方海峰，陳軼嵩，許海波

（1.天津大學(xué)，天津 300192；2.中國汽車技術(shù)研究中心有限公司，天津 300300；3.長安大學(xué)，陜西 西安 710064）

前言

汽車產(chǎn)業(yè)高速發(fā)展給人們帶來高質(zhì)量生活的同時，也帶來了一系列嚴重的資源環(huán)境問題，我國汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展面臨極大的挑戰(zhàn)。在資源、能源與環(huán)境的多重壓力下，汽車產(chǎn)品節(jié)能減排要求日趨嚴格，為了減輕傳統(tǒng)內(nèi)燃機汽車化石能源的消耗以及降低對環(huán)境的影響，我國不斷加快調(diào)整新能源汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展規(guī)劃，以發(fā)展純電動汽車為現(xiàn)階段目標，而且由國務(wù)院頒布的《中國制造2025》戰(zhàn)略規(guī)劃將節(jié)能減排與新能源汽車作為十大重點發(fā)展領(lǐng)域。增程式電動汽車作為過渡到純電動汽車的過渡車型，目前關(guān)于增程式電動汽車節(jié)能減排評價的研究較少，因此需要分析增程式電動汽車究竟對資源、能源、環(huán)境產(chǎn)生怎樣的影響，也就必須通過科學(xué)的全生命周期評價才能具備全局性、系統(tǒng)性的認知。

國際標準化組織（ISO）對全生命周期評價定義是：“對一個產(chǎn)品系統(tǒng)的生命周期中輸入、輸出及其潛在環(huán)境影響的匯編和評價”[9]。汽車全生命周期評價是對于一種汽車產(chǎn)品進行“從搖籃到再生”的環(huán)境排放和能源消耗評價的方法。也就是說，汽車產(chǎn)品全生命周期評價包含了一個汽車零部件或者整車從最初的設(shè)計、材料的制造，直至再制造和最終廢物處置。在這樣的一個生命周期里面涉及到的能量回收和環(huán)境排放，去收集和計算能源消耗以及環(huán)境總釋放情況，然后根據(jù)收集的排放和能源消耗評價這些能源消耗和環(huán)境排放對環(huán)境與能源的總體影響，以及盡可能的找到減少此類影響的方法。

表1 評價車型基本參數(shù)

現(xiàn)階段，全生命周期評價在汽車領(lǐng)域的應(yīng)用較為成熟，不論是傳統(tǒng)內(nèi)燃機汽車，還是新能源汽車全生命周期的節(jié)能減排效果分析，各國相關(guān)領(lǐng)域?qū)＜乙呀?jīng)作了深入的研究分析[1-6]。然而專門針對于增程式電動汽車的全生命周期節(jié)能減排的研究較少，對增程式電動汽車的節(jié)能減排效果缺乏系統(tǒng)性，全局性的認知。范軍鋒等[7]基于全生命周期理論對目前幾種典型新能源汽車的使用成本與環(huán)境影響及能源轉(zhuǎn)換效率進行了評估，結(jié)果表明，電池汽車溫室氣體排放量最少，能源效率最高的汽車分別是氫和甲醇燃料電池汽車、混合動力汽車和氫燃料汽車。楊茹等[8]運用生命周期評價方法，以一款非插電式混合動力汽車為研究對象，從制造、使用、報廢3 個階段進行了全生命周期評價，結(jié)果表明，與傳統(tǒng)燃油汽車相比較，可節(jié)省資源28.9%、減少污染35.16%。此外，對資源消耗以及環(huán)境影響中的關(guān)鍵因子進行了敏感性分析，敏感性分析結(jié)果表明，再生材料的使用對降低混合動力汽車制造過程資源消耗與環(huán)境影響有積極作用。

綜上所述，目前全生命周期評價方法在汽車上的應(yīng)用已經(jīng)越來越廣泛，尤其是在新能源汽車領(lǐng)域，隨著《節(jié)能與新能源汽車技術(shù)路線圖》的發(fā)布，我國對于汽車的節(jié)能減排效果更加重視。因此，本文在Gabi 軟件基礎(chǔ)上，針對目前市場上典型的增程式電動汽車車型做一個全面系統(tǒng)性的評價，從而對增程式電動汽車的節(jié)能減排效果有一個全面的認識。

圖1 系統(tǒng)邊界

2 目標與范圍

2.1 評價對象

本次評價的目的在于運用全生命周期評價的方法，對增程式電動汽車進行整個生命周期科學(xué)性的評價，本次以市場上的雪佛蘭Volt 增程式電動汽車為研究對象，計算其全生命周期的節(jié)能減排效果，以期對于增程式電動汽車節(jié)能減排效果有一個全面的認識。該車詳細的規(guī)格參數(shù)如表1 所示，該車的功能單位選取為在中國道路行駛150,000 km。

2.2 系統(tǒng)邊界

系統(tǒng)邊界限定為四個生命周期階段：原材料獲取階段、零部件制造裝配階段、整車運行使用階段、報廢回收階段。所研究的能源消耗為：原油、原煤和天然氣。對于排放物，僅研究CO2, CO, NOx, SOx, NMVOC, CH4, PM10、PM2.5。系統(tǒng)邊界如圖1 所示。

