1、面向碳中和的电动汽车热泵制冷剂全生面向碳中和的电动汽车热泵制冷剂全生命周期气候性能评估与减排分析命周期气候性能评估与减排分析2024年01月14日 俞彬彬 陈江平第一届制冷节能降碳与制冷剂替代技术发展第一届制冷节能降碳与制冷剂替代技术发展会议会议2 2目录目录1项目背景2全生命周期气候性能模型介绍3汽车空调/热泵排放现状与减排分析4小结3 3交通是减排的重点交通是减排的重点领域领域Source:汽车产业双碳研究白皮书，2023交通20.20%非交通79.80%2021年全球交通领域碳排放占比接近20%20%，其中公路运输占比接近16%16%，是交通领域减排的重点 围绕我国“3060”双碳目标，

2、汽车产业提出了“提前达峰、2050净零、2060中和”的碳行动方案8.348.648.738.839.232002020-2021年中国乘用车保有车队碳排放（亿吨年中国乘用车保有车队碳排放（亿吨COCO2 2e e）4 42010-2022全球地区电动汽车保有量全球地区电动汽车保有量Source:Global EV Outlook 2023 Catching up with climate ambitions 2022年全球新能源汽车超过26002600万辆万辆，比，比20212021年增长年增长60%60%，是，是20182018年的年的5

3、 5倍多倍多发动机发动机废热废热ICEVBEVPTC电加热器电加热器BEV热泵热泵5 5热泵热泵麻省理工科技评论2024年“十大突破性技术”“Heat pump is some of the best engineering Ive seen in a whileHeat pump is some of the best engineering Ive seen in a while”-Elon Musk-Elon MuskHFC-134a phase-outHFC-134a phase-outGlobal policy:Kigali AmendmentGlobal policy:Kigali

4、 Amendmenthydrofluorocarbonhydrofluorocarbon挑战GWP(global warming potential):R134a:1430CO2:1R290(propane):36 6GWP指标的指标的局限性局限性 低GWP低排放，研究表明制冷剂直接排放仅占全生命周期排放的10-20%；18.9%81.1%DirectIndirect09006003000-30-20-100102030GWPCOP(%)27804090540067108020Life-cycle emissions(kg CO2e/vehicle)R134aCOP:0%

5、GWP=150COP:0%GWP=750COP:15%ABBetter需要需要节能降碳与制冷剂替代节能降碳与制冷剂替代各自各自减排效果减排效果的的量化量化工具！工具！B的的GWP远高于远高于A，但若，但若B的的COP比比A高高15%，则全生命周，则全生命周期内期内A与与B具有相同的环境影响具有相同的环境影响7 7全生命周期气候性能全生命周期气候性能LCCP模型模型制冷剂的影响制冷剂的影响LCCP LCCP综合考量制冷剂综合考量制冷剂“环保环保”与其在系统中的与其在系统中的“节能节能”效果效果 也能评估不同系统架构，零部件，材料的差异LCCP：Life Cycle Climate Perform

6、ance8 8全生命周期气候性能模型全生命周期气候性能模型LCCPYu B B,et al.Chin Sci Bull,2023,68:841852,doi:10.1360/TB-2022-0435Yu B B,et al.Applied Energy 353(2024)122061Yu B B,et al.Applied Energy Symposium 2023:LOW CARBON CITIES&URBAN ENERGY SYSTEMS,SEP 2-7,2023,MATSUE&TOKYO,JAPAN Dr.S.O.AndersenGlobal Warming Potential(GWP)

7、,1995Total Equivalent Warming Impact(TEWI),1996Life Cycle Climate performance(LCCP),1999Environmental impactLocal climate,heat islands effect,and local power supply characteristicsLife Cycle Analysis,and energy consumptionLCCP model for mobile air conditioning(MAC),2005Hill and PapasavvaGREEN-MAC-LC

8、CP,2009China MAC-LCCP,2013Pro.Jiangping ChenHFC-134a,HFC-152a,R744,and R290Dr.S.O.AndersenEnhanced-LCCP(EL-CCP),2018LCCP for Electric Vehicle(LCCP-EVHP),2022Dr.Binbin YuEV heat pump其他HVAC-R领域（略）汽车空调领域支持9 9LCCP-EVHP模型特点模型特点原材料，制冷剂，零原材料，制冷剂，零部件，系统生产部件，系统生产使用使用维修保养维修保养回收回收报废报废确定边界确定边界合理简化合理简化基于主流基于主流车企

9、车企一手数据一手数据，全方位考虑汽车热泵生产、使用、回收全生命周期碳排放；引入模型模型-台架台架-实车数据，实车数据，量化不同制冷剂技术路线减碳效益，优选技术路线优选技术路线;考虑市场结构与发展规律预测车队构成，服务国家/企业未来战略决策，时空碳足迹未来战略决策，时空碳足迹；Production of Refrigerantsand MAC ComponentsOperation of MAC（Energy-intensive）Disposal of Refrigerantsand MAC Components1010LCCP-EVHP模型模型总排放直接排放DEM间接排放IEM?=(?+?.?

