關(guān)鍵詞： 電動(dòng)汽車(chē) 碳排放 碳足跡 車(chē)網(wǎng)互動(dòng) 碳交易

汽車(chē)碳排放占我國(guó)交通領(lǐng)域碳排放80% 以上，占全社會(huì)碳排放7.5% 左右。根據(jù)中國(guó)汽車(chē)工程學(xué)會(huì)發(fā)布的《節(jié)能與新能源汽車(chē)技術(shù)路線圖2.0》，預(yù)計(jì)我國(guó)汽車(chē)產(chǎn)業(yè)碳排放將于2028 年左右達(dá)到峰值。到2035 年，碳排放總量較峰值將下降20% 以上。為實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，我國(guó)已從汽車(chē)行業(yè)積分政策、碳排放核算、碳足跡應(yīng)用等方面開(kāi)展了相關(guān)工作，但對(duì)于電動(dòng)汽車(chē)使用環(huán)節(jié)碳排放的研究較少。

1 研究現(xiàn)狀

1.1 政策推動(dòng)方面

在飛速發(fā)展的科學(xué)技術(shù)及生產(chǎn)力推動(dòng)下，日益增長(zhǎng)的汽車(chē)數(shù)量，導(dǎo)致了石油資源儲(chǔ)量的減少，加劇與空氣污染程度，這也是新能源汽車(chē)被提出的背景[1] 。在當(dāng)前中國(guó)可以量產(chǎn)的新能源汽車(chē)，還是以油電混合及純電動(dòng)為主，而其價(jià)值在科技進(jìn)步與環(huán)境保護(hù)方面體現(xiàn)得比較明顯[2]。電動(dòng)汽車(chē)的研發(fā)、快速占領(lǐng)汽車(chē)市場(chǎng)不僅是對(duì)聯(lián)合國(guó)環(huán)境規(guī)劃署頒布的環(huán)境保護(hù)政策的響應(yīng)，同時(shí)也是我國(guó)產(chǎn)業(yè)升級(jí)步伐加快、推動(dòng)產(chǎn)業(yè)與環(huán)境協(xié)調(diào)和可持續(xù)發(fā)展機(jī)制的體現(xiàn)。提升消費(fèi)者對(duì)低碳偏好的水平，從制造者角度而言，可以提高總利潤(rùn)的獲取，但是若從政府角度來(lái)分析，應(yīng)該把低碳補(bǔ)貼控制在合理的范圍內(nèi)，這樣方可有助于汽車(chē)市場(chǎng)的轉(zhuǎn)型[3]。

政府當(dāng)前推行的各項(xiàng)電動(dòng)汽車(chē)政策，包括限購(gòu)燃油汽車(chē)、限行等措施，推進(jìn)了電動(dòng)汽車(chē)在市場(chǎng)上的普及。從消費(fèi)者角度而言，充電功率提高、縮短充電時(shí)間是電動(dòng)汽車(chē)未來(lái)技術(shù)突破方向[4]。在由政策驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)向市場(chǎng)驅(qū)動(dòng)的過(guò)渡時(shí)期，電動(dòng)汽車(chē)應(yīng)該站在消費(fèi)者需求角度，對(duì)私人需求進(jìn)行引導(dǎo)，這樣更加有利于電動(dòng)汽車(chē)產(chǎn)業(yè)推廣與能源安全的保障[5]。

