主要污染物排放全生命周期对比分析
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公交车PTWtlI!放数据比较 通过调研北京、上海、天津、
广州、重庆、山西平治等地公交车 运营部门,利用现有研究成果,并 结合专家访谈,确定运行阶段参数 如表6。 结果评价
项目 石油进口比例 燃料油进口比倒
忐PG进口比例
壤目 开采 生产 生产
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类型
原油
。’。一 ?。汽油、鬃油、石誓油…‘蕊 F::”…”LPG“’’一…懑
2.确立统一的功能单位 在WTP阶段,将功能单位统
一设定为“在加油(气、氢)机、充 电口,低热值为1 MJGII§焦耳)的燃 料”;在PTW阶段,功能单位设
18 万方数据
新麓曩汽车NEV(No.4)2008-52
I Contrastive Analysis on the Energy Consumption and the Lifecycle of Main Pollutants of Vanous New Energy Bus
1.采用We¨to Wheel研究框架
能耗及污染物WTW分析模块 主要从微观角度研究车用燃料的能 源使用和污染物排放问题,包括 两个主要阶段:从矿井到加油机 WTP(Well to Pump)和从加油机到 车轮PTW(Pump to Wheel)。前者 的研究对象是车用燃料的上游生产 阶段,包括资源开采、资源运输、 燃料生产、燃料运输、分配和储存 以及燃料加注过程。后者的研究对 象是车用燃料的下游使用阶段。也 就是机动车行驶中的燃料燃烧和排 放,参见表1。
运输模式 百分比
平均运输距离
ຫໍສະໝຸດ Baidu
百分比
平均运输距离
百分比
平均运输距膏
滋激嘲燃 燃9∞黝 黼900;潮 单位。j
%
, i,…公量
远洋
50
铁路簸秘 蓥舾。叠
11000
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25
7000
65
7000
篪秘螨
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管道
80
500
O
定为。客车行驶1km”,两者之 间通过客车的燃料经济性数据建 立联系。
如:客车行驶1km的WTW能 耗=客车1公里燃料耗量×(单位燃 料燃烧的能耗+生产单位燃料所导 致的能耗);
机动车行驶1 km的WTW某种 污染物排放=机动车1公里燃料耗 量X(单位燃料燃烧的该种污染物 排放量+生产单位燃料所导致的该 种污染物排放量)。
天然气制氢、氢气压缩 煤炭气化、合成甲醇 煤炭气化、合成二甲醚 油、气、煤发电
燃料运输:分配、 储存和加注
汽油运输、分配
PTvyl从加油机到主簦!
车辆运行
内燃机燃用汽油
柴油运输、分配 LPG运输、分配
,压C缩N氢 Li气霉运坠输、 多分配配+一
甲醇运输分配 二甲醚运输分配 电力运输、分配及电容 充电或蓄电池充电
万方数据
·另外,天然气制取氢气的能 效、温室气体排放量居于中等水平。
2.PTW阶段能耗、温室气体及 主要污染物排放
在PTW阶段能耗及温室气体排 放(含非燃烧排放)如图4所示。
车辆行驶1km: ·能效方面,电动车能量消耗 最少,燃料电池车为传统车的2/3左 右,传统油气燃料车的能耗差距不 大,煤基DME略优于柴油车、煤基 甲醇略差于柴油车; ·温室气体排放方面,CNG、 DME略少于传统石油基车辆,煤基 甲醇略多于传统石油基车辆,电动 车、燃料电池汽车运行阶段无温室 气体排放; ·另外。HEV相对传统柴油车 而言,节能减排量约为1/8。 在PTW阶段主要常规污染物如 图5、6所示。 车辆行驶1km: ·电动车、燃料电池车基本没 有排放: ·汽油车与柴油车相比,在 NOx和PM方面有优势; ·柴油车的劣势恰恰在于。 NOx和PM排放量比较多。 ·CNG、LPG汽车NOx少于柴 油车,但是CO多于柴油车; ·二甲醚除HCYI",其它污染物 都少于柴油车; ·甲醇车HC、CO多于柴油 车,NOx和PM少于柴油车; ·HEV减排1/8。
压燃式
