纯电动汽车不是“伪环保”

        为促进汽车行业的节能减排，近年来纯电动汽车成为中国新能源汽车发展的重点。国家和地方政府均出台了各项扶持政策，以推动纯电动汽车的市场化发展。去年中国纯电动汽车销量为45048辆，比2013年增长2.1倍。 随着纯电动汽车在国内的迅猛发展，针对中国纯电动汽车“零排放”等环保光环的质疑也伴随而来。主要的质疑包括：由于中国电网发电结构主要由燃煤电厂构成，而该发电方式具有较高的大气污染物排放强度，因此中国纯电动汽车所需电力并不清洁，纯电动汽车的使用仅仅是把机动车污染排放从道路转移到电厂，并非“零排放”;纯电动汽车，尤其是驱动汽车所需电池的生产环节及电池报废处理涉及环境风险。为此，有人将中国纯电动汽车斥为“伪环保”。 究竟纯电动汽车的节能环保效果如何?笔者将从纯电动汽车在节能、降低温室气体排放，以及降低细颗粒物(PM2.5)排放的角度，结合国际研究成果，对中国纯电动汽车的现状及其发展的节能环保效果做一简要分析。 纯电动汽车具有显著的油耗替代效应 由于纯电动汽车的驱动动力来自于电力，而非石油，因此纯电动汽车的使用仅在电力生产环节、电池及整车生产环节涉及少量石油的消耗。美国阿贡国家实验室研究显示，相比汽油车，美国纯电动汽车单位行驶里程可减少95%以上的石油消费量。考虑到中国的电网结构以及一次能源开采利用的效率，中国纯电动汽车相比汽油车的单位行驶里程石油消费削减率也在95%以上。 对于纯电动汽车显著的油耗替代效应以及对加强石油安全的积极意义，国内外研究机构均未有异议。 充电电力来源决定纯电动汽车的减排效果 影响纯电动汽车温室气体排放强度的主要因素包括：煤电比例和纯电动汽车相比汽油车的驱动能量转化效率。大量文献研究结果表明，与汽油车相比，纯电动汽车能否减少温室气体排放及其减排潜力，主要取决于充电电力来源。风电和水电等清洁电力占电网比例越高、煤电所占比例越低，减排潜力越大。2012年，美国忧思科学家联盟(UnionofCon-cernedScientists)对纯电动汽车使用美国各州当地电网电力情况下，相比汽油车的温室气体减排潜力做了细致分析。结果表明，即使是在以煤电为主的美国中西部地区，与汽油车相比，纯电动汽车也能不同程度地降低温室气体排放;而在西部大量使用水电等低碳可再生电力的地区，纯电动汽车相比汽油车具有非常显著的温室气体减排效果。 为说明以上两个因素对中国纯电动汽车温室气体排放强度的影响情况，笔者应用GREET模型，基于2015年中国汽油车油耗标准为每百公里6.9升汽油，以及现有纯电动汽车相对现有汽油车具有大约3~4倍的能源转换效率的情况，并考虑到纯电动汽车及汽油车的零部件生产、组装与报废，相应车用燃料生产、运输与使用等环节，绘制了中国纯电动汽车相比汽油车的全生命周期温室气体减排潜力图。 排放比率低于100%，说明纯电动汽车相比汽油车具有较低的温室气体排放量。如图所示，纯电动汽车温室气体排放比率会随着燃煤电力在电网中所占比例的下降而下降，同时随着纯电动汽车相对汽油车能效的提高而下降。 在现有中国电网燃煤电力占比约为75%的情况下，如果中国纯电动汽车相对能效达到400%，那么中国纯电动汽车相对于汽油车，将实现约21%的单位行驶里程温室气体减排。随着中国汽油车油耗标准将于2020年提高至每百公里5升汽油，即使纯电动汽车的绝对能效仍维持在2015年水平，如果煤电占比降至60%以下，中国纯电动汽车相对汽油车仍具有约15%以上的温室气体减排潜力。 在实际情况下，电动汽车无论从电池技术，还是从电机及整车动力集成技术方面，仍具备能效提升空间。为了取得市场竞争优势，电动汽车厂商正在不断加大研发力度，并很可能取得能效及其他车辆性能方面的实质性技术进步。因此，中国纯电动汽车相对汽油车的温室气体减排潜力将更为乐观。 此外，“十二五”期间，中国电力行业出台了多项关于可再生电力的发展规划，如《风电发展“十二五”规划》和《太阳能发电发展“十二五”规划》。这些规划的实施，将推动中国电网结构中可再生清洁电力不断扩大规模，进而降低煤电比重。随着未来中国电网可再生能源占比的提高和煤电占比的下降，中国纯电动汽车相比汽油车将更具有温室气体减排优势。