## 中文标题 非道路车辆电动改造的环境、循环性与经济性多准则综合评估——基于工程伸缩臂叉装车的全生命周期视角

《Cleaner Environmental Systems》：Is electric retrofit beneficial from environmental, circularity, and economic perspectives? An application to off-road vehicle

　　

## 摘要专业翻译

电动改造（electric retrofit）在脱碳方面具有尚未充分发掘的潜力。本研究提出了一个新方法论，该方法论涵盖再利用、多准则影响评估以及改造时机分析。研究对电动改造的循环性、环境和经济影响进行了评估。效益在以下条件下显现：尽早开展改造、使用再利用部件、以及限制车辆转售。总体上，电动改造相对于全新电动汽车（Electric Vehicle, EV）表现欠佳，因此其应用局限于特定细分市场。

**缩略语说明**：ADEME——法国环境与能源转型署；DWP——支付意愿差异（Difference in Willingness to Pay）；EV——电动汽车（Electric Vehicle）；GHG——温室气体（Greenhouse Gas）；ICEV——内燃机汽车（Internal Combustion Engine Vehicle）；ISO——国际标准化组织（International Organization for Standardization）；LCA——生命周期评价（Life Cycle Assessment）；PEF——产品环境足迹（Product Environmental Footprint）；\(P_{retro}\)——改造操作价格；\(P_{new}\)——新EV价格；\(P_{ICEV,components}^{resale}\)——改造操作期间被移除的ICEV部件的转售价格；\(P_{ICEV}^{resale}\)——二手ICEV的转售价格；\(S_{EV}\)——购买新EV的补贴；\(S_{retro}\)——执行电动改造的补贴；\(x\)——以新ICEV预期寿命标度的第二周期长度；\(y\)——以新ICEV预期寿命标度的改造操作引起的寿命延长量。

## 论文解读

### 一、研究背景与问题

当前线性经济模式正加剧全球环境损害并不断突破地球边界，循环经济模型被视为缓解全球环境影响的潜在路径，但已有研究表明循环策略并不总能带来环境效益，其相关影响需被谨慎评估。电动改造（electric retrofit）是指通过更换选定车辆部件，将内燃机汽车（Internal Combustion Engine Vehicle, ICEV）转换为电动汽车（Electric Vehicle, EV）的过程，在汽车及重型机械领域均有应用实例。由于改造可避免一辆仍可正常使用的ICEV被提前报废，并避免制造一辆全新汽车，改造常被表述为“更循环”“环境影响更低”且“经济上更具吸引力”。然而，经研究人员的前期系统性批判性综述发现，现有文献在电动改造的循环性、环境与经济影响评估方面存在多项重大空白。首先，尚无研究对电动改造进行全面的循环性评估；其次，环境评估大多局限于温室气体（GHG）排放，仅有一项研究涉及两个以上环境影响类别；再次，改造通常被假设发生在ICEV寿命周期的起点、三分之一、中点或终点，但没有研究分析改造时点对结果的影响；最后，某些研究假设改造会延长车辆寿命，而另一些则不这样假设，且没有研究考察这一假设对结论的影响。尤为关键的是，仅有一项研究在比较电动改造与购买新EV时考虑了原ICEV可能被再利用的可能性，但该研究未计算这种再利用所避免的环境影响。若原ICEV并未被提前报废而是被转售再利用，前人研究中“改造优于购买新EV”的结论可能被系统性地高估。基于此，本研究提出了核心研究问题：如何充分量化电动改造在环境、循环性和经济三个维度上的影响？

### 二、研究内容与整体结论

为回答上述问题，研究人员以一辆建筑用伸缩臂叉装车为案例，构建了一套集成循环性、环境与经济三个维度的多准则评估方法，比较了四种场景：继续使用原有ICEV（“ICEV”）、将原ICEV改造为EV（“改??造”）、购买新EV并将被替换的ICEV报废（“新EV（ICEV报废）”）、购买新EV但允许被替换ICEV被另一位用户再利用（“新EV（ICEV再利用）”）。研究发现，改造时机、车辆与部件的再利用情况以及改造带来的寿命延长是决定改造绩效的关键参数。在大多数常见条件下，电动改造在循环性、环境和经济吸引力上均不如购买新EV并转售原ICEV；唯有在早期改造、EV动力总成得到再利用、改造带来显著寿命延长且原ICEV再利用潜力受限等条件组合下，改造才可能全面胜出。

### 三、主要技术方法

**循环性评估**：研究人员提出一个新的产品寿命变化指标（longevity-variation indicator），以场景转型前的剩余寿命、生产相关理论寿命和转型后的剩余寿命为参数，量化各场景相对于基线场景的寿命延长或缩短，并采用“减缓环路”（slowing-the-loop）视角强调产品的延长使用与再利用。

**环境评估**：遵循ISO 14040和ISO 14044标准执行生命周期评价（Life Cycle Assessment, LCA），使用Ecodesign Studio软件、Ecoinvent数据库3.8版以及环境足迹3.0方法（Environmental Footprint 3.0），评估产品环境足迹（Product Environmental Footprint, PEF）方法中全部16个环境影响指标，以“按给定工况运行1小时”为功能单位，生命周期阶段覆盖一次资源、生产、分销、使用与维护、报废。