酾 超级电骞率。:
柴油40 L
14.33
1.19
5.40
+0.∞ 基0.00
16.00
0.∞
9 纯电动车
鼢。 燃料电泡率
EV
电150 kWh
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咖 O.00
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O.00
o.c嘲
1.常规能源开采和运输、燃料 生产转化和输配数据
石油开采、运输、炼制和成 品油输配情况如表2、3和图1、2 所示。
天然气和煤炭的开采、处理及 输配情况,以及电力生产和输配 情况与石油情况类似。在此不再 赘述。
2.煤基燃料、天然气制氢数据 煤基燃料甲醇、二甲醚生产能 效和天然气制氢数据来自山西地区 实地调研和科技部专家访谈获取。 参见表4、5。
以下对8类新能源公交车进行 WTVV(Well to Wheel,)全生命周期 分析,包括能耗、温室气体排放和 主要污染物分析。并与传统柴油、
汽油公交车进行了对比。
Vnw研究方法
本研究运用清华大学 Tsi ng h ua—CA3EM(C hi na A u t o m o t v e E n e r g y, Environmental and Economical Model)模型的能耗及污染物WTW 分析模块进行分析。该模型充分考 虑中国国情,整合了国际上成熟的 G R E ET交通能源微观计算模型和 LEAP能源需求宏观预测模型,并 嵌入中国车辆保有量及结构预测宏 观分析子模型、持有者成本微观分 析子模型、社会成本宏观分析子模 型。是一个中国车用能源供需平衡 综合测算与分析模型。
撰文/清华大学中国车用能源研究中心欧训民张希良常世彦
继续加强电动汽车蓄电池和充放电技术研发,增加电动公交的线路设置;着力于燃料电池汽车、制 氢技术研发,争取早日商业化。
EV battery and charging tech need further R&D and more electric bus lines should be set,while develop— ing and commercializing FCV and hydrogen production.
160
15
160
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公路
0
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10
50
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项目
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煤制甲醇气化效率
{生产能效
71
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全生命周期IVI爪Ⅳ)评价
1.能效及温室气体排放评价 从全生命周期来看,能效及温 室气体排放情况如图7—9所示。车 辆行驶1km: ·煤基燃料能耗最多、温室气 体排放也最多,化石能源消耗多(主
19
曩日口I多种新能源公交车能耗与主要污染物排放全生命周期对比分析
要是煤炭),但是油气资源消耗少,
尤其是DME在运行阶段可以纯烧,
!ij-‘,糕·毛j:i{:,只ljijl_二E至:i,.’-I、’f1.【■::{:_|
资源开采
原油开采
天然气开采、 净化处理 煤炭开采、 hnT洗选 原油开采 天然气开采处理 煤炭开采加工
WTP(从矿井到/Jofd]机l
资源运输
燃料生产
原油运输
天然气运输 煤炭运输 油、气、 煤运输
炼制汽油、增氧剂炼 制、含氧汽油调配 炼制柴油 炼制LPG 天然气压缩
—E誓习l多种新能源公交车能耗与主要污染物排放全生命周期对比分析
多种新能源公交车 台皂未毛
与主要污染物排放全生命周期对比分析
Contrastive Analysis on the Energy Consumption and the Lifecycle of Main Pollutants of Various New Energy Bus
