机动车新能源替代的经济成本与环境效益研究

李晓璐， 张文峰， 李宇飞

（山西省环境规划院，山西 太原 030000）

引 言

机动车尾气污染是大气污染的重要来源之一，根据《中国机动车环境管理年报》数据，2017年全国机动车排放一氧化碳（CO）2 920.3万t，氮氧化物（NOx）532.8万t，颗粒物（PM）48.8万t，碳氢化合物（CxHy）342.2万t［1］。2017年，京津冀及周边地区大气污染传输通道城市PM2.5来源解析研究结果显示，移动源对PM2.5的贡献在10%～50%［2］，在人口密度较高的北京、上海等地移动源对PM2.5的贡献已达到40%以上，山西省会城市太原市机动车尾气对PM2.5贡献的占比约为16%［3］。因此，随着城市化进程的加速，机动车保有量的快速增长，机动车尾气污染将成为很多城市重要甚至首要的污染问题。

为减轻城市大气污染，太原市逐步推广新能源汽车，以出租车为例，逐步实现由传统燃油汽车经历燃气汽车后更换为纯电动汽车。燃气汽车较燃油汽车实现了多种污染物的大幅削减，而纯电动汽车行驶过程中不会产生废气，相比对环境影响更小。同时，纯电动汽车在行驶过程中运行平稳、噪声低，对能源的利用率高，特别是在城市交通拥堵时表现尤为突出。2016年底，山西省太原市实现了全市8 292辆出租车“气改电”工作［4］，成为全国首个纯电动出租车城市。该措施的实施有效地减少了大气污染物的排放和化石燃料的消耗。本文通过对出租车新能源替代措施的经济效益、环境效益和环境问题进行分析，研究机动车尾气污染的有效控制手段。

1 纯电动汽车推广的环境效益

1.1 污染减排效益

从燃油汽车和燃气汽车的污染物排放水平对比情况来看，燃气车与国三和国四标准燃油车相比，CO、NOx、SO2、VOCs具有明显的减排优势，与国五标准燃油车相比，NOx减排优势明显，其他污染物减排不明显，详见第39页图1。可见，燃气车在一定程度上其大气污染物排放量还是少于传统燃油车，CO、VOCs、NOx分别为燃油车排放量的20%～30%。

太原市出租车全部更换为纯电动汽车后，仅考虑机动车使用过程，以替代国四标准（颗粒物以国三标准）汽油车计算，每年预计SO2减少排放9.95t、NOx减少排放193.3t、CO 减少排放2 437.8t、PM2.5减少排放9.95t、PM10减少排放9.95t。太原市还出台了包括公交客车和私家车的纯电动汽车推广计划，相关政策实施后预计移动源对PM2.5排放总量的贡献可达到4%，相比替代之前有明显的降低。

1.2 碳减排效益

燃油汽车在行驶过程中会排放大量的二氧化碳，CO2是重要的温室气体，引发温室效应，造成全球变暖等气候现象。经初步核算，全省机动车全部使用燃油的话，CO2放量约为3 000多万t／a。按照全省出租车和公交车实现燃气替代来核算，CO2减排量近100万t／a，详见第39页表1。太原市以纯电动汽车替换汽油出租车后，若不考虑发电过程增量，每年预计减排CO216.9万t，若将发电过程产生的污染物排放考虑在内，在现有的电网结构下，CO2减排量亦可达14万t。相比之下，燃气汽车的CO2减排量仅为纯电动汽车的1／3。由此可见，燃气车和纯电动汽车均能大幅减少行驶过程中温室气体的排放，尤以电动汽车更为突出。

图1 不同燃料类型出租车运行污染物排放系数

1.3 能源节约效益

电动汽车是以车载电源为动力，用电机驱动车轮行驶，具有内燃机汽车的性能和纯电动汽车的基本特征的新能源汽车，其车载电源一般采用高效充电电池或燃料电池。由于电动机的效率远高于内燃发动机，因此，使用电动汽车还可以有效减少能源的消耗量，提高其利用效率。根据电动汽车全生命周期评价研究结果，纯电动汽车的能耗相比传统燃油汽车低50%左右［5］。化石燃料消耗量的减少也会带来大气污染物排放量的减少，进一步佐证了推广纯电动汽车对于节能减排的促进作用，显示出其巨大的环境效益。

