燃油机动车尾气排放是各国城市交通污染的主要成因之一. 全球59%的CO排放以及43%的NOx排放来自交通运输业，一些发达国家汽车排放的污染物占其大气污染物的30%~60%^[1]. 因此，以电动汽车为代表的新能源汽车正成为美国、 日本及欧盟等发达国家解决城市交通污染及低碳转型的重要举措之一. 2013年北京机动车保有量已达520万辆. 据统计机动车碳排放占全市碳排放的25%，灰霾来自机动车的影响比例大约为31.1%^[2]. 为应对汽车行驶导致的碳排放及大气环境问题，我国于2009年开启“十城千辆”示范工程，北京市作为首批试点城市之一，积极推动电动车在环卫、 公交、 出租等领域示范应用，2011年启动纯电动出租车推广计划. 据统计，截止2013年北京市已经上路运营的电动出租车有950辆，分别在延庆、 房山、 大兴等8个远郊区县上路运营. 预计到2017年总数将达到5000辆^[3].

仅从使用阶段车辆行驶比较，电动汽车较传统燃油车具有以下可能的优点：化石能源消耗量低、 能源利用效率高，行驶过程接近零排放等. 然而从全生命周期角度比较，有研究表明电动汽车将某些环境影响从使用阶段转移到了生产以及电力供应阶段^{[4, 5]}. 为全面比较电动汽车相对传统燃油车环境影响，自20世纪90年代以来，国内外学者开展了积极而广泛的研究. 研究内容主要涉及燃料生命周期、 动力系统生命周期、 相关部件生命周期、 整车全生命周期等. 在燃料生命周期研究方面，国内外的研究主要是运用GREET模型、 CA3EM模型等分析模型对不同电力供给及汽车燃料进行全生命周期节能减排情况进行对比分析^{[6, 7, 8, 9, 10, 11]}; 而国内外在动力系统生命周期方面的研究还较缺乏，大多结合车辆全生命周期研究而开展，一些学者利用Recipe 及CML2001影响评价方法对电动汽车和燃油汽车动力系统全生命周期的环境影响进行了综合比较^{[12, 13, 14, 15, 16]}; 在汽车其他相关部件生命周期评价方面，国内外的研究涉及了汽车轮胎、 刹车、 电动汽车蓄电池等部件，主要分析了这些部件全生命周期内在富营养化、 全球变暖、 人体毒性、 光化学烟雾等的环境影响状况^[17,18]. 上述三方面的研究关注的焦点都为汽车某类关键部件或能源，并未全面地反映新能源汽车整车的情况，而全面详细了解电动汽车的环境影响是科学决策的基础. 国内外已开始进行相关研究，如艾江鸿等^[4]、 Humphreys等^[19]学者对电动汽车全生命周期节能减排情况进行了分析; 张磊^[5] 运用GaBi4.4软件和EI99影响评价方法对电动汽车整车的全生命周期综合环境影响进行了模拟和评价; Hawkins等^[12]、 Bartolozzi等^[20]、 王成^[21]采用LCA方法以Ecoinvent数据库为基础对电动汽车与其他类型汽车全生命周期环境影响进行了比较分析.

综上所述，当前关于电动汽车生命周期评价研究取得了积极的进展，特别是通过燃料生命周期评价研究使用阶段碳排放消减的贡献及其某些环境影响方面取得了共识. 但从全生命周期三阶段开展评价还显不足，特别是在清单数据，评价模型及各生命周期影响分析等方面仍亟待完善：①由于电动汽车清单数据受到时间及地点等因素的影响，决定了电动汽车全生命周期清单数据库具有时空分异特征，而目前大多研究是以背景数据为主要数据来源，欠考虑生命周期评价数据的时空分异性，评价结果的不确定性较大; ②当前评价结果解释主要针对各生命周期阶段的影响，缺乏导致各影响的具体过程的深入分析，不利于有针对性的管理措施的制定; ③缺乏基于本地化清单数据支持的电动汽车全生命周期评价的深入研究.

本研究将挖掘整理本地化的电动汽车生命周期清单数据，构建面向低碳交通转型的电动汽车全生命周期环境影响评价方法，在考虑背景数据(如电能结构)时空差异的基础上，从生态环境问题及影响损害两方面,对电动出租车和燃油出租车全生命周期的资源利用及其环境影响进行深入系统的比较研究，辨识其在全生命周期、 生命周期各阶段和关键过程中的差异，探究其变化规律及根源，以期为北京市低碳交通政策的制定提供方法支持及科学依据. 1 范围与数据 1.1 系统边界

本研究以北京迷迪电动出租车及现代燃油出租车为研究对象，两款车的主要特征参数如表 1所示. 功能单位是确定研究范围时需要考虑的重要因素之一，用以度量系统功能时所采用的一个标准，在对系 统输入输出方面给出量化的基准，本研究的功能单位确定为1 km.

