电动车排放问题更突出? 全生命周期算总账 电动

食品在线网 2021-02-10 12:04:22
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每经记者 孙桐桐 李彪 每经编辑 陈星

电动汽车低碳环保似乎已成为“真理”,但您了解事情的全貌吗?

随着世界多国提出碳达峰、碳中和时间表,汽车领域关于电动车和燃油车谁更低碳环保的话题也被屡次提及。

2020年底,在日本汽车制造商协会年终新闻发布会上,丰田汽车社长丰田章男对电动汽车的评论非常激烈,称电动汽车被过度炒作。他认为,当下电动汽车支持者没有考虑发电产生的碳排放和电动汽车转型的成本。

令丰田章男难以想象的是,新能源概念已经引爆资本市场,全球年销量不到50万辆的特斯拉,一年时间市值累计涨幅超7倍,成为全球市值最高车企。特斯拉的市值是丰田的3倍多,销量却仅为丰田的5%。

虽然新能源概念在资本市场的表现有着非理性的一面,但碳中和目标倒逼全球汽车公司加速发展新能源却是不争的事实。国家发改委能源研究所研究员姜克隽认为,将发电环节的碳排放转换后,电动汽车依然是低碳的。

电动车到底有没有污染?与燃油车相比,它的低碳效应要如何量化?《每日经济新闻(博客,微博)》记者从两类汽车的生产、使用和报废等全生命周期进行比对,展开深入采访和调研,为您揭晓答案。

发电结构测算:电动车具有较好减排优势

事实上,对电动汽车和燃油车到底谁更低碳环保这一问题,业内、机构和专家始终有不同看法,而争论的焦点聚集在发电环节上。

华泰证券曾作过一个简单的测算,并作出了一些中性的参数假设。

能耗方面,根据AutoLab数据,2020年中国主要的157款纯电动车的百公里耗电量大致在12KWh~20KWh,假设为16KWh,而纯汽油车在平滑路面上每百公里耗油量为4~8L,假设为6L;

输电和充放电效率方面,根据美国能源局的研究,2019年电动车新能源转换效率约为90%,同时考虑远距离输电效率约90%;

根据中国碳排放交易网数据,2019年汽油的碳排放强度为2.361kg/L,而根据北极星电力网数据,2018年火电碳排放强度均值达到841g/KWh。

根据上述数据假设,在新增发电为100%火电的条件下,电动车实际新增碳排放为17.43kg/百公里,高于传统燃油车的14.17kg/百公里,而当新增火电的比重降至80%或以下时,电动车的实际碳排放才小于燃油车。

姜克隽认为,即便将发电环节的碳排放转换后,电动汽车依然是低碳的。他算了一笔账。目前,电动汽车百公里电耗在15KWh左右。依据我国现在的发电结构,2019年平均每KWh二氧化碳排放在0.51kg,也就是电动汽车每百公里二氧化碳排放在7.6kg左右。而一辆百公里油耗7L的小汽车,二氧化碳排放量在17.2kg左右。即使最先进的混合动力小汽车,在北京道路工况下,百公里油耗3.7L,其二氧化碳排放也在9.1kg左右。也就是说,今天的电动车,已经具有较好的碳排放减排优势。姜克隽在进行上述推算时,提到了一个前提条件——发电结构。

其实,发电环节有一个关键词非常重要,那就是“火电”或“燃煤发电”。换句话说,用什么原料发电,对排放结果至关重要。

丰田章男举例称,在日本电力供应中,火力发电占到77%,可再生能源和核电占比只有23%。与之形成鲜明对比的是,德国火电占比不到60%,可再生能源和核电占比约47%。而核电大国法国的可再生能源和核电占比高达89%,火电只占11%。因此从碳中和的角度来说,如果把电力生产环节的碳排放考虑进去的话,以丰田为例,同样是YARIS这款车,在法国生产更环保。

