新能源电动汽车节能减排效应及发展路径研究.docx

毕业论文(设计)手册新能源电动汽车节能减排效应及发展路径研究摘 要：随着全球环境问题和能源危机的不断凸显，世界各国都在积极采取应对措施以实现国内经济、社会的良性发展。汽车作为石油消耗和二氧化碳排放的大户，需要进行革命性的变革，因此发展新能源电动汽车已经成为世界各国的共识，我国为实现“到2020年单位国内生产总值二氧化碳排放比2005年下降40-45%”的目标和汽车产业“弯道超车”的历史使命，更是将其列入到七大战略性新兴产业之中。目前，随着国家政策的大力扶持，各试点城市在持续推进新能源电动汽车产业的发展。在此背景下，本文首先梳理了国内外新能源电动汽车发展的现状以及相关的发展规划，然后以纯电动汽车和混合动力汽车为研究对象，在考虑我国2012和2020年发电能源结构的基础上，采用车用燃料生命周期成本法对纯电动汽车、混合动力汽车的年能耗量及二氧化碳排放量与传统燃油汽车进行对比分析，得出了在2012-2020年发展新能源电动汽车有助于实现节能减排以及纯电动与混合动力汽车在不同的年份实现不同程度碳排放量的相关结论。随后采用敏感性分析的思想得出发电能源结构和汽车类型是影响我国新能源电动汽车节能减排的重要因素。最后，在使用弹性系数法预测我国未来新能源电动汽车保有量的基础上，通过设定不同情景的发展路径，得出在考虑节能减排因素下到2020年我国应主要发展纯电动汽车，从而实现最大程度上降低能耗与碳排放的结论。关键词：新能源电动汽车；车用燃料生命周期理论；节能减排；发展路径第1章 绪论1.1研究背景瓦特蒸汽机的发明，人类开始进入蒸汽时代；伴随着汽车的产生，人们之间的距离逐步缩小，大大加速了时间的进程，人们的各项活动不仅仅放眼于一个州，而是一个国家、一个大陆，甚至整个世界。毫无疑问，汽车工业的快速发展与否已经成为决定国民经济发展的关键因素之一。特别是在中国，自20世纪90年代以来，随着经济的迅速发展和人民生活水平的提高，汽车工业得到了快速发展，汽车保有量在急剧增加，据国家统计局数据显示，截止到2013年底，我国民用汽车保有量达到1.27亿辆，比2012年增长15.9%，民用汽车的急剧增加使得我国交通领域石油消耗量不断增长，这给我国的能源安全问题带来了巨大隐患。目前我国已经成为原油、天然气、煤炭的净进口国，能源供应对外依存度不断提升。尤其是在我国“富煤、缺油、少气”的现状下（据统计，我国已探明的矿物资源储量中，96%为煤炭储量，油气资源仅占4%。我国原油消耗量却在连年增加持续增长的原油对外依存度及原油资源供给的有限性，不断制约着我国经济的持续健康发展。1.2研究目的及意义1993年我国原油对外依存度为6%，成为净进口国伴随着原油需求的不断增加，对外依存度从1993年的6%提高到2010年的54%到2011年上半年，我国原油对外依存度达到55.2%首次超越美国；到2013年年底，我国原油消费量达到4.98亿吨，对外依存度高达58.1%较高的原油对外依存度给我国的能源安全以及经济的发展带来了巨大的影响。由于汽车在使用过程中会产生大量的二氧化碳，因此随着汽车保有量的急剧增加，尾气的排放带来了严重的环境问题。根据美国能源部二氧化碳信息分析中心（CDICA）为联合国收集的数据显示，我国在2006年已经超过美国成为世界上最大的二氧化碳排放国，到2013年底，我国的二氧化碳排放量为100亿吨，接近世界排放总量的1/3，超过了美国和欧盟排放量的总和与此种现象同时增加的是交通运输设备拥有量。1.2文献综述国内外大多数学者研究焦点主要集中在新能源电动汽车在使用过程中的能耗以及相应的排放量。施晓清等（2013）基于燃料生命周期理论，采用改进的燃料碳排放模型，设置了六种情形对北京市推广纯电动汽车的影响因素进行了分析，得出发电能源结构对纯电动汽车碳减排空间起到决定性的作用7。