基于全生命周期理论的汽车产品MEP-SC评价研究

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在资源、能源与环境的多重压力下,汽车产品节能减排要求日趋严格,并由此引发全球新能源汽车研发的热潮,“十二五”期间,我国也将以电动汽车为代表的新能源汽车列为七大战略性新兴产业之一。但新能源汽车的发展将为资源、能源、环境以及社会经济带来怎样的影响?必须通过科学的全生命周期动态评价,才能具备全局性、系统性的认知。目前此类评价研究在国内刚刚起步,相关学者开展此类研究大多是依据美国阿冈国家实验室(ANL)的GREET模型,但该模型并未涉及如下一些问题:汽车和燃料的价格,材料的供应和原料的消耗,企业和政府对新技术的态度,消费者对新技术的接受程度等。此外,该模型并非针对我国国情进行设计,在涉及金属冶炼工艺(尤其是炼钢)、火力发电比例、耗煤强度以及污染物排放等数据的搜集上,并未考虑与我国实际情况的差异。且在目前的评价研究中,还存在两个明显不足,一是缺乏对评价对象动态性的考察(大多是基于阶段性的静态数据)。二是缺乏对技术以外的社会经济性影响的考察。本文针对材料、能耗、排放的内在联系,构建全生命周期评价模型,搜集我国冶金、能源部门相关数据,建立材料、能耗、排放基础数据库,并结合社会经济系统影响因素,对汽车电动化进程中的动态特性及其综合影响进行研究。第一章对生命周期理论的起源及其在汽车可持续发展领域的应用进行了综述,总结了生命周期评价方法在汽车节能减排评价应用中的成就和存在的问题,提出了结合社会经济因素进行动态评价的必要性,并阐述了论文的研究思路。第二章提出了汽车全生命周期评价模型,该模型包括材料(Materials)模块、能源(Energy)模块、污染物排放(Pollution)模块以及涵盖三者社会影响的综合社会成本(Social Costs)评价模块,本文称之为MEP-SC模型。首先,针对电动汽车生命周期材料消耗、能源消耗及污染物排放及其内在联系建立映射关系矩阵,对材料资源化回收过程提出了一种新的算法:在考虑材料再生损耗的基础上,计算单位质量原矿石资源在其全生命周期的若干个再生循环次数中产生的原生与再生金属材料,并按此折算比例计算材料循环的能耗与排放。最后,针对材料消耗、能源消耗和污染物排放产生的社会成本建立货币化综合评价模块。第三章针对我国汽车生产、制造、使用及资源化回收过程以及能源获取过程中的能源、环境影响,进行广泛的调研,查阅大量的文献资料,并对其数据·进行了归纳整理。主要包括:①构成汽车的主要材料开采、制备过程中的能源、环境影响;②能源制备过程的能耗及环境影响;③资源、能源、环境的社会成本。并根据MEP-SC模型中的映射关系矩阵建立评价基础数据库。第四章对电动汽车发展现状及未来发展趋势进行分析,重点阐述了动力电池技术的发展历程,对电池技术进步可能带来的整车性能影响如续驶里程、充电时长等进行了预测与评估。提出评价对象及参照车型的选取原则,选择日产的骐达和聆风两种车型作为燃油汽车与电动汽车的代表性车型,并以此为样本构建产品数据库。第五章重点研究汽车能源动力系统变革中的对资源、能源、环境的综合动态影响,采用Vensim PLE plus软件,按照电动汽车性能因素与社会经济性因素之间的互动反馈,建立系统动力学模型。通过汽车技术、动力技术、能源技术等要素的进步来实现评价模型的动态化,对汽车动力系统变革给、环境带来的影响及趋势进行分析。并针对主要影响因素的影响机理、影响程度进行灵敏度分析。本文将电动汽车的技术因素与宏观的社会经济系统有机结合,为评价电动汽车发展带来的影响提供新思路和新方法,并可从宏观上对为电动汽车的发展提供决策参考。
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