1.2 碳排放核算方面

得益于電動(dòng)汽車(chē)技術(shù)的創(chuàng)新，碳減排效果比較顯著，如果廣東省在2020—2025 年新增電動(dòng)乘用車(chē)普及應(yīng)用創(chuàng)新技術(shù)及結(jié)合創(chuàng)新運(yùn)用模式后，可累計(jì)減少310 814 t 的CO2 排放量[6]。碳排放在區(qū)域之間的流動(dòng)會(huì)被加劇，而這是電動(dòng)汽車(chē)發(fā)展的結(jié)果，如果設(shè)置發(fā)展受阻、基準(zhǔn)、快速發(fā)展這3 個(gè)情景，將會(huì)使全國(guó)的電動(dòng)汽車(chē)造成的碳排放轉(zhuǎn)移量將會(huì)是5.85×106 tCO2 當(dāng)量、9.37×106 tCO2 當(dāng)量及23.43×106 tCO2當(dāng)量[7]。電動(dòng)汽車(chē)的知名度與美譽(yù)度，消費(fèi)者還是比較認(rèn)可的，節(jié)能減排與生態(tài)保護(hù)是被普遍認(rèn)同的[8]。電動(dòng)汽車(chē)是治理氣候變化與推動(dòng)綠色發(fā)展的較好機(jī)制[9]。

針對(duì)汽車(chē)行業(yè)，較為成熟的碳排放體系為汽車(chē)制造行業(yè)碳排放核算規(guī)范。通用、比亞迪等不少車(chē)企也將碳減排范圍拓展到全產(chǎn)業(yè)鏈，包括汽車(chē)原材料采購(gòu)、供應(yīng)鏈、生產(chǎn)、使用乃至回收環(huán)節(jié)。在使用環(huán)節(jié)，主要采取碳足跡的方式開(kāi)展碳排放表征。我國(guó)還沒(méi)有制定碳足跡相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，但通過(guò)核證自愿減排量交易體系，已開(kāi)展相關(guān)方法學(xué)的研究，例如通過(guò)電動(dòng)和混合動(dòng)力汽車(chē)實(shí)現(xiàn)減排（CMS-048-V01）、商用車(chē)隊(duì)中引入低排放車(chē)輛/技術(shù)（CMS-053-V01）、電動(dòng)汽車(chē)充電站及充電樁溫室氣體減排方法學(xué)（CM-098-V01）。2021 年11 月，中國(guó)汽車(chē)工程學(xué)會(huì)已發(fā)布《電動(dòng)汽車(chē)出行碳減排核算方法》（T/CSAE235—2021）。

2 碳足跡分析

電動(dòng)汽車(chē)使用環(huán)節(jié)碳排放方法學(xué)是燃料替代類(lèi)型方法學(xué)，基準(zhǔn)線情景是傳統(tǒng)燃油車(chē)出行環(huán)節(jié)所產(chǎn)生的碳排放，項(xiàng)目情景為電動(dòng)汽車(chē)出行環(huán)節(jié)所產(chǎn)生的碳排放。通過(guò)電動(dòng)汽車(chē)運(yùn)營(yíng)平臺(tái)業(yè)務(wù)訂單，可獲得包含充電量、充電時(shí)間、充電地點(diǎn)等維度的信息，按照充電訂單的形式可呈現(xiàn)電動(dòng)汽車(chē)使用環(huán)節(jié)產(chǎn)生的碳足跡。

2.1 基準(zhǔn)線排放量計(jì)算方法

式（1）中：BEy 為y 年總的基準(zhǔn)線排放量，單位：tCO2；SFCi 為基準(zhǔn)線車(chē)輛類(lèi)型i 燃料消耗量，單位：L/km；EF 油為單位燃油碳排放因子，單位：kgCO2/L；DDiy 為y 年項(xiàng)目車(chē)輛類(lèi)別i 的年總行駛距離，單位：km。

2.2 電動(dòng)汽車(chē)項(xiàng)目排放量計(jì)算方法

式（2）中：PEy 為y 年純電動(dòng)汽車(chē)項(xiàng)目總排放量，單位：tCO2；SECPJiy 為y 年項(xiàng)目車(chē)輛類(lèi)型i 總電力消耗量，單位：MWh；EF 電為中國(guó)電網(wǎng)平均排放因子，單位：tCO2/MWh，采用官方最新公布數(shù)據(jù)；n 為項(xiàng)目車(chē)輛充電的電力輸配的平均損耗，單位：%，文章暫不考慮。

