CN105550417B - 一种电动汽车全生命周期温室气体排放评估测算方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种电动汽车全生命周期温室气体排放评估测算方法，主要包含：分别测算电动汽车生产、运行和报废三个阶段温室气体排放，然后再汇总即得电动汽车全生命周期的温室气体排放测算值；生产阶段包括车体材料生产、车载电池生产、汽车装配和汽车运输四个过程的温室气体排放；运行阶段包括电能利用、日常维护两个过程的温室气体排放；报废阶段包括电动汽车报废和回收两个过程的温室气体排放。该方法可以系统、准确的对电动汽车全生命周期温室气体排放水平进行量化评估。
Description
技术领域
本发明涉及能源转化利用及环境-气候影响评估方法领域，具体为一种基于全生命周期理论研究，系统、准确的电动汽车温室气体排放评估方法。
背景技术
随着石油能源危机的不断迫近和低碳经济的要求，电动汽车因其污染低、效率高而成为汽车产业发展的一个重要方向。发展电动汽车成为我国提高汽车产业综合实力、缓解对外能源依赖和发展低碳经济的重要途径。在我国以煤电为主的电网能源结构背景下，推广使用电动汽车能否实现真正的节能减排效益是我国政府和民众共同关心的焦点。如果能建立一个系统、全面的电动汽车温室气体排放评估系统，就可以对电动汽车全生命周期产生的低碳效益进行直观评价，分析电动汽车全生命周期环境影响的敏感性因素以及电动汽车规模推广对我国能源结构的影响，为我国电动汽车产业的健康发展和决策提供技术依据。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：提供一种电动汽车全生命周期温室气体排放评估测算方法，该方法针对电动汽车生命周期内各阶段的能源利用及温室气体产生机理进行系统、全面、详细研究，以解决电动汽车在车辆链、燃料链和实际应用等方面温室气体排放量的评估测算问题。
为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案为：
一种电动汽车全生命周期温室气体排放评估测算方法，包括：分别测算电动汽车生产、运行和报废三个阶段温室气体排放，然后再汇总即得电动汽车全生命周期的温室气体排放测算值；其中，生产阶段包括车体材料生产、车载电池生产、汽车装配和汽车运输四个过程的温室气体排放；运行阶段包括电能利用、日常维护两个过程的温室气体排放；报废阶段包括电动汽车报废和回收两个过程的温室气体排放。
所述的方法，车体材料生产过程的温室气体排放的计算方法包括：首先利用汽车称重装置测得电动汽车的车体重量D，然后得到车体材料种类及各材料所占车体质量百分比(数据来源：《新能源汽车生产企业及产品准入管理规则》、《车辆主要技术参数及主要配置备案表》、《车辆生产企业及产品公告》、《汽车使用手册》)，设一共有n类，最后根据下式计算其温室气体排放Q1：
其中，i为车体材料种类序号，wi为第i种材料所占车体质量百分比，αi为第i种材料生产过程温室气体产生系数(数据来源：《工业企业温室气体排放数据质量管理技术规范》、《中国钢铁企业温室气体排放核算方法与报告指南(试行)》、《中国石油化工企业温室气体排放核算方法与报告指南(试行)》、《IPCC国家温室气体排放清单指南》)。
所述的方法，车载电池生产过程的温室气体排放计算方法包括：
首先利用重力计称得电池的质量E，得到电池材料种类及各材料所占电池质量百分比(数据来源：《汽车动力蓄电池行业规范条件》、《动力蓄电池产品信息表》、GB/T18332.1-2009，QC/T742-2006，QC/T743-2006，QC/T744-2006)，设一共有m类，最后根据下式计算其温室气体排放Q2：
其中，j为电池组分材料种类序号，uj为第j种材料所占电池质量百分比，βj为第j种材料生产过程温室气体产生系数(数据来源：《工业企业温室气体排放数据质量管理技术规范》、《中国石油化工企业温室气体排放核算方法与报告指南(试行)》、《中国化工生产企业温室气体排放核算方法与报告指南(试行)》、《IPCC国家温室气体排放清单指南》)。
