氢燃料电池车燃料周期能耗与环境效益研究

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氢燃料电池车(FCV)具有运行阶段高能效和零排放的优点,被认为是应对机动车导致的能源危机与环境影响的重要技术路径。但是,氢能上游生产过程存在能源消耗和污染物排放,并且不同制氢路径的能源和环境效益差异显著。采用生命周期评价方法分析不同制氢路径下的FCV节能减排效果,对全面准确评估FCV对能源和环境的影响具有重要意义。本研究建立了FCV燃料周期能耗与污染物排放的分析方法,构建了中国FCV燃料周期分析的本地化数据库。研究选取多种典型FCV燃料路径,分析FCV轻型车及公交车相比传统汽柴油车的节能减排效益。并分析我国氢能资源储备和FCV的燃料成本,综合考虑了环境、资源、成本等因素,为FCV发展路径提供政策建议。同汽油车(GV)相比,2015年FCV轻型车在可再生能源制氢路径下,具有显著节能减排效益,尤其是在可再生电力电解水制氢路径下,燃料周期化石能耗和CO2、VOC、NOX、PM2.5排放的削减比例均超过80%,节能减排效益优于混合动力车(HEV)和纯电动车(BEV)。应用CCS技术的煤制氢路径整体效益仅次于可再生能源,CO2、NOX和PM2.5排放削减比例分别为78%、68%和41%。焦炉煤气(COG)制氢路径的燃料周期化石能耗和CO2的削减比例约60%,PM2.5和NOX排放削减比例分别为32%和21%。FCV公交车相比于柴油公交车(DV),在可再生能源制氢和COG制氢路径下,可具备化石能耗、CO2、VOC、NOX与PM2.5排放削减效益。2030年,电网电力电解水制氢路径下FCV轻型车PM2.5排放比GV高24%,煤电比例下降至40%时为盈亏平衡点。公交车在天然气制氢路径下的PM2.5排放比DV高21%,燃料消耗量下降至4.8 kg/100 km时可实现PM2.5减排。2030年100%可再生电力制氢路径下,FCV车队(200万辆,其中轻型车187万辆,公交车13万辆)将节约511万tce化石能耗,减少1060万吨CO2、3050吨VOC、43455吨NOX、874吨PM2.5和940吨SO2排放。综合考虑环境效益、资源储备及成本等因素,我国在发展氢能及FCV过程中,近期可考虑利用COG等工业副产物制氢,中期发展低碳煤制氢路径,远期发展以可再生电力电解水为主的绿色制氢技术。
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