張磊，許挺，江道灼，梁一橋

（1.舟山電力局海洋輸電技術(shù)研究中心，浙江舟山316000；2.杭州市電力局，杭州310009；3.浙江大學(xué)電氣工程學(xué)院，杭州310027）

電動(dòng)汽車(chē)與傳統(tǒng)汽車(chē)排放性對(duì)比分析

張磊1，許挺2，江道灼3，梁一橋3

（1.舟山電力局海洋輸電技術(shù)研究中心，浙江舟山316000；2.杭州市電力局，杭州310009；3.浙江大學(xué)電氣工程學(xué)院，杭州310027）

從油耗計(jì)算及已有試驗(yàn)結(jié)果兩方面入手，對(duì)傳統(tǒng)燃油汽車(chē)進(jìn)行排放性分析；結(jié)合電動(dòng)汽車(chē)電能傳輸效率計(jì)算，將電動(dòng)汽車(chē)排放性歸算至發(fā)電廠側(cè)。分別對(duì)電動(dòng)汽車(chē)與傳統(tǒng)汽車(chē)的排放性及噪聲污染進(jìn)行比較分析，指出發(fā)展電動(dòng)汽車(chē)對(duì)改善環(huán)境的重要性。

電動(dòng)汽車(chē)；傳統(tǒng)汽車(chē)；排放性；噪聲污染；比較

0 引言

汽車(chē)工業(yè)是我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的支柱產(chǎn)業(yè)。作為最常用的交通工具，汽車(chē)也是人民提高生活水平必不可少的一部分。然而，近年來(lái)隨著汽車(chē)保有量的迅速增長(zhǎng)，能源枯竭及環(huán)境污染等問(wèn)題也越來(lái)越受到關(guān)注，因此迫切需要一種新型汽車(chē)來(lái)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的燃油汽車(chē)。

電動(dòng)汽車(chē)是以蓄電池為動(dòng)力的新型汽車(chē)。第一輛電動(dòng)汽車(chē)誕生于1881年，但由于蓄電池技術(shù)的限制，發(fā)展緩慢。直到20世紀(jì)70年代以后，美國(guó)、日本和德國(guó)等國(guó)家的汽車(chē)公司才陸續(xù)開(kāi)發(fā)出電動(dòng)汽車(chē)?！笆濉逼陂g，我國(guó)電動(dòng)汽車(chē)的關(guān)鍵技術(shù)取得了突破性進(jìn)展，電動(dòng)客車(chē)已進(jìn)入小批量運(yùn)行與應(yīng)用階段[1]。電動(dòng)汽車(chē)具有低噪聲、低排放、綜合利用能源等突出優(yōu)點(diǎn)，是新世紀(jì)汽車(chē)工業(yè)緩解能源危機(jī)和環(huán)境污染的重要途徑。本文將定量比較電動(dòng)汽車(chē)與傳統(tǒng)汽車(chē)的排放性。

1 傳統(tǒng)汽車(chē)的排放性

傳統(tǒng)汽車(chē)在運(yùn)行過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量有害氣體，不僅對(duì)環(huán)境治理造成巨大壓力，而且對(duì)人體健康產(chǎn)生危害。排放的有害氣體主要包括[2]：

二氧化碳（CO2），是傳統(tǒng)燃油汽車(chē)釋放最多的氣體，也是造成溫室效應(yīng)的主要?dú)怏w，致使全球變暖，物種減少，極端天氣頻發(fā)，直接威脅人類(lèi)生存。

一氧化碳（CO），一種無(wú)色的有毒氣體，易與血液中的血紅蛋白結(jié)合，危害中樞神經(jīng)系統(tǒng)。

氮氧化物（NOX），一種強(qiáng)烈的腐蝕劑，危害人體呼吸系統(tǒng)，削弱血液的輸氧功能，引起氣管炎、肺炎等。燃油汽車(chē)加速行駛時(shí)尾氣排放激增，尤以NOX排放量最大。

碳?xì)浠铮℉C），汽車(chē)尾氣中的一類(lèi)有機(jī)物廢氣，包含苯、甲苯、二甲苯等有害物質(zhì)，其中以苯危害最大。苯是一種致癌物質(zhì)，會(huì)引發(fā)人體貧血、血小板減少、粘膜出血、血癌等疾病。

二氧化硫（SO2），一種無(wú)色無(wú)味的氣體，危害人體肝、腎、心臟等器官，對(duì)呼吸系統(tǒng)有強(qiáng)烈的刺激作用。另外它還是造成酸雨的重要原因，對(duì)農(nóng)作物和人民生活造成危害。

