充电好还是换电好？电动汽车补能模式争议再起，不同企业也给出了不同的看法，换电模式又一次被推向了风口浪尖。站在“3060目标”的背景下，我们从生命周期角度分析一下换电模式对纯电动汽车碳足迹的影响。
根据《中国汽车低碳行动计划研究报告（2020）》的研究成果，纯电动乘用车平均生命周期碳强度比传统汽油车低26%（按生命周期15万km计算），纯电动汽车在碳排放方面对传统汽油车具有明显优势，如图1所示。
图1 2019年不同燃料类型量产乘用车平均单位行驶里程碳排放
然而，将汽车生命周期碳排放放在时间的维度上，汽车制造阶段是短时间的集中排放，一般不会超过一年，使用阶段是长时间的减排过程，一般会持续10多年，一辆A级纯电动乘用车相较于A级汽油车，约需要6年才具有碳减排优势，纯电动的减排滞后期很有可能导致汽车电动化实现道路交通碳中和面临挑战。引起减排滞后期的主要原因是动力蓄电池生产过程的高碳排放和动力蓄电池的低效利用，动力蓄电池生产过程碳排放占到纯电动汽车制造环节50%的碳排放，而我国目前的纯电动汽车年均行驶里程不过8806km（国家新能源汽车数据监控平台）导致动力蓄电池利用率不足。
我们假设未来10年部署的纯电动乘用车都是A级车，并且逐年增加部署量，新制造纯电动车制造阶段碳排放一年内排放完，在考虑电力碳排放因子与燃料消耗量均逐年降低的情况下，使用阶段体现累积部署量的年度减排量，初步计算结果如表2所示。由表2可以看出，在此种情境下，2030年前通过部署纯电动汽车与汽油车相比实现碳减排是难以实现的，甚至还会增加排放，只是将碳排放从使用阶段转移到了制造阶段，因此，汽车产业碳中和，我们还需要采取更多措施来共同推进电动化进程。
表2 纯电动乘用车部署的减排效果分析（假设都是A级车）
注：产量数据来自中国汽车工业协会、《节能与新能源汽车技术路线图2.0》
1.电力清洁化扩大纯电动汽车使用阶段减排效果。经过十多年的努力，中国电力行业的低碳发展已经取得了很大的进步，单位供电碳排放（克二氧化碳/千瓦时，下同）从2005年的900克左右下降到目前的600克左右（下降约30%），但我国燃煤发电占比依然超过60%，电力作为工业能源基础，只有加快推进我国能源结构从以煤炭发电为主向以清洁低碳能源为主的跨越式发展，才能确保纯电动实现碳中和的路径可行性。当然，汽车行业也应看到，电力清洁化需要克服成本、低碳、安全三座大山才能实现清洁化，这必然是一个艰难的过程，汽车行业的碳中和路径也必须考虑到这个现实情况。
2.汽车供应链低碳化转型，降低纯电动汽车制造阶段碳排放量。目前，汽车生命周期碳排放来源从传统燃油汽车的使用阶段为主变成纯电动汽车的生产阶段和使用阶段各占50%，加快汽车供应链低碳转型至关重要，尤其是动力蓄电池。加快汽车供应链低碳化转型是降低纯电动汽车制造阶段碳排放的关键，节能增效、加大生物材料/回收材料比例等手段自然不必说，按照煤—天然气—电—可再生能源进行燃料替代也需要加快推进。
3.加快发展汽车循环经济发展，降低纯电动汽车制造阶段碳排放量。通过加强产品的可重复使用和可修复性、聚焦资源和能源密集型行业下产品的循环使用等举措来提高资源的有效利用，能够很大程度上降低汽车产品制造阶段碳排放，根据欧盟发布的数据显示，回收钢、铝、塑料能够降低90%的碳排放。
4.合理设定纯电动汽车续航里程，减少动力蓄电池用量。目前，里程焦虑导致纯电动汽车的续航里程在能量密度提升缓慢的背景下依然快速增加，一方面增加的电池用量增加碳排放，另一方更大的车重也导致电耗增加而增加碳排放，进一步延长了纯电动汽车相较于汽油车的减排滞后期。从另一角度分析，里程焦虑更多还是对剩余里程不确定性的焦虑，企业应该投入更大资源来提升剩余里程计算的确定性，而不是一味地用长续航里程来覆盖里程不确定性的问题。通过提高剩余里程计算的确定性，合理设定纯电动汽车续航里程，减少电池用量，既降低成本又减少碳排放。虽然实现这一点并不易，但肯定是未来纯电动车的重要竞争点之一。
5.推动智能交通建设，提高纯电动汽车的年行驶里程。从各方分析的结果看，我国私家车的年行驶里程始终处于下降状态，根据世界资源研究所的相关研究，我国乘用车平均年行驶里程2015年已降至13000km，如图2所示。而根据新能源汽车国家监管平台数据显示2019年私家车月均行驶里程733.84km，年行驶里程约为8806km。推动交通智能化水平，降低拥堵，提高道路畅通水平，也能够进一步凸显纯电动汽车的减排效果。
图2 中国乘用车单车年均行驶里程
所谓换电模式，即是通过集中型充电站对大量电池集中存储、集中充电、统一配送，并在电池配送站内对电动汽车进行更换服务的商业模式。换电模式虽然无法降低动力蓄电池制造阶段碳排放，但大幅度提高了动力蓄电池使用效率，根据相关车企统计数据显示，换电模式下，动力蓄电池一般在行驶300,000km-450,000km后，容量下降为原先的80%。
同样以A级乘用车为例，根据《中国汽车低碳行动计划研究报告（2020）》的研究成果，A级纯电动乘用车生命周期碳排放较A级传统汽油车低27%（按生命周期15km计算）。此次，中汽数据有限公司进一步测算了换电模式下，纯电动乘用车的减排优势。我们假设，动力蓄电池分别在行驶300,000km和450,000km后，容量衰减为原先的80%，并且换电站会留有总电池保有量的10%作为储备，以保证电池供给。按乘用车生命周期行驶150,000km计算，一组电池全生命周期可分别供两辆、三辆车使用，考虑上换电站的电池准备率10%，相当于一颗电池生命周期的碳排放下降为原本的55%、37%。以A级车为例，如图2所示。
换电模式并考虑换电站10%电池准备率的情境下，30万km动力蓄电池和45万公里动力蓄电池的纯电动车碳排放较汽油车生命周期碳排放分别下34%和36%。
图2 2019年A级汽油与纯电动乘用车平均单位行驶里程碳排放
另外，换电模式下，动力蓄电池利用率较高，将A级纯电动汽车减排滞后期降低到2年~4年（如下表所示），即A级纯电动汽车使用2年~4年即可抵消其生产阶段较A级汽油车高出的碳排放。
A级乘用车生命周期各阶段碳排放量