VlietO等（2011）、LucasA等（2012）对电动汽车在使用过程中的能耗及排放与传统汽车进行对比分析，同样得出了发展电动汽车可以实现节能减排8-9。Frey等人（2011）基于混合动力汽车的发动机类型、汽车行驶速度，不同路况等多种实际行驶工况条件下，得到了混合动力汽车的二氧化碳排放量的均值为0.69g/s10。杨峰等（2009年）采用能源费率指标，选取RAV4纯电动汽车和RAV4进行比较，得出了RAV4纯电动汽车在使用过程中是零燃油消耗，它的能源费率仅为RAV4的19.6%，在运行过程中有着明显的经济性优势11。曹静等（2009）对上海市的混合动力和燃料电池汽车的节油和替代效应进行分析，得出两种新能源电动汽车的节能效果较为明显，并且对两种汽车2020年的能耗替代效应进行了预测，得出到2020年可以替代预计燃油需求的25%12。齐天宇等（2009）采用持有者成本模型对我国混合动力公交车的发展前景进行分阶段分析，得出混合动力公交车在大规模推广以后不但能够实现节能减排，而且还会带来巨大的经济效益。第2章 国内外新能源电动汽车发展现状及路径2.1国外新能源电动汽车发展现状及发展路径目前，随着全球能源危机的加剧和碳减排压力的不断增大，各个国家都在交通领域推广新能源电动汽车，使得全球新能源电动汽车的数量得到了急剧的增加。到2013年底，全球纯电动汽车的数量超过40万辆1，较2012年翻了一翻，其中拥有数量最多的国家是美国，其次是日本。另外，全球油电混合动力汽车（主要包括摩托车、公共汽车和卡车）共有856万辆2，可见目前的发展仍以油电混合动力汽车为主，纯电动汽车发展程度相对较低。本部分主要就国际上新能源电动汽车发展较为迅速、技术较为先进的美国、日本、欧盟的发展现状及未来发展规划进行分析，以期为我国未来发展路径提供相关的发展借鉴。美国一直将调整汽车燃料结构，降低石油依赖，确保能源安全作为研究制定交通领域及汽车工业发展战略的立足点与出发点，并将发展电动汽车作为国家战略的重要组成部分。而政府的大额补贴也带动了电动汽车产业的快速发展，目前美国已经是全球最大的电动汽车市场。美国的领先地位很多程度上来源于政策的支持，目前美国已形成了包括激励、保障以及限制类政策在内的鼓励新能源电动汽车发展的政策体系。激励政策主要是美国政府对购车者的优惠举措。根据美国2008紧急经济稳定法案，美国政府将根据消费者购买的不同新能源电动汽车的车重给予不同的税收抵扣。保障类政策主要是支持基础设施建设、加大研发和投入力度，以推动电动汽车以及核心零部件的研发。2.2我国新能源电动汽车发展现状及路径在国家政策的扶持下，我国的新能源电动汽车产销量在逐年递增，如图所示，自2005年以来，我国新能源电动汽车的产销量呈明显上升趋势，年均增长率在30%以上，显示了我国在推广新能源电动汽车方面有着广阔的前景。随着市场的逐渐成熟，在2014年上半年，我国新能源汽车生产20692辆，销售20477辆，比上年同期分别增长2.3倍和2.2倍，展现了我国发展新能源电动汽车的强大动力。虽然我国新能源电动汽车的发展存在广阔的前景，但是目前新能源电动汽车市场处于初步发展阶段。我国新能源电动汽车从2012年销量才开始突破万辆，2013年也仅有1.76万辆，不足2万辆，要完成政府制定的到2015年纯电动汽车和插电式混合动力汽车累计产销量达到50万辆，到2020年，纯电动汽车和插电式混合动力汽车生产能力达200万辆、累计产销量超过500万辆的目标难度较大。为推动我国新能源电动汽车产业的发展，我国科技部、财政部、发改委、工业和信息化部四部委于2009年1月共同启动“十城千辆”工程。截止2012年底，我国25个试点城市共示范推广各类新能源电动汽车2.74万辆。其中，在公共服务领域共推广2.3万辆，私人购买0.44万辆，新能源电动汽车的推广仍然是以政府为指导的。