内内燃燃机机燃燃用用柴LP童G !一
内燃机燃用CNG FCV利用氢气 内燃机燃用甲醇 内燃机燃用二甲醚 驱动电机用电
Wq'P阶段数据比较 主要数据从国家统计局、能源
局、交通运输部、能源研究会、石 油石化公司、国家电网公司和中国 汽车技术研究中心的统计年鉴和内 部研究报告获取,并通过实地调研 和专家咨询核实后最终确定。
注:1.车辆标准统一为:12m车长、额定载客量70人;2.M100混合燃料中汽油:甲醇体积比为1:9;3.HEV 车为柴油、电轻度混合。
2008-52(No.4)NEV撕能曩汽车
17
万方数据
■EI蛋I多种新能源公交车能耗与主要污染物排放全生命周期对比分析
主要污染物及温室气体排放因子 能源生产、运输、处理和使用 过程中主要污染物排放因子,参考 国家环保总局1996年发布的《工业 污染物产生和排放系数手册》并根 据专家意见进行完善更新。 温室气体CO。排放因子遵照 。中国气候变化国别研究”推荐的 方法按照能源碳含量及燃料氧化率 情况进行计算:CO。排放量=(能源 消费量X能源含碳量一固碳量)X燃 料氧化率X 44/12。 甲烷排放因子采用目前国内比 较全面和权威的研究成果“2000 年中国油气系统甲烷排放源与汇众 清单编制报告”中数据作为计算依 据,该报告由国家科技部支持。中 石油和中石化的专家直接参与,对 中国石油和天然气的开采、处理、 运输和消费多个方面的甲烷排放进 行了测算,得到相关排放因子。 对于温室气体 GHGs(G reenhouse Gases)折合 系数,按照《京都议定书》所采 纳标准进行计算,即在100年尺 度内把各种温室气体的影响力折 合为当量CO。的影响力,每克甲 烷CH。和氧化亚氮N。O的全球增温 潜力GWP(全球变暖指数)(GIobal Warming Potential)分别相当于239 C02和2969 C02。 1.WTP阶段能耗及温室气体排放 在WTP阶段能耗(不含燃料本身 热值)及温室气体排放(含非燃烧排 放)如图3所示。得到一个MJ(兆焦) 的热值: ·油气基传统燃料能量投入、 温室气体排放较少; ·煤制甲醇、二甲醚都需要投 入较多的能量,并排出较多的温室 气体; ·电力生产需要投入最多的能 量,排出最多的温室气体;
消耗实物量
MJ/lun
HC
C0
PM,
紫油车麟 柴油451_样霸 1 汽油车
融
点燃式
汽油55L
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8.51 21.33
0.13
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LPG30kg濑i 3 CNG坌
点燃式
CNG45kg
黔 LPG车藤参 点燃式强
16.02
不需要掺混,节约石油效果更好; ·天然气制取氢气驱动燃料电
池车的能耗和温室气体排放与柴油
9.83
79.96
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煤制二甲醚气化效率
.电力消耗比例
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序号 类 囊 发动机形式
……一运行阶鼬,l‘№r.’…一喝 百公里燃料” ”热量消耗■”
为 全面评价我国几种主要新能 源公交车的能耗及污染物排 放水平,清华车用能源研究中心
使用清华大学Tsinghua—CA3EM 模型中的“从矿井到车轮(WTW)” 模块,对压缩天然气(CNG)、液化 石油气(LPG)、煤制甲醇(M100)、 煤制二甲醚(DME)、天然气制氢气 等,在资源开采、生产、运输分 配,以及在公交车(包括燃料电池车 FCV)最终使用过程中,电力生产和 电动客车(EV)运行过程中能耗、温 室气体和主要污染物排放情况,进 行定量计算。
万方数据
新能漕汽车NEV(No.4)2008-52
I匠墨墨 Contrastive Analysis on the Energy Consumption and the Lifecycle of Main Pollutants of Vanous New Energy Bus
