纯电动汽车CO2排放量估算与比较

龚利平

摘 要： “十二五”以来，我国新能源汽车发展迅猛，尤其是纯电动汽车和插电式混合动力汽车。但在我国电力结构目前以煤电为主的情况下，也有认为电动汽车实际碳排放高于燃油车的观点。本文以碳平衡法对纯电动汽车百公里CO2排放量进行估算，并与普通燃油乘用车进行简单对比。

关键词：纯电动汽车 电力结构 碳平衡法 CO2排放量

中图分类号：U469.72 文献标识码：A 文章编号：1003-9082（2016）05-0306-02

一、估算假定条件

1.只考虑火电厂产生的CO2排放，忽略其它类型发电厂的排放。太阳能、风能、水力、核能及潮汐能电站发电过程生产的CO2排放比火电厂少很多。

2. 只考虑使用过程的CO2排放，忽略生产纯电动汽车和生产燃油汽车过程中的排放，忽略建设火电厂和电网过程中的排放，忽略燃油在开采、提炼、储运等过程中的排放。以上过程也有一定的碳排放，不在本文讨论之列。

3.忽略电厂燃煤和汽油燃烧过程中可能产生的极少量CO、CxHy化合物和C单质，假定C元素全部转化为CO2。

4.忽略纯电动汽车和燃油车的官方电耗、油耗数据与用户实际消耗的差别，只采用厂家或官方数据计算。

二、纯电动汽车CO2排放估算方法

根据煤炭燃烧过程中碳原子守恒（碳平衡法），可以由如下公式估算纯电动汽车使用过程的等效CO2排放量：

W1= （1）

其中W1：纯电动汽车百公里CO2排放量，kg/100km；

12、44、1000分别是碳原子相对原子量、CO2相对分子量（按C12和O16计算）、kg与g的换算系数；

E：纯电动汽车百公里电耗，kW·h/100km；

H：燃煤电厂度电标准煤耗，g/ kW·h。根据中国电力企业联合会统计，2014年的值为300[1]；

k：标准煤碳排放系数，国家发展改革委员会能源研究所推荐值为0.67，它反映了我国发电燃煤平均含碳率按平均热量折算到标准煤的数值；

λ：火电占全社会电量的比率。根据中国电力企业联合会统计，2014年燃煤、燃气、燃油电厂发电量的比率分别为70.50%、2.38%、0.08%[1]。燃气电厂的度电排放大约是燃煤的40%[2]。由于相关数据缺失，燃油电厂按与燃煤电厂等效的放大系数折算。所以最终折算为λ=70.50%+2.3840%+0.08%=71.53%；

：电网损失率，根据中国电力企业联合会统计，2014年为6.64%[1]；

：充电环节的电量损失率，根据苌瑞锋先生的研究，取6%[3]；

：厂用电率，即火电厂在发电过程中自身也要消耗一定的电力。根据苌瑞锋先生的研究，取5%[3]；

p：电池自放电、容量衰减和电能转机械能效率比设计值降低等因素的复合损失率，反映为电动汽车实际续航小于理论值，根据假设条件4，本文取p=0。另外，电动汽车冬季使用电耗增加比燃油车油耗增加更为明显，文本单独考虑冬季使用的情形，取p=30%，即按冬季续航衰减30%估算；

q：碳元素不完全燃烧率，一般低于3%[4]。随着发电机组的大型化和超临界化，该值不断降低。为充分考虑CO2排放量，根据假定条件3，本文取q=0。

把上述参数带入公式（1）得到：

W1=0.6323E （2）

三、燃油乘用车CO2排放估算方法

本文只考虑普通燃油乘用车使用过程中消耗汽油（我国柴油乘用车比例很小）产生的CO2排放。根据燃烧过程中碳原子守恒，汽油平均密度按730kg/m3、平均組分按C8H18计算，可得：

W2：燃油车百公里CO2排放量，kg/100km；

B：百公里油耗，L/100km。

四、纯电动汽车CO2排放量估算

本文选取了2015年我国销量前10的纯电动汽车（纯电动乘用车占比超过80%）中，查到电池容量和续航的9个车系、13款车型，按公式（2）估算。注：各车型参数主要来自汽车之家网站。

