一文看懂电动汽车是否能全部取代燃油车?

冰封之城

【第一电动网】(专栏作者 冰封之城)12月3日,国家发改委能源研究所研究员姜克隽在《2015中国乘用车燃料消耗量发展年度报告》交流会上表示,根据目前国家发改委调研情况分析,未来几年内,纯电动汽车所亟需的技术都会得到突破,10年后的2025年,国内销售的增量新车中,将没有内燃机作为动力的传统汽车,取而代之的则是以纯电为动力的新能源汽车。2025年中国将没有传统汽车在售,届时传统内燃机或将与蒸汽机一起被列入博物馆。本文认为,能源形式本身不存在好坏优劣,把合适的能源导入到合适发挥它最高效率的使用方式和使用领域里,才是真正的节能。电动汽车一刀切的全部取代燃油车是否科学严谨?有没有可能在10年内发生?本文将从能耗、排放、经济性三方面讨论纯电动汽车的发展方向。

一、电动汽车与燃油车能耗对比

是否所有类型的电动汽车都比燃油车更节能?分析之前,先普及一下“一次能源”和“二次能源”的概念。

一次能源包括化石燃料(如原煤、石油、原油、天然气等)、核燃料、生物质能、水能、风能、太阳能、地热能、海洋能、潮汐能等。一次能源又分为可再生能源和不可再生能源,前者指能够重复产生的天然能源,如太阳能、风能、水能、生物质能等,这些能源均来自太阳,可以重复产生;后者用一点少一点,主要是各类化石燃料、核燃料。

二次能源是指由一次能源经过加工转换以后得到的能源,包括电能、汽油、柴油、液化石油气和氢能等。二次能源又可以分为“过程性能源”和“含能体能源”,电能就是应用最广的过程性能源,而汽油和柴油是目前应用最广的含能体能源。二次能源亦可解释为自一次能源中,所再被使用的能源,例如将煤燃烧产生蒸气能推动发电机,所产生的电能即可称为二次能源。

一文看懂电动汽车是否能全部取代燃油车?

因为电动汽车所使用的电能和燃油车所使用的汽柴油都属于二次能源,在研究其能耗及排放时,国际通行的办法是采用生命周期评价(Life Cycle Assessment, LCA),这也是汽车产业循环经济的核心内容。

依据生命周期的概念,针对车用燃料研究,美国能源部所属的阿闻国家实验室(Argonne National Laboratory)提出了 “从井到轮” (Well- to - Wheel, WTW)评价体系。这个体系的研究对象是燃料系统,分成燃料生产(Well - to - Tank, WTT)和机动车使用(Tank - to-Wheel, TTW)两个阶段,研究机动车燃料整个生产和使用过程中的能源消费、燃料经济性、相关的污染物排放和温室气体排放。

在我国2012年发电装机和能源结构情景下,选取三种不同耗电特性的电动汽车计算燃料生命周期评价结果,分别是9.8kWh/100km (I 型)、15kWh/100km (II 型)、20kWh/100km (III型)和两种不同油粍特性的燃油汽车,8L/100km (A型)(中国新发布的新生产汽车油耗标准)和9.48L/100km (B型)。参考实际车辆的情况,认为在汽车的驱动力和舒适性等性能比较上,III型电动汽车与B型燃油汽车相近,II型电动汽车与A型燃油汽车相近,I型电动汽车与1.0L排量以下的小型燃油汽车相近。查阅中国电网研究院资料,采用不同能源发电方式时的能耗和二氧化碳排放对比表如下:

表1 不同车型的电动汽车与燃油汽车生命周期评价 单位:kj/km

传统汽车

电动汽车(中国电网资料)

A

(8L/100km)

B

9.48L/100km )

I

( 9.8kWh/100km)

II

(15kWh/100km )

III

(20kWh/100km )