表 1(Table 1)

表 1 迷迪电动汽车和现代燃油车参数 Table 1 Parameters of electric vehicle-Midi and gasoline vehicle-Hyundai 项目 迷迪电动汽车 现代燃油车 整车质量 1550 kg 1250 kg 电动机(发动机)特征 永磁同步电机 1.6 L排量 蓄电池类型 磷酸铁锂蓄电池 — 电池充电效率 90%[22] — 输电(输油)效率 94%[22] 95% 实际电耗(油耗) 25.4 kW ·h ·(100 km)-1 8.9 L ·(100 km)-1 尾气排放标准 — 欧V 报废里程 50万 km 50万 km

表 1 迷迪电动汽车和现代燃油车参数 Table 1 Parameters of electric vehicle-Midi and gasoline vehicle-Hyundai

本研究的系统边界包括从原材料获取、 汽车生产制造、 汽车使用与汽车回收全生命周期过程. 其中考虑了电池、 轮胎更换以及轮胎使用过程中磨损所致的排放物. 但由于数据所限，运输、 维护及销售活动暂作忽略. 具体的生命周期评价的系统边界见图 1.

图 1

Fig. 1

图 1 生命周期评价的系统边界 Fig. 1 System boundary of LCA 灰底框表示迷迪电动汽车特有的过程，黑底框表示现代燃油车特有过程，白底框表示二者都包含的过程

通过企业调研、 文献调研、 行业报告等收集汽车及主要部件在生命周期各个阶段的输入和输出数据，两款汽车全生命周期的相关数据结构如表 2所 示. 其中两款汽车生产阶段制造工艺过程、 动力系 统生产过程，使用阶段能源生产过程及能耗，以及汽车拆解过程等都是本研究的关键环节，其数据分别来自汽车生产企业调查数据、 参考文献^{[13, 14]}、 GaBi4.4背景数据内的中国数据、 国内汽车拆解企业调查数据. 此外，由于可获数据的限制，汽车生产所用的钢、 铁、 铝等材料的生产数据来自GaBi4.4数据库中国外的数据. 这可能对各款车生产阶段的评价结果具有一定影响，但由于两款车所耗的同种材料的生产数据相同，因此，对二者比较结果带来影响较小.

表 2(Table 2)

表 2 迷迪电动汽车与现代燃油车主要部件 Table 2 Major components of Midi EV and Hyundai ICEV 项目 迷迪电动汽车 现代燃油车 电池 磷酸铁锂蓄电池 发动机 钢、 铁、 铝为主要材料 动力系统 电动机 无刷直流永磁电动机 变速箱 铝、 钢、 铜为主要材料 减速器 铝、 钢为主要材料 车架 钢铁为主要材料 车架 钢铁为主要材料 车体 底盘 减震弹簧和金属零部件 底盘 减震弹簧和金属零部件 车轮 子午线轮胎 车轮 子午线轮胎 内饰 座椅、 车窗、 仪表盘等 内饰 座椅、 车窗、 仪表盘等

表 2 迷迪电动汽车与现代燃油车主要部件 Table 2 Major components of Midi EV and Hyundai ICEV

对于电池和轮胎更换采用以下方法进行估算：根据参考文献^[3]得知电动汽车磷酸铁锂电池生命周期可行驶里程为15万 km，故迷迪电动汽车全生命周期总行驶里程50万 km内共需4块电池; 根据参考文献^[23]得到轮胎的使用寿命为8万km，故一辆车生命周期内需要消耗28个轮胎.

汽车生命周期内耗电根据具体情况选用不同来源：使用阶段和回收阶段采用北京市2010年的电网电能数据，生产阶段采用2010年中国平均电能数据. 依据《2011北京能源发展报告》，北京市2010年电能结构中火力发电、 天然气发电、 抽水蓄水发电、 风能发电、 水力发电、 余热发电比例依次为78.57%、 10.43%、 4.30%、 2.56%、 3.69%、 0.26%; 依据《2011中国电力年鉴》，2010年中国平均电能结构中，火电、 水电、 核电、 风电比例分别为80.81%、 16.24%、 1.77%、 1.18%.