我国的能源构成情况如何呢?在发电量方面,火电仍占大头。根据Wind数据,2020年12月,火电发电累计同比增长1.2%,已经比2019年同期下降0.7个百分点,比2018年同期更是下降4.8个百分点。根据中国电力企业联合会发布的《中国电力行业年度发展报告2020》,2019年,我国全口径发电量为73266亿千瓦时,比上年增长4.7%。从分项数据看,煤电发电量增速最低。该报告还预测,2035年我国非化石能源发电装机比重超过60%,发电能源占一次能源消费比重超过57%。换句话说,机构测算中“新增发电为100%火电”的前提并不科学,而且随着时间的推移,我国非化石能源发电占比将越来越高。

全生命周期测算:电动汽车减碳优于燃油车

在全生命周期的计算中,电动汽车也更低碳。

姜克隽表示,按照近期的研究,每辆汽油车的生产制造以及原材料的二氧化碳排放为8吨,电动车排放为10.5吨,其中电池制造为4吨。

2019年,我国汽油车生产制造排放仍为8吨左右,而电动车的生产制造排放,由于电池技术进步和整车重量的下降,已经降到9吨左右。

姜克隽称,如果考虑小汽车寿命期内行驶距离在20万公里左右,则加上运行过程中的排放,电动车在24.8吨左右,汽油车在42.4吨,高性能混合动力汽车在27吨左右。

中国汽车工程学会发布的《汽车生命周期温室气体及大气污染物排放评价报告2019》也显示,在全国平均电力水平下,各级别(A00、A0、A、B、C级)纯电动乘用车相比对应级别的汽油乘用车,全生命周期温室气体减排比例为21%~33%。

此外,纯电动车辆VOCs削减比例约为75%。对于氮氧化物,A00~B级纯电动乘用车相比同级别汽油乘用车的削减比例为6%~26%,C级纯电动乘用车与汽油乘用车排放因子相当。

需要注意的是,上述《报告》指出,不同地区电网电力对于温室气体、氮氧化物、一次PM2.5的排放影响较大,主要是由于三种排放物主要来源于车辆的燃料周期。

以温室气体为例,使用全国平均电力时,纯电动乘用车可削减21%~33%的温室气体,而在可再生能源占比较高的南方区域电网下,温室气体的削减比例可上升至35%~46%。

此外,不得不提的是,不仅仅是政策在倒逼,市场也在积极营造非化石能源发展的环境。目前,光伏发电成本已低于火电,这也为非化石能源替代化石能源提供了非常好的契机。

国际可再生能源署发布的《2019年可再生能源发电成本报告》显示,2010~2019年,全球光伏发电度电成本已经从0.378美元降至0.068美元,降幅达82%。

“在未来的中国能源规划中,太阳能(000591,股吧)、风能、核能等清洁电能是重点发展方向,即将变革的能源格局配合电动汽车的大规模应用,排放和污染将会降低再降低。”中国电动汽车百人会副理事长、中国科学院院士欧阳明高表示。

姜克隽认为,实现碳中和需要能源系统的明显转型。到2050年,交通实现净零排放,主要途径是道路交通里面,除一部分重型卡车使用氢燃料电池技术外,其他车辆都为电动车。中大型轮船采用氢燃料电池作为推动能源,其他为电池驱动。铁路运输中难以电气化的铁路运输用氢燃料电池驱动。航空中小型飞机采用电池驱动,大型飞机近一半用生物航煤,其他为氢动力飞机。

“未来电力系统净零排放或者负排放,电动汽车就没有排放问题,生命周期的排放也近于零。”姜克隽说。

盲目追求高续航对低碳环保无益

除了“行驶排放账”“能源结构账”,还有一本账不容忽视,那就是高续航的电动车是否低碳环保。

近年来,随着动力电池技术的进步和成本降低,电动车续航里程稳步提升。当前,高续航里程成为多数车企追求的目标。蔚来汽车、智己汽车、广汽埃安相继宣布将推出1000公里续航电动车。

