利用电能等非传统化石燃料作为车辆动力源驱动车辆可有效减少CO₂及其他污染物的直接排放，但我国电力能源结构中包含了一部分火电来源，电能的产生也会排放CO₂，这意味着车辆使用电能的同时间接排放CO₂。因此，车辆运行碳总排放即取决于车辆的能耗水平与活动数据^[1-2]，也与能源的生产方式相关^[3-4]。

程冬茹^[5]基于汽车生命周期中从油田到油箱(Well To Tank，WTT)和从油箱到车轮(Tank To Wheel，TTW)两个阶段，并结合两者特点建立了碳排放模型，确定了汽柴油车全生命周期的碳排放计算方法。高有山与王爱红等^[6-7]同样基于WTT与TTW两个阶段分析大型客车全生命周期的碳排放。张磊等^[8]分析了电网电能传输效率间接对新能源车碳排放所带来的影响。新加坡交通部门已推出相关标准与法规，用于判定新能源车辆间接排放的CO₂是否超标^[9]。目前少有通过综合考虑直接与间接碳排放因素对利用纯电动新能源车替代传统燃油车辆的碳减排效果进行测算分析的报道。

本文建立了道路运输行业营运车辆分运输领域、车型、能源类型的碳排放计算方法，综合考虑车辆运行过程的直接碳排放与利用电能时的间接碳排放，计算出各类车辆碳排放量，比较新能源车辆与传统燃料车辆的CO₂排放测算结果，分析采用新能源车辆替代传统燃油车辆的CO₂减排效果。

1 分类型车辆保有量与运营数据统计分析

以某省为对象，采集道路交通领域车辆保有量、活动水平与能耗等数据。表1至表3所示为该省2016年度道路运输领域各运输类型营运车辆保有量、年均工作率、日均行驶里程、平均百公里燃料消耗量、车辆的燃料使用占比等统计结果。本文所言的碳排放指CO₂排放，不包含HC、CO等含碳气体的排放，因相比CO₂，HC、CO的排放要低很多，故忽略。另外，本文所统计的新能源汽车为纯电动车辆，因插电式混合动力车辆数量较少且能量分配较为复杂，不便统一统计，故不作研究。

由表1统计的数据得知，该省的道路货运车辆最多，占总营运车辆79.7%，其次是城市交通营运车辆，占比为15.3%，道路客运车辆占比最少，为5.0%。

表2中所示的年均工作率指年工作日占一年总天数的比率。由表2可知，城市交通营运车辆的年均工作率较高，均在90%以上，而道路货运营运车辆的年均工作率则较低，低于70%。城市公交车的日均里程最低，道路货运车辆的日均里程最高。同样使用柴油作为燃料的营运车辆中，道路货运车辆的百公里燃油耗量最高，而城市公交车最低。

由表3可知，道路客运及道路货运领域营运车辆使用的燃料主要以柴油为主，而城市公交车辆主要以柴油及燃气为主，城市出租车辆主要以汽油与双燃料为主。电动汽车主要在城市公交车中使用。

根据表1与表3中的数据，得出交通运输各领域不同燃料类型车辆保有量，整理后如表4所示。其中，由于道路货运的电动车辆数量过少，故作省略。双燃料车辆的燃料主要是汽油和燃气，为便于分析，在车辆保有量计算及以下的碳排放测算中，将50%的双燃料车辆纳入汽油车辆计算，另外50%的双燃料车辆纳入燃气车辆计算，而且燃气汽车以天然气汽车作为表征。

2 CO₂排放量测算方法 2.1 传统燃油车辆年CO₂排放测算方法

假设所有燃料均完全燃烧转化为CO₂与H₂O，基于质量守恒原理，可从燃料消耗量推导出CO₂排放量。下面提出了不同燃料类型车辆的燃料消耗量计算式，推导出各种燃料的碳排放系数。

2.1.1 年燃料消耗量

某交通运输领域营运车辆年燃料消耗量主要与该领域车辆保有量、年均行驶里程及平均百公里油耗有关，关系式见式(1)、(2)。

$ Q = \frac{{V_{\rm{G}}}Lq}{100} $

(1)

其中，L=365Sη，即

$ Q = \frac{365 {V_{\rm{G}}} S \eta q}{100} $

(2)

