藍(lán) 倩

純電動公交車運(yùn)營基本情況分析

藍(lán) 倩

（長安大學(xué) 汽車學(xué)院，陜西 西安 710064）

為研究純電動公交車的基本運(yùn)營狀況，通過對比純電動公交車運(yùn)營推廣情況、推廣時(shí)存在的問題來分析其運(yùn)營發(fā)展現(xiàn)狀，分析影響其運(yùn)營效率的因素，提出當(dāng)前純電動公交車運(yùn)營存在的問題，并對技術(shù)創(chuàng)新、基礎(chǔ)設(shè)施、車輛調(diào)度計(jì)劃以及采購計(jì)劃四方面提出合理的建議。結(jié)果表明，我國的純電動公交車的推廣應(yīng)用還處于初級階段，關(guān)鍵技術(shù)、基礎(chǔ)配套設(shè)施、運(yùn)營推廣模式、產(chǎn)品質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)等方面還有很大的發(fā)展空間，其運(yùn)營效果存在著東部、西部發(fā)展不平衡等問題。研究結(jié)果可為純電動公交車的運(yùn)營推廣提供理論依據(jù)。

純電動公交車；充電設(shè)施；運(yùn)營情況；新能源；運(yùn)營效率

進(jìn)入21世紀(jì)以來，我國經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展，汽車的數(shù)量也在不斷增加。據(jù)公安部交通局?jǐn)?shù)據(jù)顯示，截至2022年3月底，全國機(jī)動車保有量達(dá)4.02億輛，其中新能源汽車保有量達(dá)891.5萬輛，占汽車總量的2.90%。其中純電動汽車保有量為724.5萬輛，占新能源汽車總量81.2%[1]。另外，我國對于石油和天然氣的進(jìn)口需求也越來越高，據(jù)中國石油和化學(xué)工業(yè)協(xié)會的數(shù)據(jù)顯示，2021年我國原油進(jìn)口對外依存度達(dá)72%，天然氣對外依存度達(dá)到46%[2]。因此，在石油和天然氣等不可再生能源日益消耗、全球面臨能源危機(jī)、尾氣排放對環(huán)境的污染越來越嚴(yán)重、全球都開始尋求環(huán)境友好的出行方式等背景下，發(fā)展新能源汽車成為當(dāng)下研究的主流。

為降低碳排放，我國提出了“雙碳”戰(zhàn)略發(fā)展目標(biāo)，由于公交車運(yùn)營的時(shí)間、區(qū)域、路線固定，需要經(jīng)常起動和停車，容易進(jìn)行跟蹤維護(hù)，對動力電池的容量要求較低，所以新能源汽車在公交客車市場有很大的發(fā)展前景。但是由于沒有良好的運(yùn)營調(diào)度方案與其相適應(yīng)、充電設(shè)施未能及時(shí)匹配，純電動公交車在很多地區(qū)的推廣狀況并不理想，這是本文的研究背景。

近年來，國內(nèi)外對純電動公交車的研究主要集中在三方面，一是研究純電動公交車的能耗、生命周期等問題。文獻(xiàn)[3]認(rèn)為，在未來十年（2019－2029年）中，由鋰離子電池和氫燃料電池驅(qū)動的電動公交車將在世界范圍內(nèi)無處不在，取代由內(nèi)燃機(jī)燃燒的化石燃料驅(qū)動的公交車和長途汽車。文獻(xiàn)[4]對鋰離子電池電動公交車和柴油公交車的生命周期進(jìn)行了比較評估，結(jié)果表明，電動客車的能耗和排放均優(yōu)于柴油客車。

二是研究適合各城市的純電動公交車運(yùn)營和發(fā)展策略。主要分析各城市電動公交車發(fā)展特點(diǎn)，包括政府支持、居民出行需求、環(huán)保等方面，提出適合各城市的電動公交車發(fā)展策略。如文獻(xiàn)[5]提出線路全部或部分采用電動公交車、采用分散充電模式等對策提高運(yùn)營效率；文獻(xiàn)[6-8]分別對重慶、福州、深圳的電動公交車發(fā)展策略進(jìn)行研究。這些均屬于較為宏觀的研究，一般結(jié)合規(guī)劃問題研究車隊(duì)發(fā)展模式。

三是研究純電動公交車的運(yùn)營模式，包括車輛數(shù)、電池?cái)?shù)、不同充電策略、調(diào)度計(jì)劃等。關(guān)于充電模式，文獻(xiàn)[9]對比分析了快充模式和慢充模式兩種充電模式，認(rèn)為快速充電盡管成本較高，但還是值得考慮，因?yàn)樗€具有其他優(yōu)點(diǎn)，如使用較小的電池，可以大大降低車輛的成本和生命周期對環(huán)境的影響。文獻(xiàn)[10]分析了不同充電方式的電動公交車的生命周期成本和充電要求，得出結(jié)論，電動公交車的生命周期成本受到資本成本的嚴(yán)重影響，包括公交車和充電設(shè)備的采購成本?？紤]到12年的使用壽命，終端站充電電動巴士的生命周期成本可能略低于柴油巴士，但平均而言，它們的生命周期成本高出7%。夜間充電巴士的生命周期成本平均比柴油巴士高 26%，機(jī)會充電巴士的生命周期成本高35%。