3 清單分析與模型構(gòu)建

圖2 原材料獲取階段Gabi 模型圖

圖3 整車制造裝配階段Gabi 模型圖

本次在模型構(gòu)建時采用的是德國斯圖加特聚合物測試與科學(xué)研究所和PE 公司共同研發(fā)的生命周期評價專門評價軟件—Gabi。根據(jù)系統(tǒng)邊界，清單分析從原材料獲取階段、零部件制造裝配階段、整車運行使用階段、報廢回收階段四個階段進行，各自建立方案模型，最后將四個階段模型進行連接，從而得到整車全生命周期的評價模型。各個階段具體模型如圖2-5 所示，整個階段模型如圖6 所示。

圖4 整車運行使用階段GaBi 模型圖

圖5 整車報廢回收階段GaBi 模型圖

圖6 整車全生命周期評價GaBi 模型

4 評價結(jié)果與解釋

4.1 評價結(jié)果

基于CML2001 生命周期評價方法，將能源消耗分為兩類：礦產(chǎn)資源消耗潛值（ADP elements）、化石能源消耗潛值(ADP fossil），將環(huán)境影響類型劃分為5 類：全球變暖潛值（GWP）、酸化潛值（AP）、水體富營養(yǎng)化潛值（EP）、光化學(xué)煙霧潛值（POCP）和臭氧層損耗潛值（ODP）。本文的特征化分析運用GaBi 軟件完成，此外，為了對比分析各個環(huán)境影響，運用CML2001 方法對上述5 中環(huán)境影響類型做歸一化和量化處理，歸一化基準值來自于Gabi 軟件庫，權(quán)重值來自于參考文獻[10]，具體數(shù)值如表2-3 所示。

表2 歸一化基準值和權(quán)重系數(shù)

表3 五種環(huán)境影響類型歸一化結(jié)果

4.2 結(jié)果解釋

（1）能源消耗分析

圖7 生命周期各階段礦產(chǎn)資源消耗

圖8 生命周期各階段化石能源消耗

由圖可知，礦產(chǎn)資源消耗最多的是在原材料獲取階段，主要是因為各種車用原材料的獲取需要大量的礦產(chǎn)資源作為物質(zhì)前提；化石能源消耗最多的是在運行使用階段，這主要是因為汽車在整個使用階段消耗了大量的汽油和電能，此外回收階段產(chǎn)生了明顯的正效益，因此，報廢回收對汽車的節(jié)能減排意義重大。

（2）環(huán)境排放影響分析

圖9 生命周期各階段的綜合環(huán)境影響

由圖可知，增程式電動汽車四個階段的五種環(huán)境影響類型由大到小的順序依次為：全球變暖潛值 GWP（占比56.5%）、酸化潛值A(chǔ)P（占比26.4%）、光化學(xué)煙霧潛值POCP（占比15.6%）、水體富營養(yǎng)化潛值EP（1.45%）、臭氧層耗竭潛值ODP（0.05%）。環(huán)境影響主要集中在使用階段，其次是原材料獲取階段。在使用階段，全球變暖潛值（GWP）、酸化（AP）和光化學(xué)煙霧潛值（POCP）是主要的環(huán)境影響，全球變暖潛值（GWP）主要是因為在使用階段產(chǎn)生了大量的CO2，而CO2主要來自汽車燃料燃燒，因此，減少汽油燃燒和電力生產(chǎn)過程的溫室氣體排放是十分必要的。

5 結(jié)論

通過對增程式電動轎車全生命周期節(jié)能減排效果進行評價，得出以下結(jié)論：

（1）增程式電動轎車在運行使用階段的環(huán)境影響最大。一方面是由于增程器的使用，汽油燃燒產(chǎn)生的CO2 直接排放到空氣中，對溫室效應(yīng)產(chǎn)生了直接影響，其次是因為我國電能結(jié)構(gòu)不清潔，未來我國電能結(jié)構(gòu)調(diào)整后，能耗和碳排放將進一步降低。但在節(jié)能效果方面優(yōu)勢明顯，主要是由于增程式電動轎車搭載小型發(fā)動機，且發(fā)動機可以一直工作在最優(yōu)轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)，燃油利用率高，在電池SOC 較高時，還可采用純電行駛，進一步達到了節(jié)能的效果。

（2）增程式電動轎車在原材料獲取階段的礦產(chǎn)資源消耗最大。主要是其搭載的增程器組（發(fā)動機+發(fā)電機）、動力電池以及各大主要總成部件，需要大量的金屬礦產(chǎn)資源作為基礎(chǔ)，此外礦產(chǎn)資源的開采碳排放強度較高。因此，對汽車進行輕量化設(shè)計至關(guān)重要。

（3）增程式電動轎車在報廢回收階段的礦產(chǎn)資源的消耗、化石能源的消耗以及環(huán)境排放方面均產(chǎn)生了一定正效益，對減少碳排放有利，因此，報廢回收對汽車減少碳排放至關(guān)重要。