对车用燃料生命周期能耗与排放进行评价需要收集WTT和TTW两个阶段的数据。为得到不同燃料路线下的TTW能源消耗量和气体排放量，我们需要知道车辆燃料经济性数据和气体的排放系数。气体的排放系数将在下面说明。而通过采集车辆实际运行时的燃料经济性数据和燃料的低热值可以计算出车辆行驶的能源消耗量，单位是MJ/km。为了与下面数据单位保持一致，利用英制单位与米制单位的换算公式为：

1Btu=1055.06J 1mile=1.609km

因TTW的数据容易收集，所以在此着重分析WTT过程。

上游阶段分为能源生产过程和能源运输过程，在能源生产与运输的过程中，我们需要弄清楚在每个阶段所投入的过程能源的种类、数量和具体使用该能源的设备。由于过程能源（如电、柴油等）自身的上游阶段能源消耗也需要计算，因此这就构成了非常复杂的反复调用过程。以煤制甲醇的上游阶段为例，煤的开采、运输、洗选、气化以及合成气制甲醇等过程都需要使用电力，而电力本身有很大比例来自燃煤发电。煤的运输过程也会使用柴油（内燃机车、驳船和载货汽车），柴油的上游过程中本身又会使用柴油。因此在计算中需要迭代计算公式。下面分别从这两个过程的计算公式上进行论述。

1.能源生产过程

在进行能源生产过程中的清单计算时，要注意该过程包括了直接能耗与间接能耗，直接排放和间接排放。

能耗计算时，首选根据过程能源利用效率计算出单位能量（1GJ）燃料所需的直接能耗，然后根据过程能源消费结构计算出不同类型的燃料消耗量，再结合不同类型燃料生产过程能源消耗量计算出能源生产过程中能源的消耗量。计算逻辑如图24-3所示。

图24-3 能源生产过程能源消耗计算逻辑

计算能耗

式中 E_p——能源产品生产过程产生的能源消耗（GJ/GJ）；

E_pi——能源生产过程i阶段过程能源消耗量（GJ/GJ），此为直接能耗；

λ_ij——能源生产过程i阶段第j类燃料的消耗比例，，j是指煤、电、汽油、柴油、天然气等；

E_pij——能源生产过程i阶段消耗的第j类燃料生产过程带入的过程能源消耗（GJ/GJ），此为间接能耗。

在能源生产过程中，被加工处理的能源分为三类：

1）所有处理的能源都作为过程燃料使用（如煤发电过程）。

2）被处理的能源一部分作为过程的燃料，一部分作为过程的原料（如天然气制甲醇过程）。

3）被处理的能源全部作为原料使用（如天然气的压缩和液化）。

第一种情况

第二和第三种情况

式中 η_i——能源生产过程i阶段过程能源利用效率。

排放计算时，首选根据过程能源利用效率计算出单位能量（1GJ）燃料所需的直接能耗，然后根据过程能源消费结构计算出不同类型的能源消耗量，再由不同能源燃烧技术及其比例以及燃烧排放系数得到能源生产过程中由能源消耗得到的污染物的排放量，再考虑能源生产过程中消耗的过程能量及其排放构成能源生产过程中的间接排放。计算逻辑如图24-4所示。

图24-4 能源生产过程排放计算逻辑

计算排放

式中 M_k——污染物k的总排放（g/GJ）；

λ_ijl——能源生产过程k阶段第j类燃料第l种燃烧技术所占比例；

M_ijlk——能源生产过程i阶段第j类燃料第l种燃烧技术产生的第k类污染物的排放系数（g/GJ），此为直接排放；

M_jk——第j类燃料生产产生的第k类污染物系数（g/GJ），此为间接排放。(www.daowen.com)

2.能源运输过程

能源的运输模式有很多种，如管道、海运、河运、火车、汽车等，而不同的运输模式可以采用不同的燃料类型，所以在运输过程中，在特定运输模式下，根据运输距离、燃料种类、能源强度（运输单位能源通过单位距离所消耗的燃料量）、排放系数计算出该模式下的能源消耗量和污染物的排放量。再根据运输方式比例累积算出运输过程中的能耗与排放。计算逻辑如图24-5所示。

