纯电动与燃油车动力系统谁更节能？基于全生命周期的能耗及排放对比分析

电动汽车的使用不仅降低了对石油能源的消耗，同时减少了环境排放，但这只是针对汽车的使用阶段而言，而未从全生命周期的视角去定量分析其对资源和环境造成的总体影响，因此，在目前环境和技术背景下的纯电动汽车是否真正节能减排，值得社会关注。

1.LCA的定义和意义

SETA(国际环境毒理学会与化学学会)将生命周期评价(LCA：Life Cycle Assessment)定义为：“生命周期评价是一种对产品、生产工艺以及活动对环境的压力进行评价的客观过程。

它是通过对能量和物质利用以及由此造成的环境废物排放进行辨识和量化来进行的，其目的在于评估能量和物质利用以及废物排放对环境的影响，寻求改善环境影响的机会。

这种评价贯穿于产品、工艺和活动的整个生命周期，包括原材料提取与加工，产品制造、运输及售、产品的使用、再利用及维护，废物循环及终废物弃置。

生命周期评价:

1)有助于企业在产品开发中选择有利于环境的绿色工艺；

2)有助于企业实施生态效益计划，促进企业可持续发展；

3)能够帮助企业有步骤、有计划地实施清洁生产；

4)可以成为政府部门制定环境政策和建立环境产品标准的依据；

5)优化政府的能源、运输和废物管理方案；

6)可以对市场营进行引导、指导“绿色营销”和“绿色消费”。

2.LCA分析方法及流程

具体工作内容如下：

·对生命周期评价方法框架、特点及评价工具进行详细阐述：

·选取研究对象，通过研究目的与范围的确定、清单分析及影响评价建立了其生命周期评价模型；

·在评价模型的基础上，通过实地调研、专家走访等形式，搜集获取关于两款动力系统从原材料获取到最终废弃处置各阶段所需要的数据，进行清单分析，然后运用Gabi软件对两款动力系统进行建模；

·运用CML及其修正方法，通过影响分类、特征化、归一化及加权对矿产资澹耗竭、化石能源耗竭及环境排放潜能进行影响评价对比；

·在评价结果的基础上对两款动力系统进行资源环境对比分析，并通过深入分析(敏感性、电能结构等)对主要环境影响关键因素进行识别，有针对性的提出降低其潜在环境影响的建议措施。

3.评价对象简介

·国内某自主品牌燃油SUV汽车

·在上述燃油汽车基础上改装而成的纯电动汽车

其基本结构如下图所示：

其传动系统主要由离合器、减速器、传动轴、主减速器、差速器及传动半轴等组成，与普通燃油汽车相比最大区别在于少了一个变速器，而多了一个减速器。

4.评价结果与分析

矿产资源耗竭对比

两者矿产资源消耗均主要发生在原材料获取阶段，且由于纯电动汽车动力系统相比燃油汽车动力系统其结构更复杂、质量更大以及磷酸铁锂电池回收技术的不成熟，纯电动汽车的矿产资源消耗值大于后者的动力系统。

化石能源耗竭对比

按照修正模型计算出的电动汽车动力系统的能源消耗值远大于燃油汽车动力系统，且消耗主要发生在原材料获取阶段和使用阶段。

环境影响负荷

生命周期各阶段的综合环境影响对比值

全生命周期的各种环境类型综合值对比

两款动力系统资源环境影响对比值

显然，除化石能源耗竭外，纯电动汽车动力系统矿产资源耗竭及环境影响负荷均大于燃油汽车动力系统。详细分析情况如下：

电动汽车动力系统全生命周期各单项环境影响指数排序为GWP > > POCP> EP> ODP，且环境影响主要发生在使用阶段，其次是生产制造阶段，其对环境影响的贡献值分别为66.3%和29.2%。

燃油汽车动力系统全生命周期各单项环境影响指数排序为GWP > AP > POCP > EP> ODP，使用阶段的能耗及原材料获取阶段的材料使用是造成环境负担的最大因素。

纯电动汽车动力系统环境影响负荷比燃油汽车动力系统高162.5‰，以酸化潜值及全球变暖为例，前者就比后者多排放了46.6kg S02当量和7710kg C02当量。

两者动力系统回收阶段的综合环境影响量化值分别为-6.88E-12和-1.82E-12，表明回收阶段均得到了正效益，电动汽车动力系统回收的环境影响正效益比燃油汽车动力系统的略小。

5. 敏感性分析：

基于敏感性因素变化的环境影响分析

基于敏感性因素变化的环境影响分析图

综上可知，电动汽车动力系统生产制造能耗、百公里耗电量及电池充电效率三种敏感因素对影响指标的敏感因子分别为0.26、0.66和-0.75，其中电池充电效率为负值，代表其与综合环境影响呈负相关。通过分析可知，电池充电效率对环境影响最为敏感，其次是百公里耗电量，生产制造阶段的能耗对评价结果的影响则相对较小。

与其相比，生产制造能耗的敏感度因子相对较小，说明该数据的不确定性对评价结果影响较低。

6.总结

综合以上系统分析，在我国目前能源结构及总体技术水平基础上，纯电动汽车在矿产资源、能源消耗、综合排放对环境的影响较传统内燃机汽车相关指标都存在不同程度的差距。但是在我国未来电能结构的改善，汽车及零部件的回收利用机制的建立，以及车用动力电池、轻量化、动力系统等技术的升级的趋势下，未来纯电动汽车的节能减排潜力依然非常乐观。