汽车行业碳排放研究报告1.docx

汽车行业碳排放研究报告KOE Environmental Consultancy,Inc |汽车业碳排放研究报告Contents汽车行业碳排放现状能源危机政策约束环保压力汽车行业碳减排技术传统汽车节能减排路径新型动力汽车发展低碳汽车产业，我们有这样的建议1汽车行业碳排放现状改革开发30年来，中国经济迅猛发展，作为支柱产业的汽车工业，在推动国民经济快速发展的过程中，成为最大的受益者之一，同时也给社会带来了诸如能源缺失、环境污染、安全危机以及交通拥堵等多方面的巨大压力。发达国家汽车行业CO2排放量占总排放量25%左右，根据这一数据专家预测我国汽车行业的CO2排放占总排放量的比例在8%-10%左右。然而，未来欧、美、日等国家的汽车保有量不会有太大变化，他们所要面对的是如何为现有数量的汽车找到燃料并处理排放，即处理“存量”的问题，而中国面对的是令世界关注的巨大“增量”问题。从2008-2030年，随着中国汽车产销量和保有量的不断增长，由此导致的温室气体排放量及交通运输排放所占的比重将分别以年均1.2%、3.5%的速度增长。图1. 中国石油消费量和碳排放量预测从汽车行业的发展来说，尽管中国市场仍有巨大发展空间，宏观调控、油价持续走高等重大因素就像高速公路上的一条条减速带，让高速奔跑的“中国汽车”不得不减速：1.1 能源危机据国际能源机构(IEA)预测，随着越来越多中国消费者购买汽车，到2030年，中国石油消耗量的80%需要依靠进口，年进口石油8亿吨，中国将深陷“石油魔咒”。如何满足未来汽车发展的能源需求，转变汽车能源消费结构，不仅仅关系着汽车行业的发展，更是关系到我国能源安全的重大课题。1.2政策约束为了缓解城市拥堵及气候问题，部分一线城市相继实施汽车限购、限行等措施，同时取消购置税优惠等促进政策，一连串政策变化使国内汽车行业增速大幅回落，由2010年的高速增长转为平缓增长。为缓解汽车保有量不断增长所引起的能源和环境问题，我国先后于2005年7月1日和2008年1月1日发布实施了乘用车燃料消耗量限值第一阶段和第二阶段强制性国家标准，限制单车的百公里耗油量。目前欧盟已经把汽车二氧化碳排放量作为一个最重要的指标，来衡量市场上出售的汽车的能耗指标，规定到2015年时欧洲汽车平均的排放水平要降到130g/km，而到2020年时要降到95g/km，如果厂商达不到标准，将被罚款。长远来看，2015年后中国汽车的排放标准也将以限制CO2排放为主。表1. 世界主要地区汽车行业排放预计目标国家预期目标欧洲2012年开始120g/km2020年开始95g/km美国2016年155g/km日本2020年115g/km中国2015年161g/km表2. 世界主要地区汽车排放管理政策方案提高燃油经济性方案具体执行方案实行地区燃油经济性标准每加仑行驶英里数，每升行驶公里数或百公里油耗中国、美国、日本、加拿大、澳大利亚、中国台湾等温室气体排放标准 克每公里或克每英里欧盟、美国加州、中国燃油税在收取油费的基础上增加燃油附加税中国、欧盟、日本、政府财政补贴 基于发动机尺寸、效率及二氧化碳排放实施税务减免，补贴政策中国、欧盟、日本技术改进为特殊技术及替代燃料技术提供补贴中国、欧盟，美国，日本经济处罚高油耗税、碳排放税或政策减排美国、欧盟、中国、法国1.3环保压力2009年11月26日，哥本哈根气候变化大会前夕，中国政府正式对外宣布控制温室气体排放的行动目标，决定到2020年单位国内生产总值CO2排放比2005年下降40%-45%，并将其作为约束性指标纳入“十二五”规划中，制定了相应的国内统计、监测和考核办法。据海外研究机构估计，中国CO2的排放量2006年就已经超过美国，成为世界第一大温室气体排放国，20年内还会翻番甚至更多，中国在兑现CO2减排诺言的实践中面临巨大的挑战，而备受瞩目的汽车行业也势必会遭遇更加严格的环保压力。图2. 主要国家2006年CO2排放情况（单位：百万t）通过以上各方面分析都不难看出，中国汽车行业发展战略正在面临重大调整，低碳时代的车企竞争已经从销量竞争转移到低碳技术的竞争上。2汽车行业碳减排技术在中国应对气候变化、积极推动可持续发展、加速结构调整的背景下，发展节能与新能源汽车已成为一种共识。