基于LCA的北京市公交车节能及温室气体减排潜力分析

新能源公交车是未来城市公交行业节能及温室气体减排的重点发展方向.新能源公交车在行驶阶段具有良好的节能及温室气体减排效果,而汽车制造、能源生产等相关生命周期阶段的能耗及温室气体排放常被忽视,且目前新能源公交车的乘客运载功能相对较弱,可能对节能及温室气体减排的潜力造成较为显著的影响.因此,本文基于北京市公交车的运营特征,采用生命周期评价(LCA)方法,选择客运周转量作为功能单位,核算了天然气公交车、混合动力公交车和纯电动公交车等新能源公交车相对于柴油公交车的节能及温室气体减排效益.结果表明:发展新能源公交车对促进北京市公交行业及城市节能低碳发展具有积极的作用,但相对于基于运营里程的核算结果,本研究新能源公交车节能及温室气体减排潜力均较低,主要原因是新能源公交车的实际载客量相对较低;混合动力公交车和纯电动公交车在空调开启时的节能潜力与温室气体减排潜力均远低于天然气公交车;通过发展情景分析,建议北京市现阶段应优先发展天然气公交车,适当发展纯电动公交车和混合动力公交车,以减少北京市公交车的总体能耗,同时降低温室气体排放强度.     

纯电动与柴油货车全生命周期能耗及排放分析

选择传统柴油厢式货车和纯电动厢式货车为研究对象.基于GREET软件,建立适宜于我国国情的车辆全生命周期计算模型,对比分析两款车型全生命周期的能耗、温室气体排放以及标准污染物排放情况;结果表明:纯电动货车全生命周期内的百公里能耗比柴油货车降低了6.57%,化石燃料、天然气、石油的百公里消耗量分别降低14.4%、58.8%、96.8%;纯电动货车CH_4、VOC、CO、NO_x的排放分别比柴油货车低16.7%、14.8%、63.0%和63.4%,而柴油货车的CO_2和SO_x的排放量比纯电动货车低7.2%和96.8%.同时对车辆进行不确定性分析和单因素的敏感性分析发现,纯电动货车全生命周期内CO_2排放量对电能生产阶段的敏感度高达66.9%,而且相较于柴油货车,纯电动货车在全生命周期能耗、一次能源消耗以及主要污染物的排放等方面受车辆寿命的影响较小,在长期运行过程中更能发挥其在节能减排方面的优势.     

考虑区域特点和车型差异的氢燃料电池汽车全生命周期减碳预测分析

发展氢燃料电池汽车是我国实现“双碳”战略的重要路径之一,目前我国多个区域正在推广应用包括乘用车、客车以及重卡在内的氢燃料电池汽车,如何量化研究未来不同车型和不同区域的氢燃料电池汽车减碳潜力成为如今的研究热点之一.基于全生命周期的评价方法,考虑了未来的汽车燃油经济性、电力碳排放因子、氢能碳排放因子和氢燃料电池汽车推广规模及制氢方式的区域差异,量化评价了不同类型的氢燃料电池汽车（FCV）、传统燃油汽车（ICEV）和纯电动汽车（BEV）的全生命周期碳排放量（以CO₂当量计）,对比分析了氢燃料电池汽车在不同时间及不同区域的减碳潜力,并对百公里氢耗量进行了不确定性分析.结果发现,到2025年氢燃料电池客车的全生命周期碳排放比传统燃油客车降低36.0%,而氢燃料电池重卡相较于传统燃油重卡并没有减碳效益.随着未来我国氢能来源结构的不断优化,到2035年氢燃料电池重卡的全生命周期碳排放比传统燃油重卡降低36.5%,相较于乘用车和客车两种车型,其减碳效益是最明显的.以2035年京津冀示范群为例,随着百公里氢耗量降低20%,FCV乘用车、客车和重卡的减碳规模分别增加了7.29%、9.93%和19.57%.因此建议氢燃料电池汽车推广应短期以客车为主,长期以重卡为主,乘用车推广作为补充.分区域和分阶段推广氢燃料电池汽车更有助于推进我国汽车领域的低碳化进程.     

基于EIO-LCA模型的纯电动轿车温室气体减排分析

纯电动轿车燃料周期的温室气体排放是否低于汽油轿车的排放仍然存在争议.为评价纯电动轿车的温室气体减排效率,此研究利用中国2007温室气体排放EIO-LCA模型分别核算了普通级纯电动轿车和汽油轿车燃料周期的温室气体排放量.结果表明纯电动轿车燃料周期的温室气体排放总量为124gCO2,e/km,汽油轿车相应的排放总量为265gCO2,e/km,纯电动轿车与汽油轿车相比,减排温室气体53%.模型计算结果还表明影响纯电动轿车温室气体排放的主要行业包括电力、热力的生产和供应业与煤炭开采和洗选业等.因此,纯电动轿车温室气体减排应通过优化一次能源结构、提高电网综合效率等方法实现.     