而中国工程院院士杨裕生曾多次公开呼吁应理性看待续航里程:“续航里程越高,意味着装载的电池越多,耗电多不环保,特斯拉就是典型的例子。单纯发展高续航的纯电动车,也违反了我们发展电动车节能减排的宗旨。”

据媒体报道,此前有消费者在中国香港花5.1万美元买了一辆Model S,在通过新加坡政府车辆碳排放(CEVS)标准检测时被告知:Model S在测试后被认定为“非环境友好车型”,被新加坡陆路交通管理局处以1.088万美元的罚款。据披露,Model S二氧化碳排放量为每公里222克(包括发电环节产生的二氧化碳),属于严重超标。

“假设不同续航里程的电动车采用同一种电力来源,那此时‘百公里能耗’将成为评判电动车碳排放的重要指标。百公里能耗越低,意味着行驶相同里程所需要的电量就越低,碳排放相应也就越低。对于用户而言,能耗越低,行驶相同的距离,花费也就越少。”爱驰汽车相关技术专家告诉《每日经济新闻》记者,对于电动车而言,不应该一味追求续航里程的长短,更应该注重能耗表现。

事实上,高续航电动车的碳排放与电池能量密度也有一定关系。

“续航500公里和800公里的电动车,如果电池能量密度相同,就意味着800公里的车比500公里的车重,耗电就更高,碳排放也就更高。但假设800公里的电池能量密度是500公里的1.6倍,那么两辆车的电池重量和整车重量都是一样的,电耗、碳排放也就相同。”一位动力电池行业专家告诉《每日经济新闻》记者,通过提升电池能量密度来提升续航里程,未必会增加碳排放。但产业化的前提是技术要成熟,安全性能大幅提升。

从目前的行业应用来看,智己汽车使用的“掺硅补锂”电池,能量密度大约是磷酸铁锂电池包的1.6倍,大约是三元锂电池包的1.3~1.4倍。

此外,大型电动车也不利于降低碳排放。

上述《汽车生命周期温室气体及大气污染物排放评价报告2019》表明,假定所有车辆均在全国平均电力情况下生产、组装、使用,从车辆级别角度来看,无论是对于汽油乘用车或是纯电动乘用车,A00级别车辆均具有最小的温室气体排放因子,随着车辆级别的增加(从A00至C),全生命周期的温室气体排放水平依次增加,这是由于较高级别车辆的燃料周期和材料周期温室气体排放水平均高于低级别的车辆。

因此,中国汽车工程学会建议,未来应加快建立新能源汽车能耗标准,控制各级别新能源汽车的能源消耗。同时,汽车产业应持续推进车辆的小型化发展,鼓励合理优化纯电动车续航里程设置,避免盲目追求续航里程造成的资源浪费和能耗排放增加。

动力电池回收减排不容忽视

节能环保不仅体现在车辆生产、使用上,对电动汽车而言,动力电池的碳排放和污染防控也是重要一环。

尽管动力电池的使用过程可以实现清洁零排放,但动力电池的生产却是一个高耗能的环节。动力电池生产的整个流程可以简单分为上游的原材料获取及加工、电池制造组装两个环节。

全球性环保组织绿色和平在其发布的《2030年新能源汽车电池循环经济潜力研究报告》中提出,以镍钴锰三元电池为例,以每千瓦时产生的二氧化碳当量为单位,其中上游原材料环节可产生碳排放约59kg。电池制造组装阶段所产生的碳排放与能源结构有很大关系,若以清洁能源为主,该阶段的碳排放可低至2kg,但若依赖传统化石能源,碳排放最高可达47kg。因此,动力电池整个生产过程的总碳排放,因生产厂商所在国家的能源结构不同,估算在61~106kg/ KWh。

“动力电池的污染主要存在于回收端,例如,由于未能妥善处理,动力电池中的电解液等物质流出,会造成土壤污染以及水污染。预计从2020年起,我国开始进入电动车大规模退役潮,2020年退役量预计达到约14万吨,累计退役量约25万吨,动力电池回收端带来的污染不可忽视。”宁德时代(300750,股吧)相关负责人对《每日经济新闻》记者表示。