对涉及的数据分配问题，本研究选取“重量比例”和“表面积比例”作为分摊的比例. 在汽车车身生产过程中的冲压、 焊接阶段所消耗电、 钢铁等原材料的量按照重量比例进行分配，而涂装工序消耗的表调剂、 脱脂剂、 底涂涂料等原材料的量以及主要接纳涂装工序产生的废水处理工序接纳的COD、 BOD、 Zn²⁺、 PO^3-₄、 石油类等量是按照表面积比进行分配; 此外汽车其他零部件的生产、 最后的总装及汽车拆解过程中输入、 输出数据也是根据“重量比例”进行数据分配. 2 研究方法 2.1 评价方法

研究采用以目标与范围的确定、 清单分析、 影响评价和结果解释^[24]为一体的LCA方法框架，并利用GaBi软件辅助构建评价模型及分析. 基于GaBi基础数据库结构及补充增加本土化的数据构建了北京市电动出租车及燃油出租车全生命周期数据清单，包括了两款车生命周期过程(原材料开采及加工、 产品制造、 使用及报废)中能源投入、 资源消耗及各种环境负荷物质(废气、 废水、 固体废弃物)数据. 在评价影响损害及生态环境问题的基础上，系统分析了造成损害和问题的关键过程及物质. 2.2 环境影响评价模型及指标

当前生命周期评价有两类基本的评价模型：面向损害及面向问题. EI99方法是面向损害的影响评价模型，损害类型分为人类健康、 生态系统质量和资源耗损3类. 其中生态系统质量通过每年每平方公里内物种的相对减少(PDF)进行衡量; 人体健康采用健康指数残疾调整生命年(DALYs)评估有毒物质暴露导致健康损害; 资源消耗通过附加能量表示由于人为消耗使资源数量和质量降低，进而导致将来开采时需要额外付出的能量^[25]. 该方法考虑的影响类型主要有酸化/富营化(acidification/nutrification)、 生态毒性(ecotoxicity)、 土地使用(land-use)、 土地功能转化(land conversion)、 致癌效应(carcinogenic effects)、 气候变化(climate change)、 电离辐射(raditioan)、 臭氧层损耗(ozone layer depletion)、 呼吸系统的影响(respiratory)、 化石燃料(fossil fuels)和矿产资源(minerals)开采等11种^[5]. EI99评价因子计算有以下3个步骤：第一步为针对不同影响类别的数据清单计算污染物或资源使用损害因子的影响大小; 第二步为不同损害类别中损害因子的标准化; 第三步为3种损害类型的权重和EI99损害因素加权的计算^[26]，计算得到的末端的单一指标表征清单物质对研究系统的最终环境影响^[25]. CML2001是面向问题的评价方法，该方法考虑的环境影响分为非生物资源消耗(abiotic depletion potential,ADP)、 酸化(acidification potential,AP)、 富营养化(eutrophication potential,EP)、 淡水生态毒性(freshwater aquatic ecotoxicity potential,FAETP)、 全球变暖(global warming potential,GWP)、 人类毒性(human toxicity potential,HTP)、 海水生态毒性(marine aquatic ecotoxicity potential,MAETP)、 臭氧层损耗(ozone layer depletion potential,ODP)、 光化学臭氧合成(photochem. ozone creation potential,POCP)、 陆地生态毒性(terrestric ecotoxicity potential,TETP)等10类^[14]. 其主要的计算过程包括分类和特征化，分类是将清单分析中得到的输入和输出数据归入不同的环境影响类别; 特征化，即通过把各种类别的环境影响的强度或程度归纳为一定的指标对其进行量化，对于归入某种环境影响的清单数据则通过采用科学预设的特征化因子计算其影响的强度和程度^[27].

本研究将上述两类模型结合,针对影响损害及生态环境问题，分别利用EI99及CML2001模型展开比较评价. 并利用清单数据,对雾霾的致导因子展开比较评价. 利用CML2001模型评价的结果分析了碳排放效益对电力结构及报废里程的敏感性. 3 结果与分析

通过迷迪电动汽车和现代燃油车全生命周期(包括生产阶段、 使用阶段、 回收阶段)过程的系统分析，利用GaBi4.4软件构建了两款车的生命周期评价模型并计算获得生命周期清单，采用EI99及CML2001评价模型对比分析了两款车的环境影响，并对关键过程及关键因子敏感性进行了分析讨论. 3.1 清单分析

从物质输入清单分析，两款车能源物质的消耗有所差别，如图 2所示，迷迪电动汽车消耗的硬煤与天然气量分别比现代燃油车大73.30%和51.19%，而消耗的原油量则比现代燃油车小98.08%; 此外某些原材料消耗也存在一定差别，以Li为例，迷迪电动汽车消耗了一定的锂(Li)而现代燃油车并未消耗该物质. 从物质输出清单分析，迷迪电动汽车在二氧化碳(CO₂)、 一氧化碳(carbon monoxide,CO)、 氨气(NH₃)、 生化耗氧量(biochemical oxygen demand,BOD)、 悬浮物(SS)、 氯化物(chloride)等环境排放物的排放量上低于现代燃油车.