10、)(RLreg+RLirreg+RLser+RLEOL)?=EMMfg+EMEOL+EMOT+EMSO制冷剂及其大气降解产物的GWP值各种泄露EMMfg:制冷剂和系统部件制造排放EMEOL:制冷剂和系统部件报废处理回收排放EMOT:系统和部件重量引起的车辆额外牵引能耗EMEMSOSO:系统运行排放系统运行排放低低GWPGWP制冷剂的贡献制冷剂的贡献1111LCCP-EVHP模型模型EMOT+EMSO热泵系统运行能耗要素 1热泵系统运行范围/时间要素 2车辆行驶里程要素 3发电碳排放因子CEFCEF要素 4 决定热泵在车辆运行过程中的碳排放量的四个主要因素，地区差异地区差异性显著性显著热泵的主要

11、贡献热泵的主要贡献更高效率(COP)更宽的运行范围车辆使用习惯电力行业能源结构&China CEF:National Development and Reform Commission 1212LCCP-EVHP模型模型研究对象 R134aAC+PTC（baseline）热泵R134aR410AR290R1234yfM2(DL)CO2CO2/R41GWP831137149台架台架+实车实车实车实车模型模型+实车实车1313LCCP-EVHP模型模型数据来源数据来源(a)(b)(c)1414LCCP-EVHP模型模型数据来源数据来源 合作伙伴：合作伙伴：150,000+电动

12、车一整年一整年运行数据2022.03 to 2023.03包含包含31个省市个省市 3208个区县蔚来实车运行数据蔚来实车运行数据:搭载R134a热泵 总数据量：总数据量：720720万条万条1515电动汽车电动汽车空调排放现状空调排放现状BeijingShanghaiGuangzhouTianjinChongqingJiangsuHubeiZhejiangShannxiSichuanShandongGuizhouHebeiGansuLiaoningJilinYunnanHunanHeilongjiangHenanAnhuiJiangxiFujianShanxiXinjiangGuangxiQ

13、inghaiInner MongoliaNingxiaTibetHainan03000600090001200015000Life-cycle emissions(kg CO2e/vehicle)AC+PTC System operation Components manufacture Onboard transportation Direct emissions EOL disposal 电动汽车R134a ACR134a AC空调制冷空调制冷+PTC+PTC 制热，作为制热，作为基线数据 热泵系统碳排放占整车全生命周期碳排放量的1/31/3整车碳排放*Source:汽车产业双碳研究白皮书

14、，20231616电动汽车热泵与制冷剂电动汽车热泵与制冷剂替代减排替代减排效果效果-10热泵PTCDL2-20热泵7110 kgCO2e5464 kgCO2e5183 kgCO2e4131 kgCO2e3940 kgCO2e6624 kgCO2e4656 kgCO2e4359 kgCO2e1717电动汽车热泵与制冷剂替代减排效果电动汽车热泵与制冷剂替代减排效果AC+PTC R134aCO2R1234yfR290R410AM2CO2/R400200025003000CO2R1234yfR290012345678Direct emissions(kg CO2e/vehicle

15、)Direct emissions(kg CO2e/vehicle)AC+PTC R134aCO2R1234yfR290R410AM2CO2/R400080001000012000Indirect emissions(kg CO2e/vehicle)直接排放间接排放全国均值全国均值AC+PTC R134aCO2R1234yfR290R410AM2CO2/R400080001000012000Total life-cycle emissions(kg CO2e/vehicle)-30-20-100102030Changes relative to R1

16、34a(%)AC+PTCCO2R1234yfR290R410AM2CO2/R41全国平均总排放相对于R134a的减排潜力1818地区地区差异性差异性BeijingShanghaiGuangzhouHeilongjiang03000600090001200015000Total life-cycle emissions(kg CO2e/vehicle)AC+PTC R290 R134a R410A CO2 M2 R1234yf CO2/R41北京，上海，广州，黑龙江四个典型区域的碳排放全国范围：全国范围：R290 R1234yf CO2北京：北京：CO2 R290 R1234yf上海：上海：R2