所述的方法，汽车装配过程的温室气体排放计算方法包括：
首先分别得到涂装温室气体产生系数εT、机械安装温室气体产生系数εJ、空气调节系统和供暖照明温室气体产生系数εK(数据来源：《工业企业温室气体排放数据质量管理技术规范》、《中国化工生产企业温室气体排放核算方法与报告指南(试行)》)，然后按照下式计算其温室气体排放量Q3：
Q3＝(D+E)(εT+εJ+εK)。
所述的方法，汽车运输过程的温室气体排放计算方法包括：
首先通过称重装置得到运输装置负载质量A，得到运输装置油耗S(数据来源：选用某型号运输设备(如重型卡车等)的《使用手册》)，然后按照下式计算其温室气体排放量Q4：
Q4＝[(D+E)/A]LSδ
其中，L为装配线到经销店的运输距离，δ为单位油耗温室气体产生系数(数据来源：《中国化工生产企业温室气体排放核算方法与报告指南(试行)》)。
所述的方法，电能利用过程的温室气体排放计算方法包括：
首先得到电动汽车每公里的电耗λ(数据来源：《用户使用手册》评估测算对象汽车自身的性能参数)，电动汽车全生命行驶里程C(数据来源：《用户使用手册》、《机动车强制报废标准规定》)，火电比例系数(数据来源：《中国电力年鉴》、中华人民共和国统计局)，原料处理过程温室气体产生系数θY(数据来源：《中国发电企业温室气体排放核算方法与报告指南(试行)》)，燃料过程温室气体产生系数θS(数据来源：《IPCC国家温室气体排放清单指南》、《省级温室气体清单指南(试行)》)，为电厂运行过程温室气体产生系数θX(数据来源：《中国发电企业温室气体排放核算方法与报告指南(试行)》)，为电网配送过程温室气体产生系数θP(数据来源：《中国电网企业温室气体排放核算方法与报告指南(试行)》)，然后按照下式计算其温室气体排放Q5：
所述的方法，日常维护阶段的温室气体排放计算方法包括：
首先得到消耗流体种类及各种类流体的消耗率(数据来源：《车辆主要技术参数及主要配置备案表》、《用户使用手册》、《车主手册》、《保养手册》)，设一共有s种流体，然后按照下式计算其温室气体排放Q6：
其中，p为消耗流体种类序号，Mp为第p种流体的消耗率，ηp为生产第p种流体的温室气体产生系数(数据来源：《工业企业温室气体排放数据质量管理技术规范》、《中国石油化工企业温室气体排放核算方法与报告指南(试行)》、《中国化工生产企业温室气体排放核算方法与报告指南(试行)》、《IPCC国家温室气体排放清单指南》)。
所述的方法，电动汽车报废过程的温室气体排放计算方法包括：
首先得到报废处理单位质量汽车的电耗率μ(数据来源：《报废汽车回收拆解企业技术规范》、《汽车有害物质和可回收利用率管理要求》)，然后按照下式计算其温室气体排放Q7：
Q7＝(D+E)μ(Q5/λC)。
所述的方法，电动汽车回收过程的温室气体排放计算方法包括：
首先得到车体材料报废回收利用率ω1(数据来源：GB/T19515-2004《道路车辆可再利用性和可回收利用性计算方法》、《汽车产品回收利用技术政策》、《汽车有害物质和可回收利用率管理要求》、《汽车拆解指导手册》、《报废汽车回收拆解企业技术规范》)和电池材料报废回收利用率ω2(《车用动力电池回收利用拆解规范》、《动力蓄电池产品信息表》)，然后按照下式计算其温室气体排放Q8：
Q8＝-(ω1Q1+ω2Q2)。
本发明的优点：本发明基于生命周期评价理论，探索了一种相对高效、精确的电动汽车全生命周期温室气体排放评估测算方法，这种方法不仅能很好的计算电动汽车各阶段的温室气体产生量级，而且有助于将电动汽车温室气体排放评价过程中复杂的、多变的、不确定性的影响因素及脉络梳理清晰，评估电动汽车产业链带来的环境气候影响效应，实现：①降低电动汽车温室气体排放测算体系的复杂程度；②细化电动汽车生命周期的各个阶段测算方法，便于从局部入手，得到分阶段结果；③提高了方法的可操作性，输出结果准确度高，节约时间与经济测算成本，具有重要的实际价值。
附图说明