图 2

Fig. 2

图 2 迷迪电动汽车和现代燃油车全生命周期主要能源消耗 Fig. 2 Main energy consumption of the full life cycle of Midi EV and Hyundai ICEV

根据清单数据，针对致霾因子： PM_2.5、 NOx、 SOx、 VOCs、 NH₃^[28]进行分析. 如图 3所示，从全生命周期的角度来看迷迪电动汽车PM_2.5、 NOx、 SOx、 VOCs的排放量都大于现代燃油车的排放量，增加的比例分别为93%、 75%、 63%、 16%，只有NH₃的排放量比现代燃油车降低了16%. 这主要是由两款汽车使用阶段排放量的差异造成的，虽然迷迪电动汽车在行驶阶段实现了污染物的零排放，但其驱动能源(电力)生产过程排放的致霾污染物的强度比现代燃油车驱动能源生产与尾气排放两个过程排放量的总和大，PM_2.5、 NOx、 SOx、 VOCs的排放量分别增加了97%、 75%、 56%、 6%，而此阶段NH₃的排放量比现代燃油车降低了100%. 此外，在生产阶段，由于迷迪电动汽车总的用电量大于现代燃油车(主要因电池生产引起)，导致迷迪电动汽车6种致霾污染物的排放量均大于现代燃油车，PM_2.5、 NOx、 SOx、 NH₃、 VOCs排放量增加的比例分别为60%、 64%、 100%、 100%、 54%; 而回收阶段，由于材料的再生利用两款车6种致霾污染物的排放量均呈现负值，表示污染物减排量，其值越小表明减排量越大. 在这个阶段，在回收得到二次钢材相差不大的情况下，现代燃油车由于发动机生产时耗用了铝量较大使得回收得到的可利用的铝比迷迪电动汽车多，因此导致迷迪电动汽车的致霾污染物减排量均小于现代燃油车.

图 3

Fig. 3

图 3 迷迪电动汽车和现代燃油车全生命周期致霾污染物排放 Fig. 3 Key haze-induced pollutants in the full life cycle of Midi EV and Hyundai ICEV

(1) 全生命周期环境影响比较分析

两款车全生命周期各影响类型特征化结果，按比例形式呈现，如图 4所示. 迷迪电动汽车全生命周期的ADP、 GWP、 ODP这3种影响类型的影响潜值小于现代燃油车，3种影响类型的潜值分别是现代燃油车的22%、 51%和60%，得出迷迪车对这3类影响具有明显的改善作用. 而对AP、 EP、 FAETP、 HTP、 MAETP、 POCP、 TETP等7种影响类型比较结果则显示迷迪电动汽车的影响潜值大于现代燃油车，7种影响类型中现代燃油车的潜值分别是迷迪电动汽车的42%、 50%、 90%、 24%、 23%、 37%、 46%，由此得出，除了FAETP，迷迪车对其他六类影响都有增大的趋势.

图 4

Fig. 4

以各影响类别中特征化值大的车为基准100%，另一款车的特征值除以基准车的特征值即为相对比例，图 5、 图 6与此相同 图 4 迷迪电动汽车和现代燃油车全生命周期特征化结果比较 Fig. 4 Comparative characterization impacts of the full life cycle of Midi EV and Hyundai ICEV

(2) 生产阶段环境影响比较分析

两款车生产阶段各影响类型特征化值比较结果如图 5所示，迷迪电动汽车生产阶段在FAETP和TETP方面的影响小于现代燃油车，而在MAETP、 HTP、 AP、 EP、 GWP、 POCP、 ODP等方面，其环境影响则大于现代燃油车，其中GWP的影响潜值相差了50%. 另外,影响潜值相差比例占50%以上的影响类型还有AP、 EP以及FAETP. 深入分析原因可知，电力消耗量的差别是引起两款车上述影响潜值相差较大的原因. 对比两款车生产阶段电力消耗可知，现代燃油车生产阶段的耗电量为迷迪燃油车动力系统生产过程耗电量的86.41%，而中国电网以煤电为主，煤电发电过程中排放的SO₂、 NOx、 CO₂、 甲烷(CH₄)等是造成AP、 EP、 GWP的主要影响物质，因此使得耗电量较大的迷迪电动汽车的AP、 EP、 GWP和ADP影响远大于现代燃油车.