燃油汽車(chē)按不同車(chē)型依據(jù)工業(yè)和信息化部《道路機(jī)動(dòng)車(chē)輛生產(chǎn)企業(yè)及產(chǎn)品公告》等官方機(jī)構(gòu)發(fā)布的綜合工況百公里油耗數(shù)據(jù)，計(jì)算不同車(chē)輛類(lèi)別的單位燃油消耗量。電動(dòng)汽車(chē)自身產(chǎn)生的碳排放，主要取決于電動(dòng)汽車(chē)所消耗電能的來(lái)源，該部分排放量可以根據(jù)充電樁所在地區(qū)業(yè)務(wù)發(fā)生時(shí)間的區(qū)域電網(wǎng)排放因子進(jìn)行計(jì)算，各省電網(wǎng)排放因子參考值如表1 所示。

根據(jù)中國(guó)汽車(chē)工業(yè)協(xié)會(huì)各類(lèi)汽車(chē)銷(xiāo)售數(shù)據(jù)、工信部汽車(chē)單位里程能耗數(shù)據(jù)，加權(quán)平均計(jì)算近3 年銷(xiāo)量排名前50% 的汽車(chē)品牌可得：電動(dòng)汽車(chē)平均能耗0.14 kW?h/km，燃油車(chē)平均能耗0.09 L/km。

汽油的碳排放系數(shù)為2.925 1 kgCO2/kg，每升汽油重量約為750 g，燃燒會(huì)產(chǎn)生2.194 kgCO2，其計(jì)算過(guò)程為0.75×2.9251=2.194 kgCO2。由此，燃油車(chē)百公里產(chǎn)生的二氧化碳為19.75 kg，其計(jì)算過(guò)程為9×2.194=19.75 kg。以華北電網(wǎng)碳排放因子為基準(zhǔn)，電動(dòng)汽車(chē)百公里產(chǎn)生的二氧化碳量為9.97 kg，其計(jì)算過(guò)程為0.7119×14=9.97 kg。

一輛電動(dòng)汽車(chē)行駛百公里減少的碳排放為9.78 kg，其計(jì)算過(guò)程為19.75-9.97=9.78 kg。換算為：電動(dòng)汽車(chē)隨機(jī)充電1 MW·h，減少二氧化碳排放0.699 t。以600萬(wàn)輛常用電動(dòng)車(chē)、月度行程1 000 km 估算，每年電動(dòng)汽車(chē)使用環(huán)節(jié)碳排放可達(dá)到586.80萬(wàn)t。

3 影響因素

3.1 有序充電場(chǎng)景下的碳減排影響

有序充電情景下，電動(dòng)汽車(chē)運(yùn)營(yíng)平臺(tái)中的單位電量消費(fèi)將產(chǎn)生電網(wǎng)峰谷因子差所帶來(lái)的電網(wǎng)側(cè)碳減排。傳統(tǒng)充電模式下，電動(dòng)汽車(chē)充電功率需求大部分與生活用電高峰時(shí)段重合，增加了調(diào)度成本和排放成本。當(dāng)有序充電樁通過(guò)遠(yuǎn)程智能策略規(guī)避峰時(shí)用電，增加谷時(shí)用電后，相當(dāng)于間接減少峰時(shí)非可再生能源發(fā)電功率爬坡出力，將該需求遷移至用電平谷時(shí)段釋放。

《國(guó)家發(fā)展改革委 國(guó)家能源局關(guān)于建立健全可再生能源電力消納保障機(jī)制的通知》（發(fā)改能源〔2019〕807 號(hào)）指出“北京地區(qū)2020 年綠電上網(wǎng)比例不低于15%”。北京電網(wǎng)排放因子0.712 tCO2/MW·h，通過(guò)有序用電策略規(guī)避峰時(shí)用電后，有序用電排放因子降低至0.605 tCO2/MW·h，其計(jì)算過(guò)程為0.712×（1-15%）=0.605 tCO2/MW·h。有序充電業(yè)務(wù)訂單每充電1 MWh，進(jìn)一步降低了二氧化碳排放0.107 t。相對(duì)隨機(jī)充電出行減排效果提升15.03%。