总能耗

WTT

616

731

1536

2350

3133

TTW

2550

3022

889

1368

1817

WTW

3166

3753

2425

3718

4950

化石

能源

WTT

553

656

1523

2330

3106

TTW

2481

2940

712

1097

1459

WTW

3034

3596

2235

3427

4565

WTT

38

45

1481

2266

3021

TTW

0

0

687

1062

1416

WTW

38

45

2168

3328

4427

天然气

WTT

332

394

22

34

45

TTW

0

0

16

25

33

WTW

332

394

38

59

78

石油

WTT

183

217

20

30

40

TTW

2481

2940

10

15

20

WTW

2664

3157

30

45

60

其他

能源

WTT

63

75

13

20

27

TTW

69

82

177

271

361

WTW

132

157

190

291

388

二氧

化碳

(g/km)

WTT

47

56

219

335

447

TTW

188

223

0

0

0

WTW

235

279

219

335

447

我国电力的基本背景: 我国电力装机分布具有显著的区域特征,西北多风电,西南多水电,华北多火电。火电占据了中国北方地区电网内电源的绝大部分份额,例如华北京津唐电网截至2008年底火电机组容量为36999MW,占总装机容量的96.8%。

结合上面的背景,分析这三种不同耗电特性电动汽车和两种不同油耗特性燃油汽车的燃料生命周期评价情况,如表所示,II型电动汽车的化石能耗比A型燃油汽车约增加12.9%,碳排放约增加42.6%。III型电动汽车的化石能耗比B型燃油汽车能耗约增加26.9%,碳排放约增加60.2%。通过结果可以看出,使用性能相近的电动汽车代替燃油汽车不但没有减少化石能耗,而且大大增加了碳排放,违背发展电动汽车以保障能源安全、减少温室气体排放的初衷。相反如果使用I型电动汽车(小型车)代替B型燃油汽车,电动汽车化石能耗只有62.2%,碳排放降低为原来的74.9%。通过分析可以发现,在中国当前电力结构下使用小型的电动汽车替代大排量的燃油汽车则可以取得较好的节能减排效果。

二、 废气排放比较

是否所有电动汽车都比燃油车更环保?汽车的生命周期评估中引入了汽车尾气中的非甲烷烃(NMHC)、氮氧化物(NOx)、悬浮颗粒物(PM)、硫氧化物(SOx)等排放量的计算。为了便于比较,增加小型电动车的废气排放分析,取样为整备质量为400 kg的小型电动汽车,经济性指标目标值为5kWh/100 km。根据电力行业火电厂平均供电标准煤耗及SOx排放等指标,基本结果分析如下:

项目

A型燃油车

II型电动车

小型电动车

g/km

WTT

TTW

WTW

WTT

TTW

WTW

WTT

TTW

WTW

HC

0.043

0.059

0.102

0.017

0

0.017

0.004

0

0.004

CO

0.041

2.063

2.105

0.028

0

0.028

0.007

0

0.007

NOx

0.111

0.05

0.162

0.227

0

0.227

0.057

0

0.057

PM10

0.009

0.015

0.024

0.051

0.02

0.031

0.013

0.005

0.008

SOx

0.067

0.003

0.071

1.745

0

1.745

0.436

0

0.436

排放合计

0.273

2.191

2.464

2.068

0.02

2.048

0.517

0.005

0.512

各阶段比例%

11.1

88.9

100

99

1

100

99

1

100


燃油汽车的能耗和污染及排放主要集中在燃料使用阶段,而电动汽车的能耗和污染及排放主要集中在燃料生产阶段。大功率的电动汽车除HC和CO的生命周期排放量低于燃油汽车外,其余的NOx、PM和SOx等污染物排放均大于燃油汽车的生命周期排放量。电动汽车在行驶过程中基本做到零排放,但其良好的清洁性是通过将废气排放物转移到电动汽车的上游制造端和发电侧,把空气污染物从城市转移到远离城市的周边地区和发电能源基地来实现的。2013年我国冬季的雾霾从原来的部分城市局部现象向全国区域性的转变,因此仅通过汽车废气污染物的区域排放转移难以从根本上缓解我国的雾霾现状。从表中数值,可以再次得到,在我国当前的能源结构下,电动汽车小型化才能保证实现全生命周期内的节能减排。

