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未来四年上海电动车主流化的气候效益有几何?

推动电动汽车的主流化是交通部门脱碳的关键步骤。提升纯电动汽车在新增购置车辆中的占比,可以为上海带来巨大的碳减排效益。

 

据统计,截至2021年底,上海新注册登记新能源汽车25.9万辆,保有量达63.5万辆,占汽车总量的14.33%,其中纯电动汽车保有量32.1万辆,占新能源汽车总量的50.55%[1]。结合2020及2021的公开数据,我们测算出2021年纯电动汽车在新增购置车辆中的占比约为24%。在《上海市加快新能源汽车产业发展实施计划(2021—2025年)》中,上海市提出了目标在十四五期间实现个人新增购置车辆中纯电动汽车占比超过50%。[2] 为了达成2025新能源车发展目标,上海仍需进一步提升在电动车主流化上的努力。
 

电动汽车为何低碳之一:能源转换效率的差异

为什么电动汽车相比燃油车有碳减排效益?能源转换效率的差异是关键因素之一。

 

电动汽车可以将电网中超过77%的电能转化为车轮的动力。传统的汽油车只能将储存在汽油中的12%-30%的能量转化为车轮的动力。[3]

 

我们可以直接用每加仑汽油当量英里数(Miles per gallon equivalent, MPGe),也就是用一加仑汽油(或一加仑汽油可以生产的电力)能够驱动汽车跑多少公里来简要地对比电动汽车与汽油车的能源转换效率。

 

接下来用几个具体车型进行直观对比,对于纯电动车特斯拉Model 3,与每加仑汽油相当的电力可以驱动它跑140英里(MPGe)。对于油电混合动力车型丰田Pirus则是133 MPGe。最后是传统燃油车丰田花冠,每加仑汽油可以支持的行驶里程是36 MPGe[4]。
 

电动汽车为何低碳之二:电网碳强度的影响

假如电动汽车的电力来源仍主要是火电,碳减排效果又是怎样?

 

前文对于能源转换效率的解释,说明了等量的化石燃料能量可以驱动的电动车里程当量,事实上比燃油车长的多。因此,即使电网中火电构成比例大,电动车依然可能是更清洁的选择。有研究表示,在电网碳排放强度低于1100 gCO2e/kWh的情况下,驾驶电动汽车的全生命周期排放强度,大概率将比驾驶燃油车更低[5]。

 

中国在2015年电网平均碳排放强度达到601 gCO2e/kWh。而前不久,上海市生态环境局发布的《关于调整本市温室气体排放核算指南相关排放因子数值的通知》显示,上海市电网碳排放因子缺省值由原来的0.788 tCO2/MWh调整为0.42 tCO2/MWh[6],也就是每千瓦时电力消耗对应420克二氧化碳当量排放。排放因子的下降意味着上海市清洁、可再生能源电力占比的显著提升。

 

其次,当我们考虑燃油车的碳排放时,同样也不能只计算行驶中燃烧汽油的排放。还应考虑汽油生产过程的碳排放。考察汽车燃料(电力或汽油)生产过程中产生的碳排放,可以更加全面的分析汽车使用阶段的全生命周期排放。经过石油的开采、提炼、运输等环节,汽油生产的碳足迹也不可小觑。最后,与燃油车这种典型的移动式排放源相比,发电的污染和排放都相对集中,更加便于治理。如果电力来源是风力、水电、光伏等可再生能源,使用电力的减排效益将更显著。
 

从单位车型看电动车的减排潜力

美国麻省理工学院MIT Trancik实验室近年公布的一款计算工具Carbon Counter (carboncounter.com),帮助使用者计算在不同条件下各种轻型乘用车辆全生命周期的单位里程碳排放水平,以及单位里程使用成本[7]。本文利用该工具,输入了模拟上海驾驶情境的参数(表1)[8],比较了三款车型的全生命周期碳排放,结果如图1、表2所示。

图1:Carbon Counter求得的每公里温室气体排放量

注释:从左至右1、2、3分别代表丰田花冠燃油车、丰田普锐斯混合动力和特斯拉M3纯电动汽车

 

在传统燃油汽车的碳排放占比中,最高的是燃烧汽油环节,其次是汽油制造环节。对于油电混合动力车的碳排放来源,仍是汽油燃烧环节占比最高,但排放值已显著低于传统燃油车,燃料生产和车辆生产环节位列第三、第四,最后是电池生产,因为油电混合动力汽车所使用的电池的容量要远远低于纯电动车,因此对应的碳排放要比纯电动车电池生产过程中的排放小很多。纯电动车的全生命周期排放中,占比最高的是电动车行驶所用的电力在其生产过程中所排放的二氧化碳,其次是电池生产过程中的二氧化碳排放,最后是车辆生产中的碳排放。