电动与内燃机汽车的动力系统生命周期环境影响对比分析

以国内某两款同一车型的电动与内燃机汽车的动力系统为研究对象,通过生命周期分析软件GaBi建立生命周期评价(LCA)模型,在清单数据分析的基础上,采用CML2001模型对两种动力系统分别进行了定量的生命周期环境影响评价.评价结果表明,电动汽车动力系统的全生命周期综合环境影响比内燃机汽车动力系统高60.15％,并分别通过回收阶段分析、电能结构分析和敏感性分析对这一结果进行了解释:回收阶段中酸化、富营养化和光化学臭氧合成3种环境影响类型的直接排放大于回收得到的环境效益;电动汽车动力系统的环境影响随着火力发电比例的下降而减小,增大水能、风力和核能发电在电力系统中所占比例能有效降低电动汽车对环境的影响;动力系统重量对电动汽车动力系统的环境排放影响最为敏感,电池充电效率次之,制造阶段能耗的敏感度最小.将动力系统使用阶段的环境影响分配到整车,则电动汽车的生命周期环境影响比内燃机汽车低0.14％,且主要环境影响类型是全球变暖、酸化和富营养化.     

基于GREET的纯电动公交车与传统公交车全生命周期评估

随着纯电动公交车在城市公共交通中应用越来越广泛,需要对纯电动公交车和传统柴油公交车进行全生命周期评估,并分析推广纯电动公交的可行性.通过美国阿贡实验室开发的GREET（greenhouse gases,regulated emissions,and energy use in transportation model）软件,充分考虑油井-油泵、公交车运行、车身系统制造、液体系统制造、ADR（装配、报废和回收质量）以及电池制造等6个阶段能耗,结合公交车车型信息和路况信息,构建公交模型,并对公交模型进行能耗模拟、排放物模拟和经济效益评估.结果表明,若车身长度为12 m,车身质量为18 t时,纯电动公交车运行过程能耗仅占其总能耗的31.1%.相较于传统公交车,纯电动公交车全生命周期能耗减少29.1%,全生命周期内VOC、CO、NO_x等污染物排放量分别减少8.7%、36.7%、50.2%,温室气体CO₂的排放量减少19.7%.若公交车队规模为20辆,纯电动公交车使用年限为8 a,则纯电动公交车比例需超过12.7%才能实现盈利,单辆纯电动公交车若实现盈利至少需要3 a.      

深圳市纯电动泥头车减污降碳协同效益评价研究

新能源汽车替代传统燃油车是减缓能源与环境压力并如期实现“双碳”目标的重要途径,但在重型车辆、工程车等领域推广较为缓慢. 深圳市自2019年开始推广使用纯电动泥头车,并计划到2025年新能源环卫、泥头车数量达到8000辆.为深入探究纯电动泥头车替代柴油泥头车所产生的减污降碳协同效益,本研究基于一手调研数据,采用生命周期评价方法并结合GREET模型,对比分析了两类泥头车在燃料周期、 车辆周期和配套设施周期3个周期内的能耗、主要空气污染物及碳排放情况.结果表明,纯电动泥头车全生命周期内能耗较柴油泥头车可减少36.2%,主要污染物如NO_x、SO₂、VOC和PM_2.5降幅分别达81.3%、37.8%、29.0%和25.9%;温室气体（GHGs）排放强度减少14.4%,基准情境下2030年和2050年推广纯电动泥头车GHGs累计减排量分别为71.4万t和258.5万t.尽管节能减排效果显著,但其初始购置和售后维保成本 过高是制约其推广的最主要因素,通过降低车辆及电池生产制造成本、提高充换电设施数量及售后维保能力等有望加快泥头车纯电动化.     