200昏-52(No.4)NEV新能瀑汽车
广州、重庆、山西平治等地公交车 运营部门,利用现有研究成果,并 结合专家访谈,确定运行阶段参数 如表6。 结果评价
项目 石油进口比例 燃料油进口比倒
忐PG进口比例
壤目 开采 生产 生产
Ei缱琳17{’目j}.:臂I’1 Y】.J
类型
原油
。’。一 ?。汽油、鬃油、石誓油…‘蕊 F::”…”LPG“’’一…懑
2.确立统一的功能单位 在WTP阶段,将功能单位统
一设定为“在加油(气、氢)机、充 电口,低热值为1 MJGII§焦耳)的燃 料”;在PTW阶段,功能单位设
18 万方数据
新麓曩汽车NEV(No.4)2008-52
I Contrastive Analysis on the Energy Consumption and the Lifecycle of Main Pollutants of Vanous New Energy Bus
1.采用We¨to Wheel研究框架
能耗及污染物WTW分析模块 主要从微观角度研究车用燃料的能 源使用和污染物排放问题,包括 两个主要阶段:从矿井到加油机 WTP(Well to Pump)和从加油机到 车轮PTW(Pump to Wheel)。前者 的研究对象是车用燃料的上游生产 阶段,包括资源开采、资源运输、 燃料生产、燃料运输、分配和储存 以及燃料加注过程。后者的研究对 象是车用燃料的下游使用阶段。也 就是机动车行驶中的燃料燃烧和排 放,参见表1。
运输模式 百分比
平均运输距离
ຫໍສະໝຸດ Baidu
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平均运输距膏
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定为。客车行驶1km”,两者之 间通过客车的燃料经济性数据建 立联系。
如:客车行驶1km的WTW能 耗=客车1公里燃料耗量×(单位燃 料燃烧的能耗+生产单位燃料所导 致的能耗);
机动车行驶1 km的WTW某种 污染物排放=机动车1公里燃料耗 量X(单位燃料燃烧的该种污染物 排放量+生产单位燃料所导致的该 种污染物排放量)。
天然气制氢、氢气压缩 煤炭气化、合成甲醇 煤炭气化、合成二甲醚 油、气、煤发电
燃料运输:分配、 储存和加注
汽油运输、分配
PTvyl从加油机到主簦!
车辆运行
内燃机燃用汽油
柴油运输、分配 LPG运输、分配
,压C缩N氢 Li气霉运坠输、 多分配配+一
甲醇运输分配 二甲醚运输分配 电力运输、分配及电容 充电或蓄电池充电
万方数据
·另外,天然气制取氢气的能 效、温室气体排放量居于中等水平。
2.PTW阶段能耗、温室气体及 主要污染物排放
在PTW阶段能耗及温室气体排 放(含非燃烧排放)如图4所示。
车辆行驶1km: ·能效方面,电动车能量消耗 最少,燃料电池车为传统车的2/3左 右,传统油气燃料车的能耗差距不 大,煤基DME略优于柴油车、煤基 甲醇略差于柴油车; ·温室气体排放方面,CNG、 DME略少于传统石油基车辆,煤基 甲醇略多于传统石油基车辆,电动 车、燃料电池汽车运行阶段无温室 气体排放; ·另外。HEV相对传统柴油车 而言,节能减排量约为1/8。 在PTW阶段主要常规污染物如 图5、6所示。 车辆行驶1km: ·电动车、燃料电池车基本没 有排放: ·汽油车与柴油车相比,在 NOx和PM方面有优势; ·柴油车的劣势恰恰在于。 NOx和PM排放量比较多。 ·CNG、LPG汽车NOx少于柴 油车,但是CO多于柴油车; ·二甲醚除HCYI",其它污染物 都少于柴油车; ·甲醇车HC、CO多于柴油 车,NOx和PM少于柴油车; ·HEV减排1/8。
压燃式
酾 超级电骞率。:
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1.常规能源开采和运输、燃料 生产转化和输配数据
石油开采、运输、炼制和成 品油输配情况如表2、3和图1、2 所示。
天然气和煤炭的开采、处理及 输配情况,以及电力生产和输配 情况与石油情况类似。在此不再 赘述。
2.煤基燃料、天然气制氢数据 煤基燃料甲醇、二甲醚生产能 效和天然气制氢数据来自山西地区 实地调研和科技部专家访谈获取。 参见表4、5。
