一文看懂电动汽车是否能全部取代燃油车?

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。

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型

(8L/100km)

B 型

(9.48L/100km )

I型

( 9.8kWh/100km)

II型

(15kWh/100km )

III型

(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 元/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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