短期看，即使煤电占比无法迅速降低，但考虑到中国燃煤电厂的发电效率处于世界领先水平，并已经投入运行超过60台、发电效率达39%的百万千瓦超超临界机组，促使中国燃煤电力的温室气体排放强度低于美国等很多发达国家。高水平的发电效率，在一定程度上降低了煤电主导的中国电网结构对纯电动汽车环保效果的不利影响。 值得一提的是，图中纯电动汽车温室气体的相对排放比率已经同时考虑了纯电动汽车制造，尤其是锂电池制造以及汽油车制造过程中的温室气体排放负荷。美国阿贡国家实验室的分析表明，考虑到纯电动汽车具有与汽油车相当的行驶里程寿命，以及美国电池相关行业具备较低的能耗和较高的清洁生产技术条件，在将生产环节产生的一次性温室气体排放平摊到电动车使用寿命之后，锂电池制造过程中所产生的温室气体排放，仅占纯电动汽车从制造、使用到电池回收利用等全生命周期环节所涉及的总排放量的约6%。因此，从温室气体排放的角度看，纯电动汽车使用锂电池对环境的影响很小。但是，在回收处理锂电池、镍氢电池或铅酸电池的过程中，需要科学地化解其他环境风险。 煤电行业节能减排升级将降低纯电动汽车排放 影响纯电动汽车PM2.5排放的主要因素有电网结构、燃煤的灰分和硫分、燃煤锅炉采用的除尘设备及其除尘效率，以及发电机组的发电效率等。美国阿贡国家实验室的研究显示，相比汽油车，尽管美国平均电网电力的纯电动汽车会增加PM2.5排放，但大部分排放发生在人口稀少的郊区。此外，使用美国平均电网电力的纯电动汽车，可以降低一氧化碳和挥发性有机物的排放;使用更为清洁的加州电力的纯电动汽车，则可以大幅降低一氧化碳、挥发性有机物和氮氧化物排放量，有利于降低当地出现大气光化学污染的风险。 为了降低燃煤电厂的大气污染物排放，中国目前实施了较为严格的燃煤电厂污染物排放标准，所有大型电厂均要求安装和运行脱硫、脱硝以及除尘设备，同时还关停了大量小规模、缺乏有效排污控制的老旧燃煤电厂。目前，中国燃煤电厂除尘设备安装率几乎达100%，而脱硫设备安装率也已达95%以上，这不仅对减少燃煤电厂二氧化硫排放至关重要，同时也有利于控制其PM2.5排放。 2014年，由国家发改委、环保部、国家能源局联合发布的《煤电节能减排升级与改造行动计划》规定，华东地区新建燃煤发电机组大气污染物排放浓度基本达到燃气轮机组排放限值，其中颗粒物排放限制为10毫克每立方米。《计划》还要求加强电煤质量和计量控制，着力提升动力煤供应质量，鼓励采用低硫分、低灰分优质燃煤，限制高硫分、高灰分煤炭的开采和异地利用，禁止进口劣质煤炭用于发电。同时，该《计划》规定了基于装机容量和机组类型的供电煤耗，促进提升新建机组发电效率。 因此，有理由相信，随着中国燃煤发电机组发电效率的提升，将改善直接影响PM2.5排放的燃煤品质，而大气污染物排放控制标准的不断加严，以及高效的布袋除尘器和低温静电除尘器等除尘设备的广泛使用，中国煤电行业势必降低包括颗粒物在内的主要大气污染物的排放水平。未来，随着中国电网清洁化、高效化的不断深入发展，中国纯电动汽车的污染排放水平也将不断降低。 综上所述，中国和美国纯电动汽车的发展具有巨大的省油效益。在美国，纯电动汽车在所有州均具有不同程度的温室气体减排效益。电池作为纯电动汽车的核心部件之一，其生产和组装等环节并不会大幅提高纯电动汽车的温室气体排放强度。在中国，即使在以煤电为主导的电网结构下，目前纯电动汽车仍有利于降低汽油机动车温室气体排放水平。而且，随着中国电网中清洁可再生电力占比的提高，以及纯电动汽车能效的提升，温室气体减排潜力将不断释放。随着中国电网结构中，清洁可再生电力比重的提高，以及燃煤发电机组能效和污染控制水平的提高，中国纯电动汽车的污染物排放将不断降低。 与汽油车等传统汽车类似，纯电动汽车在报废、材料回收和处理环节存在环境污染风险，需要通过建立和健全针对纯电动汽车报废和回收利用的市场运行与监管机制，加强配套设施建设与管理、核心技术研发，重视从业人员资质认证与技术培训等，并建立和完善相关环节的法律法规，科学、规范地予以应对。(作者蔡皓为美国阿贡国家实验室能源系统部助理研究员，王全录为美国阿贡国家实验室车辆技术与交通燃料系统评价学科带头人、系统分析研究室主任) 中国纯电动汽车全生命周期温室气体减排潜力图