17、90 R1234yf CO2广州：广州：R290 R1234yf CO2哈尔滨：哈尔滨：CO2 R290 R1234yf 气候(温湿度)电力碳排放强度CEF 车辆保有率(经济水平)驾驶习惯 舒适性（温度）.1919汽车空调行业总排放及未来趋势汽车空调行业总排放及未来趋势202120222023+碳 碳 排 排 放 放 计 计 算 算 年 年 份 份汽 汽车 车空 空调 调生 生产 产年 年份 份+2023年年MAC车车队队碳碳排排放放生 生 产 产 阶 阶 段 段 内 内 制 制 冷 冷 剂 剂 及 及空 空 调 调 系 系 统 统 组 组 件 件 制 制 造 造、运 运 输 输 的 的 碳

18、碳 排 排 放 放车 车 辆 辆 使 使 用 用 阶 阶 段 段 的 的 空 空 调 调 系 系 统 统 载 载重 重 排 排 放 放、运 运 行 行 能 能 耗 耗 排 排 放 放 及 及 制 制冷 冷 剂 剂 泄 泄 漏 漏 的 的 直 直 接 接 排 排 放 放车 车 辆 辆 报 报 废 废 阶 阶 段 段 空 空 调 调 系 系统 统 组 组 件 件 及 及 制 制 冷 冷 剂 剂 报 报 废 废产 产 生 生 的 的 碳 碳 排 排 放 放+MAC产 产 品 品 生 生 命 命 周 周 期 期 碳 碳 排 排 放 放车队车队碳排放模型碳排放模型单车单车碳排放模型碳排放模型2020车队

19、组成车队组成预测：电动化预测：电动化渗透率渗透率Source:XIANG,X.Y et al.,Scenario analysis of hydrofluorocarbons emission reduction in Chinas mobile air-conditioning sector,Advances in Climate Change Research.燃油车空调LCCP：R134a AC 根据预测，中国的汽车保有量将在2030年和2050年分别达到4.01亿和6.3亿，并在2057年达到6.45亿的饱和水平，2060年回落到6.43亿。2025年，电动汽车的拥有量将达到3190万

20、辆，占中国汽车总拥有量的9.6%。2035年，中国的电动汽车将与燃油车平等分享汽车市场。届时，电动汽车保有量将达到1.76亿辆，占中国汽车保有量的37.4%。2030年和2060年，电动汽车的保有量将分别达到9100万和6.41亿。2121汽车空调行业总排放及未来趋势汽车空调行业总排放及未来趋势2020202520302035204020452050205520600300350400Cumulative emissions(Mt CO2e)Year AC+PTC R410A R134aLow-GWP refrigerants:CO2 R1234yf R290 M2 CO

21、2/R41-4.5%CEFpeak year2036 2042减减排排潜潜力力 2020年1.7亿吨亿吨CO2e，占乘用车总排放17%按照中国现有的清洁能源发电技术发展，CEF以每年1.5%的速度下降，R290热泵技术碳排放最快到热泵技术碳排放最快到2036年达峰年达峰；若要提早到2030年达峰，需要更宏伟的电力脱碳计划，CEF至少以每年4.5%的速度下降2222制冷剂替代的制冷剂替代的减排潜力减排潜力202020252030203520402045205020552060706050403020100Cumulative emissions reduction(Mt CO2e)Year R4

22、10A CO2 R134a M2 R1234yf CO2/R41 R290 2020-2060年减排潜力预测2323制冷剂替代的制冷剂替代的减排潜力减排潜力R134aCO2R1234yfR290R410AM2CO2/R400002000Total cumulative emissionsreduction from 2020-2060(Mt CO2e)R290R290热泵热泵-2060年间累计减排量超年间累计减排量超1450 M1450 Mt COt CO2 2e eq q 2020-2060年累积减排量2424小结小结 汽

23、车空调（热泵）行业碳减排潜力巨大，GWP单一指标单一指标存在局限性存在局限性，相比直接排放，间接排放占据更重要的地位，受地区气候条件、当地能源结构等多因素的影响，呼吁顶层设计，从LCCP的角度制定相关标准、法规政策；科学的评价方法助力中国碳中和愿景科学的评价方法助力中国碳中和愿景20302060汽车空调碳排放直接排放间接排放低GWP制冷剂替代制冷剂泄漏控制与回收R744(CO2)R290R1234yf新型混合冷媒减排措施技术路径高效热泵空调技术清洁能源降低电力排放因子紧凑集成轻量化提高系统能效降低负荷谢谢！谢谢！感谢国家自然科学基金感谢国家自然科学基金和含氟温室气体和含氟温室气体替代及控制处理国家重点实验室资助替代及控制处理国家重点实验室资助联系方式：