隨著研究不斷深入，有序充電業(yè)務(wù)的碳排放計(jì)算將會(huì)整合電網(wǎng)調(diào)度側(cè)、交易側(cè)數(shù)據(jù)，通過(guò)全天96點(diǎn)（15 min/次）電網(wǎng)源端出力結(jié)構(gòu)采樣的方式，對(duì)電動(dòng)汽車(chē)運(yùn)營(yíng)平臺(tái)電力消耗水平與二氧化碳減排效果量化關(guān)系生成時(shí)間函數(shù)，保障計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性、權(quán)威性。

3.2 V2G 場(chǎng)景下的碳減排影響

V2G 是電動(dòng)汽車(chē)與智能電網(wǎng)間的雙向互動(dòng)技術(shù)。隨著低碳交通的提出和發(fā)展，V2G 技術(shù)將成為新能源汽車(chē)中最具發(fā)展前景的領(lǐng)域。對(duì)V2G 促進(jìn)二氧化碳減排、整合可再生能源、平衡電網(wǎng)峰谷等一系列節(jié)能降碳作用進(jìn)行研究。V2G 情景下，由車(chē)載電池供電替代峰時(shí)非可再生能源發(fā)電功率爬坡出力，直接減少非可再生能源消耗，實(shí)現(xiàn)碳排放因子歸零替換。根據(jù)國(guó)家政策要求，在計(jì)算碳減排量時(shí)必須明確減排主體。電動(dòng)汽車(chē)充電行為的減排主體是充電賬戶(hù)（車(chē)主）；V2G 業(yè)務(wù)發(fā)生過(guò)程中，由于電動(dòng)汽車(chē)運(yùn)營(yíng)平臺(tái)已經(jīng)和V2G 供電方（車(chē)主）進(jìn)行了財(cái)務(wù)結(jié)算，因此V2G 業(yè)務(wù)的碳減排主體為電動(dòng)汽車(chē)運(yùn)營(yíng)平臺(tái)。

根據(jù)《節(jié)能發(fā)電調(diào)度辦法（試行）》（國(guó)辦發(fā)〔2007〕53 號(hào)）——“優(yōu)先調(diào)度火電機(jī)組”；根據(jù)京津唐電網(wǎng)調(diào)度數(shù)據(jù)——“京外300 MW/600 MW 超臨界煤電機(jī)組為主”；根據(jù)《常規(guī)燃煤發(fā)電機(jī)組單位產(chǎn)品能源消耗限額》（GB 21258-2017）——“發(fā)電煤耗限額283 g/kW?h”；根據(jù)2021 年1～6 月份全國(guó)電力工業(yè)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)——“火電廠用電率5.7%”。綜合計(jì)算可得，當(dāng)V2G 業(yè)務(wù)替代峰時(shí)非可再生能源發(fā)電功率爬坡出力時(shí)，減排量等效計(jì)算為0.778 tCO2/MW·h，V2G 業(yè)務(wù)訂單每放電1 MW·h，產(chǎn)生二氧化碳減排0.778 t。