臭氧（O3），對(duì)人體的肝、肺、心臟等都產(chǎn)生不同程度的不良影響。

傳統(tǒng)汽車(chē)種類(lèi)繁多，各車(chē)型排放量參差不齊，為方便起見(jiàn)，本文對(duì)某一典型客車(chē)的排放性進(jìn)行分析，該車(chē)型為上海通用五菱生產(chǎn)的LZW6381BF微型燃油客車(chē)。文獻(xiàn)[3]通過(guò)使用均值方法、統(tǒng)計(jì)量方法、標(biāo)準(zhǔn)偏差分析、單因素方差分析、基于穩(wěn)健的Z比分?jǐn)?shù)以及控制圖分析方法等得出該車(chē)型尾氣排放量的實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表1所示。

表1 LZW6381BF微型客車(chē)排放性試驗(yàn)結(jié)果g/km

由表1數(shù)據(jù)可知，該型燃油汽車(chē)排放的尾氣中二氧化碳占了99%以上，因此下文從汽油燃燒的化學(xué)角度分析、核實(shí)該車(chē)型的CO2排放性。

在工信部發(fā)布的各類(lèi)車(chē)型油耗數(shù)據(jù)庫(kù)[4]中可查得LZW6381BF微型客車(chē)每百公里的油耗為8.20 L（市區(qū)工況）和6.20 L（市郊工況）。

汽油是對(duì)分子含碳量在5～8的一類(lèi)烷烴的通稱(chēng)。汽油標(biāo)號(hào)一般是以正辛烷的含量來(lái)標(biāo)定的，正辛烷含量越高，汽油的標(biāo)號(hào)越高，汽油分子量在90～120。汽油密度一般為730 g/L，93號(hào)比90號(hào)汽油密度略高，97號(hào)和93號(hào)汽油則基本沒(méi)區(qū)別。按照化學(xué)方程式：

730 g汽油完全燃燒排放的CO2質(zhì)量為：

730×（44×16）÷（114×2）=2.254 kg

即一升汽油充分燃燒產(chǎn)生2.254 kg CO2。

根據(jù)以上分析，LZW6381BF微型客車(chē)的CO2排放性為：184.828 g/km（市區(qū)工況）、139.748 g/km（市郊工況）。表1中的數(shù)據(jù)符合實(shí)際情況。

另外，由文獻(xiàn)[5]知，以汽油為燃料的汽車(chē)燃燒1 L汽油會(huì)排放0.295 g SO2，根據(jù)表1可計(jì)算出該車(chē)型在該實(shí)驗(yàn)工況下每百公里的油耗為7.4756 L，則其SO2排放性為0.022 g/km。

2 電動(dòng)汽車(chē)排放性

電動(dòng)汽車(chē)以蓄電池為驅(qū)動(dòng)，在運(yùn)行時(shí)幾乎沒(méi)有尾氣排放，直接的廢氣排放比燃油汽車(chē)減少90%以上。電動(dòng)汽車(chē)以消耗電能取代消耗石油，而現(xiàn)今我國(guó)電能大多數(shù)仍然來(lái)自燃煤發(fā)電。因此，火電廠由此增加的廢氣排放要?dú)w算入電動(dòng)汽車(chē)的排放性之中。

2.1 電動(dòng)汽車(chē)電能傳輸效率分析

根據(jù)財(cái)政部《節(jié)能量審核培訓(xùn)教材》，電力產(chǎn)能的價(jià)值按當(dāng)年火電發(fā)電標(biāo)準(zhǔn)煤耗計(jì)算，我國(guó)2006年為0.367 kgce/（kWh）、2007年為0.357 kgce/（kWh）、2008年為0.349 kgce/（kWh），其中kgce為用標(biāo)準(zhǔn)煤表示的能量消耗量，依據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)（GB 2589-2008）規(guī)定，每千克標(biāo)準(zhǔn)煤的熱值為29 271 kJ。因此，取2008年的數(shù)據(jù)，從能量角度可計(jì)算得出火電廠的效率：

根據(jù)《2009中國(guó)工業(yè)化藍(lán)皮書(shū)》，2007年全國(guó)電網(wǎng)輸配電線損率為6.97%。

在充/放電方面，較為先進(jìn)的動(dòng)力鋰離子電池充/放電電能轉(zhuǎn)換效率可大于97%，而目前動(dòng)力電池以鉛酸蓄電池的生產(chǎn)技術(shù)最為成熟，該技術(shù)充/放電電能量轉(zhuǎn)換效率約為80%[6]。