图1为本发明电动汽车全生命周期各阶段流程示意图。
具体实施方式
本发明基于对电动汽车全生命周期能源消耗利用的深入研究以及温室气体排放评估测算体系的建立，对车辆链、燃料链和应用环节进行详细的特征化与量化分析，得出各阶段电动汽车温室气体排放评估测算公式，最终汇总得到全生命周期温室气体排放评估测算公式。该方法可以系统、准确的对电动汽车全生命周期温室气体排放水平进行量化评估。
(1)生产阶段
电动汽车的生产阶段包括车体材料的生产、车载电池的生产、汽车的装配和运输。电动汽车车体材料在生产过程中产生温室气体量与材料的质量成正比，且生产不同材料的温室气体产生比不同，因此，车体材料生产过程温室气体产生公式为：
其中D为车体质量(kg)，i为车体材料种类(i＝1,2,3…n,分别为钢、铸铁、铸铝、煅铝、塑料、玻璃等)，wi为第i种材料所占车体质量百分比(％)，αi为第i种材料生产过程温室气体产生系数(g/kg)。
同理，电动汽车车载电池在生产过程中产生温室气体量与组分材料的质量成正比，车辆电池的生产过程温室气体产生公式为：
其中E为电池质量(kg)，j为电池组分材料种类(j＝1,2,3…n,分别为铅、镍、硫酸、电解液等)，uj为第j种材料所占电池质量百分比(％)，βj为第j种材料生产过程温室气体产生系数(g/kg)。
电动汽车的装配过程涉及的主要能耗环节为涂装、机械安装、空气调节系统和供暖照明。考虑各环节能耗均与汽车质量成正比，产生温室气体量与汽车质量也成正比，装配过程温室气体产生公式为：
Q3＝(D+E)(εT+εJ+εK)
其中εT，εJ，εK分别为涂装温室气体产生系数(g/kg)、机械安装温室气体产生系数(g/kg)、空气调节系统和供暖照明温室气体产生系数(g/kg)。
电动汽车配送环节的能耗与装配线到经销店的运输距离有关，且与运输装置的油耗有关，配送过程温室气体产生公式为：
Q4＝[(D+E)/A]LSδ
其中L为装配线到经销店的运输距离(km)，A为运输装置负载量(kg)，S为运输装置油耗(L/km)，δ为单位油耗温室气体产生系数(g/L)。
(2)运行阶段
电动汽车的运行阶段包括电能的利用和日常维护。电能消耗要考虑整个电能的来源-生产-利用周期，主要包括燃料开采、原料运输、发电、电力配送、用户使用等环节。首先从其来源考虑，由于水电、风电、核电等清洁能源在发电过程中几乎不产生温室气体，因此要特殊考虑火电效应，当前火电在我国电力结构中所占比例约为66.7％，即存在火电比例系数。电力生产过程有原料处理(包括开采、加工、运输、转化)，燃料燃烧，电厂运行以及电网配送，这些环节都要考虑温室气体的产生，因此电能利用过程温室气体产生公式为：
其中λ为电动汽车每公里的电耗(kWh/km)，C为电动汽车全生命行驶里程(km)，为火电比例系数(％)，θY为原料处理过程温室气体产生系数(g/kWh)，θS为燃料燃烧过程温室气体产生系数(g/kWh)，θX为电厂运行过程温室气体产生系数(g/kWh)，θP为电网配送过程温室气体产生系数(g/kWh)。
电动汽车日常维护所需消耗的流体包括机油、制动液、传动液、冷却液等，生产这些流体的过程是个耗能过程，因此日常维护过程温室气体产生公式为：
其中p为消耗流体种类(p＝1,2,3…n)分别为机油、制动液、传动液、冷却液、润滑油等)，Mp为第p种流体的消耗率(kg/km)，ηp为生产第p种流体的温室气体产生系数(g/kg)。
(3)报废阶段
电动汽车报废阶段分为处理和回收两部分，既有对车辆主体进行拆解、粉碎和电池的报废处理，又有对部分可利用车体、电池材料的二次回用，本阶段既有耗能增排，又有节能减排。考虑电动汽车报废处理的过程仅耗费电能，处理过程的温室气体产生公式为：
Q7＝(D+E)μ(Q5/λC)
其中μ为报废处理单位质量汽车的电耗率(kWh/kg)。
回收阶段回收的汽车材料可被再次利用，重新进入生产循环过程，在电动汽车全生命周期内具有温室气体减排效应，回收过程的温室气体产生公式为：
Q8＝-(ω1Q1+ω2Q2)