3.3 綠色溯源消納場(chǎng)景下的碳減排影響

綠電溯源是電動(dòng)汽車(chē)運(yùn)營(yíng)平臺(tái)利用區(qū)塊鏈技術(shù)進(jìn)行綠電合約數(shù)據(jù)上鏈操作，精確回溯電網(wǎng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)中清潔能源占比的技術(shù)手段。由于傳統(tǒng)電網(wǎng)業(yè)務(wù)模式為“計(jì)劃+調(diào)度”，用電負(fù)載按照用電計(jì)劃產(chǎn)生，調(diào)節(jié)能力較差，對(duì)綠電上網(wǎng)功率的時(shí)序特征極不友好。而通過(guò)電動(dòng)汽車(chē)運(yùn)營(yíng)平臺(tái)整合源端、荷端大數(shù)據(jù)能力后，通過(guò)用電過(guò)程智能管理，實(shí)現(xiàn)負(fù)荷靈活可調(diào)，能夠?qū)崿F(xiàn)電力供需在更復(fù)雜時(shí)空環(huán)境下的精確匹配，顯著減少綠電資源浪費(fèi)。因此，對(duì)應(yīng)區(qū)塊鏈溯源部分的綠電電量碳減排主體為電動(dòng)汽車(chē)運(yùn)營(yíng)平臺(tái)，碳減排能力由電動(dòng)汽車(chē)運(yùn)營(yíng)平臺(tái)業(yè)務(wù)能力產(chǎn)生。電動(dòng)汽車(chē)碳排放量在可溯源綠電通過(guò)充電訂單消納后會(huì)進(jìn)一步降低，訂單數(shù)據(jù)中的綠電部分排放因子按零計(jì)算，加權(quán)平均得出排放因子的實(shí)際數(shù)據(jù)。

以北京地區(qū)為例，假設(shè)電動(dòng)汽車(chē)行駛20 萬(wàn)km 報(bào)廢，耗電總量約2.8 萬(wàn)kWh。隨機(jī)充電模式下電動(dòng)汽車(chē)碳排放約19.94 t。若參與實(shí)現(xiàn)充電，將降低碳減排為3.06 t。若通過(guò)綠電溯源，實(shí)現(xiàn)清潔用電占比達(dá)到50%，則電動(dòng)汽車(chē)碳排放降低至8.44 t。相對(duì)隨機(jī)充電出行減排效果提升57.67%。

4 結(jié)語(yǔ)

優(yōu)化汽車(chē)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，大力推廣節(jié)能與新能源汽車(chē)，是實(shí)現(xiàn)汽車(chē)行業(yè)低碳發(fā)展的重要舉措。影響電動(dòng)汽車(chē)使用環(huán)節(jié)碳排放量的關(guān)鍵因素包括充電樁所在地區(qū)的區(qū)域電網(wǎng)排放因子、電動(dòng)汽車(chē)百公里電耗以及同類(lèi)型燃油車(chē)的百公里油耗。在當(dāng)前煤電為主的發(fā)電結(jié)構(gòu)下，電動(dòng)汽車(chē)隨機(jī)充電時(shí)，碳排放量相比傳統(tǒng)燃油車(chē)優(yōu)勢(shì)并不明顯。只有通過(guò)大范圍、規(guī)模化、精準(zhǔn)高效的車(chē)網(wǎng)互動(dòng)，對(duì)電動(dòng)汽車(chē)進(jìn)行有效的調(diào)度和控制，才能實(shí)現(xiàn)清潔綠電的充分消納，才能充分發(fā)揮電動(dòng)汽車(chē)的碳減排優(yōu)勢(shì)。同時(shí)，鼓勵(lì)開(kāi)展負(fù)荷聚合系統(tǒng)、電力交易平臺(tái)、充電運(yùn)營(yíng)平臺(tái)等跨平臺(tái)數(shù)據(jù)融合，建立碳減排資源庫(kù)。推動(dòng)充電行業(yè)自主參與全國(guó)碳交易市場(chǎng)相關(guān)引導(dǎo)政策制定、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)制定及實(shí)施，推動(dòng)建立充電行業(yè)碳交易服務(wù)代理平臺(tái)，聚合碳配額、綠電消納、CCER 等碳資產(chǎn)積極參與碳市場(chǎng)交易，實(shí)現(xiàn)充電設(shè)施碳資產(chǎn)價(jià)值流通。