因此，電動(dòng)汽車(chē)電能傳輸效率為：

35%×（1-6.97%）×80%=26%

如果采用充/放電效率及安全性更高的鎳氫電池或者磷酸鐵鋰電池，則該效率將提升4個(gè)百分點(diǎn)以上。

2.2電動(dòng)汽車(chē)排放性分析

由于目前市場(chǎng)上電動(dòng)汽車(chē)較少，為方便分析，本文以已推出的車(chē)型為例。長(zhǎng)城汽車(chē)公司推出一款名為“歐拉Ⅱ”的新能源電動(dòng)汽車(chē)，該車(chē)型耗電量為10 kWh/100 km。根據(jù)上文分析，考慮到火電廠發(fā)電損耗、輸電損耗、蓄電池充/放電損耗，將電動(dòng)汽車(chē)行駛100 km折算到火電廠需要消耗的標(biāo)準(zhǔn)煤數(shù)量為：

國(guó)家發(fā)改委發(fā)布的相關(guān)文件[7]中表示：工業(yè)鍋爐每燃燒1 t標(biāo)準(zhǔn)煤，就產(chǎn)生CO22 620 kg，SO28.5 kg，NOX7.4 kg。因此燃煤鍋爐排放廢氣已成為大氣的主要污染源之一。經(jīng)過(guò)廢氣處理后，發(fā)電廠向大氣排放的CO2仍為2.46 kg/kg標(biāo)準(zhǔn)煤，SO2為0.006 kg/kg標(biāo)準(zhǔn)煤[8]。同時(shí)根據(jù)相關(guān)資料預(yù)測(cè)，2010年火電廠燃燒排放的NOX為0.008 7 kg/kg標(biāo)準(zhǔn)煤[9]。

根據(jù)以上分析，可計(jì)算出電動(dòng)汽車(chē)行駛100 km排放的CO2為4.73×2.46=11.635 8 kg。同理可得SO2和NOX的排放量，如表2所示。

表2 “歐拉Ⅱ”電動(dòng)汽車(chē)排放性計(jì)算結(jié)果

3 電動(dòng)汽車(chē)與傳統(tǒng)汽車(chē)的排放性對(duì)比分析

3.1 電動(dòng)汽車(chē)與傳統(tǒng)汽車(chē)的排放性比較

根據(jù)上文對(duì)電動(dòng)汽車(chē)和傳統(tǒng)燃油汽車(chē)排放性的分析計(jì)算，得出兩者的排放性對(duì)比，見(jiàn)表3。

表3 傳統(tǒng)汽車(chē)與電動(dòng)汽車(chē)排放性比較

表3中，傳統(tǒng)汽車(chē)的排放為尾氣直接排放；而電動(dòng)汽車(chē)基本沒(méi)有尾氣，其排放集中體現(xiàn)為燃煤火電廠對(duì)大氣的排放。由表3可知，電動(dòng)汽車(chē)較傳統(tǒng)汽車(chē)而言，向大氣排放的有害氣體的種類(lèi)有所減少，即基本不含CO和HC（碳?xì)浠衔铮鳦O和HC正是大氣污染中危害最大的氣體成分。對(duì)于NOX和SO2兩項(xiàng)，直接排放量仍然比較小，且發(fā)電廠已采取一系列積極措施，如投運(yùn)脫硫、脫硝工程，以減少NOX及SO2的排放。對(duì)于兩者排放廢氣中占絕大多數(shù)的CO2，電動(dòng)汽車(chē)的排放量減少了約31%，這對(duì)緩解溫室效應(yīng)引起的全球變暖及氣候異常有較大的作用。

3.2 電動(dòng)汽車(chē)在排放性上的優(yōu)勢(shì)

從長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展來(lái)看，在有害氣體排放上，電動(dòng)汽車(chē)較傳統(tǒng)汽車(chē)而言有以下優(yōu)勢(shì)：

（1）隨著充/放電效率更高的鎳氫電池或者磷酸鐵鋰電池逐步進(jìn)入產(chǎn)業(yè)化，電動(dòng)汽車(chē)的效率將更為提高，單位路程所消耗的電能將會(huì)減少，對(duì)應(yīng)的火電廠廢氣排放也隨之減少。

（2）電動(dòng)汽車(chē)對(duì)大氣的污染集中體現(xiàn)在發(fā)電廠側(cè)，相對(duì)于傳統(tǒng)汽車(chē)的大范圍分散污染而言，集中治理廢氣的效果更加明顯。

（3）隨著火電比重減小，可再生能源（風(fēng)力、水力、潮汐能、太陽(yáng)能等）發(fā)電和核能發(fā)電比重的增大，電力產(chǎn)能的大氣污染物排放將逐漸減少，進(jìn)而使電動(dòng)汽車(chē)對(duì)環(huán)境的間接排放進(jìn)一步減少。