纯电动汽车驱动电机全生命周期评价

基于生命周期评价(LCA)理论,运用Ga Bi 6软件建模,对荣威E50纯电动汽车驱动电机全生命周期环境排放和资源消耗进行了评价,对比分析在中国不同区域使用下驱动电机生命周期过程资源环境影响,并对驱动电机生命周期过程中的生产制造能耗、使用能耗和原材料回收率做敏感性分析.结果表明,驱动电机全生命周期过程各环境影响类型指数排序为APGWPPOCPEPODP,且对环境的影响主要发生在使用阶段,其次是原材料获取和制造阶段.各大区域电网下驱动电机全生命周期过程环境排放影响从大到小为华东电网东北电网西北电网华北电网南方电网华中电网.从敏感性分析结果可知,使用能耗对驱动电机生命周期环境排放影响的敏感度大于生产制造能耗;铜的回收率对矿产资源消耗影响的敏感度远大于钢和铝的回收率.     

车用新能源燃料的选择及生命周期评价

本文建立了车用新能源燃料生命周期能源消耗和排放的评价模型,并对其进行了生命周期能耗和排放评价。结果表明:醇类燃料全生命周期的能耗最大,燃料电池能耗最小,燃料的消耗主要集中在使用阶段,原料阶段的能源消耗较低;在生命周期总CO2排放方面,甲醇CO2排放最高,混合动力CO2排放最低;在燃料生命周期VOC、HC、NOx、PM10和SOx排放方面,醇类燃料的排放最高,燃料电池的排放最低。     

汽油发动机生命周期能源消耗和环境影响评价

本研究应用生命周期评价方法,依据ISO 14040和ISO 14044等国际标准,通过中国某汽车生产企业的实地调研,核算了汽油发动机的累积能源需求(CED)、全球增温潜势(GWP 100 a)、酸化潜势(AP)、光化学氧化剂形成潜势(POCP)和富营养化潜势(EP)这5个方面的环境影响.结果表明,各类型的环境影响指标中,均是使用阶段的贡献最大,占贡献总量的48%~94%;其次是原材料的获取阶段,原材料的获取阶段对于AP与EP的贡献大于44%,而对于其他类别的环境影响的贡献在9%~27%之间;生产阶段对各种环境影响的贡献小于8%.本研究辨识了汽油发动机全生命周期重大环境影响过程和关键贡献因素,为绿色发动机的设计研发及政府政策的制定提供决策支持.     

低碳交通电动汽车碳减排潜力及其影响因素分析

交通运输是城市能源消耗和碳排放的重点行业,为通过节能减排实现低碳城市发展目标,传统汽油车向新能源汽车的转型是一项重要的举措,其中电动汽车因其节能减排的优势将在这次转型中发挥重要作用.在全面总结现有电动汽车节能减排研究成果的基础上,分析了影响电动汽车的减排因素,并应用燃料生命周期的理论,结合北京市的电动汽车推广计划,以纯电动汽车为例,采用改进的燃料碳排放模型,并设置6种情景分析了电动汽车的碳排放及其减排潜力,包括发电能源结构、车用燃料类型(单位燃料的CO2排放系数)、汽车类型(百公里能耗)、城市交通状况(时速)、煤电发电技术、电池类型(重量、能效)等因素对电动汽车减排潜力的影响.结果表明,改进后的模型能更科学测算燃料消耗碳排放;纯电动汽车具有明显的制约性碳减排潜力,在分析的6种影响因素中其波动幅度为57%～81.2%,其中,发电能源结构和煤电技术供电路线对电动汽车燃料生命周期碳减排空间起决定性作用,其减排空间分别可达78.1%及81.2%.最后从改善能源结构、提高煤电技术、推广节能技术、加快动力蓄电池研发、推广纯电动汽车等方面提出了推广电动汽车降低交通能耗和碳排放的优化措施,以期为低碳交通新能源汽车转型政策的制定提供科学依据和方法支撑.     