2013年11月，国家财政部、科技部、工业和信息化部、发改委四部委共同确定了28个我国第一批新能源电动汽车推广应用城市或区域的名单，其中包含23个城市和5个城市群。第3章 新能源电动汽车节能减排效应分析3.1发电能源结构 通过研究后我们可以发现，新能源电动汽车在运 行过程中也会产生碳排放，这个过程中的碳排放也是 相当多的。在新能源电动汽车运行过程中的能耗和碳 排放主要是由产生电力的这个过程中引起的。虽然电 能消耗过程中并不会产生多少的碳排放，但是在现实 来说，电力的产生还主要都是由一次能源转化而来 的，所以发电能源结构就成为影响新能源电动汽车实 现的重要因素。因此，在对于电力和燃油混合的动力 车来说，我国目前的发电能源结构并不能减少碳排放 量和其对环境造成的严重影响，这是我们在进行新能 源电动汽车设计时最应当注意的。3.2汽车类型 很多人在节能减排的过程中往往忽视汽车类型 对于碳排放的严重影响，其实我们进行详细研究后发 现，汽车的类型会直接影响到汽车百公里的能耗，以 及汽车行驶过程中所使用的燃料，这样，对于二氧化 碳的排放来说就会有更加严重的影响。目前在新能源 电动汽车的推广较多的基本为出租车，公交车和私家 车，这三种车对于燃料的使用是极其巨大的，我们需 要做出更多的努力3.3古典空间分析法的参数指体现 为了找到统一的衡量指标，应对指数进行深入研 究和分析，统计学方面有很多指数来作为研究变量， 通过指数的变化进行不同区域旅游经济差异的具体 分析，可以使得研究数据更加精准客观，在空间层次 上来对经济差异出现的原因进行了解。这些方法的优 越性就是可以使得研究结果更为直观，根据具体的表 格和比重分析可以方便相关专家提出更好的意见，使 得结果更具有权威性。在数据分析上，标准差固然是 重要的分析数据，与此同时也不可以忽视绝对值的差 异对于数据分析的重要性，这是在研究分析时候的两 个重要指标，可以具体表现出旅游区域经济差异的实 际情况，而且也可以适应时间跨度的发展，对于经济 差异的总体变化趋势有一个明确的展示。在具体分析 过程中有很多参数数值作为参考，其中最关键的是量 化统计数值，具体分为空间、统计、遥感等三类具体指 数，在设立的坐标中，根据分布规律我们可以观察出数据的内在规律和关联性。第4章 “十三五”北京市新能源汽车节能减排效果预测“十二五”期间电动车保有量占全部车辆的4.9%，但能耗仅占总能耗的2%，CO2排放量仅占全部车辆排放量的2.86%，燃油车仍占很大比重。“十三五”期间增加新能源汽车的占比，有很大的节能减排空间。根据20102014年5年间北京市出租车、公交车、环卫车的数据的平均增长率，以及关于加快新能源汽车推广应用的实施意见（征求意见稿）北京市电动汽车推广应用行动计划（20142017年）等规划要求，“2017年北京市电动环卫车数量占总环卫车数量的50%；到2020年，京津冀地区新增或更新城市公交车、出租汽车和城市物流配送车辆中，新能源汽车比例不低于35%。”综合预测出2020年底出租车、公交车和环卫车的保有量分别为68648辆、45295辆和15817辆。预测结果表明，至2020年底，3种车型合计能耗为154769万千万时。其中，出租车总能耗为61691万千万时，新能源出租车能耗占44.8%；公交车的总能耗为91832万千万时，新能源公交车的能耗占总能耗的63.64%；环卫车的总能耗为1245万千万时，新能源环卫车的能耗占总能耗的43.2%。至2020年底，3种车型合计排放CO2量为39.4万吨。其中出租车总排放为6.6万吨，新能源出租车排放占总排放的57.5%；公交车总排放23.4万吨，新能源公交车排放占比61.5%；环卫车总排放为0.43万吨，新能源环卫车排放占比为56.1%。2020年出租车保有量较2015年增加了0.9%，公交车增加了8.8%，环卫车增加了47%，但3种车型总能耗却减少4.6%，CO2的总排放仅增加了7.1%，减排效果较明显。