计算能耗

式中 E_T——能源运输过程产生的能耗（GJ/GJ）；

λ_j——运输方式比例；

λ_i——燃料类型所占的比例；

N_i——第i种燃料的能源强度（GJ/ton·km）；

d——运输距离（km）。

计算排放

式中 M_T——运输过程中的排放（g/GJ）；

M_i——第i种燃料的排放系数（g/GJ）。

式（24-4）中的排放系数是分析排放的关键数据，对于能源燃烧产生的HC、CO、NO_x、PM₁₀可以通过数据调查得到，而对于SO_x和CO₂的排放系数，参考GREET模型通过硫平衡和碳平衡来计算得到，具体见式（24-5）、式（24-6）。

式中 F_SO2、F_CO2、F_VOC、F_CO、F_CH4——分别为SO_x、CO₂、VOC、CO、CH₄的排放系数（g/GJ）；

ρ——燃料密度（kg/Nm³）；

Q——燃料的低热值（kJ/kg、kJ/Nm³）；

S_ratio，C_ratio——分别为燃料中硫、碳的质量分数；

C_VOC、C_CO、C_CH4——分别为VOC、CO、CH₄的碳质量分数；

S_SO2、C_CO2——分别为SO₂的硫质量分数，及CO₂的碳质量分数。

图24-5 运输过程计算逻辑

3.GREET模型

美国阿岗国家实验室（简称ANL）从1995年开始，就着手开发一个基于电子表格的模型—GREET模型，来评估车用燃料和先进车辆技术的整个燃料循环的能源消耗和排放影响。2001年美国ANL以王全录博士为首的工作小组在发布GREET模型的1.5版软件时，使用WTW的概念取代以往“燃料循环”的表述。标志着WTW研究在方法论和模型上完全走向成熟。从2001年开始，不同机构在北美和欧盟地区进行了一系列大型项目，对几乎所有现存和可预期的未来燃料路线进行WTW分析。同时在美国能源部和通用汽车公司的资助下，该模型现在已经从最初的1.0版本发展到1.8版本，乃至新近推出的2.7版本。本文所用的GREET模型为1.8的版本，是专门针对汽车代用燃料进行生命周期评价，而2.7版本是针对汽车的生命周期进行评价的。图24-6是GREET模型对车辆及燃料整个生命周期评价的示意图。

图24-6 车辆及燃料全生命周期评价示意图

在能耗方面，GREET模型包括整体能源消耗、化石能源消耗、石油消耗等三种不同范畴的能耗计算。排放方面，该模型包括三种主要的温室气体（简称GHGs，分别是CO₂、CH₄、N₂O）以及五种标准排放物（VOC、CO、NO_x、PM₁₀、SO_x）。在GREET模型中，三种温室气体排放物通过“全球温升潜能值”来综合计算出等效二氧化碳温室气体排放物的量。在GREET模型中，根据大气环境变化国际间政府工作组织（IPCC）的推荐，设定时间长度为100年，该值设定为：二氧化碳为1、甲烷为21、一氧化二氮为310。图24-7为GREET模型中计算上游阶段能量利用与排放的计算逻辑示意图。

图24-7 上游阶段能量利用与排放的逻辑示意图

4.GREET模型特点

GREET模型具有系统强、交互性好、数据量全等特点。模型的使用者可自由选取年份来进行某种燃料生命周期的分析评估。与GREET较早版本的每五年一个划分间隔相比，GREET1.8以一年为一个划分间隔，模拟了从1990年到2020年各个燃料的能源消耗和排放情况，其数据更为翔实和全面。由于GREET1.8于2008年9月发布，在这之前的年份所用数据均来自历史统计，而之后的数据则是根据目前石油工业和汽车工业的生产情况和发展趋势预测所得，从世界各国到美国各州的燃油成分标准和排放限制的变化以及总体规划，均影响了GREET模型中对于当前年份之后的数据预测。