这13款电动汽车百公里电耗从7.3到20.5不等，平均12.3 kW·h/100km，总体随着车重和功率的增大而增大。百公里CO2排放量从4.64到12.96不等，平均7.77kg/100km。冬季使用从6.62到18.52不等，平均11.10kg/100km。

五、燃油乘用车CO2排放量估算

1.平均值法

由于燃油乘用车车型众多，不便于选取具体车型计算。本文选取2014年全国乘用车平均油耗和销量前十的乘用车生产企业平均油耗，按公式（3）进行估算。

表2 主要企业燃油乘用车百公里CO2排放量估算

注：汽车销量数据来自汽车工业协会 [5]，燃料消耗数据来自工业信息化部[6]。

所选十家企业（上海通用按三家分公司分别统计）的乘用车百公里平均油耗从6.82到8.01不等，平均7.14L/100km。百公里CO2排放从15.37到18.05不等，平均16.09kg/100km。2014年全国燃油乘用车平均油耗7.22L/100km，平均排放16.27kg/100km。

2.极限值法

由于工业信息化部所给的平均油耗是算术平均，无法反映不同排量车型之间数量的巨大差别。转而可以从中选取油耗最小的车型，则全行业的油耗水平一定大于这款车。从工业信息化部“中国汽车燃料消耗量网站”查到油耗最小的是“江南TT”等车型，综合油耗是4.8L/100km，由公式（3）估算的CO2排放量是10.82kg/100km。该值介于本文所列纯电动汽车正常天气使用平均排放量7.77和冬季使用平均排放量11.10之间。

六、对比分析结论

1.正常天气下使用，所有选择车型的纯电动汽车CO2排放量都低于前十家企业燃油乘用车的平均排放和全国燃油乘用车的平均排放。冬季使用，除比亚迪e6外在，其余八款纯电动汽车的排放也都低于燃油车的排放。

2.正常天气使用，除比亚迪e6外，其余12款纯电动汽车CO2排放都低于燃油乘用车的最低排放10.82kg/100km，因而也低于燃油车全行业的排放。但冬季使用，所选13个电动车型有7款超过燃油车的最低排放。

3.按照公式（3）估算，如果燃油车的排放要低于本文所选纯电动车的冬季平均值11.10kg/100km，平均油耗要由目前的7.22降到4.93L/100km以下；如要降到电动汽车正常天气使用的平均值7.77kg/100km，平均油耗更要降到3.45L/100km以下。

4.从技术进步和我國经济结果发展趋势看，发展纯电动汽车有积极的意义，主要理由如下：

4.1 我国火电比例近年的趋势是不断降低，随着核电和新能源发电的发展，有助于降低电动车的碳排放。

4.2 火电行业内部也不断淘汰落后产能，随着大型机组的比率不断提高，平均度电煤耗必定进一步降低。

4.3 新电池技术，如固态电池、锂空气电池、锂硫电池等，已经有了实验室成果，能量密度和充放电特性等方面有明显提升。虽然实现量产和规模化还有较长年份，新技术必然使电动汽车在性能和节能方面有大的进度。

5.单纯从降低排放出发，目前应该提倡发展轻量型纯电动汽车，大型电动乘用车并不具有明显的减排效果。

参考文献

[1]电力企业联合会.2014年电力统计基本数据一览表[EB/OL].2015.11.30.

[2]张辉等. 燃气与燃煤电厂主要污染物排放估算分析[J].环境工程，2012.3.

[3]苌瑞锋等.我国电动汽车碳排放量计算方法的探讨[C].北京，2011中国电工技术学会学术年会论文集，2011.9.

[4]丁洋.电动汽车对火力发电能耗及环境影响研究[D].P21，2013.3.

[5]汽车工业协会.2014年乘用车品牌销量前十位排名[EB/OL].2015.01.16

[6]工业和信息化部等五部委.关于2014年度中国乘用车企业平均燃料消耗量核算情况的公告 2015年41号[Z].2015.06.23.