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数据证明电动汽车为何更加环保

作者/来源:CNEV
2016-05-23 09:25:29

电动汽车如何在生命周期总体温室气体排放上击败汽油车

电动汽车是美国未来交通至关重要的一环,因为它拥有大幅降低全球温室气体排放的潜力,尤其是在用清洁电力充电的情况下。与其他更高效的汽车和先进的生物燃料等节油方法一起,电动汽车可以在未来20年中助力减少一半的美国预计石油用量。电动汽车还将在实现本世纪中期的深度减排中发挥至关重要的作用,这样方能避免气候变化产生最坏的影响。

本报告将探讨电池电动汽车和同级别汽油车在整个生命周期中的温室气体排放情况,涉及从原材料到汽车生产、使用以及废弃处理或循环回收的整个周期,进而对这两类汽车做出比较。为此,我们对电池电动汽车的碳足迹进行了最新的评估,其中考虑了有关发电和电池电动车型的最新信息。我们用作建模样本的两种电池电动汽车(中型和全尺寸)并不对应任何具体的制造商,但是以目前在美国最畅销的两款电池电动车型为基础:日产聆风和特斯拉Model S。我们的分析反映的是美国消费者能够买到的电池电动汽车和可资比较的同等汽油车。

我们的分析表明:

电池电动汽车从整个生命周期的角度看更为清洁。平均来说,当今市场上出售的典型电池电动汽车排放的温室气体要比同等汽油车少一半以上,即使考虑到与电池电动汽车生产相关的更高排放量也是如此。基于对目前市场上两种最畅销的电池电动汽车的建模及其目前的销售区域,6-16个月的行驶即可抵消制造过程产生的过量排放。

平均来说,电池电动汽车的温室气体排放量要比同等汽油车少一半以上。在美国境内多使用可再生能源电力的地区,这种减排效果就更加明显。

要点

电动汽车是美国未来交通至关重要的一环,因为它拥有大幅降低石油消耗和温室气体排放的潜力,尤其是在用低碳可再生能源电力充电的情况下。新的UCS(忧思科学家联盟)分析发现,在从制造到行驶再到废弃的整个生命周期中,电池电动汽车排放的温室气体要比同等汽油车少50%。根据电厂排放和电动汽车销售最新数据,驾驶一辆电动汽车产生的温室气体平均来说与每加仑燃料行驶68英里的汽油车相近。要充分发挥其温室气体减排潜力,电动汽车必须占据更大的汽车销量份额,同时电网必须继续从煤电转向可再生能源发电。

电动汽车的行驶比以往任何时候都更为清洁。在分布着美国三分之二人口的地区,驾驶典型的电动汽车所排放的温室气体少于每加仑燃料行使50英里的汽油车,而我们2012年报告的人口分布比例只有45%。取决于电动汽车目前在美国的具体销售区域,典型电动汽车产生的温室气体排放相当于燃料经济性评分为68英里/加仑的汽车。

随着来自可再生能源的电力逐渐增加,电动汽车将变得更为清洁。在可再生能源发电量占80%的电网中,电池电动汽车制造过程产生的排放可减少25%以上,而汽车行驶所产生的排放量可减少84%——合计减排60%以上(相比目前生产和行驶的电池电动汽车)。

电动汽车行驶的总体温室气体排放

虽然电池电动汽车没有尾气排放,但其使用过程所产生的总体温室气体排放却并不是小数目;这些排放取决于对汽车电池进行充电的电力来源和汽车的效率。我们对美国26个“电网区”(见图ES-1。表示一组电厂共同作为一个地区的主要电力来源)的电力消耗所产生的温室气体进行了估计,同时我们对这些地区的电动汽车使用和充电情况与驾驶汽油车的情况进行了比较,据此对每个地区进行了评估。我们还根据最新的销售数据对2015年在美国销售的新型电动汽车(同时包括电池电动车和插电式电动车)的平均效率做出了估计。

图ES-1. 各电网区电动汽车温室气体排放评估和汽油车排放当量

良好(31-40英里/加仑)

优秀(41-50英里/加仑)

最好(超过51英里/加仑)

美国平均值(电动汽车销售加权):68英里/加仑

注:各区域的英里/加仑数值指:与驾驶电动汽车产生同等温室气体总体排放的汽油车所达到的城市/公路综合燃料经济性数值。地区温室气体排放评分依据美国环境保护署的“eGRID 2015”数据库(最新版)中的2012年电厂数据做出。各比较指标包括汽油和发电燃料生产排放。68英里/加仑的美国平均值根据2014年电动汽车销售区域进行了销售加权平均计算。

资料来源:美国环境保护署,2015C;IHS 2015。

我们发现,(1)在美国任何区域驾驶普通电动汽车所产生的温室气体排放均低于燃油经济性达到29英里/加仑的普通新汽油车;(2)26个区域中,20个区域的评估值都在2012年报告水平的基础上得到改善;以及(3)在超过66%的美国人(仅在三年前还只有45%)生活的区域内,通过地区电网为电动汽车充电所产生的温室气体要少于燃油经济性为50英里/加仑的汽油车。