虽然国家制定了较为完善的政策管理体系,但是动力电池回收产业为快速发展的新事物,相应的管理制度需要持续完善和优化。

“目前,国家密集出台相关政策,通过编码和溯源管理平台,对动力蓄电池,从生产、销售、使用、报废、回收、利用全生命周期进行信息采集,监控各环节责任主体。同时,随着科技水平的提升,动力电池中重金属等回收效率也逐步提升。动力电池的环保性正在逐渐改善。”上述宁德时代负责人表示。

据了解,退役动力电池进行梯次利用,主要包括储能系统、通信基站、数据中心的备用电源系统、充电站和低速电动车等领域,替代部分新电池的需求,从而达到减少碳排放的效果。

上述报告尝试量化评估了我国退役电池梯次利用对新电池原材料获取及加工环节的减排效益。在中国,若将2025年80%的乘用电动汽车和商用电动汽车退役的动力电池进行梯次利用,理论上会比制造同等电量的全新电池碳排放减少185万吨。2030年梯次利用退役动力电池将比制造新电池减少909万吨碳排放。

上述报告数据显示,2021~2030年,中国退役的动力电池将达到708GWh,将这些电池有效地梯次利用将比制造等量的新电池减少近3342万吨碳排放。

而随着电动汽车技术逐步提升,规模化应用已迎来市场爆发节点,这将进一步降低动力电池回收再利用的成本,促进动力电池环节的减排,从而减少车辆全生命周期的污染和排放。汽车电动化不等于“纯电化”

虽然发展电动汽车已是大势所趋,但这并不意味着燃油车的内燃机节油技术提升毫无意义。

“如果优化后的内燃机再和电动系统结合起来,两者优势互补,就可以更加节能减排,减少用户的负担。”杨裕生认为,在汽车电动化趋势的大潮下,传统燃油车可能会逐渐减少,但内燃机技术在不断进步,油耗持续降低,使用成本也在逐步下降。

事实上,对“纯电化”的“纠偏”也得到了政策上的明确肯定。

2020年10月,由中国汽车工程学会组织修订编制的《节能与新能源汽车技术路线图2.0》中,用“全面电驱动化”代替了“禁燃时间表”,提出“到2035年,混合动力新车占传统能源乘用车的100%”。

国务院办公厅发布的《新能源汽车产业发展规划(2021~2035年)》也指出,以纯电动汽车、插电式混合动力(含增程式)汽车、燃料电池汽车为“三纵”,布局整车技术创新链。

“中国向世界承诺2060年达到碳中和,汽车产业转型升级迫在眉睫,要按照减碳、低碳到零碳这个路线,所以混动是不可缺失的、最有效的技术。节能汽车和新能源汽车要双轮驱动,同步发展。我国的目标是2025年乘用车油耗降至4L/百公里,如果没有混动技术支持,这个目标难以实现。”中国汽车工程学会名誉理事长付于武认为。

值得一提的是,由于理论上零排放的特性,氢燃料电池被视为汽车行业实现“碳中和”的终极方案。目前国家已确定将氢能纳入能源战略体系,明确了氢能在能源体系中的定位。

公开资料显示,我国已设立了多个燃料电池汽车示范城市,累计运行车辆超过5000辆,累计运行里程超过1亿公里,已建和在建的加氢站超过140座。

2020年9月,财政部、工信部、科技部、国家发改委、国家能源局联合发布了《关于开展燃料电池汽车示范应用的通知》,提出以城市群开展示范。

全国政协副主席、中国科学技术协会主席万钢指出,从能源的角度来看,要实现碳中和、碳达峰目标,需要更多地发展可再生能源。其中,氢气具有来源多样化、驱动高效率、运行零排放等特征。而燃料电池汽车则可以广泛地应用于交通、建筑、工业和更高效的储能领域,可推动汽车产业碳达峰、碳中和的目标如期达成。