_ 時(shí)培成 劉剛 解辰 趙雪松

1安徽工程大學(xué) 2奇瑞汽車(chē)股份有限公司 3蕪湖市新能源汽車(chē)推廣辦

“十一五”期間我國(guó)汽車(chē)保有量以年均約20%的速度增長(zhǎng)，未來(lái)隨著人民生活水平的提高，汽車(chē)保有量將進(jìn)一步增加，石油供需不平衡將進(jìn)一步擴(kuò)大。2010年以來(lái)，我國(guó)石油對(duì)外依存度一直超過(guò)50%，對(duì)進(jìn)口石油的高度依賴(lài)，已嚴(yán)重影響到我國(guó)的能源安全。同時(shí)汽車(chē)尾氣嚴(yán)重污染了城市環(huán)境，尤其PM2.5已成為當(dāng)今中國(guó)及全世界關(guān)注的熱點(diǎn)問(wèn)題。開(kāi)發(fā)新能源汽車(chē)替代傳統(tǒng)燃油汽車(chē)，已成為我國(guó)解決能源安全和環(huán)境污染的重要舉措。電動(dòng)汽車(chē)是新能源汽車(chē)的重要分支之一，世界主要發(fā)達(dá)國(guó)家均提出了電動(dòng)汽車(chē)發(fā)展目標(biāo)，北京、深圳、合肥等“十城千輛”城市已提出相應(yīng)的電動(dòng)汽車(chē)購(gòu)買(mǎi)補(bǔ)貼政策，并已規(guī)模試運(yùn)行電動(dòng)汽車(chē)。從汽車(chē)終端用能效率看，電動(dòng)機(jī)效率遠(yuǎn)高于內(nèi)燃機(jī)效率，但我國(guó)是以煤為主的發(fā)電結(jié)構(gòu)，在電能生產(chǎn)環(huán)節(jié)會(huì)消耗大量的煤，排放較多CO2，推廣電動(dòng)汽車(chē)的減排效果令人生疑。

本文根據(jù)我國(guó)煤電占比較高的基本國(guó)情，提出一種基于分子C含量的精確碳排放計(jì)算方法，對(duì)兩種整車(chē)質(zhì)量相近的電動(dòng)汽車(chē)和燃油汽車(chē)行駛相同的距離之后排出的氣體量進(jìn)行比較，判斷電動(dòng)汽車(chē)是否具有減排貢獻(xiàn)。

1 計(jì)算CO2排放量

電動(dòng)汽車(chē)使用中可以實(shí)現(xiàn)“零排放”，但是這種“零排放”是將排放氣體轉(zhuǎn)移到別的地方為代價(jià)的。國(guó)家統(tǒng)計(jì)局公布的中國(guó)2013年全年統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，中國(guó)2013年全年發(fā)電量52451億kWh，其中火電42153億kWh，占全國(guó)總發(fā)電量的比例為80%?；痣姀S(chǎng)發(fā)電排放了大量的氣體，所以有人認(rèn)為電動(dòng)汽車(chē)和燃油汽車(chē)相比是將排放氣體轉(zhuǎn)移到發(fā)電廠(chǎng)排放了。本文分別將整車(chē)質(zhì)量為1500kg和1100kg左右的電動(dòng)汽車(chē)和相同質(zhì)量的燃油汽車(chē)行駛百千米時(shí)排出的CO2量進(jìn)行比較，來(lái)判斷電動(dòng)汽車(chē)是否能減排。

1.1 燃油汽車(chē)燃燒1L汽油的氣體排放量

汽油是分子含C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。以93#汽油計(jì)算，可以根據(jù)方程式（1）來(lái)計(jì)算汽油燃燒時(shí)排放CO2的量。

汽油密度一般為730g/L。式（1）730g汽油完全燃燒排放的CO2質(zhì)量為：730×（44×16）÷（114×2）=2.254kg。由此可得：1L汽油燃燒排放的CO2量為2.254kg。

1.2 電動(dòng)汽車(chē)消耗1kWh的氣體排放量

1.2.1 我國(guó)現(xiàn)階段電廠(chǎng)每1kwh的碳排放量

以2013年全國(guó)發(fā)電標(biāo)煤消耗320g/kWh計(jì)算：

（2）條件：標(biāo)煤碳元素含量68%(重量)；C分子量12；CO2分子量44；則電廠(chǎng)每生產(chǎn)1kwh電產(chǎn)生的CO2為：

