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原文传递纯电动与氢燃料电池汽车生命周期能耗及碳排放比较研究

论文题名：	纯电动与氢燃料电池汽车生命周期能耗及碳排放比较研究
关键词：	纯电动汽车;氢燃料电池汽车;生命周期;能耗分析;碳排放
摘要：	纯电动与氢燃料电池汽车（BEV与FCV）因行驶时零排放的优点受到全球高度关注，但全生命周期其他环节的能耗及碳排放却不容忽视，因而需要运用生命周期评价（LCA）科学准确地评估它们的生命周期能耗及碳排放。然而，已有的汽车LCA研究大多基于静态评价模型，忽视了生命周期动态因素对评价结果的影响，同时系统边界的选取未能考虑循环利用阶段的节能减排效果，使得评价结果与实际相差较大。针对上述问题，本论文对BEV与FCV能耗及碳排放比较研究时，建立BEV与FCV动态生命周期能耗及碳排放评价模型，从全生命周期角度展开比较。具体研究内容如下：　　将BEV与FCV的生命周期分为车辆周期、燃料周期两部分，包含材料获取、制造装配、维修和循环利用、油井到油箱和油箱到车轮等阶段，分别建立每个阶段能耗及碳排放量化公式，最后叠加求和得到动态生命周期能耗及碳排放数学模型，并在此基础上进行能耗及碳排放动态特性分析。　　以某中型乘用车为具体研究对象，对生命周期各阶段开展清单分析，得出两种汽车静态生命周期能耗及碳排放值。与汽油车相比，BEV与FCV均能实现对能耗及碳排放的削减；在全生命周期内，燃料周期能耗及碳排放占比最高，BEV占比分别为61.3%和66.3%，FCV分别为73.9%和78.2%，其次是材料生产阶段。BEV循环利用可分别减少4.5%和6.0%的生命周期能耗及碳排放，FCV可分别减少4.9%和5.3%，其中回收镍钴锰三元锂锂离子电池的节能减排效果并不明显，对燃料电池堆栈中的铂回收能够有效降低能耗及碳排放。在此基础上，进行了敏感性分析，发现影响BEV生命周期能耗及碳排放的最主要因素为生命周期行驶里程、百公里电耗和电力结构，影响FCV的最主要因素为生命周期行驶里程、百公里氢耗和制氢方案。　　将LCA理论和系统动力学建模的方法结合，并根据静态实例分析结果，首先在系统动力学仿真软件VensimPLE上分别建生命周期各个阶段能耗及碳排放能耗流图，然后经过汇总得到BEV与FCV生命周期能耗及碳排放仿真模型，最后经过语法检验、方程检验及测试评估等步骤确保仿真模型的准确性和可靠性。　　运用仿真模型，分别对影响BEV与FCV生命周期能耗及碳排放的最主要因素进行动态分析，发现提高生命周期行驶里程、降低百公里电耗或氢耗、增加电力结构中清洁能源发电比例和使用可再生能源制氢均能有效降低两种汽车生命周期能耗及碳排放；其中增加风电比例最高可减少BEV生命周期能耗70.6%、碳排放75.7%，风电制氢最高可减少FCV生命周期能耗71.7%、碳排放76.7%；并综合这些因素对2030情景年下两种汽车生命周期能耗及碳排放进行模拟，发现使用可再生能源制氢时，FCV相对于BEV在节能减排优势上更明显。　　本研究对改善BEV与FCV节能减排效果和提高汽车产品LCA可靠性，具有一定学术价值和工程实际意义。
作者：	丁锐
专业：	动力工程及工程热物理
导师：	秦训鹏
授予学位：	硕士
授予学位单位：	武汉理工大学
学位年度：	2022