽油，在西南和中部地區(qū)可以降低約2t二氧化碳排放量，在華北和東北地區(qū)可以降低約1.5t二氧化碳排放量；百公里油耗為10L的燃油乘用車電動化替代后每減少1t汽油，在西南和中部地區(qū)可以降低約1.5t二氧化碳排放量，在華北和東北地區(qū)可以降低約1t二氧化碳排放量；百公里油耗為7L的燃油乘用車電動化替代后每減少1t汽油，在西南和中部地區(qū)可以降低約1t二氧化碳排放量，在華北和東北地區(qū)可以降低約0.5t二氧化碳排放量。由此得出，燃油乘用車電動化替代確實可以減少碳排放，耗油量大的車輛電動化替代減排效果更明顯。

不同地區(qū)燃油乘用車電動化替代的噸汽油節(jié)能降碳效果如圖2~圖4所示。

由圖2~圖4可見，不同百公里油耗的燃油乘用車電動化替代后每減少1t汽油，節(jié)能量和減碳量均不同；相同百公里油耗的燃油乘用車電動化替代后，在不同地區(qū)減碳效果會有明顯差異，但節(jié)能效果一致。

圖2 不同地區(qū)燃油乘用車 （百公里油耗7L）電動化替代的噸汽油節(jié)能降碳效果對比圖

圖4 不同地區(qū)燃油乘用車 （百公里油耗13L）電動化替代的噸汽油節(jié)能降碳效果對比圖

燃油叉車替換為電動叉車，綜合考慮不同地區(qū)電力排放因子不同，節(jié)能量與二氧化碳減排量測算如表4所示。

不同地區(qū)燃油叉車電動化替代的噸柴油節(jié)能降碳效果如圖5所示。

由表4和圖5可見，燃油叉車電動化替代后每減少1t柴油，在西南和中部地區(qū)可以降低約1.5t二氧化碳排放量，在華北地區(qū)可以降低約0.4t二氧化碳排放量。叉車電動化替代在不同地區(qū)節(jié)能量相同而碳減排量有明顯差異，南部和中西部地區(qū)電動化替代的減碳效果更好。

圖3 不同地區(qū)燃油乘用車 （百公里油耗10L）電動化替代的噸汽油節(jié)能降碳效果對比圖

表4 燃油 （柴油） 叉車替換為電動叉車的節(jié)能量與二氧化碳減排量

3 研究結論與政策建議

1） 燃油車輛電動化替代確實可以減少碳排放，耗油量大的車輛電動化替代減排效果更明顯。在各地落實中央碳達峰和碳中和的背景下，建議各地政府和企業(yè)優(yōu)先考慮對耗油量大的車輛開展電動化替代。

圖5 燃油叉車電動化替代的噸柴油碳減排效果圖

2） 燃油車輛電動化替代在不同地區(qū)減碳效果會有明顯差異，但節(jié)能效果一致。南部和中西部地區(qū)電動化替代碳減排效果更明顯，考慮到碳市場對碳排放的約束，南部和中西部地區(qū)燃油車輛電動化替代產生的碳資產更多，可以減少相應的補貼力度。應加大車輛電動化替代對碳減排作用的宣傳，推動車輛電動化替代，為交通領域碳達峰、碳中和貢獻應有的力量，與此同時，在北部地區(qū)不斷提升新能源在能源結構中的占比，降低電網(wǎng)的碳排放水平。

3） 目前國家不止強調節(jié)能，“十四五”期間更是用碳排放指標作為牛鼻子牽引節(jié)能環(huán)保工作。根據(jù)減碳效果不同，應在落實政策中重點考慮電力來源對減碳量的影響，在碳達峰和碳中和過程中充分考慮不同地區(qū)車輛電動化替代的差異性，建議企業(yè)在購置電動車的同時建設新能源充電裝置，將減碳效果最大化。