政府连续出台的三大政策一个标准（电动汽车科技发展“十二五”专项规划、节能与新能源汽车产业发展规划（2012-2020）、“十二五”国家战略性新兴产业发展规划、纯电动乘用车技术条件GB/T28382）更加明确了我国纯电动与插电式混合动力协同发展的新能源汽车产业化转型的主体技术路线。虽然新能源汽车是目前国际、国内最主流的低碳技术，但是汽车工业要实现减碳目标不仅仅单靠发展新能源汽车，而是要通过传统发电机技术升级、优化整车设计、采用轻量化材料等多种手段与发展新能源汽车相结合的方式提高汽车的综合节能减排技术水平。2.1传统汽车节能减排路径燃油经济性是汽车的一个重要性能，它表示汽车在一定使用条件下，以最小的燃油消耗量完成一定行驶里程数的能力。因此，燃油经济性可作为最直接的衡量汽车节能减排效果的指标。来自 WWF 的研究显示，中国机动车燃油经济性比欧洲低25%，比日本低20%，比美国整体水平低10%。根据影响汽车燃油经济性的主要因素，传统汽车节能减排路径主要可分为以下几类：发动机设计升级、汽车结构优化、开发汽车智能控制系统以及改善驾驶习惯等。图2. 影响汽车燃料经济性的主要因素根据影响汽车燃油经济性的主要因素，传统汽车节能减排路径主要可分为以下几类：发动机设计升级、汽车结构优化、开发汽车智能控制系统以及改善驾驶习惯等。（1）发动机节能减排技术专家认为：未来20-30年，汽车的减碳排放还将以发动机为主。燃油的雾化、喷射、燃爆进而转化为动力都是在发动机内部完成的，因此，发动机性能方面的差异是决定汽车燃油性能的关键因素。麦肯锡调查报告说，更节能的内燃机产品对未来减排目标的贡献度为50%。目前已经有多种成熟的发动机节能减排技术在各种车型上使用，例如通过增压器强制进气，提高汽缸内空气密度，或直接将燃油喷嘴安装于气缸内，都能使燃烧更加彻底提高燃油效率；使发动机在不同的转速时合理分配进气开启时间的可变气门技术，能够避免正常行驶过程中出现气门开启过早、气门开启过多等情况而导致燃烧不充分；而通过对少量废气的再次燃烧可减少燃烧过程中氮氧化物的生成历经百年不断完善的汽柴油发动机正在经历着一场技术巨变。不同技术的节油率如下图所示（最大潜能估计）。图3. 不同发动机技术的节油率双离合自动变速器曾是大众最引以为豪的技术之一，通过两套离合器的相互交替工作在换挡之前下一档位已被预选咬合，确保发动机总是运转在最佳转矩区，在任何档位都可及时输出足够的牵引力。其优势是换挡速度快，经济性能高，节油率可达20%，能同时满足消费者对驾驶乐趣和节油的双重要求。然而该技术的先进性似乎只是停留在广告中，近些年由于安全问题屡被投诉，甚至遭到国家质检总局多次约谈。（2）整车设计与优化整车燃料经济性的高低，除了受发动机本身影响外，整车匹配和整车状态的调整也对经济性有很大的影响，如轮胎的选用、风阻的降低和整车质量等。在新能源路线迟迟不清晰的形势下，轻量化是全球主流汽车企业“曲线救国”的必要方式。甚至有人认为：汽车轻量化将拯救全球汽车业。研究显示，若汽车整车重量降低10%，燃油消耗可降低6%-8%。除此之外，汽车在正常行驶情况下，其燃料主要消耗在行驶阻力上。而汽车行驶阻力又主要包括空气阻力和轮胎滚动阻力。因此从节能减排的角度考虑，改善空气动力性和采用低滚阻轮胎不失为降低燃料消耗、减少碳排放的有效途径。风阻系数的大多取决于汽车的外形。毋庸置疑，流线型的车身可获得理想的风阻系数。风阻下降10%，油耗可节省约7%。而使用低阻轮胎能降低车辆油耗3%左右。图4. 不同整车优化措施的节油率（3）智能辅助驾驶系统为了降低汽车日常使用中的能源消耗和碳排放量，国外部分汽车厂商已经开发出了一些有实用价值的智能辅助驾驶系统，如起步停车系统、智能汽车踏板。起步停车系统在堵车时能使发动机自动适应城市里走走停停的路况。据资料显示节油效率最高能达到15%。智能汽车踏板根据发动机的即时转数和相应的变速器传动效率，计算出最佳燃油效率的数值，从而对加速踏板踏踩力度进行控制和智能干预，安装智能踏板的汽车燃油效率有望提高5%-10%。雷诺推出的ZE（Zero Emission）概念车在设计上格外注重对能量管理的优化。