三、使用经济性分析

是不是所有的电动汽车使用成本都比燃油车低?按照纯电动汽车和燃油车的名义寿命周期为15年。使用成本分析公式如下:

C全生命周期成本=C整车售价+C购置税—C政府补贴+C能耗费用+C车辆维护费用+C电池更换成本

三种主流车型的基本参数及售价:

参数

单位

比亚迪e6

荣威E50

江淮iev4

整车售价

369800

234900

150000

整备质量

kg

2380

1060

1260

满载质量

kg

2550

1360

1500

电池容量

kWh

60

18

19

电机功率

kW

90

52

42

燃油车

比亚迪F6

长安奔奔LOVE

江淮和悦A13

燃油车售价

¥

99800

41900

52800

燃油车百公里油耗

L/100km

8.2

6.1

5.9

车辆购置成本列表如下:

车型

国家补贴后

国家

国家+地方补贴后购置税

地方补贴

购置税

补贴

上海

深圳

合肥

上海

深圳

合肥

比亚迪e6

26735

57000

23316

21863

25880

40000

57000

10000

荣威E50

17235

33250

13816

14393

16380

40000

33250

10000

江淮iev4

9978

33250

6659

7136

9123

40000

33250

10000

车辆使用成本列表如下:

上海工况

单位

上海

深圳

合肥

比亚迪e6

荣威E50

江淮iev4

比亚迪e6

荣威E50

江淮iev4

比亚迪e6

荣威E50

江淮iev4

能耗费用

7C/100km

25.99

17.24

17.21

28.64

19

18.97

25.07

16.63

16.61

维护费用

/100km

6.16

6.16

6.16

6.16

6.16

6.16

6.16

6.16

6.16

年均使用成本

4693

3416

3412

4385

3170

3166

2811

2051

2049

电池更换成本

0

81522

86051

0

0

0

0

0

0

注:上海市充电电价为0.617元/kWh,深圳市充电电价为0.68元/kWh,合肥市充电电价为0.5953元/kWh。上海市消费者日均行驶里程为40km,年均行驶14400km (假设每年行驶360天);深圳市消费者日均行驶里程为35km,年均行驶12600km;合肥市消费者日均行驶里程为25km,年均行驶9000km。在车辆维护费用方面,主要包括车辆维护保养费、车辆维修费、保险费、养路费等,纯电动汽车年检保养费用约为每l00km/6.16元,普通车辆为每l00km/14元;在电池更换成本方面,本文取电池循环充电次数为2000次。

可以分析,以15年的全生命周期内,在上海地区使用荣威E50,要想体现出经济性的优势,必须是国家和地方双重补贴不退坡、油价每年10%上涨和电池价格每年10%下降三者同时保证,缺一不可。针对合肥这类日均行驶里程较小的城市,售价超过15万元的车型(在保证补贴政策的情况下),不具备同等条件下的燃油车经济性。

有首儿歌大家都会唱“祖国是个大花园,花园的花朵真鲜艳...”,其实能源也是大花园,每种能源方式都有他的特点,如何针对能源的不同特性,发挥到其效率最高的地方,是要按科学的标准来进行的,有教无类,而不是一刀切。宝剑切菜不如菜刀,劈材不如斧头,就说我们日常做饭吧,不也是有电力,有燃气,有沼气,甚至蜂窝煤和柴火,一定是根据个地区的差异性、能源的稀缺性等多种并存,也没见能统一啊!同样,按照以上的分析,电动汽车与燃油车各有所长,在各自优势领域里,发挥各自的主流的作用,相互补充,相互依存是未来10年的常态,绝非也不可能全部取代。补充而不是取代,科学分类,发展小型化的纯电动汽车,在其优势领域取代燃油车,是更加务实且科学的态度。

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