北京电动出租车与燃油出租车生命周期环境影响比较研究

燃油机动车尾气排放是导致城市包括雾霾在内的大气环境问题的主要来源之一.以电动汽车替代传统燃油车是当前各国解决城市大气污染问题的重要举措.北京于2011年启动了电动出租车推广计划.为比较北京市迷迪电动汽车和现代燃油车生命周期的环境影响,运用生命周期评价方法,基于Ga Bi4.4软件,选用CML2001和EI99影响评价模型对两款车的生产、使用和报废回收全生命周期过程的环境影响进行了定量评价,并针对汽车报废里程和电力能源结构进行了敏感性分析.结果表明,从全生命周期视角,根据EI99评价模型,迷迪电动汽车环境影响总体上优于现代燃油车,尤其在削减化石能源消耗方面优势凸显,但在生态系统质量影响及人体健康影响方面却略有增大的趋势;利用CML2001模型对比分析得出迷迪电动汽车比燃油出租车在对非生物资源消耗、全球变暖以及臭氧层损耗等方面有明显改善;但在生产阶段尤其是动力系统生产方面在非生物资源消耗、酸化、富营养化、全球变暖、光化学臭氧合成、臭氧层损耗、生态毒性等生态环境影响却均有增大趋势.使用阶段电力生产是迷迪电动汽车非生物资源消耗、酸化、富营养化、全球变暖、光化学臭氧合成、生态毒性等环境影响的主要来源;而现代燃油出租车使用阶段的环境影响主要来源于尾气排放和汽油生产,其中尾气排放是造成现代燃油车在富营养化和全球变暖等方面影响潜值较大的主要原因;基于清单数据库,针对致霾因子影响分析得出,在2010年北京市电力能源驱动下,迷迪电动车明显增加了超细颗粒物(PM2.5)、氮氧化物(NOx)、硫氧化物(SOx)、挥发性有机物(volatile organic compouds,VOCs)等因子的全生命周期的排放,而同时降低了氨气(NH3)的排放量,使用阶段排放的差别是造成上述趋势的主要原因.对关键因素敏感性分析发现,随着报废里程以及清洁能源比例的增加,迷迪电动汽车相对现代燃油车的单位里程碳减排量呈现增加的趋势.清洁电力能源的使用可大幅降低迷迪电动汽车致霾污染物的排放量.根据分析结果,为北京市电动车的推广提出了对策建议.     

Life cycle analysis and choice of natural gas-based automotive alternative fuels in Chongqing Municipality,China

Road transport produces significant amounts of emissions by using crude oil as the primary energy source. A reduction of emissions can be achieved by implementing alternative fuel chains. The objective of this study is to carry out an economic, environmental and energy (EEE) life cycle study on natural gas-based automotive fuels with conventional gasoline in an abundant region of China. A set of indices of four fuels/vehicle systems on the basis of life cycle are assessed in terms of impact of EEE, in which natural gas produces compressed natural gas (CNG), methanol, dimethylether (DME) and Fischer Tropsch diesel (FTD). The study included fuel production, vehicle production, vehicle operation, infrastructure and vehicle end of life as a system for each fuel/vehicle system. A generic gasoline fueled car is used as a baseline. Data have been reviewed and modified based on the best knowledge available to Chongqing local sources. Results indicated that when we could not change electric and hydrogen fuel cell vehicles into commercial vehicles on a large scale, direct use of CNG in a dedicated or bi-fuel vehicle is an economical choice for the region which is most energy efficient and more environmental friendly. The study can be used to support decisions on how natural gas resources can best be utilized as a fuel/energy resource for automobiles, and what issues need to be resolved in Chongqing. The models and approaches for this study can be applied to other regions of China as long as all the assumptions are well defined and modified to find a substitute automotive energy source and establish an energy policy in a specific region.     

氢燃料电池汽车动力系统生命周期评价及关键参数对比

发展氢燃料电池汽车被认为是解决能源安全和环境污染问题的理想解决方案之一,为量化探究氢燃料电池汽车动力系统的化石能源消耗和排放情况,运用GaBi软件建模,以新能源汽车相关技术路线为参考,构建我国氢燃料电池汽车动力系统的数据清单并对其全生命周期化石能源消耗和全球变暖潜值情况进行定量评价计算和预测分析,对不同类型的双极板、不同能量控制策略和不同制氢方式对环境的影响分别进行了对比研究,并对关键数据进行了不确定分析.结果表明,预计到2030年我国每台氢燃料电池汽车动力系统生命周期的化石能源消耗量（ADP_f）、全球变暖潜值（GWP,以CO₂ eq计）和酸化潜值（AP,以SO₂ eq计）分别为1.35×10⁵ MJ、9108 kg和15.79 kg.动力系统生产制造阶段的化石能源消耗和全球变暖潜值均高于使用阶段,主要原因是燃料电池堆栈和储氢罐的制造过程.金属双极板、石墨复合双极板和石墨双极板的制造工艺中石墨复合双极板的综合环境效益最好.能量控制策略的优化会使得氢能消耗降低,当氢能消耗降低22.8%时,动力系统的生命周期化石能源消耗和全球变暖潜值分别降低10.4%和8.3%.相比于甲烷蒸气重整制氢,基于混合电网电解水制氢的动力系统生命周期全球变暖潜值高出53.7%[KG-*6],而基于水电电解水制氢降低39.6%.降低动力系统生命周期化石能源消耗和全球变暖潜值的措施包括优化能量控制策略降低氢能消耗、规模化发展可再生能源发电电解水制氢产业和聚焦突破燃料电池堆栈关键技术实现性能提升.     