以下对8类新能源公交车进行 WTVV(Well to Wheel,)全生命周期 分析,包括能耗、温室气体排放和 主要污染物分析。并与传统柴油、
汽油公交车进行了对比。
Vnw研究方法
本研究运用清华大学 Tsi ng h ua—CA3EM(C hi na A u t o m o t v e E n e r g y, Environmental and Economical Model)模型的能耗及污染物WTW 分析模块进行分析。该模型充分考 虑中国国情,整合了国际上成熟的 G R E ET交通能源微观计算模型和 LEAP能源需求宏观预测模型,并 嵌入中国车辆保有量及结构预测宏 观分析子模型、持有者成本微观分 析子模型、社会成本宏观分析子模 型。是一个中国车用能源供需平衡 综合测算与分析模型。
撰文/清华大学中国车用能源研究中心欧训民张希良常世彦
继续加强电动汽车蓄电池和充放电技术研发,增加电动公交的线路设置;着力于燃料电池汽车、制 氢技术研发,争取早日商业化。
EV battery and charging tech need further R&D and more electric bus lines should be set,while develop— ing and commercializing FCV and hydrogen production.
160
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芦帮攥瓣∥嗍湖P平簿州.澜 承逯凌:叠 i{r 10一i二≤≥稳。2∞叠嚣黧鬻 鑫1 1器镄 ;掌凄黪12∞霉秦嫠麓 黧笛躐 氍歉1200 7§鬻秀潮
公路
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项目
*
硬目
。糍”鲥。澜
煤制甲醇气化效率
{生产能效
71
黪煤制甲醇合成效率《罨鬻参。曩嚣95 j董耋篓霭
全生命周期IVI爪Ⅳ)评价
1.能效及温室气体排放评价 从全生命周期来看,能效及温 室气体排放情况如图7—9所示。车 辆行驶1km: ·煤基燃料能耗最多、温室气 体排放也最多,化石能源消耗多(主
19
曩日口I多种新能源公交车能耗与主要污染物排放全生命周期对比分析
要是煤炭),但是油气资源消耗少,
尤其是DME在运行阶段可以纯烧,
!ij-‘,糕·毛j:i{:,只ljijl_二E至:i,.’-I、’f1.【■::{:_|
资源开采
原油开采
天然气开采、 净化处理 煤炭开采、 hnT洗选 原油开采 天然气开采处理 煤炭开采加工
WTP(从矿井到/Jofd]机l
资源运输
燃料生产
原油运输
天然气运输 煤炭运输 油、气、 煤运输
炼制汽油、增氧剂炼 制、含氧汽油调配 炼制柴油 炼制LPG 天然气压缩
—E誓习l多种新能源公交车能耗与主要污染物排放全生命周期对比分析
多种新能源公交车 台皂未毛
与主要污染物排放全生命周期对比分析
Contrastive Analysis on the Energy Consumption and the Lifecycle of Main Pollutants of Various New Energy Bus
内内燃燃机机燃燃用用柴LP童G !一
内燃机燃用CNG FCV利用氢气 内燃机燃用甲醇 内燃机燃用二甲醚 驱动电机用电
Wq'P阶段数据比较 主要数据从国家统计局、能源
局、交通运输部、能源研究会、石 油石化公司、国家电网公司和中国 汽车技术研究中心的统计年鉴和内 部研究报告获取,并通过实地调研 和专家咨询核实后最终确定。
注:1.车辆标准统一为:12m车长、额定载客量70人;2.M100混合燃料中汽油:甲醇体积比为1:9;3.HEV 车为柴油、电轻度混合。
2008-52(No.4)NEV撕能曩汽车
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万方数据
■EI蛋I多种新能源公交车能耗与主要污染物排放全生命周期对比分析