图 5

Fig. 5

图 5 迷迪电动汽车和现代燃油车生产阶段特征化结果比较 Fig. 5 Characterization impacts of the manufacturing phase of Midi EV and Hyundai ICEV

(3) 使用阶段环境影响比较分析

两款车使用阶段各影响类型特征化值比较结果如图 6所示，可以看出，迷迪电动汽车的ADP、 GWP、 ODP值较现代燃油车低，在此阶段，迷迪电动汽车相较于现代燃油车实现了55%的碳减排. 而在FAETP、 MAETP、 HTP、 TETP、 POCP方面迷迪电动汽车的潜值较现代燃油车的高. 分析各影响类别差别的原因可知，行驶过程中有无尾气排放以及驱动能源的不同是造成差别的原因，在使用阶段迷迪电动汽车行使1 km消耗驱动能源电力的量为0.86 MJ，电力生产过程中主要消耗的一次能源是硬煤和天然气，排放的主要污染物质有SO₂、 NOx、 CO₂、 CH₄、 非甲烷类挥发性有机物(non mathane volatile organic compouds,NMVOC)以及三价钒离子(V³⁺)、 二价镍离子(Ni²⁺)、 锡(Se)等多种重金属及其离子，而现代燃油车则消耗汽油0.06 kg，汽油的上游生产过程消耗的主要能源为原油，排放的主要污染物质为CH₄、 SO₂、 NOx、 NMVOC、 V³⁺、 Ni²⁺、 钡(Ba)等. 此外，在尾气排放所致污染物排放方面，较之现代燃油车，迷迪电动汽车没有尾气排放.

图 6

Fig. 6

图 6 迷迪电动汽车和现代燃油车使用阶段特征化结果比较 Fig. 6 Characterization impacts of the using phase of Midi EV and Hyundai ICEV

(4) 报废回收阶段环境影响差异分析

两款车报废回收阶段各影响类型特征化值比较结果如图 7所示，现代燃油车与迷迪电动汽车在各环境影响类型下的环境影响均为负值，产生了环境效益，这是由于两款车在此阶段对钢、 铁、 铝、 铜、 塑料、 橡胶、 玻璃等可再生材料以及旧轮胎、 旧电池等部件进行了回收，避免了相应原生材料的消耗. 对比两款汽车回收阶段的环境表现可知，除TETP外的各环境影响类别都呈现现代燃油车的环境效益(负的环境影响)大于迷迪电动汽车，与迷迪电动汽车相比，现代燃油车的ADP、 AP、 EP、 FAETP、 GWP、 HTP、 MAETP、 ODP、 POCP等环境影响值降低的比例分别为15%、 26%、 30%、 11%、 22%、 21%、 39%、 59%、 14%，这是由于钢材和铝材的回收是两款车产生环境效益的主要贡献源，而在回收得到二次钢材相差不大的情况下，现代燃油车由于发动机生产时耗用了铝量较大使得回收得到的可利用的铝比迷迪电动汽车多.

图 7

Fig. 7

图 7 迷迪电动汽车和现代燃油车回收阶段特征化结果比较 Fig. 7 Characterization impacts of the recycling phase of Midi EV and Hyundai ICEV 结果以各影响类别中特征化值小的车为基准100%，另一款车的特征值除以基准车的特征值为相对比例； 负的环境影响值在图中表示为负的比例值，负值越小表示环境效益越大

(5)碳排放差异分析

在各环境影响类型中，需要着重关注GWP环境影响类型，它表征了两款汽车碳排放的情况，可直接为低碳交通的实现提供参考. 从上述各生命周期阶段的GWP的特征化值比较情况来看，就全生命周期而言，迷迪电动汽车比现代燃油车降低了49%,其中使用阶段迷迪电动汽车比现代燃油车碳排放量降低55%，而生产阶段和回收阶段则呈现相反的趋势，由于迷迪电动汽车生产阶段的总耗电量大于现代燃油车，使得迷迪电动汽车生产阶段将比现代燃油车碳排放量增加50%; 此外，回收阶段由于迷迪电动汽车回收的主要材料量小于现代燃油车使得其碳减排量比现代燃油车低了78%.

(6)生命周期及关键过程贡献分析

研究将两款车全生命周期生产阶段动力系统生产、 生产阶段非动力系统生产、 使用阶段汽油或电力生产、 使用阶段尾气排放、 使用阶段轮胎更换及磨损、 报废后回收处理这6个过程定义为关键过程，对其环境影响贡献进行分析.

对ADP、 AP、 EP、 FAETP、 POCP、 HTP、 TETP、 GWP等环境影响类型而言，使用阶段两款车环境影响潜值均占全生命周期总值的50%以上(图 8). 而在ODP方面，生产阶段是两款车环境影响的主要贡献阶段；在MAETP方面，现代燃油车影响主要贡献阶段为生产阶段，迷迪电动汽车影响的主要贡献阶段为使用阶段. 此外，两款车各影响类型回收阶段对整个生命周期环境影响的贡献量都为负值，表现为环境效益.