ZE概念车的车窗是绿色的，可以起到隔热的作用；其车身喷涂热反射涂料，可以像保温瓶一样起到保温作用；而且其隔热车身具有较大的表面面积，这样的设计有助于减少温度波动，避免驾驶员开启气候调节系统或暖气系统来应对温度变动；安装在车顶上的太阳能电池板能够为温度调节系统提供能量，即使车辆静止不动或泊车时该系统也能使驾驶室内一直保持令人舒服的温度。（4）驾驶习惯通过高品质的材质选用、高科技技术在发动机方面的应用、良好设计实现传动系统的配合、流畅的外形设计有效降低风阻，可以保证车辆本身拥有出色的燃油经济性，但出色的性能最终需要依靠驾驶者去实现。只有良好的驾驶习惯才能真正实现节油，将燃油经济性指标转化为现实。例如以手动档为例，据资料表明驾驶者如果能够根据汽车的运行条件合理操作，及时选定适合的档位，节油幅度可达1025。2.2新型动力汽车新型动力汽车是指采用非常规的车用燃料(汽油、柴油之外的动力)作为动力来源(或使用常规的车用燃料，但采用新型车载动力装置)，综合车辆的动力控制和驱动方面的先进技术，形成的技术原理先进，具有新技术、新结构的汽车。按能源利用类型，新型动力汽车可分为如表3中的五大类。醇类、天然气、液化石油、二甲醚、生物燃料等替代能源虽然能一定程度上减少汽车二氧化碳排放，但仍属于次高碳燃料。而电和氢则属于低碳燃料，是可再生的，氢更是一种理想的“脱碳燃料”。目前而言，最成熟和研究最多的新型动力汽车技术分别为：混合动力、纯电力和氢燃料电池。表3. 新型动力汽车类型能源类型汽车类型石油类燃料清洁柴油车、混合动力车燃气CNG车、LNG车、LPG车 替代燃料煤制油、汽制油、二甲醚汽车生物质能源乙醇汽油车、生物柴油车电能纯电动车、燃料电池车（1）混合动力汽车混合动力是为了克服发动机长时间低负荷工作的缺陷而出现的一种驱动系统，由两动力源组成-发动机和发电机，可以通过选择较小发动机来满足平常大多数情况下的功率需求，而当较少出现的极限驱动要求时由电动机协助完成。混合动力系统最早在丰田普锐斯上搭载。依据电动机在整个动力系统的角色不同，混合动力可分为并联、串联、混联；依据对电能的依赖程度，可分为弱混合动力、中度混合动力、重度混合动力，节油效果也从10%到40%不等。雷克萨斯GS450h是一款引入中国的中度混合动力豪华轿车。该车配备一台3.5L排量的V6发动机，可以迸发出218 kW/ 6400 r/min的最大功率和368 Nm/ 4800r/min的峰值扭矩，加上147kW的电动机，整车综合功率输出达到256kW，可以媲美V8发动机的动力。雷克萨斯GS450h整备质量接近2t，却只有8.1L的百公里综合油耗，比同等的传统汽车省油30%40%，二氧化碳排放量为180 g/km，只相当于2L以下汽油机车型的水平。（2）纯电动汽车美国能源部认为：CO2排放最高的是汽油发动机汽车，气候依次为柴油发动机汽车、汽油发动机混合动力车、柴油发动机混合动力车。最后，燃料电池汽车为CO2排放最小的一类。纯电动车理论上来说是终极节油的方法，完全不依赖石化燃料，节油效果可达100%。从技术上来说，设计原理最简单，就是电池加电机，电池的电靠插电充满。目前困扰纯电动汽车发展的最大的阻碍是电池技术的不成熟，首先是容量有限，一次充电后续航时间短，而且制造成本高昂，在目前来看还不符合大规模量产的要求。（3）燃料电池汽车燃料电池实质上是把氢在氧化时的化学能直接转换为电能的发电装置, 能量的转换不受卡诺循环规律的限制, 热效率可达到70%80%。在运行过程中, 不需要复杂的机械传动装置, 不需要润滑剂, 没有振动与噪声, 燃料电池向驱动电动机提供电源来驱动汽车行驶。然而由于氢燃料电池汽车使用成本高、基础设施匮乏和技术要求高等原因，燃料电池汽车仍处于实验阶段，短期内难有商业化前景。12 KOE Environmental Consultancy ,Inc3发展低碳汽车产业，我们有这样的建议（1）低碳发展，能耗数据MRV（可测量、可报告、可核实）是基础CarbonWise是提供专业碳管理咨询的服务品牌。实操性是我们一切设计理念的基础，帮助客户通过低碳获益是我们工作的核心。虽然汽车企业暂时不在强制减排企业之列，但考虑到汽车排放比重的不断增加，国家层面必然会制定更加严格的控排措施。