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新能源汽车的逐步普及对环境改善的作用有多大?

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日报标题:「电动汽车可能制造了比汽油车更严重的空气污染」

姚昌晟,文章千古事,得失寸心知

汽车的污染来源有两部分,汽车直接的排放生命周期内排放(well-to-wheel),前者新能源汽车要比燃油汽车更低,后者则要取决于地区的能源结构。因此,回到这个问题,我的回答是:考虑到不同地区的不同能源结构、结合发电技术的效率差异,新能源汽车的逐步普及可能改善环境、也可能导致环境恶化。

@关寿峰对能源结构优化的讨论是很有道理的,但在最后一段我有一些不同的意见。

现在北方雾霾严重,尤其是到冬天集中供暖的时候 PM2.5 数值非常大,这其中 40% 是来自汽车尾气的排放,简直占据了半壁江山,工业排放的比例大概一半,还有 10% 左右是来自其它原因,比如扬尘、私人烧煤等等。你想想看如果有三分之一的汽车换成了新能源汽车,那么 PM2.5 数值能减少多少?那个时候大气排放标准可能更严格随之而来的是工业排放量的大大减少,我们的空气会变好吗?结果很明白。

一是雾霾的来源占比并没有确切的结论,这一点值得推敲。此外,关于 “燃油车换成电动车可以降低 PM2.5”,也许不能这么直接地比较和下结论。

事实上结合我国的能源结构现状,从整个生命周期来看,在中国电动汽车可能让污染更加严重。

首先我想推荐两篇优质的文章,如何评价中国新能源汽车? - 鱼非鱼的回答 - 专栏, @鱼非鱼 与 @JackyQ 两位分别根据中国的能源结构,对颗粒物污染与温室气体的排放进行了分析。

下文中我想简要分享两个关于电动汽车生命周期排放的研究,来看一看电动汽车对环境的作用,研究团队是美国阿贡国家实验室与清华大学。

一,美国,2016

第一个研究是阿贡实验室在美国的能源结构下,分析了新能源汽车与传统汽车全生命周期的温室气体排放(2016,http://www.afdc.energy.gov/vehicles/electric_emissions.php),这项研究基于阿贡开发的 GREET 模型(The Greenhouse gases, Regulated Emissions, and Energy use in Transportation Model),该计算模型开源(2016 版,Argonne GREET Model)。

综合美国各州电力能源数据,全国平均的能源结构如下图:

根据 GREET 模型的参数假设计算得到的不同类型汽车的温室气体排放如下:

从图中可以看到,新能源汽车的碳排放是要远小于汽油汽车的,其中又以纯电动汽车碳排放量最低。但是仍然要强调,这是建立在美国能源低煤炭比的能源结构与火力发电技术的前提下的。

二,中国,2008

时间往前拨动八年,来看一看采用同样研究方法的第二个研究。第二个研究是清华大学与阿贡国家实验室合作于 2009年发表的对中国的电动汽车全生命周期排放的分析(Environmental Implication of Electric Vehicles in China, 2009, Environmental Implication of Electric Vehicles in China)。这个研究在今天看来时效性差了一些,从今天回头去对照原文中一些对未来的估计的数据有一些偏差,不过研究仍是非常有价值的。

(2008 中国六大电网电力能源结构,来源:Environmental Implication of Electric Vehicles in China, 2009)

从上图可以看到,在 2008 年,中国绝大部分的电力来源是煤炭。(在今天,火电在全国电力中平均占比 66%,仍贡献着最大比例的电能。)在火力占绝大比例的 2008 年,中国的火力发电效率约为 32-34%,意味着每发 1 度电就有 1002g 的二氧化碳的排放。同样根据 GREET 模型计算全生命周期的温室气体排放,得到数据如下图。

(2008 年六大电网下电动汽车全生命周期二氧化碳排放,来源:Environmental Implication of Electric Vehicles in China, 2009)

图中红色实线为汽油车二氧化碳排放,蓝色虚线为非插电式混合动力汽车二氧化碳排放(同样是当年的标准)。从图中可以看到,2008 年,在北京所属的华北电网,电动车全生命周期二氧化碳排放高于汽油车;而在煤炭占比 65% 的南方电网,电动车全生命周期二氧化碳排放与非插电式混合动力汽车排放相仿。

原文还对全生命周期的二氧化硫排放与氮氧化物排放进行了对比,文章结论表明,在 2008 年电动汽车全生命周期的二氧化硫与氮氧化物均远高于汽油车。由于我不了解脱硫技术及火力发电 SCR 技术近年的进展,因此不具体讨论。

从 2008 到 2016,中国的电力结构有所改善,各研究机构预计火力占比仍将持续下降,但值得一提的是,与此同时,汽油车的燃油消耗也在持续下降中,这对电动汽车的碳排放提出了更严苛的标准。

上述两研究,基于相同的 GREET 估计模型(年代版本不同),对 2008 年中国与 2016 年美国电动汽车全生命周期的排放进行了测算,由于地区、年代的不同,两者当然不能直接比较。(如果上述研究结论和知友们了解的其他研究结果有一定出入,由于数据来源、假设条件、模型的不同,这是可以理解的。)从研究中我们可以看出,电力能源结构、发电效率会对温室气体排放有重要影响,而对发电过程中的污染物处理则直接关系了二氧化硫、氮氧化物、颗粒物的排放。

别人的研究成果搬运完了,容我来做一下总结:在火力发电占比更高的中国,今天的电动汽车并非更加低碳。碳烟、二氧化硫、氮氧化物及二次生成的颗粒,电动汽车可能制造了比汽油车更严重的空气污染。

但这只是今天的结论。在未来,可能如诸多学者预测,电力能源中火力比例会持续下降,为电动汽车提供更加清洁的能源 :);也可能正由于越来越多的电动汽车的上路会导致了更旺盛的电能需求,能源结构的升级的步伐因此放缓 :(。

最后,诚实地说,我认为新能源汽车的逐步普及对能源安全和工业发展的意义要比环境改善来得更大。环保之外,那就是另一个问题了。


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