（4）在我國(guó)節(jié)能減排政策的促使下，火電廠已采取一系列措施來(lái)減少CO2，NOX及SO2的排放，由此使電動(dòng)汽車(chē)產(chǎn)生的這3種污染物排放也隨之減少。

3.3 電動(dòng)汽車(chē)與傳統(tǒng)汽車(chē)的噪聲污染比較

除了有害氣體對(duì)環(huán)境造成壓力，汽車(chē)的噪聲污染也不容忽視。傳統(tǒng)汽車(chē)產(chǎn)生的噪聲有很多種，包括輪胎噪聲、傳動(dòng)機(jī)噪聲、制動(dòng)噪聲、車(chē)體噪聲等。據(jù)統(tǒng)計(jì)，大型客車(chē)的噪聲在70～75 dB，小型汽車(chē)在70 dB左右，交通道路上的噪聲基本都在70 dB以上，已成為城市主要噪聲污染源之一。當(dāng)噪聲超過(guò)一定標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，人們會(huì)出現(xiàn)頭暈、頭痛、耳鳴、煩躁、惡心等不良反應(yīng)，嚴(yán)重影響人民生活、工作及身心健康。

與傳統(tǒng)汽車(chē)相比，電動(dòng)汽車(chē)沒(méi)有氣缸和復(fù)雜的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，其噪聲只包括少量的電磁噪聲和機(jī)械噪聲，比傳統(tǒng)汽車(chē)低10～15 dB。對(duì)兩種汽車(chē)噪聲試驗(yàn)[10]的結(jié)果見(jiàn)表4[11]，可見(jiàn)電動(dòng)汽車(chē)是降低道路交通噪聲的有效途徑。

表4 傳統(tǒng)汽車(chē)與電動(dòng)汽車(chē)噪聲比較

4 結(jié)論

綜上所述，電動(dòng)汽車(chē)與傳統(tǒng)燃油汽車(chē)相比，在排放性方面有極大的改觀，對(duì)大氣的污染集中體現(xiàn)在發(fā)電廠側(cè)，隨著2011版《火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》的實(shí)施，發(fā)電廠各種減排措施的實(shí)行也將大幅減少CO2，NOX和SO2的排放。另外，電動(dòng)汽車(chē)在行駛時(shí)發(fā)出的噪聲也有所減小，為營(yíng)造良好的道路環(huán)境起到有效作用。電動(dòng)汽車(chē)取代傳統(tǒng)汽車(chē)將是汽車(chē)工業(yè)發(fā)展的必然趨勢(shì)。

[1]吳光強(qiáng).汽車(chē)?yán)碚揫M].北京：人民交通出版社，2007.

[2]郝汝林.汽車(chē)排放污染物的產(chǎn)生及有效治理措施[J].輕型汽車(chē)技術(shù)，2009（5/6）:29-30.

[3]覃書(shū)勇.輕型汽車(chē)排放試驗(yàn)對(duì)比試驗(yàn)結(jié)果的分析[J].裝備制造技術(shù).2009，8:4-5.

[4]中華人民共和國(guó)工業(yè)與信息化部輕型汽車(chē)油耗[OL/EB]. http://gzly.miit.gov.cn:8090/datainfo/miit/babs2.jsp，2010，6，20.

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（本文編輯：徐晗）

Comparative Analysis on Emission Between Electric and Conventional Vehicles

ZHANG Lei1，XU Ting2，JIANG Dao-zhuo3，LIANG Yi-qiao3
（1.Oceanic Electric Power Transmission Technology Research Centre of Zhoushan Electric Power Bureau，Zhoushan Zhejiang 316000，China；2.Hangzhou Municipal Electric Power Bureau，Hangzhou 310009，China；3.College of Electrical Engineering，Zhejiang University，Hangzhou 310027，China）

The exhaust emission of conventional oil-fueled vehicles is analyzed in terms of fuel consumption calculation and the existing test results;the emission of electric vehicles is reflected in that of power plants based on the calculation of its power transmission efficiency.Then the emission as well as the noise pollution of electric and conventional vehicles are compared and analyzed.And the importance of developing electric vehicles for environmental improvement is pointed out.

electric vehicles；conventional vehicles；emission；noise pollution；comparison

X508

：A

：1007-1881（2012）02-0057-04

2011-08-12

張磊（1984-），男，浙江寧波人，碩士，助理工程師，從事新能源與海洋輸電技術(shù)工作。