按车辆燃料全生命周期核算，能源的开采、运输以及电网发电结构仍然对结果有较大影响，因而在未来5年中，提高能源的开车运输效率以及调整电网发电结构依然是重要的发展目标。第5章 主要结论与“十三五”政策建议增加新能源公交车数量的同时，还应考虑适合的新能源车型。电动公交车的CO2排放量仅为燃油公交车的79.3%，具有较大的减排优势。新能源公交车节能减排效果随有效载客量、空调开启时长的不同，差异很大，因此应结合区域特点，选择合适的新能源公交车型。控制出租车总量的前提下，加大新能源电动出租车占比。电动出租车有巨大的节能减排优势，无论是按月份平均还是累计的车辆节能减排情况，其效果都很显著。“十三五”期间北京市应在控制出租车总量的前提下，加大新能源电动出租车对燃油出租车的替换力度。推广新能源汽车租赁商业模式，健康发展租赁市场。新能源电动汽车的推广和实施力度，以及群众的接受意愿和程度，极大地影响着新能源汽车租赁这一商业模式的推广实施。进一步促进北京市交通部门绿色、低碳和健康发展，仍需要加大推广新能源汽车租赁服务，让新能源汽车租赁在整个汽车租赁的市场上，逐步占据主导地位。有效改善能源结构，大力推广电动汽车节能技术。在不同煤电技术供电路线下，电动汽车耗电行驶生命周期阶段减排效率差异明显，和网电技术相比，应用IGCC与CCS组合技术减排效果最显著，具有高达36%的减排空间。北京市在减少煤炭发电，提高新能源发电比例的同时，应积极采用IGCC、CCS等节能减排技术，降低供电煤耗是减少电动汽车碳排放最有效的途径。发挥北京特有的“产、学、研”优势，实现关键技术突破。磷酸铁锂电池的CO2排放量分别是锰酸锂电池、铅酸蓄电池的87.4%、88.5%，磷酸铁锂电池驱动电动车碳减排性能明显优于锰酸锂电池、铅酸蓄电池驱动车。“十三五”期间，在“产、学、研”结合的技术革新模式上占有绝对优势的北京，应围绕动力电池技术、煤电技术、车身轻量化技术、绿色轮胎技术等方面率先实现关键技术的突破和推广。改善北京城市路况，避免交通拥堵带来的巨大能耗和碳排放。以出租车为例，当车速由60千米每小时降低到20千米每小时，燃油出租车的碳排放是低速的29.4%，纯电动出租车的CO2排放则是低速的36%。“十三五”期间应合理布局北京城市交通道路、有效控制车辆保有量，出台相应政策减少出行车辆，避免由于交通拥堵产生的额外能耗损失和碳排放增加。交通拥堵状态下，电动汽车相对于燃油车减排优势愈发明显。以出租车为例，在拥堵的情景下，电动出租车的碳排放仅为燃油出租车的62%，与通畅情景相比下降了13.9%。很显然，交通拥堵状态下，电动汽车相对于燃油车减排优势愈发明显。在交通压力短期内无法得到有效改善、而发电结构相对更优的特大城市，发展电动汽车节能减排效果更为显。第6章 总结本研究通过采用车用燃料生命周期模型进行测算得到，在2012年和2020年的发电能源结构下，纯电动汽车和混合动力汽车的能耗及碳排放量都是要低于传统燃油汽车的，说明我国在2012-2020年间发展新能源电动汽车是能够实现节能和减排的，就单辆汽车年能耗及排放来讲，不能年份，不同发电能源结构下纯电动汽车与混合动力汽车的能耗和排放效果是不同的。就能耗来讲，不论是在2012还是2020年，单辆纯电动汽车的能耗量都要远低于混合动力汽车；但是就碳排放量来讲，在2012年，我国单辆纯电动汽车的年碳排放量是高于混合动力汽车的，而到2020年，单辆纯电动汽车的碳排放量要远低于混合动力汽车。从此角度我们可以看到，就目前来讲，应有侧重点的发展纯电动和混合动力汽车，从而实现国家层面利益的最大化。发电能源结构和汽车的类型是影响我国新能源电动汽车节能减排的重要因素。从国家政策层面来讲，在预测我国新能源电动汽车保有量的基础上，通过设定相关情景，得出在综合考虑能耗节约和碳减排的基础上，我国到2020年应制定以发展纯电动汽车为主，混合动力汽车为辅的发展路径，从而实现最大程度的节能减排目标。5