 

从上海的电网碳强度及使用场景可以推测:纯电动车是有效减少道路交通碳排放的最佳选择。而一辆传统燃油车(丰田花冠)和一辆纯电动汽车(特斯拉Model 3)的排放差距大约为1.78吨CO2e/年。
 

上海加快电动汽车主流化的减排潜力:一个简单的模型估算

为抵消2020年初新冠疫情的影响,每年新增乘用车数量取2019-2021年的均值,约36.9万辆/每年。假设2022年至2025年,上海乘用车年新增量都保持该值,这是本文设定的基准情景。《上海市加快新能源汽车产业发展实施计划(2021—2025年)》中提到了个人新增购置车辆中纯电动汽车占比超过50%的目标,对于这样的政策目标本文分析中设定为情景一。通过公开数据,我们测算得到2021年纯电动车在新增车辆中的比例约为24%,因此要实现2025年达到50%的目标。接下来的每一年,纯电动车在新增车辆中的占比都需要提高6.5个百分点。

 

本文对于2022-2025年上海市每年新增纯电动汽车占新增乘用车之比在基准情景之外设定了三个情景,如表3所示。

 

引用表2中的测算,特斯拉M3相比丰田花冠可以减少碳排放1.78吨CO2e/年,我们假设上海每新增一辆纯电动汽车带来的平均年碳减排量为这个值。

 

基准情境中,从2022年至2025,新增纯电动车占比恒定为2021的水平(24%),约合8.89万辆电动车,相当于减少了8.89*1.78=15.88万吨CO2e/年。根据其他几种情境的纯电动车数量增长趋势预测,可以看到2025年的纯电动汽车的年增量(表3)。

 

根据表3的纯电动汽车的增幅预测可以测算几种情境下的碳减排量(如图2所示)。红色虚线代表的是基准情境,表示了如果纯电动车在新增车辆中的比例保持不变,累积到2025年,所有新增纯电动车带来的减排量为79.38万吨。蓝色实线代表占比在2025年达到十四五目标(50%),这意味着累积到2025年的减排量为122.22万吨。绿色虚线显示,到2025年累积减排量可达145.4万吨。橙色曲线显示,到2025年实现全部新增车辆皆为纯电动车的理想目标,这种理想情境下,累积减排效益可达204.74万吨。

 

图2:上海纯电动汽车累积碳减排量测算(单位:万吨CO2e/年)


结语

本文旨在对上海电动车主流化进程进行简单的模拟,虽然模型假设有诸多局限之处,但仍可以从中一窥实现电动车主流化给上海带来的减排潜力。

 

2022年上海经济难以避免新冠疫情的负面影响,这也加剧了对城市低碳发展的挑战。建议上海市政府运用更加多元的激励方式,促进电动车产业发展,并增进消费者对于电动车的接受度,保障十四五的电动车主流化目标能够顺利达成,乃至超额达成。

 

注释:

[1] 2021年上海机动车500万辆、驾驶人895万! https://m.gmw.cn/baijia/2022-01/27/1302781931.html

[2] 上海市人民政府办公厅关于印发《上海市加快新能源汽车产业发展实施计划(2021—2025年)》的通知。https://fgw.sh.gov.cn/fgw_cyfz/20211101/e9da44641f574fcaad79a239711c3bd2.html

[3] All-Electric Vehicles|US. department of energy

https://www.fueleconomy.gov/feg/evtech.shtml

[4] 发展纯电动车,云南比加州更有减排优势?|磐之石环境与能源研究中心 http://www.reei.org.cn/blog/835

[5] Knobloch, F., Hanssen, S., Lam, A. et al. Net emission reductions from electric cars and heat pumps in 59 world regions over time. Nat Sustain 3, 437–447 (2020). https://doi-org.proxy.lib.duke.edu/10.1038/s41893-020-0488-7

[6] 上海市生态环境局关于调整本市温室气体排放核算指南相关排放因子数值的通知_其他文件_上海市生态环境局 https://sthj.sh.gov.cn/hbzhywpt2025/20220214/ec12e83686d2441b979fb1ec838bcbb7.html

[7] Carboncounter.com | Cars evaluated against climate targets https://www.carboncounter.com/#!/explore

[8] 陈欢,邵丹,程微,陈俊彦,李薇,范瑱 & 谢辉.(2021).2020年上海市综合交通运行年报. 交通与运输(03),102-104. doi:CNKI:SUN:YSJT.0.2021-03-024.

 

作者:易思瑛

编辑:李颖

作者声明:在文章的构思与写作中获得了磐之石赵昂老师的悉心指导,在此表示感谢!

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