图 8

Fig. 8

图 8 不同关键过程对迷迪电动汽车和现代燃油车全生命周期影响的贡献 Fig. 8 Contributions of the key processes to the full life cycle of Midi EV and Hyundai ICEV

将汽车生产阶段分为动力系统生产和非动力系统生产两部分. 如图 8所示，两款车动力系统和非动力系统生产过程对整个生命周期环境影响的贡献量有所差别. 其中，动力系统生产是迷迪电动汽车生产阶段各类型环境影响的主要来源，其带来的ADP、 AP、 EP、 FAETP、 GWP、 HTP、 MAETP、 POCP、 ODP等环境影响均占该款车生产阶段总环境影响的一半以上，其中AP、 EP的环境影响占该款车生产阶段总环境影响的比例高达80%以上，这主要源于电池生产制造过程中污染物SO₂、 NOx等的排放，而HTP、 MAETP、 POCP、 TETP的影响主要来自电池组装工艺过程消耗的电力的生产; 而现代燃油车生产阶段各类型环境影响主要来自非动力系统生产过程，其中该过程产生的ADP、 AP、 EP、 GWP、 HTP、 POCP等环境影响均占该款车生产阶段总环境影响的80%以上，车身生产中的涂装过程是造成AP、 EP、 GWP、 HTP、 POCP等环境影响类别的主要贡献过程，而底盘生产时消耗的钢、 铝等材料的生产及消耗过程是产生ADP、 MAETP等影响的主要贡献过程.

两款车的使用阶段分为3个关键过程：汽油或电力生产、 尾气排放、 轮胎更换及磨损. 使用阶段两款车造成各类影响的主要过程不同. 就迷迪电动车而言，其行驶过程中尾气排放为零，造成影响的主要过程为电力生产过程，该过程产生ADP、 AP、 EP、 FAETP、 GWP、 HTP、 MAETP、 POCP、 TETP的影响大小均占该车使用阶段总影响的90%以上，对于现代燃油车来说，尾气排放过程尤其是CO₂、 NOx的排放是造成EP、 GWP的主要原因，其影响大小分别占使用阶段的69%和84%; 而汽油生产的工艺过程则是造成ADP、 AP、 FAETP、 HTP、 MAETP、 ODP、 TETP等影响的主要过程，造成影响大小分别占使用阶段的99%、 53%、 96%、 59%、 91%、 90%、 95%.

两款车各影响类型回收阶段的影响对整个生命周期环境影响的贡献量都为负值，表现为正的环境效益，这是由于两款车对一些可再生材料进行了回收，避免了相应原生材料的消耗. 两款车回收了钢、 铁、 铝、 铜、 塑料、 橡胶、 玻璃等材料以及旧轮胎、 旧电池等部件，但两款车回收得到的上述材料的量不尽相同，且迷迪电动汽车较现代燃油车而言多了磷酸铁锂蓄电池回收处理的环节，因此各环境影响类别的正效益有所差别. 在ADP、 GWP上，迷迪电动汽车回收阶段的贡献大于现代燃油车，而在AP、 EP、 FAETP、 MAETP、 HTP、 ODP、 POCP、 TETP等方面，呈现相反的趋势.

有一点值得关注，现代燃油车的尾气排放过程对POCP的影响潜值为负值，这可能是由于现代燃油车尾气中含有NO，其对臭氧的分解作用导致POCP方面的影响为负值. 3.2.2 EI99方法评价结果

采用EI99评价方法对迷迪电动汽车和现代燃油车进行生命周期损害影响的评价，从图 9得出，现代燃油车比迷迪电动汽车影响分值高出33.30%. 对比两款车在生态系统质量、 人体健康、 资源消耗方面的影响，现代燃油车对资源的环境影响分值比迷迪电动汽车高出了79%，而在生态系统质量和人体健康影响方面则小于迷迪电动汽车，其降低比例分别为61%和48%. 可以看出，两款车在资源消耗方面的差别是导致全生命周期环境表现不同的主要原因.