320×0.68÷12×44=797.8g

1.2.2電動(dòng)汽車(chē)實(shí)際充入1kWh電能的碳排放計(jì)算

從電廠(chǎng)發(fā)出的電輸送到用戶(hù)一般要經(jīng)過(guò)升壓變壓器升壓，然后經(jīng)過(guò)高壓線(xiàn)輸送，再經(jīng)過(guò)變壓器降壓后送到用戶(hù)，這個(gè)過(guò)程存在線(xiàn)路損耗和變壓器的鐵耗和銅耗。由中電聯(lián)發(fā)布的2012年全國(guó)電力工業(yè)運(yùn)行簡(jiǎn)況顯示，全國(guó)電網(wǎng)輸電線(xiàn)路損失率為6.6%，這里取7%計(jì)算。

電廠(chǎng)的電還有一部分用于電廠(chǎng)內(nèi)部的消耗，即我們常說(shuō)的廠(chǎng)用電。普通的電廠(chǎng)廠(chǎng)用電率為5%～10%，本文取廠(chǎng)用電率為5%來(lái)計(jì)算。在給電池充電和放電的過(guò)程中充電機(jī)也有電能的損耗，根據(jù)各個(gè)充電機(jī)廠(chǎng)家提供的數(shù)據(jù)來(lái)看，目前國(guó)內(nèi)的充電機(jī)效率一般為94%，即損耗率大約為6%。發(fā)電廠(chǎng)發(fā)電有多種發(fā)電方式，一般只有火電廠(chǎng)才會(huì)排出CO2氣體，而全國(guó)約有80%的電廠(chǎng)為火電廠(chǎng)。

由此可以計(jì)算出電動(dòng)汽車(chē)實(shí)際充入1kWh電的碳排放量為：

1×80%÷93%÷95%÷94%×797.8=768.5g

表1 國(guó)家“863”計(jì)劃主要技術(shù)指標(biāo)

表2 國(guó)內(nèi)部分電動(dòng)汽車(chē)性能參數(shù)

2 電動(dòng)汽車(chē)與傳統(tǒng)燃油汽車(chē)的碳排放對(duì)比

根據(jù)國(guó)家“863”計(jì)劃對(duì)電動(dòng)汽車(chē)考核的主要技術(shù)指標(biāo)（表1），電動(dòng)汽車(chē)大體可以分為兩類(lèi)。本文對(duì)這兩類(lèi)不同類(lèi)型的電動(dòng)汽車(chē)和重量相當(dāng)?shù)娜加推?chē)進(jìn)行比較，得出各自的碳排放量。

(1) 整車(chē)質(zhì)量≤1100kg

通常整車(chē)質(zhì)量在1100kg左右的電動(dòng)汽車(chē)和1.5L排量的燃油汽車(chē)重量相似。國(guó)內(nèi)大部分廠(chǎng)家生產(chǎn)的1.5L燃油汽車(chē)百公里油耗數(shù)據(jù)大約為7L。同樣可以算出此類(lèi)燃油車(chē)行駛百公里的碳排放量為：7×2.254=15.78kg。同理可計(jì)算出排出等量的CO2，等同電動(dòng)汽車(chē)百公里耗電量為：15.78÷0.7685=20.5kWh。

（2）整車(chē)質(zhì)量≤1500kg

從汽車(chē)廠(chǎng)商公布的整車(chē)參數(shù)來(lái)看，一般整車(chē)質(zhì)量在1500kg左右的電動(dòng)汽車(chē)和1.8L排量的燃油汽車(chē)重量相似。國(guó)內(nèi)一些主流的汽車(chē)廠(chǎng)家提供的1.8L排量的百公里油耗數(shù)據(jù)大約為8.5L，由此可以計(jì)算出1.8L排量的燃油汽車(chē)行駛百公里的碳排放量為：8.5×2.254=19.159kg。由此可以計(jì)算出排放等量的CO2，等同電動(dòng)汽車(chē)百公里耗電量為19.159÷0.7685=25.0kWh。

由以上計(jì)算可知，若整車(chē)質(zhì)量在1500kg左右的電動(dòng)汽車(chē)百公里耗電小于25kWh，整車(chē)質(zhì)量在1100kg左右的電動(dòng)汽車(chē)百公里耗電小于20.5kWh，電動(dòng)汽車(chē)就能比燃油汽車(chē)減少CO2的排放。根據(jù)表2給出的國(guó)內(nèi)一些電動(dòng)汽車(chē)的性能參數(shù)表可知，不同類(lèi)型的電動(dòng)汽車(chē)在能滿(mǎn)足國(guó)家“863”計(jì)劃主要技術(shù)指標(biāo)的條件下，都具有明顯的減排作用。

