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    欧训民:交通燃料的能耗和碳排放的全生命周期分析

    2017-07-11 14:17:20 来源:本站原创字号:  

      大家下午好!今天很高兴和大家来分享一些我们过去和现在的一些项目情况。题目刚才主持人介绍了,主题是《交通燃料的能耗和碳排放的全生命周期分析》,我主要从三个方面进行介绍,首先是我们单位的一个简短的介绍,第二是我们全生命周期分析的结果,第三讲一讲我们关心的电动汽车在节能环保方面的分析结果。

      首先看一下我们清华大学中国车用能源研究中心,我们中心是十年前成立的,集合了清华大学相关院系的研究力量。首先从能源的供应角度对不同的能源路线,包括石油机、天然气、电力,包括成本、技术进步,以及环保方面的一些分析,这是从供应端。第二块主要是最底下的我们所关心的车辆保有量,还有行驶里程以及需求分析。上面供应和需求之间怎么样进行耦合、怎么优化,这就是我们说综合分析,我们不仅分析它在车辆运行阶段、直接使用阶段的能耗、碳排放,也要探究它在上游阶段,尤其从资源开采到转化这些方面的能耗,以及碳排放的情况。这个图比较清晰地看出我们的研究是一个全生命周期的,是从生到死的,包括资源开采、燃料转化,最后到动力方面的一个应用。

      我们对未来汽车的保有量进行了展望,我们有两个结论,第一个结论是从2015年到2030年,汽车保有量还是一个快速增长时期,可能到2030年会达到四亿辆左右,2050年中国的汽车保有量会在5亿辆到6亿辆之间,大部分还是私人乘用汽车、小汽车占到90%以上,其实人均保有量还是比较低的。这个图的黑线指的是美国上个世纪人均汽车保有量的曲线图,按照我们的展望和我们的研究,中国2020、2030、2050年的水平仅仅相当于美国的1930年、1950年、1960年的水平。还有一个参数就是汽车使用强度,在未来汽车使用强度也是比较低的,所以会得到我们想看到的一个结果。

      关于这些车将来有多少能源需求,我们做了不同情景的研究,这里面介绍两个,首先第一个是叫参考情景,就是说政策、技术、发展都是比较相对温和的,没有大的变动,我们看看汽车保有量,这么多汽车保有量和使用强度下,它所对应的能源需求是什么样的。这个图给我们两个信息,能源需求在未来还是会增长的,第二,在这种常规情景下,未来交通燃料主要还是由汽油和柴油来支撑,将来还是会占据汽车所需要的能源消耗量的80%以上,这是一个参考情景。刚才姜老师也说了,其实我们的社会发展从能源、气候变化和环境污染,是需要我们车用能源系统进行转型的,转成这个样子,我们叫综合政策情景,所谓技术进步达到一定水平了,这个图给我们了三个信息,第一个,我们汽车能源的需求量是有一个先增后降的过程,也就是我们说会有一个峰值,这个峰值大概在2035年左右。第二,未来汽车能源的结构会更加多元化,我们可以看下面这两块,汽油和柴油他们的需求量2050年可能会回到2010、2015年的水平,当然中间还有一个上升的过程。第三,替代燃料氢、电,还有生物燃料以及别的天然气燃料,将来会占到一半左右整个汽车能源的需求,也就是说会替代一半的车用能源需求量。在这种目标情景下,将来会是这种情况。

      我们的研究结论是这样的,在未来,汽车能源系统从车方面说,动力技术是多元化的,传统汽车、电动汽车、电池汽车是会并存的,他们在不同的领域、不同的应用范围会去竞争、会去配合,这是从车辆的维度。