2 纯电动汽车资源环境问题

纯电动汽车虽然在行驶过程中不产生污染物，但其动力来源——电力在生产过程中会排放相当的污染物，将这一部分污染物考虑进去才能全面准确地评价纯电动汽车带来的减排效益。同时，纯电动汽车使用的电池在报废后的处理也十分值得关注。

2.1 发电过程造成的环境污染

由于电力生产过程会带来大气污染物排放的增量，根据各地区电网能源结构的不同，会使前述污染减排量降低。由于山西火电发达，以纯电动汽车电力来源均为火电厂来计算，考虑所有电厂均已完成超低排放改造，则电动汽车的减排效益变得不太明显，但考虑到电动汽车对低矮排放源排放量的大幅削减，以及我国“富煤少油”的资源禀赋现状，机动车的电动化还是有较大必要性。同时，考虑到未来电网的能源结构中可再生能源占比会大幅提高，各类污染物的减排效益将进一步凸显［6－7］。

表1 山西省出租车和公交车使用燃气的碳排放量

2.2 废旧电池的污染

目前，电动汽车的动力电池主要有三元电池和磷酸铁锂电池两种。2018年以后，我国已进入动力电池规模化退役期，预计到2020年累计废旧电池将超过20万t。废旧动力电池对生态环境和人身健康均有威胁。一是重金属污染，电池正极材料中含镍、钴等重金属，不经专业回收处理会造成重金属污染。二是电解液污染，电解液溶质LiPF6属有毒物质且易潮解，造成氟污染，溶剂会造成水污染。同时，废旧动力电池中所含的金属元素等也是重要资源，及时回收利用既能减少环境污染也能防止资源浪费。因此，应建立完善的动力电池回收体系。目前，比亚迪已自主打造动力电池回收闭环，建立起完整的电池回收链条，对环境造成的危害小，其含有的所有化学物质均可在自然界中被环境以无害的方式分解吸收，能够很好地解决二次回收等环保问题。

3 纯电动汽车推广的经济成本

以太原市出租车替换的比亚迪E6纯电动汽车为例，2016年比亚迪E6纯电动汽车市场价为30.98万元，根据山西省《电动汽车推广应用省级补贴资金管理办法》的规定，山西省对购买纯电动汽车按照同期国家补贴资金1：1配套省级补贴，经国家、省、市等各级政府补贴后，比亚迪E6的购买单价为8.9万元，补贴率高达71.27%。因此，太原市替换8 292辆出租车所需的投资费用：出租车经营者需投资花费73 798.8万元，山西省财政补贴91 212万元，占当年全省财政支出的0.2%。从运行成本来看，燃油出租车百公里油耗约为8L／100km［7］，燃气出租车百公里耗气约为9m3／100km，比亚迪E6纯电动汽车百公里电耗约为25度／100km［1］，三者的运行成本比较如表2所示。相比于燃油出租车和燃气出租车，比亚迪E6百公里的运行成本分别降低60%和30%以上，优势明显。

4 结论

1）机动车电动化具有较好的环境和经济效益。仅太原市出租车替代一项，就可实现每年减排SO29.95t，NOx193.3t，CO 2 437.8t，PM2.5 9.95t、PM10 9.95t、CO214万t。替换后的纯电动汽车相比于传统燃油出租车和燃气出租车，百公里的运行成本分别降低60%和30%以上。可以认为是，机动车的电动化替代是未来机动车污染控制的有效途径之一。但电动车成本目前仍较高，还需进一步提高科研能力，降低生产成本。

表2 出租车运行成本比较

2）大气污染防治是一项系统性工程。纯电动汽车的增加带来了用电量的增加，污染物排放从汽车运行过程排放转移到了电厂排放。因此，要想实现更大程度上的环境效益和污染减排，还需优化电网的能源结构，增大可再生能源在电网中所占的比例。同时，要建立完善的废旧动力电池回收利用体系，防止重金属与电解液对自然环境的污染。