图 9

Fig. 9

图 9 迷迪电动汽车与燃油汽车全生命周期环境影响分值 Fig. 9 Environmental impacts of the full life cycle of Midi EV and Hyundai ICEV

深入分析可知，如图 10所示，在资源消耗方面，对现代燃油车与迷迪电动汽车产生影响最大的因素均是化石能源消耗，迷迪电动汽车比现代燃油车环境影响分值降低了80.77%，这是由两款车使用阶段驱动能源的差别引起的. 此外，矿物消耗方面，则呈现出迷迪电动汽车的环境影响比现代大83.69%，这主要是迷迪电动汽车电池生产过程增加了锂等金属材料的消耗. 两款车对生态系统质量影响最大的因素有所差异，现代燃油车的最大影响因素是酸化/富营养化，而迷迪电动汽车的则为生态毒性. 这是因为造成两款车该类影响的关键过程及其排放物质存在差别，动力系统及电力生产过程中重金属可能是导致其生态毒性的主要污染物质，汽油生产和尾气排放过程中产生的NOx、 SOx、 NH₃等是导致其酸化富营养化的主要污染物. 而在人体健康影响方面，气候变化和无机物致呼吸系统损伤是两款车该类影响的主要因素，其对两款车人体健康影响的贡献率均在90%以上，其中差别最大的因素为无机物致呼吸系统损伤，由于迷迪电动汽车使用过程中耗电背后的燃煤发电过程产生的大量颗粒物引起了对人体呼吸道的影响比现代燃油车造成的该类影响大了73.60%，使得最终迷迪电动汽车对人体健康的影响大于现代燃油车.

图 10

Fig. 10

图 10 迷迪电动汽车与燃油汽车全生命周期各类环境影响分值 Fig. 10 Environmental impacts of the full life cycle of Midi EV and Hyundai ICEV

报废里程和电能结构是本研究开展生命周期评价的关键因素，其大小将直接影响汽车单位里程的环境影响值. 本节针对温室气体和致霾污染物排放，展开这两个关键因素的敏感性分析. 3.3.1 报废里程敏感性分析

本研究设定的报废里程为出租车的规定报废里程50万 km，但出租车的实际报废里程会在0~50万 km范围内随具体情况而不同. 选取10万 km、 15万 km、 20万 km、 25万 km、 30万 km、 35万 km、 40万 km、 50万 km等8种报废里程开展敏感性分析.

从图 11可见，随着报废里程的增加，迷迪电动汽车和现代燃油车的单位里程碳排放(greenhouse gas emissions,GHG emissions)都呈降低趋势，但二者降低的幅度有所差别. 当汽车的报废里程从10万 km上升到50万 km时，迷迪电动汽车的单位里程碳排放从0.19 kg降至0.12 kg，降低了35.29%; 而现代燃油车的单位里程碳排放则从0.26 kg降至0.24 kg，降低比例为7.34%. 由此可见，报废里程的变化对迷迪电动汽车的单位里程碳排放的影响大于对现代燃油车. 这主要是由于从全生命周期的角度而言，随着报废里程的增加，生产阶段和回收阶段对汽车单位里程碳排放的贡献量逐渐下降，相反使用阶段的贡献会加大. 前文研究表明，与现代燃油车相比，迷迪电动汽车生产阶段的碳排放强度更大，而使用阶段的单位碳排放量则小很多. 因此，报废里程的增加使迷迪电动汽车的碳排放环境效益得以更加显现. 如图 12所示，当报废里程从10万 km变化到50万 km的同时，迷迪电动汽车相对现代燃油车碳减排比例也从28%增加到49%.

图 11

Fig. 11

图 11 迷迪电动汽车和现代燃油车碳排放量随报废里程的变化 Fig. 11 Trends in the full life cycle GHG emissions over the lifetime of Midi EV and Hyundai ICEV

图 12

Fig. 12

图 12 迷迪电动汽车碳减排效益随报废里程的变化 Fig. 12 Trends in the full life cycle GHG reduction over the driving mileage of Midi EV and Hyundai ICEV

当行驶里程都为15万 km时，本研究的迷迪电动汽车单位里程碳排放为0.16 kg，而Hawkins等^[12]的研究结果为0.19kg. 两者的数值差别主要是由电力结构以及评价范围和假设的不同造成的. 然而，在报废里程敏感性分析方面，两者的分析结果呈现相同的趋势，即随着报废里程的增加电动汽车和燃油车的单位里程碳排放都有所下降，此外，在电动汽车相对燃油车碳减排效益随报废里程变化趋势方面，两个研究结果趋势也一致，即随着报废里程的增加电动汽车相对燃油车的碳减排效益逐渐上升. 3.3.2 电力能源结构敏感性分析

