1、Eco-EnvironmentalKnowledge Web环 境 科 学Environmental Science第44卷第4期 2023年4月Vol44，No4 Apr，2023面向 2035 的节能与新能源汽车全生命周期碳排放预测评价付佩，兰利波，陈颖，郝卓，邢云翔，蔡旭，张春梅，陈轶嵩*(长安大学汽车学院，西安710064)摘要:发展节能与新能源汽车是降低交通运输行业碳排放的重要技术路径 为量化预测节能与新能源汽车的全生命周期碳排放，利用全生命周期评价方法，以汽车相关技术路线和政策为参考，选取燃油经济性、整车轻量化水平、电力结构碳排放因子和氢能碳排放因子为关键参数，构建传统燃油汽车(I
2、CEV)、轻度混合动力汽车(MHEV)、重度混合动力汽车(HEV)、纯电动汽车(BEV)和燃料电池汽车(FCV)的数据清单并对其全生命周期碳排放进行量化预测评价，对电力结构碳排放因子和不同制氢方式碳排放因子进行了敏感性分析和讨论 结果发现，2022 年 ICEV、MHEV、HEV、BEV 和 FCV 的全生命周期碳排放量(以 CO2-eq 计)分别为208.0、195.5、150.0、113.5 和205.0 g km1 到2035 年，BEV 和 FCV 相比于 ICEV 具有较为显著的减碳效益，分别降低 69.1%和 49.3%电力结构的碳排放因子对 BEV 的全生命周期碳排放的影响最显著
3、 关于燃料电池汽车的不同制氢方式，短期应以工业副产氢提纯为主供应 FCV 氢能需求，长期以可再生能源电解水制氢和化石能源制氢结合碳捕获、利用和封存技术来满足 FCV 氢能需求，最终实现 FCV 全生命周期减碳效益的显著提高关键词:节能与新能源汽车;全生命周期评价(LCA);碳排放;电力结构;不同制氢方式中图分类号:X32文献标识码:A文章编号:0250-3301(2023)04-2365-10DOI:1013227/j hjkx202208236收稿日期:2022-08-25;修订日期:2022-11-14基金项目:长安大学研究生科研创新实践项目(300103722025);国家重点研发计划项
4、目(SQ2021YFE0192900)作者简介:付佩(1994 )，女，博士研究生，工程师，主要研究方向为燃料电池机制与新能源汽车全生命周期评价，E-mail:peifu chd edu cn*通信作者，E-mail:chenyisong_1988163 comLife Cycle Prediction Assessment of Energy Saving and New Energy Vehicles for 2035FU Pei，LAN Li-bo，CHEN Ying，HAO Zhuo，XING Yun-xiang，CAI Xu，ZHANG Chun-mei，CHEN Yi-song*(
5、School of Automobile，Changan University，Xian 710064，China)Abstract:The development of energy saving and new energy vehicles is an important technology path to reduce carbon emissions for the transportation industry Toquantitatively predict the life cycle carbon emissions of energy saving and new ene
6、rgy vehicles，this study used the life cycle assessment method and selected the fuel economylevel，lightweight level，carbon emission factor of electricity structure，and carbon emission factor of hydrogen production as key performance parameters to establish inventoriesof internal combustion engine veh
7、icles(ICEV)，mild hybrid electrical vehicles(MHEV)，heavy hybrid electrical vehicles(HEV)，battery electrical vehicles(BEV)，andfuel cell vehicles(FCV)based on automotive-related policy and technical routes The sensitivity of carbon emission factors of electricity structure and different hydrogenproduct
8、ion methods were analyzed and discussed The results showed that the current life cycle carbon emissions(CO2equivalent)of ICEV，MHEV，HEV，BEV，and FCVwere 207.8，195.2，149.9，113.3，and 204.7 g km1，respectively By 2035，BEV and FCV were predicted to have a significant reduction of 69.1%and 49.3%，respectivel
