功能单位为公交车行驶1km。研究边界从车辆材料生产到车辆报废回收过程中涉及到的各碳排放阶段,包括燃料上游阶段(如燃料原料生产与运输和燃料生产与输送)、燃料下游阶段(燃料消耗)、公交车原材料生产与加工(纯电动公交车包括电池系统)、装配与制造、运行、配套设施运营和报废回收。
当前杭州市有2312辆纯电动公交车,混合电动公交车折合1/2纯电动公交车核算。我们假设杭州市公交车总量恒定在5000辆,且到2050年全城均为纯电动公交车,则2020年车辆数约3000辆,2035年约4000辆。
本文基于生命周期框架,采用排放系数法计算碳排量,单位为克二氧化碳当量每千克物质(CO2eq/kg)。公交车生命周期各阶段计算公式如下所示：
式中,If表示燃料生产运输过程中碳排放量;Ce表示燃料当量排碳放系数;E表示能源利用效率;S表示能源消费结构比例。
式中,Ip表示公交车原料生产与加工碳排放量;Mi表示材料生产质量;Ci表示材料碳排系数;Yi表示材料生产产率。
式中,Iu表示公交车运行阶段碳排放量;FE表示公交车百公里耗油/电量;EF表示单位电力或柴油碳排量;U为公交车行驶里程;TE表示充电效率/输油效率。
(4)公交车运营设施建设和维护阶段碳排放计算公式为：
式中,Ic&m表示公交车运营设施建设和维护阶段碳排放量;Ic表示公交车公交车运营设施建设阶段碳排系数;Im表示公交车运营设施维护阶段碳排系数;U为公交车行驶里程。
根据已有数据,对杭州市柴油公交车和纯电动公交车全生命周期碳排放量进行了评估,具体评估结果如下。
柴油公交车和纯电动公交车车辆原料生产和加工阶段CO2排放量为120.054t和213.457t,其中纯电动公交车每组电池生产需产生CO2排放量14.713t,生命周期内产生CO2排放总量为88.280t。两种公交车装配和制造阶段工艺一致,其CO2排放量均为1.580t。柴油公交车和纯电动公交车运行过程CO2排放量分别为1005.670t和0t。柴油公交车基础设施建设和运营CO2排放量分别为0.532t和0.912t,运营CO2总排放量为1.444t。纯电动公交车需新建充电桩和换电站等设施,其充电桩建设和运营阶段CO2排放量分别为1.702t和2.917t,换电站建设CO2排放量为7.800t,运营CO2排放总量为12.618t。柴油公交车和纯电动公交车维护过程中轮胎生命周期CO2排放量分别为69.160t和51.870t。柴油公交车和纯电动公交车报废与回收阶段CO2排放量分别为-8.311t和-10.876t。
(1)杭州市单辆纯电动公交车相比柴油公交车在全生命周期尺度碳减排有明显优势,其产生的巨大碳排差距主要来自燃料周期(电力与柴油生产到消耗过程差异),而动力电池生产技术和精细回收再利用能力的提升也将是增加未来纯电动公交车碳减排效益的关键之一。此外新建充电站和换电站额外增加的碳排量相对有限,加快杭州市充电桩等配套设施建设有助于尽快实现碳减排。
(2)在杭州市油改电进程中,碳减排效益需在纯电动公交车运行一定年限后才能显现,但基本在车辆生命周期的中前期便可达到目的,结合当前杭州市在营运的纯电动公交车生命周期内碳减排总量及年均碳减排量,碳减排潜力较为可观。充电桩的高效空间配置和城市交通环境的优化有助于减少消耗,增加碳减排效益。