式(1)、(2)中，Q为营运车辆年燃料消耗量，L(kg)；V_G为营运车辆保有量；L为年均行驶里程，km；q为平均百公里燃料消耗量，L(kg)；S为日均行驶里程，km；η为年均工作率，%。

2.1.2 传统燃料碳排放系数

碳排放测算中，各燃料排放系数将采用质量平衡法进行测算，依据燃料密度与含碳量，用化学平衡方程式或化学式计算CO₂排放量. 具体计算式如式(3)、(4)所示。

$ {k_{1\text{、}2}} = \frac{{44{\rm{\rho }}{C_{\rm{F}}}}}{{12}} $

(3)

$ {k_3} = \frac{{44{C_{\rm{F}}}}}{{12}} $

(4)

式(3)、(4)中，k_1、2为柴油与汽油燃料碳排放系数，kg/L;k₃为天然气的碳排放系数，kg/kg； $\rho $ 为各燃料密度，其中柴油密度根据GB 19147-2016《车用柴油》中0^#柴油的密度要求取0.835 kg/L，汽油密度根据GB 17930-2016《车用汽油》中92^#汽油的密度要求取0.745 kg/L。C_F为各燃料中碳质量百分比，其中柴油碳质量百分比取86.6%，汽油取85.7%，天然气取75%。

根据以上公式，计算得出各燃料碳排放系数的结果如表5所示。

各交通运输领域营运车辆年燃料消耗量与相应车辆所用燃料碳排放系数的积即为该交通运输领域营运车辆年CO₂排放量，见式(5)。

$ E = Q k $

(5)

式(5)中，E为年CO₂排放量，kg；k为碳排放系数kg/L(kg)。

2.2 新能源汽车电能利用间接碳排放测算方法

新能源汽车消耗的电能来自于各种发电途径，在发电过程中不可忽略CO₂的产生。本文基于我国的电力生产结构、发电过程的CO₂排放量以及新能源汽车使用过程中的电力损失量等参数，提出新能源汽车电能利用间接碳排放的测算方法。

2.2.1 我国电力生产结构

根据中国统计年鉴^[10]数据绘制如图1所示的2016年我国电力生产结构图。2016年我国的电力生产中，72.24%来源于火力发电。在电力的生产过程中，可以认为只有火力发电过程对外排放CO₂，水电、核电及风电的发电过程不计CO₂排放。因此，新能源汽车CO₂的间接排放测算需结合我国电力生产结构特点开展。

2.2.2 火力发电的CO₂排放估算方法

火力发电主要靠燃用煤炭。我国把每公斤含热7 000大卡(29 306 kJ)的煤定义为标准煤，也称标煤、煤当量。根据《国家能源局关于印发2016年能源工作指导意见的通知》^[11]提供的数据，我国2016年火电厂平均千瓦时供电煤耗量为314 g标准煤。按上文所述，72.24%的电能来自火力发电，只计及火电的碳排放。2016年每千瓦时供电煤耗量按314 g计及。据《能源基础数据汇编》^[12]所述，工业锅炉每燃烧1 kg标准煤，产生2.62 kg的CO₂，所以标准煤的碳排放系数取2.62。将新能源汽车耗电量转换为标煤量，由标煤量计算碳排放量，即为本文提出的间接CO₂排放量估算方法。

2.2.3 新能源汽车CO₂间接排放量计算式

根据以上分析，提出新能源汽车CO₂间接排放量计算式，见式(6)。

$ e = \frac{{{q_{\rm{E}}TCk}}}{1\;000{\left( {1 - {\eta _1}} \right)\left( {1 - {\eta _2}} \right)}} $

(6)

式(6)中，e为新能源车百公里CO₂间接排放量，kg/100 km；q_E为新能源汽车百公里电能消耗量，kWh/100 km；η₁为充电电力损失率，取6%^[13]；η₂为电力传输损失，取6.47%^[14]；T为火力发电生产量占比，%；C为每千瓦时供电煤耗量，g/kWh；k为碳排放系数，kg/kg。

式(7)为新能源汽车年CO₂排放量计算公式。

$ {E_{\rm{e}}} = \frac{{V_{\rm{E}}}Le}{100} $

(7)