(1)碳排放随电力能源结构变化分析

电力能源结构是电动车生命周期环境影响的重要作用因素. 选择基准年份2010年、 《北京市“十二五”能源发展规划》中目标年份2015年以及北京市预计关闭所有燃煤机组的目标年份2017年作为3个时间点，并结合各年份外调电的比例设置3种情景进行敏感性分析，情景1为2010年北京市实际的电能结构：火力发电、 天然气发电、 抽水蓄水发电、 风能发电、 水力发电、 余热发电、 生物质能比例依次为78.57%、 10.43%、 4.30%、 2.56%、 3.69%、 0.26%、 0.19%; 情景2为规划中北京市2015年电能结构：火力发电、 天然气发电、 风能发电、 水力发电、 太阳能发电、 生物质能比例依次为67.55%、 24.75%、 3.13%、 3.03%、 0.77%、 0.77%; 情景3为预测的北京市2017年电能结构：火力发电、 天然气发电、 风能发电、 水力发电、 太阳能发电、 生物质能比例依次为60.55%、 30.94%、 3.36%、 3.23%、 0.96%、 0.96%.

如图 13所示，情景1中迷迪电动汽车单位里程的碳排放为0.121 kg ·km^-1，其相对现代燃油车的碳减排比例为49%; 情景2中单位里程碳排放为0.108 kg ·km^-1，碳减排比例为55%; 情景3中单位里程碳排放为0.105 kg ·km^-1，碳减排比例为56%. 从情景1到情景3火力发电的比例逐渐下降，新能源及可再生能源的比例逐渐升高，根据趋势分析得出随着火力发电比例的降低及新能源与可再生能源比例的升高，迷迪电动汽车全生命周期单位里程的碳排放量呈现下降的趋势，迷迪电动汽车相对现代燃油车的碳减排效益将逐步提高.

图 13

Fig. 13

图 13 迷迪电动汽车碳减排效益随电能结构的变化 Fig. 13 Trends in the effective full life cycle GHG reduction over the electricity mix of Midi EV

(2)致霾污染物排放随电力能源结构变化分析

前文研究表明，以2010年北京本地发电为驱动能源时，迷迪电动汽车全生命周期中PM_2.5、 NOx、 SOx、 VOCs等致霾污染物的排放量均大于现代燃油车，只有NH₃的排放量比燃油车小. 为进一步分析不同电能结构下两款汽车PM_2.5、 NOx、 SOx、 VOCs排放量的变化趋势，本节在上述3个情景的基础上，依据2017年北京市本地发电结构设置情景4，其具体结构为：天然气发电、 风能发电、 水力发电、 太阳能发电、 生物质能比例依次为80.41%、 3.31%、 2.76%、 2.76%、 2.76%.

4种情景下迷迪电动汽车致霾物质的排放量减去现代燃油车相应物质的差值如图 14所示. 从中可以看到，4个情景下迷迪电动汽车排放的NOx、 SOx、 PM_2.5、 VOCs与现代汽车的差值均为正，表明迷迪电动汽车上述4种致霾物质的排放量均大于现代燃油车. 然而，从情景1到情景4，随着火电比例的下降，迷迪电动汽车全生命周期排放的NOx、 SOx、 PM_2.5与现代燃油车相应各物质排放量的差值逐渐降低，其情景4的降低幅度最大，这是由于情景4中没有火力发电，电力结构更优化; 4个情景中VOCs的排放量差值减小的趋势并不明显，这主要是由于天然气发电与火力发电产生的VOCs相差不大.

图 14

Fig. 14

图 14 迷迪电动汽车与现代燃油车致霾物质排放量差值随电能结构的变化 Fig. 14 Trends in full life cycle Key haze-induced pollutants emissions over the electricity mix of Midi EV and Hyundai ICEV

(1) 从整个生命周期来看，迷迪电动车推广具有明显改善ADP、 GWP、 ODP等三类环境影响的潜力. 尤其对碳减排将起积极的促进作用，相对现代燃油车，单位里程碳排放量可降低约一半左右. 但同时应加强对矿物资源消耗,无机物致呼吸系统损伤及生态毒性潜在影响趋势的监管.

(2) 使用阶段的电力生产及生产阶段的动力系统生产是控制迷迪电动车生态环境隐患的关键过程.

(3) 随着报废里程的增加，迷迪电动汽车单位里程碳排放呈现大幅降低及碳减排效益呈现逐渐增大的规律,可为电动车报废管理提供参考.

(4)提高发电的清洁能源比例将有助于控制车辆全生命周期致霾因子的排放.

(5)清洁的发电能源组合，节能的电力驱动，清洁的动力系统生产是保障电动车转型取得良好生态环境效益的关键.

(6) 未来研究将在此基础上开展电动汽车的全生命周期管理研究，并进一步完善本地数据清单.

致谢： 感谢北京市环境保护局刘贤淑处长，王宣同高级工程师，北京合理用能评估中心赵志军主任，课题组吕彬老师，丁宁博士等同学提供的大力帮助. GaBi4.4教育软件提供的支持.