**经济评估**：采用用户中心视角，将改造价格、新EV价格、补贴、被移除ICEV部件转售价、旧ICEV转售价以及新EV与改造EV之间支付意愿差异纳入统一方程，以求解放置不同改造时点时，使改造相对于购买新EV更具成本效益所允许的最高改造价格。

研究使用的样本队列来源为法国制造商Manitou集团与租赁企业Kiloutou集团所提供的建筑伸缩臂叉装车原始数据，包括物料清单、工况循环、能源消耗、销售组合等，电力组合假设为65%法国电力与35%欧洲平均电力（碳足迹194 g CO₂eq/kWh）。

### 四、研究结果

**4.1 循环性评估结果**。循环性评估结果显示，改造场景的循环性强依赖四个参数：被移除ICEV部件的再利用、改造时点、EV动力总成的再利用以及改造产生的寿命延长。改造可能成为最循环的方案，也可能成为最循环性最差的方案。新EV（ICEV报废）场景因提前报废了一整辆尚有剩余寿命的ICEV而循环性最低；ICEV继续使用与新EV（ICEV再利用）场景既不延长也不缩短寿命，循环性居中。若改造使用全新EV动力总成且该动力总成事后不被再利用，则改造将比新EV（ICEV再利用）场景更不循环；若改造采用二手EV动力总成或事后复用，则其循环性不再受改造时点影响，至少与ICEV继续使用和新EV（ICEV再利用）场景相当。这一发现直接挑战了“改造比购买新EV更循环”的一般性论断。

**4.2 环境评估结果**。环境评估结果显示，若不考虑寿命延长且EV动力总成不被再利用，更早开展改造能避免“EV动力总成仅使用极短时间就被提前报废”的局面，因而持续改善改造的环境表现。与ICEV继续使用相比，早期改造在酸化、臭氧消耗、海洋与陆地富营养化、光化学臭氧形成、化石资源利用、气候变化、颗粒物和土地利用等指标上更低，但在矿物资源消耗、淡水富营养化、电离辐射和水资源消耗上可能高出多达100%。与购买新EV并报废原ICEV相比，只要改造开展得足够早，改造在所有16个指标上都更优。然而，与购买新EV且允许原ICEV再利用相比，改造在所有指标上的环境影响都更高，主因是新EV（ICEV再利用）避免了提前报废，且无需为改造额外制造一套EV动力总成。若改造使用二手EV部件或在整车报废后复用该动力总成，改造与新EV（ICEV再利用）的环境影响几乎相同（最大差异仅0.37%）。寿命延长可显著降低改造在化石资源利用、气候变化、矿物资源消耗和颗粒物等指标上的每小时环境影响，但若完全没有寿命延长，改造无法在环境上优于新EV（ICEV再利用）场景。被移除ICEV部件再利用的环保信用很小（对全球变暖潜势GWP的最大贡献仅0.8%~1.9%），不改变主要结论。贡献分析表明，报废阶段的环境影响可忽略不计，使用维护阶段是GWP的主要贡献者，制造阶段对矿物资源消耗（ADPE）的主导作用尤为明显。

**4.3 经济评估结果**。经济评估结果显示，在基准情景下，改造价格必须低于新EV价格的约60%（乐观假设）或约40%（悲观假设），改造才可能比购买新EV更具成本效益。二手ICEV市场及其零部件市场的价值是改造成本效益的重要决定因素：如果旧ICEV无法转售或市场价格大幅下降，改造的相对吸引力会显著上升，其价格上限在乐观假设下可能超过新EV价格的75%。改造时点对经济结果的影响较小，因为旧ICEV转售价值的降低与支付意愿差异的增大相互抵消；但当ICEV转售市场崩坏时，改造时点变得具有决定性，此时越早改造越有利。在本案例中，若旧ICEV可正常转售，约6000小时是改造最具成本效益的时点。ICEV发动机故障对改造成本效益影响很小。

### 五、讨论总结与结论翻译

**讨论总结**。本研究是首个提出综合评估电动改造循环性、环境与经济影响的集成方法的研究，结果表明三个维度之间不存在重大权衡，但结果高度依赖三个文献中鲜有深入探讨的参数：改造时点、车辆与部件再利用、改造产生的寿命延长。若将“购买新EV并允许原ICEV转售再利用”作为现实对照，改造在循环性、环境和经济三方面均劣于该方案；前人声称改造更优，往往是因为默认了原ICEV在新EV场景中被提前报废。研究还指出，报废激励计划（scrappage schemes）可能适得其反，应限制新ICEV生产并促进旧ICEV再利用，使系统更接近“完全替代”（perfect substitution）理想。改造产业很可能具有过渡性，应被视为特定小众方案而非EV普及的替代路径。

**研究结论翻译**：本研究开发并应用了一种通过非道路车辆案例评估电动改造影响的方法，循环性、环境和经济评估将改造与ICEV和新EV场景进行比较。主要贡献是一种考虑车辆和部件再利用、多种环境影响类别、改造时机和循环性的更全面评估方法。结果表明，三个参数强烈决定改造绩效：(1)改造发生在ICEV寿命周期中的时点；(2)改造操作产生的寿命延长；(3)各场景中车辆和部件的可再利用性。除非满足特别有利的条件，否则与购买新EV并转售二手ICEV相比，改造的循环性更低、环境影响更高、经济吸引力也更低。未来研究应完善寿命延长证据、开展不确定性传播、调查用户支付意愿并扩展至更多车辆类别，同时整合循环性、环境、经济和社会维度的整体评估，以支持更可持续的能源转型决策。