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• 发布日期 2020 年 12 月 22 日

全球与交通相关的排放正在增加。目前，轻型车辆，即乘用车，如轿车、越野车或小型货车，占美国温室气体净排放量的20%。但研究表明，将传统的高油耗汽车换成电动汽车，可以显著减少这些排放。

最近发表在《环境科学与技术》(Environmental Science and Technology)杂志上的一项研究进一步研究了如何减少与给电动汽车(EV)充电的电源相关的排放。考虑到区域充电模式和环境温度对汽车燃油经济性的影响，麻省理工学院能源倡议(MITEI)的研究人员发现，一天中电动汽车充电的时间会显著影响汽车的排放。

该研究的第一作者、MITEI的研究助理伊恩•米勒(Ian Miller)表示:“如果你能在特定时间方便充电，就真的能促进可再生能源和电动汽车增长所带来的减排。”“那么我们该怎么做呢?”电力使用时间的费率正在扩大，可能会戏剧性地改变电动汽车司机充电的时间。如果我们将这些巨大的充电时间影响告知政策制定者，他们就可以在我们的电网是可再生能源密集的情况下，设计出折扣充电的电价。在太阳活动频繁的地区，这是正午。而在多风地区，比如中西部，则是在夜间。”

根据他们的研究，在太阳能大量使用的加利福尼亚州，给电动车充电过夜会比中午充电多排放70%的废气(中午充电时，更多的太阳能为电网供电)。与此同时，在纽约，核能和水力发电在夜间电力组合中所占比例较大，最佳充电时间恰恰相反。在该地区，与白天充电相比，夜间充电实际上减少了20%的排放量。

“就促进特定时段充电而言，充电基础设施是另一个重要的决定因素，尤其是在白天，”合著者、MITEI的研究科学家Emre Gencer补充道。“如果你需要在中午给电动汽车充电，那么你就需要在你的工作场所有足够的充电站。如今，大多数人会在夜间把车停在车库里充电，而在白天充电最好的地方就会产生更高的排放。”

在这项研究中，Miller、Gencer和MITEI的博士后Maryam Arbabzadeh通过计算两种常见的电动汽车排放建模方法的误差百分比进行了观察，这两种方法忽略了电网每小时的变化和燃油经济性中温度驱动的变化。他们的结果发现，在30%的案例中，这些标准方法的综合误差超过10%，而在美国一半电动汽车的所在地加州，误差达到50%。

Arbabzadeh说:“如果你不模拟充电时间，而是假设以年平均功率充电，你可能会错误地估计电动汽车的排放量。”“可以肯定的是，电网中有更多的太阳能和更多的电动汽车。无论你什么时候在美国给你的电动汽车充电，它的排放量都比类似的汽油动力汽车要低;但如果电动汽车充电主要发生在日落时分，那么在减少排放方面，你获得的好处就不会像使用年平均值时那么多。”

为了减少这种误差幅度，研究人员使用2018年和2019年的每小时电网数据，以及每小时充电、驾驶和温度数据，来估计美国60个案例中电动汽车的排放。然后，他们引入并验证了一种新的方法(误差小于1%)，以准确估计电动汽车排放。他们称之为“平均日”法。

米勒说:“我们发现，你可以忽略电网排放和燃油经济性的季节性，仍然可以准确地估计电动汽车每年的排放和充电时间的影响。”这真是意想不到的好事。去年在堪萨斯州，季节之间的日电网排放量增加了约80%，而由于气温变化，电动汽车的电力需求增加了约50%。此前的研究推测，忽略这种季节性波动会影响电动车排放估算的准确性，但从未对误差进行量化。我们确实做到了——跨越不同的网格混合和气候——发现误差可以忽略不计。”

这一发现对未来电动汽车排放情景的建模具有有益的启示。“你可以在不需要复杂计算的情况下得到精确的结果，”Arbabzadeh说。“使用平均日法，你可以准确估计未来一年的电动汽车排放和充电影响，而不需要模拟每年每个小时的8760个电网排放值。您所需要的只是一个平均日配置文件，这意味着只有24小时值，网格排放和其他关键变量。你不需要从这些平均日分布中了解季节性变化。”

研究人员通过2018年至2032年在美国东南部开展的一个案例研究，证明了平均日方法的实用性，以检验该地区的可再生能源增长将如何影响未来的电动汽车排放。根据美国能源情报署(U.S. Energy Information Administration)保守的电网预测，结果显示，如果在夜间充电，电动汽车的排放量只会下降16%，但如果在中午充电，排放量会下降50%以上。2032年，与类似的混合动力汽车相比，夜间充电的电动汽车每英里排放量降低30%，中午充电的电动汽车每英里排放量降低65%。

本研究中使用的模型是一个更大的建模程序，称为可持续能源系统分析建模环境(SESAME)中的一个模块。该工具由MITEI开发，采用一种系统级的方法来评估当今全球能源系统的完整碳足迹。

Gencer说:“《芝麻》背后的想法是为了更好地决定脱碳，并从系统的角度理解能源转换。”“芝麻信用的一个关键要素是你如何把不同的部门联系在一起——‘部门耦合’——在这项研究中，我们看到了一个非常有趣的例子，来自交通和电力部门。就像我们一直宣称的那样，现在不可能独立对待这两个部门系统，这清楚地展示了为什么三井的新建模方法真的很重要，以及我们如何解决这些迫在眉睫的问题。”

在正在进行的和未来的研究中，该团队正在将充电分析从单个车辆扩展到整个车队的乘用车，以制定车队级别的脱碳策略。他们的研究试图回答一些问题，比如加州提议在2035年禁止销售汽油车将如何影响交通排放。他们还在探索车队电气化可能意味着什么——不仅是对温室气体，还有对钴等自然资源的需求——以及电动汽车电池能否提供重要的电网能源存储。

Gencer说:“为了缓解气候变化，我们需要将交通运输和电力部门都脱碳。”“我们可以实现交通电气化，这将显著减少排放，但这篇论文展示的是如何更有效地做到这一点。”

这项研究由埃克森美孚研究与工程公司通过麻省理工学院能源倡议低碳能源中心赞助。