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为了降低汽车工业对化石能源的消耗,减少城市空气的污染,近年来,中国加大了对新能源汽车(如混合动力汽车和纯电动汽车等)研发、推广和应用的力度,支持和引导新能源汽车行业的发展,推动传统汽车产业向新能源汽车行业的转型。新能源汽车的生产、使用到回收,尤其是动力电池的生产、使用和回收等各生命周期阶段都会产生一定的环境污染。因此,降低新能源汽车全生命周期内的资源、能源消耗以及污染排放,对其源头解决资源、能源消耗和环境污染问题,以及环保性能的提高及可持续发展具有重要意义。 全生命周期评价(Life Cycle Assessment,LCA)是目前被认为是环境影响评价的最有效工具之一。许多研究工作对新能源汽车进行生命周期评价,对资源、能源消耗和污染排放等方面进行了比较全面的分析。然而目前新能源汽车的LCA影响评价体系研究中,仅从能源消耗、影响等元素进行评价,尤其是大多数研究工作是针对新能源汽车的环境影响进行评价,没有研究新能源汽车其他元素的生命周期评价和拓宽新能源汽车生命周期评价内涵和方法。 针对目前汽车生命周期影响评价主要是从环境影响、能源消耗等元素进行评价,在理论和实践上都存在不足,对汽车(特别是新能源汽车)LCA方法和内涵需要进行创新或改良。据此,本文针对新能源汽车行业在全面分析传统燃油、生物柴油、混合动力及电力驱动汽车全生命周期过程的基础上,建立环境成本评价模型及评价指标,辅以环境影响及能源消耗等元素进行电动汽车全生命周期评价。 本文以传统燃油汽车、生物柴油汽车、混合电动汽车、纯电动汽车四种汽车全生命周期评价模型为基础,对四种不同技术车辆进行了全生命周期分析,论文主要研究分以下几个部分: (1)确定传统汽车、生物柴油汽车、混合动力汽车和纯电动汽车四种汽车评价的目标和范围,分析汽车全生命周期的主要构成部分。在这个基础之上,建立了关于汽车生命周期评价的简易模型,并且给出了汽车全生命周期评价的清单获取过程,提出了全生命周期能源和环境成本计算公式,最后给出了原始数据的来源和数据的处理方法。 (2)以四种汽车全生命周期评价模型为基础,针对景畅型桑塔纳、普瑞斯和比亚迪三类汽车,在其全生命周期中各个主要环节中进行了详细的环境清单分析,结果表明:生物柴油汽车以传统汽车为基础改造,由于改造简单,消耗能源与材料极少,故而假设车体计算与传统燃油汽车相同;电动汽车生命周期中的电池生产阶段和电池报废回收阶段所耗费的能源量和排放量随着汽车动力系统的电气化程度增加均明显增加;降低汽车材料生产阶段的能量消耗与排放是降低生命周期中能源消耗与环境排放的关键。 (3)对传统汽车全生命周期系统边界进行了划分,并确定了评价指标和分析清单。在充分调查、收集和整理数据的基础上,依据相关能耗和排放计算理论,对传统汽车生命周期车辆循环和燃料循环进行了能耗和环境排放评价。传统汽车生命周期能耗集中于燃料循环阶段,能耗占比高达91.92%。车辆循环阶段能耗集中于车辆主体,能耗占比高达72.9%。汽车报废阶段能耗占比最小,仅为0.47%。燃料循环阶段能耗集中于汽油生产过程,能耗占比达67.62%。 (4)分别对大豆油、地沟油生产生物柴油的生命周期进行了评价。对食用油和废油生物柴油的生命周期能耗和环境排放进行了比较和分析,结果表明:生物柴油的CO2排放远远小于化石柴油的排放(3221g和26253g),使用生物柴油可以大幅度的减少温室气体的排放,对温室效应有所缓解。地沟油制备的生物柴油更加具备生命周期能耗低和排放低的优点。 (5)以混合电动汽车和纯电动汽车和的动力系统为研究对象,进行动力系统的全生命周期分析。对(混合)电动汽车动力系统的原料获取阶段、生产阶段、使用阶段和报废回收阶段的全生命周期过程的能量消耗和环境排放都做了详细的评估和计算。新能源汽车(混合动力汽车和纯电动汽车)能源消耗总量与传统燃油汽车相比,分别降低24.46%和30.29%;说明新能源汽车是有利于节省能源,推行新能源汽车是一个正确的方向。与传统汽车相比,混合动力汽车和纯电动汽车全生命周期温室气体(GHG)排放总量分别降低了75.56%和77.50%,而两种新能源汽车的温室气体排放量相当。另外,生物柴油汽车在能源消耗方面相对于新能源汽车是没有优势的,但是相对于传统汽车降低了14.21%。 (6)在前面研究的基础上,对四种不同技术车辆进行了全生命周期分析。结果表明:生物柴油汽车与传统汽车、混合动力汽车和纯电动汽车相比,在全生命周期温室气体(GHG)排放总量上分别降低了28.93%、6.01%和8.21%,其中,混合动力汽车和纯电动汽车两种新能源汽车的排放量相当。同时,温室气体排放量主要集中于生命周期中的汽车行驶阶段,其中传统汽车、生物柴油汽车、混合动力汽车和纯电动汽车行驶阶段温室气体排放量占全生命周期温室气体排放的比例依次降低,有效的说明了纯电动汽车的使用会转移并降低温室气体的排放量。 (7)根据上述获得的数据,提出了汽车排放的环境成本计算模型,并评估了全生命周期环境影响潜值和环境成本,从环境影响潜值来看,混合动力汽车全生命周期环境负荷最小;而从环境成本来看,四种汽车随着动力系统电气化提升,环境治理成本逐渐降低。