表3 國(guó)II、III、Ⅳ階段排放限值 g/km

表4 電動(dòng)汽車(chē)與燃油汽車(chē)污染物排放量對(duì)比

3 電動(dòng)汽車(chē)其他污染物排放對(duì)比分析

電動(dòng)汽車(chē)在行駛過(guò)程中不排放任何有害氣體，但燃煤發(fā)電過(guò)程中卻有大量污染物排放。根據(jù)《中國(guó)統(tǒng)計(jì)年鑒2013》和《中國(guó)能源統(tǒng)計(jì)年鑒2013》數(shù)據(jù)計(jì)算，2012年全國(guó)發(fā)電、供熱用煤合計(jì)24.09億t標(biāo)準(zhǔn)煤，當(dāng)年電力、熱力的生產(chǎn)和供應(yīng)業(yè)共排放SO22117.63萬(wàn)t、煙塵1235.77萬(wàn)t、氮氧化物2337.76萬(wàn)t，則平均每噸標(biāo)煤發(fā)電產(chǎn)生SO28.79kg、煙塵5.13kg、NOx9.7kg。按照供電標(biāo)煤耗320g/kWh、供電線(xiàn)路、廠(chǎng)用電、電池效率總損率達(dá)20%計(jì)算，電動(dòng)汽車(chē)每消耗1kWh電，相應(yīng)排放SO23.51g，煙塵2.05g和NOx3.88g，根據(jù)表2電動(dòng)汽車(chē)平均行駛百公里折算成火電廠(chǎng)排放SO249.6g，煙塵29.0g，NOx54.8g。

傳統(tǒng)燃油汽車(chē)污染物排放方面,2010年起全國(guó)各地陸續(xù)開(kāi)始實(shí)施機(jī)動(dòng)車(chē)國(guó)IV放標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)國(guó)家排放標(biāo)準(zhǔn)《輕型汽車(chē)污染物排放限值及測(cè)量方法（中國(guó)Ⅲ、Ⅳ階段）》（GB18352.3-2005）中的第4階段排放控制要求，確定汽車(chē)污染物排放量，如表3所示。

根據(jù)表3可以算出燃油汽車(chē)行駛百公里分別排放NOx8g、CO100g、HC10g。表4列出了電動(dòng)汽車(chē)與燃油汽車(chē)污染物排放量對(duì)比結(jié)果?；痣姀S(chǎng)燃料燃燒充分，CO、HC排放量較少，相對(duì)燃油汽車(chē)，電動(dòng)汽車(chē)減少了CO和HC等污染物的排放。但我國(guó)火電廠(chǎng)的燃煤中硫分較高，交通運(yùn)輸行業(yè)“以電代油”后會(huì)增加SO2排放量。根據(jù)表4，電動(dòng)汽車(chē)替代汽油汽車(chē)后，增加了NOx、顆粒物排放，表明交通工具“以電代油”后，NOx、顆粒物排放量會(huì)增加，但燃煤電廠(chǎng)一般都建在城市邊緣，遠(yuǎn)離城市中心，電動(dòng)汽車(chē)替代燃油汽車(chē)后會(huì)降低城市中心區(qū)域污染程度，改善空氣質(zhì)量。而且隨著我國(guó)燃煤電廠(chǎng)的技術(shù)改造升級(jí)[6]，未來(lái)可逐步降低SO2和NOx的排放量。

4 結(jié)論

假設(shè)到2015年底，全國(guó)電動(dòng)汽車(chē)保有量50萬(wàn)輛，平均每輛車(chē)一年行駛2.5萬(wàn)km，綜合電耗為14kWh/100km，燃油汽車(chē)平均綜合油耗為8L/100km，則一年可減少CO2排放91萬(wàn)t。

因此，即便在我國(guó)煤電占比80%的情況下，電動(dòng)汽車(chē)仍具有明顯減排的作用，值得大規(guī)模推廣。今后，隨著我國(guó)發(fā)電煤耗值、供電線(xiàn)路損失、廠(chǎng)用電損失的降低及電池充放電效率、清潔能源發(fā)電比例的提升，電動(dòng)汽車(chē)的減排作用將會(huì)更加突出。大力推廣包括純電動(dòng)汽車(chē)在內(nèi)的新能源汽車(chē)不是一個(gè)臨時(shí)的短期措施，而是意義重大的、長(zhǎng)遠(yuǎn)的戰(zhàn)略考慮。