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氢燃料电池汽车生命周期评价研究

刘佳慧  
【摘要】:氢燃料电池汽车(HFCV)作为新能源汽车一个关键分支,是实现未来汽车工业可持续发展的重要方向,其具有续航里程长、能量转换率高、噪音低以及零排放等优点,但同时面临能源效率、环境影响、安全挑战、成本压力等诸多问题,因此本文对氢燃料电池汽车生命周期内的能耗、排放、成本情况进行量化研究,研究成果对于探索未来氢燃料电池汽车的技术路线和产业路径具有重要参考价值。本文以丰田Mirai氢燃料电池汽车为研究对象,运用生命周期评价方法,建立了从原材料获取、制造装配、运行使用到报废回收四个阶段的资源耗竭和环境影响的数学评价模型,确定各阶段涉及材料、工艺、能耗清单,在此基础上建立Ga Bi模型,形成氢燃料电池汽车完整的生命周期评价模型,计算得到矿产资源消耗、能源消耗、环境排放结果清单,采用CML2001评价方法对计算结果进行处理和分析评价。基于以上研究,通过情景模拟方法进一步研究了电力结构改变和制氢工艺不同对HFCV生命周期能耗排放影响,同时选取纯电动汽车(BEV)和传统内燃机汽车(ICEV)与HFCV进行生命周期评价对比研究。在生命周期评价的基础上进一步拓展到HFCV生命周期成本研究,从企业、用户、社会三个视角分析HFCV的生命周期成本,并建立多角度氢燃料电池汽车生命周期成本模型对成本进行测算,最后提取敏感影响因子进行敏感性分析。从资源耗竭结果来看,HFCV在原材料获取阶段矿产资源消耗最大,运行使用阶段化石能源消耗最大,其中,化石能源中天然气消耗量最大。从环境影响结果来看,HFCV环境影响主要集在原材料获取阶段,其次是运行使用阶段、制造装配阶段,而报废回收阶段对环境影响产生正效益。从情景模拟结果来看,电力结构优化对于降低环境影响潜值的程度由大到小依次为:酸化潜值(AP)、光化学烟雾潜值(POCP)、全球变暖潜值(GWP)、水体富营养化潜值(EP)、化石能源耗竭潜值(ADP(f))、人体健康损害潜值(HTP),而矿产资源耗竭潜值(ADP(e))反而增加,甲烷蒸汽重整法是研究的四种制氢工艺中最节能环保的方法,电解水法表现最差。从对比分析结果来看,矿产资源耗竭潜值为:HFCVBEVICEV,化石能源耗竭潜值为:ICEVHFCVBEV,环境影响综合潜值为:HFCVBEVICEV。从生命周期成本研究结果来看,现阶段各视角下的HFCV成本都不具优势,其中车辆购买价格、政府补贴对车辆生命周期成本影响非常显著,氢气价格对车辆生命周期成本影响相对较小。


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