其中ω1为车体材料报废回收利用率(％)，ω2为电池材料报废回收利用率(％)。
(4)全生命周期
基于以上对电动汽车各阶段温室气体排放评估测算体系的研究，综合得出电动汽车全生命周期温室气体排放测算公式为：
本发明为使实施步骤清晰易懂，兹以优选实例，并配合附图做详细说明。
某国产纯电动汽车型号为M，自上市以来得到了业内人士及广大消费者的一致好评，现对其进行全生命周期温室气体排放评估测算。
(1)生产阶段
已知M型电动车整备质量为1530kg，车载电池质量为305kg，且车体与电池的主要材料质量分布及温室气体产生系数如表1所示。
表1M型电动汽车车体与车载电池组分材料相关系数表
(数据来源于《车辆主要技术参数及主要配置备案表》、《汽车使用手册》、《汽车动力蓄电池行业规范条件》、《动力蓄电池产品信息表》)
根据车体材料生产过程温室气体产生公式，得出：
同理根据车辆电池生产过程温室气体产生公式，得出：
电动汽车的装配过程涉及涂装、机械安装、空气调节系统和供暖照明过程。考虑M型电动汽车在此装配过程中只消耗电能，各环节的温室气体产生系数由电能折算得到，分别为εT＝250.24g/kg，εJ＝186.22g/kg，εK＝399.05g/kg，因此根据装配过程温室气体产生公式可得出：
Q3＝(D+E)(εT+εJ+εK)
＝1530×(250.24+186.22+399.05g)
＝1278330.3g
电动汽车配送环节，假设M型汽车的装配线到经销店的运输距离为1000km，运输装置为重型卡车，重型卡车负载50t，油耗(柴油)为0.4L/km，且单位柴油油耗温室气体产生系数为2855g/L，所有根据配送过程温室气体产生公式可以得出：
Q4＝[(D+E)/A]LSδ
＝(1530/50000)×1000×0.4×2855
＝34945.2g
(2)运行阶段
电动汽车的运行阶段，假设M型电动汽车每公里的电耗λ＝0.22kWh/km，截止报废行驶里程为300000km，原料处理过程温室气体产生系数θY＝992.24g/kWh，燃料燃烧过程温室气体产生系数θS＝780.01g/kWh，电厂运行过程温室气体产生系数θX＝322.15g/kWh，电网配送过程温室气体产生系数θP＝46.80g/kWh，根据电能利用过程温室气体产生公式可以得出：
M型电动汽车日常维护消耗流体的消耗率及温室气体产生系数如表2所示。
表2M型电动汽车日常消耗流体相关系数表
| 流体名称 | 消耗率(kg/km) | 温室气体产生系数(g/kg) |
| 机油 | 0.0027 | 5120 |
| 制动液 | 0.000065 | 5610 |
| 冷却液 | 0.00042 | 1950 |
| 传动液 | 0.0015 | 5150 |
| 雨刷液 | 0.00002 | 2100 |
(数据来源于《车辆主要技术参数及主要配置备案表》、《汽车使用手册》、《汽车动力蓄电池行业规范条件》、《动力蓄电池产品信息表》、《IPCC国家温室气体排放清单指南》)
根据日常维护过程温室气体产生公式可以得出：
(3)报废阶段
M型电动汽车报废处理过程的能耗仅考虑电能，单位质量汽车的电耗率为1.8kWh/kg，根据报废处理过程温室气体产生公式可得出：
Q7＝(D+E)μ(Q5/λC)
＝1530×1.8×(102368689.5/0.22×300000)
＝4271566.2g
报废回收阶段假设车体材料报废回收利用率ω1为55％，电池材料报废回收利用率ω2为35％，根据回收过程的温室气体产生公式可得出：
Q8＝-(ω1Q1+ω2Q2)
＝-(55％×9154057.5+35％×2093428.5)
＝5767431.6g
汇总以上的各阶段计算公式，得到M型电动车全生命周期温室气体排放量：
Q＝Q1+Q2+Q3+Q4+Q5+Q6+Q7+Q8
＝9154057.5+2093428.5+1278330.3+34945.2+102368689.5+6832395+
4271566.2+5767431.6