生命周期方法在天然气基汽车燃料评价中的运用

运用生命周期评价方法,对以天然气为原料生产压缩天然气、甲醇、二甲醚、柴油4种汽车代用燃料系统进行生命周期的能源、环境和经济评价,评价结果是：压缩天然气系统生命周期内的能耗相对少,总成本相对低,对生态环境更友好,压缩天然气是富含天然气地区一段时期内汽车代用燃料的优先选择．     

面向2035的节能与新能源汽车全生命周期碳排放预测评价

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(ICEV)、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·km^-1.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.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...     

城市汽车年检碳排放数据挖掘及其应用研究

基于城市汽车年检中CO₂的过程动态检测数据,对小型汽油客车CO₂的排放因子和排放水平信息进行了挖掘,并与文献研究结果进行了对比.结果表明,从城市汽车年检数据中挖掘的CO₂排放结果可以作为研究城市机动车碳排放的重要参考依据;合理有效地利用汽车年检数据可以为城市车辆尾气排放的精准分级管控、城市交通运输碳排放达峰的量化分析,以及城市交通源的污染物和CO₂协同减排提供重要的数据支撑;从国Ⅰ到国Ⅴ不同排放阶段汽油车的常规污染物CO、NO_x和HC的排放水平下降非常明显,而对应的CO₂排放水平差异不大;CO₂排放因子随累计行驶里程、车龄、基准质量和排量的变化关系反映出,如果需要削减城市汽车碳排放水平,应鼓励使用基准质量小或者排量小的车辆,淘汰高油耗高排放的老旧车辆,鼓励公共绿色出行而降低单车活动水平,增加纯电动车辆优化车队能源结构.     

轻型纯电动汽车生产和运行能耗及温室气体排放研究

基于中国本地化的环境负荷数据,建立了电动汽车全生命周期模型,深入分析和评估了电动汽车生产和运行两个阶段的能耗及温室气体排放(Greenhouse gases,GHGs).结果表明:电动汽车生产和运行过程的总能耗为474 GJ;GHGs为40500 kg(以CO2当量计),电动汽车生产和运行过程的GHGs分别占总排放量的23.5%和76.5%.对于电动汽车生产过程能耗和GHGs而言,原材料生产均为主要贡献者,GHGs占到车辆生产过程的74.6%,占生命周期的17.5%.另外,情景分析表明,再生材料应用、单位电力GHGs和百公里电耗能够在很大程度上影响电动汽车的碳排放.再生金属替代原生金属后,从情景1到情景5,车辆生产的GHGs下降了约22.2%,车辆生产和运行过程的总GHGs下降了约4.7%;单位电力GHGs每下降1%,电动汽车运行GHGs下降0.9%;电动汽车百公里电耗每下降1.0%,车辆生产和运行过程总GHGs下降约1.0%.因此,发展清洁能源、降低火力发电比例、优化原材料生产工艺、提高再生原材料用量等,是有效降低电动汽车全生命周期过程总能耗和GHGs的重要途径.     

汽油车技术发展对尾气排放影响研究进展

近年来,汽油车尾气排放已成为城市大气污染的主要来源之一.为减少油耗、温室气体和大气污染物的排放,汽油直喷技术(GDI)、醇类燃料替代以及混合动力系统等新兴技术被应用到汽车产品中,该研究对GDI发动机汽车、醇类燃料车和混合动力车的颗粒物(PM)、氮氧化物(NO_x)、总碳氢化合物(THC)的排放研究进行梳理和总结,综合评估先进动力技术和醇类燃料的环境影响.结果表明:GDI汽油车的PM排放因子为进气道喷射(PFI)汽油车的1.2~5倍,加装汽油颗粒物捕集器(GPF)后GDI汽油车的PM排放大幅下降,同时具备催化能力的GPF可减少NO_x和THC排放.与汽油车相比,乙醇燃料车PM排放量减少了35%~56%,尾气THC排放减少了10%~44%,但挥发性有机物(VOCs)蒸发排放增加了20%~41%,其主要来自于日呼吸损失.各类型车辆的NO_x排放差异较小,比较结果存在一定的不确定性.混合动力车相比传统内燃机汽车污染物减排优势明显,可积极推广其在公共交通和私家车队中的应用.建议今后研究应着重关注以下几个方面:①GDI和混合动力车在实际条件下排放污染物的环境影响;②醇类燃料车VOCs蒸发排放控制技术及相关法规标准的完善;③新兴技术汽油车排放污染物的生成机理及其影响因素.