而且,美国某些地区的电网清洁度还要由于全国平均水平,考虑到这些地区销售和上路行驶的大量电动汽车,电动与汽油汽车之间的比较就更值得关注了。因此,根据2014年电动汽车销售地区加权计算,在美国驾驶电动汽车产生的温室气体相当于驾驶68英里/加仑的汽油车。

使用电动汽车产生的排放量应该会继续下降,因为2013-2015年美国全国数据显示,煤电比例出现下降,风能和太阳能等可再生能源的发电比例相应增加。另外,美国环境保护署2015年最终确定的《清洁电力计划》为更大的进步开辟了机会,因为各州必须共同在2030年以前将其电力部门碳排放量在2005年基础上减少32%。同时,许多电动汽车车主在购买电动汽车的同时也对住房进行太阳能投资。随着越来越多的可再生能源电力入网、化石燃料电厂碳排放标准开始实施,以及汽车技术的不断改进,电动汽车的减排效益将不断提高。

全生命周期总体温室气体排放情况(每英里二氧化碳当量克数)

注:我们假定中型汽车在使用寿命期间行驶135,000英里,全尺寸汽车行驶179,000英里。这两个行驶里程的差异源于84英里续航里程和265英里续航里程的电池电动汽车的不同使用情况,详见“第2章”。我们进一步假定,购买电池电动汽车的车主行驶的总里程数会与同级别的汽油车相同。我们采用美国平均电网排放量来估计汽车制造过程产生的排放,而汽车使用阶段的平均电网排放强度则基于电动汽车目前销售区域的销售加权平均值。

电池电动汽车制造过程的总体温室气体排放

无论何种动力的汽车,其制造过程都会产生温室气体排放。但是,制造电池电动汽车所产生的排放量要多于汽油车,这主要是因为电池电动汽车锂离子电池的材料和制造工艺。在常见的美国电网结构中,我们发现制造一辆中等续航里程(单次充电行驶84英里)的中型电池电动汽车所产生的总体制造排放一般会多出1吨有余,因而比制造同级别汽油车多排放15%。但是,以电力代替汽油则能在汽车的整个生命周期内使总排放减少51%。

长续航里程(单次充电行驶265英里)的全尺寸电池电动汽车配备了更大的电池,会增加6吨左右的排放量,制造过程产生的排放相比同级别的汽油车多出68%。但是,这种电动汽车的总排放量仍比同级别汽油车低53%(见图ES-2)。

换句话说,电动汽车生产所增加的排放量会迅速被行驶过程的减排效果大大抵消。拿一辆普通的中等续航里程电池电动汽车与一辆普通的中型汽油车作比较,前者只需行驶4,900英里就能“偿还”(即抵消)其生产过程所增加的总体温室气体排放。与此相似,相比同级别的汽油车,长续航里程的全尺寸电池电动汽车只需行驶19,000英里就能抵消其生产排放。根据这些车型的一般使用情况,中等续航里程的中型电池电动汽车大约相当于行驶6个月,长续航里程的全尺寸电池电动汽车则大约相当于行驶16个月。

同时,随着汽车制造商不断积累经验并提高生产效率,制造电池电动汽车所产生的排放量本身也在不断下降。随着对清洁制造的重视,排放量还可以进一步减少。电动汽车业可以通过许多方式来减少与制造过程相关的排放,其中包括:

生产效率的提高以及锂离子电池回收或再利用方面的进步,转而采用材料能耗较低的其他电池化学配方;以及在制造商和供应商设施中使用可再生能源

技术人员在汽车生产和组装中测试电动汽车电池组的性能。相比汽油车,电池增加了电动汽车制造过程的相关排放,但是额外的生产性排放可在平均6-16月的行驶中被抵消。

建议

为了加速美国向低碳未来转型,我们提出以下一些建议:

在美国环境保护署的《清洁电力计划》下,各州应制定并实施将前有力的合规计划,将可再生能源和能源效率放在优先地位,以实现其减排目标。

政府各级政策制定者应采取新的或更有力的政策和方案来提高能源效率、促进可再生能源的部署。可取的选择包括可再生能源电力标准、能源高效资源标准、碳定价机制、税收优惠和其他经济奖励,以及改进电网运营、传输和资源规划。

政府和私营部门应该支持更多的研究项目,以减少与电动汽车电池生产相关的温室气体排放,提高其使用效率,并改进电池回收或再利用方法。通过支持这个新兴领域,我们不仅可以鼓励制造商减少生产性排放,也可以降低电池成本。

为了增加电动汽车的效益(特别是在发电环节温室气体排放高于美国平均水平的地区),应以政策手段支持有意投资清洁电力的用户,比如安装屋顶太阳能光伏系统或购买可再生能源额度等等。

电动汽车制造商及其供应商应提高汽车制造过程中可再生能源电力的使用比例。忧思科学家联盟估计,在可再生能源电力占到80%的未来电网中,电池电动汽车仅在制造环节就能比当前减少25%以上的排放量。

电动汽车不仅有碳减排效益,而且也能节省石油,减排效益最显着的就是电力来源碳水平最低的地区。为了充分发挥其潜力,在电网从煤电向低碳可再生能源发电转变的同时,电动汽车也必须在汽车销量中占据更大的份额。这两大转型进程的推进构成了一项关键战略:在未来20年内将预计石油用量削减一半,让美国在本世纪中叶之前走上通往净零气候排放的轨道。

来源:CNEV

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