9、y，compared with ICEV The carbon emission factor of electricity structure had the most significant influence on BEV life cycle carbon emissions In terms ofdifferent hydrogen production methods of FCV，hydrogen demand should be mainly supplied by industrial hydrogen by-product purification in the short
10、-term future，whereashydrogen energy production by water electrolysis and hydrogen production from fossil energy combined with carbon capture，utilization，and storage technology should be usedto meet the hydrogen demand of FCV in the long-term future，so as to achieve a significant improvement in the l
11、ife cycle carbon reduction benefits of FCVKey words:energy saving and new energy vehicles;life cycle assessment(LCA);carbon emission;electricity structure;different hydrogen production methods根据国际能源署(international energy agency，IEA)数据显示，2020 年我国二氧化碳排放量为98.94 亿 t，约占全球的二氧化碳排放量的 30.9%，其中道路交通运输行业及其相关的石油
12、行业、电力行业是碳排放的重要来源 为应对全球变暖问题，我国政府承诺力争到 2030 年前达到碳峰值，到 2060 年前实现碳中和 面向碳中和愿景，2020年 10 月，国务院发布的新能源汽车产业发展规划(20212035 年)中提出，到 2025 年实现新能源汽车新车销售量达到汽车新车销售总量 20%左右的发展愿景;2021 年 10 月，国务院印发的关于印发 2030 年前碳达峰行动方案的通知 明确到2030 年，当年新增新能源和清洁能源动力的交通运输工具比例应达到 40%左右 新能源汽车迎来了暴发式增长，2021 年我国国内新能源汽车销量达到 298.9 万辆，同比增长 169.1%纯电动
13、汽车(battery electrical vehicles，BEV)和燃料电池汽车(fuel cell vehicles，FCV)在使用过程具有零排放的优势，但在考虑原材料获取和整车制造时，BEV 和FCV 是否相比于传统燃油汽车(internal combustionengine vehicles，ICEV)具有减碳效益是一个值得研究 的 课 题，全 生 命 周 期 评 价 方 法(life cycleassessment，LCA)可以系统地解决这个科学问题环境科学44 卷同时，随着核心技术的不断迭代和技术创新要素持续提质增效，汽车的节能水平、轻量化水平和电力结构的清洁度等不断提高，面向未
14、来关键参数变化以实现量化预测汽车全生命周期的碳排放评估具有重要研究意义国内外学者研究了新能源汽车全生命周期碳排放情况 关于 BEV 整车全生命周期评价，Qiao 等1 的研究从不同组件、材料和能源消耗这 3 个方面比较了中国 BEV 和 ICEV 生产制造过程的全生命周期碳排放，生产 BEV 的全生命周期碳排放量(以 CO2-eq 计)为 15.0 15.2 t，比 ICEV 高 50%;Wu 等2 的研究发现，电力结构的优化和热电联产规模扩大可以使 2020 年的 BEV 相比于 ICEV 的全生命周期碳排放降低 13.4%;有研究发现3 5，BEV 的全生命周期碳排放均低于 ICEV，但
15、BEV 引起的淡水富营养化、人体毒性和酸化等的影响高于 ICEV 关于BEV 的动力蓄电池全生命周期碳排放评价，不同学者基于实景数据对磷酸铁锂电池、锰酸锂电池和三元锂电池进行了对比评价6 12 关于 FCV 全生命周期评价碳排放，不同学者在重点考虑不同氢能路径13 17、车辆热负荷变化18、储氢罐碳纤维制造19、燃料电池衰退20、未来汽车销量21 和燃料电池功率密度22 等关键因素下进行了量化评价 关于混合动力汽车(hybrid electrical vehicles，HEV)全生命 周 期 评 价，Andersson 等23、Yang 等24 和Yuksel 等25 的研究在考虑电力结构、行
16、驶工况和不同生物燃料等影响因素下发现，插电式混合动力汽车和 HEV 的全生命周期碳排放低于 ICEV，但PM2.5和 SO2排放比 ICEV 高国内外不同学者针对新能源汽车全生命周期碳排放评价，在数据清单构建、技术路线设计和评价模型搭建上进行了一定的研究26 但是，国外的数据不符合我国汽车产业的发展国情和未来趋势，同时，2022 年国内能源革命、智能革命和互联网革命为汽车技术创新发展注入强大动能，培育和促进汽车技术快速迭代发展 汽车技术参数正不断进步，如何准确核算技术进步下的节能与新能源汽车的全生命周期碳排放是我国汽车行业共同面临的迫切需求 为解决这一问题，通过文献调研、实地调研和数据库调研构建符合我国汽车产业发展现状的数据清单，同时，基于 节能与新能源汽车技术路线图 2.0和汽车相关产业政策27，对汽车燃油经济性、轻量化水平、电力结构碳排放因子和氢能碳排放因子等关键技术参数进行合理预测，量化预测 ICEV、轻度混合 动 力 汽 车(mild hybrid electrical vehicles，MHEV)、HEV、BEV 和 FCV 的全生命周期碳排放，对电力结构碳排放因子和不同氢能