      以上是我们对于整个汽车能源未来的一个需求展望。

      第二部分我们来看一下不同的交通燃料,或者说汽车用不同的燃料,它从全生命周期来说,它的能耗、它的碳排放以及它的污染物相互之间的对比是什么样的。这是一个图,其实我想跟大家说,因为我是一直做全生命周期的,全生命周期最主要的一个作用是想看清楚我们所分析的路线,哪个阶段是最关键的,或者哪个关键是将来我们值得去努力的,所以全生命周期分析是分析出我们的关键阶段,而不是做路线和路径的对比,当然这个比较还是有一定意义的。在分析一条路线的时候,也要分析别的路线,最后这个路线到底对自然界有多少能源消费,有多少污染物排放呢?每个路线都进行这样一个分析,每个路线之间就好比较了。比如小汽车,每辆小汽车跑一公里,或者货车运一吨公里的货物,单位一致了才好比较。好,我们看一下结果,这个图是比较综合地看看不同路线的结果,首先左右两个图代表的是不同年代,左边是2015年,右边是2025年,所有的横坐标和纵坐标都是相对值,也就是说我们是以汽油或者柴油跑单位公里的能耗或者碳排放,坐标是1和1,那么别的路线和它进行比较,我们看出不同路线是不一样的,左边这个图到右边这个图又是一个信息,对有些路线而言,它可能是从坏的变成好的,有些路线是原来比较坏,现在可能相对好一点。

      我们看一下现状到底数值有多少,这里大概展现了20条路线,我们先强调一下,不同的燃料是驱动类似车型,就是可比的车型,我们说做全生命周期应该是苹果对苹果,你不能是苹果对梨,那就没意义了。好,我们还是看结果吧,汽油车和柴油车是左边这两个柱子,中间这一排主要是做汽油燃料,中间高的是煤基燃料,然后还有纯电动汽车。总之,从WTW全生命周期石化能耗来看,各类车用燃料从高到低的大致排序是煤基燃料、GTL、传统石油基燃料、天然气燃料、粮食原料生物乙醇、网电、天然气燃料(气态)、非粮生物燃料。从WTW全生命周期GHG排放来看,各类车用燃料从高到低的大致排序是煤基燃料、应用CCS的煤基燃料、GTL、粮食原料生物乙醇、传统石油基燃料、天然气燃料、网电、非粮1代生物燃料、应用CCS的化石能源制氢、应用CCS的电力、2代技术生物燃料。非石油基路线从WTW全生命周期一次能源使用来看,能实现明显的“石油替代”效应。

      生命周期分析是科学评价电动汽车的方法。第一,实现全生命链的比较,避免出现片面的阶段性比较,避免只看使用端,不看生产端。第二,进行科学可比性,实现同样的交通服务。第三,电动汽车的GHG情况与电力来源有关系,因此所在电网的电源构成就是重要的影响因素。第四,常规污染物看是对哪种车型的替代,汽油车主要是HC,柴油车主要是颗粒物和NOX。

      这个图看出的结果是这样的,就是说以中国平均网电来充电的情况下,一个电动汽车相对传统车它的二氧化碳减排,2015年在30%左右,随着未来技术进步以及电网的清洁化、低碳化,2050年可能会减少温室气体的排放76%左右,这是我们所谓的一个判断。

      我们再结合我们对电动汽车本身的规模来看,我们测算2030年电动汽车的电力消费全国为2000亿度,预计占到当年电力消费水平的2%左右,但私家车充电可能占居民用电的7%左右。这是电量方面的一个影响,很多人知道其实在功率方面,这个影响是要进行另外的一个测算,因为电动汽车充电功率需要很大,就像空调一样,所以说对于区域电网的配电网影响是比较大的。然后关于减少温室气体排放的情况,电动汽车替代燃油替代了12%左右,减少了二氧化碳的排放在0.9亿吨左右,这是2030年的一个数。我们再看2050年的数,电动汽车用电会占到全社会用电的4%左右,全社会用电这个数字也已经变化了,因为我们所在研究所也做了相关研究。那么私家车用电占到居民用电的15%左右,全国电动汽车替代燃油消费1.5亿吨。EV替代传统车,将使得S污染物增多,但是N污染物整体减少,并且减少了一次颗粒物排放。不过S污染物转移到了郊区。EV的发展能够降低PM2.5的浓度增加,也能促进人类健康的改善。

      如果大家感兴趣,可以看看这些书。好的,谢谢大家!

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