主要污染物及温室气体排放因子 能源生产、运输、处理和使用 过程中主要污染物排放因子,参考 国家环保总局1996年发布的《工业 污染物产生和排放系数手册》并根 据专家意见进行完善更新。 温室气体CO。排放因子遵照 。中国气候变化国别研究”推荐的 方法按照能源碳含量及燃料氧化率 情况进行计算:CO。排放量=(能源 消费量X能源含碳量一固碳量)X燃 料氧化率X 44/12。 甲烷排放因子采用目前国内比 较全面和权威的研究成果“2000 年中国油气系统甲烷排放源与汇众 清单编制报告”中数据作为计算依 据,该报告由国家科技部支持。中 石油和中石化的专家直接参与,对 中国石油和天然气的开采、处理、 运输和消费多个方面的甲烷排放进 行了测算,得到相关排放因子。 对于温室气体 GHGs(G reenhouse Gases)折合 系数,按照《京都议定书》所采 纳标准进行计算,即在100年尺 度内把各种温室气体的影响力折 合为当量CO。的影响力,每克甲 烷CH。和氧化亚氮N。O的全球增温 潜力GWP(全球变暖指数)(GIobal Warming Potential)分别相当于239 C02和2969 C02。 1.WTP阶段能耗及温室气体排放 在WTP阶段能耗(不含燃料本身 热值)及温室气体排放(含非燃烧排 放)如图3所示。得到一个MJ(兆焦) 的热值: ·油气基传统燃料能量投入、 温室气体排放较少; ·煤制甲醇、二甲醚都需要投 入较多的能量,并排出较多的温室 气体; ·电力生产需要投入最多的能 量,排出最多的温室气体;
消耗实物量
MJ/lun
HC
C0
PM,
紫油车麟 柴油451_样霸 1 汽油车
融
点燃式
汽油55L
“压燃式凌
17.53
9.26
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8.51 21.33
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0.82蔓
LPG30kg濑i 3 CNG坌
点燃式
CNG45kg
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16.02
不需要掺混,节约石油效果更好; ·天然气制取氢气驱动燃料电
池车的能耗和温室气体排放与柴油
9.83
79.96
餮鬟裁15.鹃霪糍 18.73 ”87.13
8.79
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O.07
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黼16.23’瓣 5 DME室
压燃式
DME80L
辨 M100车参囊 ,点燃式雾 混合燃料∞t嚣鬻
15.18
4.74
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10.67 4.26
O.14
0.131
EV蒇 电140kWh粼隗懿。5.04瓣 7 HEV坌
50毒灞
煤制二甲醚气化效率
.电力消耗比例
0
蠹煤涮二甲醚锄蓖效率囊蠢,缸磊鏊95螽菇蕊
20。.垂潮
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序号 类 囊 发动机形式
……一运行阶鼬,l‘№r.’…一喝 百公里燃料” ”热量消耗■”
为 全面评价我国几种主要新能 源公交车的能耗及污染物排 放水平,清华车用能源研究中心
使用清华大学Tsinghua—CA3EM 模型中的“从矿井到车轮(WTW)” 模块,对压缩天然气(CNG)、液化 石油气(LPG)、煤制甲醇(M100)、 煤制二甲醚(DME)、天然气制氢气 等,在资源开采、生产、运输分 配,以及在公交车(包括燃料电池车 FCV)最终使用过程中,电力生产和 电动客车(EV)运行过程中能耗、温 室气体和主要污染物排放情况,进 行定量计算。
万方数据
新能漕汽车NEV(No.4)2008-52
I匠墨墨 Contrastive Analysis on the Energy Consumption and the Lifecycle of Main Pollutants of Vanous New Energy Bus
200昏-52(No.4)NEV新能瀑汽车