＝131800843.8g＝131800.8438kg＝131.8008438t
以上所诉内容仅为本发明较佳实例，并不用以限制本发明，凡在本发明原则范围内做任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种电动汽车全生命周期温室气体排放评估测算方法，其特征在于：分别测算电动汽车生产、运行和报废三个阶段温室气体排放，然后再汇总即得电动汽车全生命周期的温室气体排放测算值；其中，生产阶段包括车体材料生产、车载电池生产、汽车装配和汽车运输四个过程的温室气体排放；运行阶段包括电能利用、日常维护两个过程的温室气体排放；报废阶段包括电动汽车报废和回收两个过程的温室气体排放；
所述车体材料生产过程的温室气体排放的计算方法包括：首先利用汽车称重装置测得电动汽车的车体重量D，然后得到车体材料种类及各材料所占车体质量百分比，设一共有n类，最后根据下式计算其温室气体排放Q1：
其中，i为车体材料种类序号，wi为第i种材料所占车体质量百分比，αi为第i种材料生产过程温室气体产生系数；
所述车载电池生产过程的温室气体排放计算方法包括：
首先利用重力计称得电池的质量E，得到电池材料种类及各材料所占电池质量百分比，设一共有m类，最后根据下式计算其温室气体排放Q2：
其中，j为电池组分材料种类序号，uj为第j种材料所占电池质量百分比，βj为第j种材料生产过程温室气体产生系数；
所述汽车装配过程的温室气体排放计算方法包括：
首先分别得到涂装温室气体产生系数εT、机械安装温室气体产生系数εJ、空气调节系统和供暖照明温室气体产生系数εK，然后按照下式计算其温室气体排放量Q3：
Q3＝(D+E)(εT+εJ+εK)。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，汽车运输过程的温室气体排放计算方法包括：
首先通过称重装置得到运输装置负载质量A，得到运输装置油耗S，然后按照下式计算其温室气体排放量Q4：
Q4＝[(D+E)/A]LSδ
其中，L为装配线到经销店的运输距离，δ为单位油耗温室气体产生系数。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，电能利用过程的温室气体排放计算方法包括：
首先得到电动汽车每公里的电耗λ，电动汽车全生命行驶里程C，火电比例系数原料处理过程温室气体产生系数θY，燃料过程温室气体产生系数θS，为电厂运行过程温室气体产生系数θX，为电网配送过程温室气体产生系数θP，然后按照下式计算其温室气体排放Q5：
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，日常维护过程的温室气体排放计算方法包括：
首先得到消耗流体种类及各种类流体的消耗率，设一共有s种流体，然后按照下式计算其温室气体排放Q6：
其中，p为消耗流体种类序号，Mp为第p种流体的消耗率，ηp为生产第p种流体的温室气体产生系数。
5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，电动汽车报废过程的温室气体排放计算方法包括：
首先得到报废处理单位质量汽车的电耗率μ，然后按照下式计算其温室气体排放Q7：
Q7＝(D+E)μ(Q5/λC)。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，电动汽车回收过程的温室气体排放计算方法包括：
首先得到车体材料报废回收利用率ω1和电池材料报废回收利用率ω2，然后按照下式计算其温室气体排放Q8：
Q8＝-(ω1Q1+ω2Q2)。
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| 汽车制造、使用及回收的生命周期分析;伍昌鸿 等;《汽车工程》;20060406;第28卷(第2期);全文 * |
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