式(7)中，E_e为新能源汽车年CO₂排放量，kg；V_E为新能源汽车保有量。

3 新能源车减碳效果分析 3.1 年度碳排放量计算

基于表2和表4中的数据，代入式(2)，可计算得出各运输领域各燃料营运车辆年燃料消耗量，再基于表5所示的碳排放系数，通过式(5)，求得各运输领域各燃料营运车辆年CO₂排放总量。结果如表6所示。

由测算结果可知：传统燃油营运车辆CO₂年排放总量为9 754.21万t。由于道路货运领域车辆保有量大、单位里程的能耗最高，故年排放最高，占统计总CO₂排放量的92.03%，城市交通占4.76%，道路客运313.20万t，占3.21%。另外，源自于柴油车辆的CO₂排放量占总排放量的96.61%。

基于表2、表4数据，应用式(6)与式(7)，求得各类道路运输领域新能源汽车年CO₂排放量，其中火力发电每千瓦时供电煤耗量C取314 g，得出结果如表7所示。

由测算结果可知：由于城市公交领域推广应用的纯电动车辆较多，加之其较高的能耗水平，导致CO₂间接年排放量较大，占总排放量的97.27%。新能源城市出租车因保有量少，且能耗低，故测算得的年CO₂排放量最少。

3.2 百公里减碳效果分析

表8对比了分领域、分车型传统燃油汽车与电动汽车单车百公里碳排放量对比，列出了电动汽车相比传统燃油车的CO₂减排率。

可见，相比传统燃油车辆，除大型柴油城市公交车与中短途城际运输领域电动汽车的碳排放量略微升高以外，其他领域电动车的减碳效果均较为明显，小型城市配送车辆领域减碳率最高，可达48.62%，中型城市配送车辆次之。大型柴油城市公交车与中短途城际运输领域电动汽车的减碳效果不佳，其主要原因是电能消耗水平相对偏高。

3.3 电力生产优化对新能源车减碳效果影响

根据国家统计局^[9]统计的2014~2017年我国火力发电占比的数据，作出拟合曲线，如图2所示。根据该拟合曲线可预测我国未来火力发电量占比。至2020年，火力发电的占比预测将低于68%。

而根据《能源发展“十三五”规划》^[15]，预计到2020年，每千瓦时供电煤耗量将降为310 g标准煤。假设车辆燃料消耗水平及电耗水平保持不变，只降低火力发电燃煤消耗率，每千瓦时供电煤耗量从314 g标准煤降为310 g标准煤，而且火力发电占比由72.24%降为68%，测算出各交通运输领域新能源汽车单车相比传统燃料车辆碳减排率，见表9。与表8中减碳效果对比，以2016年碳排放量为基准，2020年各电动车型减碳率增加约7.07%。

近年来电动汽车不断进步，电耗不断降低。据财建[2016] 958号文《关于调整新能源汽车推广应用财政补贴政策的通知》^[16]中对纯电动车的耗电水平门槛要求，车辆整备质量大于1 000 kg且不大于1 600 kg时，百公里耗电量应不大于(0.012×整备质量+2.5)kWh/100 km。以整备质量1 500 kg出租车为例，纯电出租车的耗电量将不大于20.5 kWh/100 km，较表2中的电动出租车2016年电耗水平26 kWh/100 km低22.3%. 近年来燃油车技术也在进步，油耗值也在不断降低中，调查统计得出2019年我国新发售的整备质量约为1 500 kg的燃油乘用车的油耗水平约为8.35 L/100 km，较表2中2016年出租车的9.1 L/100 km降低了8.24%。若以上述最新的汽车电耗与油耗水平数据，以及2020年火力发电能耗与电力结构数据进行推算，测算出2020年纯电动出租车碳减排率为34.12%，相比2016年的17.5%减碳率再增16.62%，减碳效果明显。其他领域道路营运电动新能源车辆也有相似的结果。

4 总结

分析结果表明，2016年，某省交通营运车辆中应用电动新能源车减碳率最高可达48.62%，而且大多在20%~40%，城市配送领域的碳减排效果最为显著，而用新能源车取代柴油大型公交车和中短途城际运输柴油货车碳减排效果不明显，其余领域均有可观的碳减排效果。

随着火电占比降低以及火力发电煤耗量的降低，2020年应用新能源车的减排效果将进一步提升，相较于2016年再减碳7.07%。而且随电动新能源汽车电耗水平的降低，电动新能源车辆运行减碳效果将更加显著。