应对日后可能的政策约束的首要条件是清楚知晓自身的能耗情况，也就是做到能耗MRV（可测量、可报告、可核实）。通过安装专业的MRV监测系统，可以反映出企业运营各环节能源消耗的动态情况，为改善能耗效率提供分析依据。除此之外，MRV还有助于车企了解其在行业内的水平，如果监测数据显示其能耗或碳排放表现与类似企业相当或更优，那么无需进行其它后续操作，反之，如果显示其能耗和碳排放表现劣于类似企业，那么开展相关能源管理计划很可能为企业带来良好的投资回报，以及其它社会效益。另外，MRV系统对于整车企业来说还有巨大的管理价值。汽车产业链主要包括四个方面：核心技术、零部件、汽车制造、销售和服务，而掌握核心技术的整车企业始终站在中国汽车产业链的最顶端。依靠整车企业在产业链中的控制力，可以将碳管理延伸到汽车生产全生命周期。例如，将加装MRV系统和零部件生产的碳排放量限值作为硬性条件作为零部件供应商的入选条件，这样整车企业随时可通过系统调取供应商的生产能耗数据，变相将部分管理成本转嫁给供应商，同时还能通过选择更低碳的零部件来降低汽车产品的全生命周期碳排放。u 原材料u 汽车零部件u 汽车整车u 经销商u 用户u 售后服务汽车产品设计开发零部件采购市场需求反馈汽车制造销售服务图5. 汽车产业链示意图（2）运用低碳设计理念，推动新能源汽车发展国际油价不断攀升和PM2.5危害逐渐被公众熟识，推动了新能源汽车的快速发展。2013年2月起开始正式实施的京V的机动车排放新标准，再次将公众视线指向新能源汽车，尤其是对电动汽车的关注。相比燃油车，纯电动汽车极大的降低了消费者的用车成本，提高了用车效率，这一点得到了社会普遍认可。表4. 燃油车与电动车使用成本对照类型百公里能耗油电单价（人民币，元）百公里用车成本（人民币，元）成本节约燃油车8（L）7.5660.4873%电动车20（kwh）0.8116.2-然而由于购车成本偏高，基础设施不齐备等原因，电动汽车始终叫好不叫座，在推广上迟迟没有大的进展。CarbonWise设计了两种方案，期待能加速电动汽车推广： Credit2Rewards机制鼓励消费者选择电动汽车。Credit2Rewards机制是CarbonWise设计的一种创新机制，目的在于让消费者通过核算标准明确知道在每次低碳行动中产生多少减排量，个人产生的减排量可累积后换得物质奖励，从而鼓励消费者形成低碳消费习惯，进一步，消费者的低碳消费选择又将引导和鼓励企业开发低碳产品和技术，逐步向低碳生产模式转变，最终形成消费者与生产企业的良性互动。针对据报道，特斯拉汽车公司2012年大约10%的收入来自该公司向竞争对手出售在多个州获得的碳排放额度，这些碳排放额度通过出售Model s等电动汽车而获得，特斯拉汽车公司通过出售碳排放额度得到了4000万美元的收入。电动汽车来说，Credit2Rewards机制的实施流程如下：采用生命周期碳排放计算方法，并根据在中国市场总占有率达到一定比例的燃油汽车的平均排放水平制定排放基准线。将销售的电动汽车与基准线进行比对，如果销售前端的制造排放低于基准线，即可产生减排量，消费者购买附带减排量的低碳汽车时可获得相应减排量。使用过程中，电动汽车的CO2排放如果低于燃油汽车的基准排放量也可产生相应减排量。随着使用时间的不断累积，其产生的减排量越来越多，并在个人帐户中累积，累积到一定量可以与自愿购买减排量的企业进行兑换。图6. Credit2Rewards机制示意图 利用停车场光伏停车顶棚模式推广电动车。针对光伏分布式发电的“并网友好性”以及适合作为城市电动车充电电源的特性，根据一线城市中心地区停车位紧张的特点，停车收费存在溢价可行性的特点，CarbonWise提出了利用“光伏发电顶棚”推广电动车的模式。本方案可以解决长期困扰电动车推广与充电设施推广的“先有鸡还是先有蛋”的矛盾，可按照先实施停车场光伏发电顶棚项目，再按照电动车推广程度，逐步实施电动车充电设备和储能单元的步骤实施。目前电动车电能大都由火力发电提供，电动车的大量普及和应用将会消耗掉大量的电能，这等于间接增加了燃煤的消耗，因此依靠火电的电动汽车节能减排效果并不如想象的好。“光伏发电顶棚”的电动车推广模式能够帮助电动车真正实现“零排放”。图7. 光伏发电顶棚与充电系统示意图