以上關(guān)于公交運(yùn)營的研究一般都是針對單一充電模式，并且比較關(guān)注電動汽車的核心技術(shù)，很少關(guān)于影響純電動公交車運(yùn)營效率因素的研究。本文從純電動公交車銷量、應(yīng)用推廣情況以及影響其運(yùn)營效率的因素這三個方面進(jìn)行研究，最后結(jié)合調(diào)查情況，提出當(dāng)前純電動公交客車運(yùn)營存在的問題，并對接下來其投放運(yùn)營和推廣發(fā)展提出合理化建議。

1 運(yùn)營發(fā)展現(xiàn)狀分析

1.1 運(yùn)營推廣情況

2022年3月22日，國家發(fā)展改革委、國家能源局印發(fā)《“十四五”現(xiàn)代能源體系規(guī)劃》，在有關(guān)汽車的部分，積極推動新能源汽車在城市公交等領(lǐng)域應(yīng)用，到2025年，新能源汽車新車銷量占比達(dá)到20%左右。

交通運(yùn)輸部《2021年交通運(yùn)輸行業(yè)發(fā)展統(tǒng)計(jì)公報(bào)》顯示，2021年末全國擁有城市公共汽電車70.94萬輛，比上年末增長0.7%，其中純電動車41.95萬輛、增長10.8%，占整個城市公共汽電車比重為59.1%、提高5.4個%。具體占比如圖1所示，由此可見在新能源公交車中，純電動公交車在我國是最受歡迎的公交車類型。

圖1 城市公共汽電車分類型占比

由于各個城市地理環(huán)境、氣候條件以及推廣政策的不同，純電動公交車的發(fā)展速度也不盡相同。圖2是各中心城市純電動公交車的占比，數(shù)據(jù)摘自交通運(yùn)輸部科學(xué)研究院《2019中國新能源公交車推廣應(yīng)用研究報(bào)告》。顯而易見，純電動公交車在各個省的占比相差很大，其中截止到2019年，廣東省推廣應(yīng)用最廣，西部地區(qū)推廣數(shù)量較少。

圖2 各省新能源公交車推廣情況

在經(jīng)濟(jì)較為發(fā)達(dá)的中部和東部地區(qū)，由于其地理環(huán)境比較適合純電動公交車的發(fā)展，因此，發(fā)展較快，并且運(yùn)營所需的基礎(chǔ)設(shè)施和關(guān)鍵技術(shù)體系已經(jīng)逐漸趨于成熟。而在西部地區(qū)的發(fā)展速度較為緩慢，主要是因?yàn)槲鞑康貐^(qū)幅員遼闊，對續(xù)駛里程的要求較高，并且受海拔、溫度等環(huán)境條件的制約，動力電池不能很好地工作。整體而言，純電動公交車在我國的發(fā)展是不均衡、不充分的，東、西部地區(qū)發(fā)展程度差異很大，運(yùn)營現(xiàn)狀也參差不齊。因此，發(fā)展較慢的西部地區(qū)應(yīng)向技術(shù)已經(jīng)趨于成熟的中、東部地區(qū)學(xué)習(xí)，盡快實(shí)現(xiàn)純電動公交的運(yùn)營推廣，縮小東、西部地區(qū)發(fā)展運(yùn)營的差距。

1.2 推廣時(shí)存在的問題

純電動公交車在我國發(fā)展迅速得益于一系列政策的支持，并且逐漸代替?zhèn)鹘y(tǒng)燃油車是一種趨勢，也適應(yīng)于全國節(jié)能減排的需求。但是要在國內(nèi)大面積推廣，需要面臨的難題和挑戰(zhàn)還有很多，當(dāng)前的推廣方式也還存在很多的不足。

（1）在我國，純電動公交車的發(fā)展主要由政府主導(dǎo)，這就意味著一旦政府的購車補(bǔ)助有所下降就勢必會影響純電動公交車的銷量和發(fā)展速度，而長期由政府主導(dǎo)會導(dǎo)致政府財(cái)政負(fù)擔(dān)過重，純電動公交車的發(fā)展也無法長期保持穩(wěn)定。因此，我國的純電動公交車市場亟需從政府主導(dǎo)轉(zhuǎn)變?yōu)槭袌鲋鲗?dǎo)。

（2）目前制約純電動公交車發(fā)展的因素主要是整車成本太高，需要政府補(bǔ)貼較大的數(shù)額來降低公交企業(yè)的購置成本。但是降低成本從根本上來說應(yīng)該從技術(shù)層面出發(fā)，而不是單純依靠國家補(bǔ)貼。

（3）充電樁等配套設(shè)施數(shù)量不足，以及建設(shè)困難是制約純電動公交車發(fā)展的另一大難題。造成充電樁數(shù)量不足的原因主要有兩方面：一方面是沒有提前規(guī)劃好充電樁、充電站，以及換電站等基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)，導(dǎo)致出現(xiàn)充電困難，有車無樁的現(xiàn)象；另一方面是目前純電動公交車的推廣應(yīng)用大多位于中心城市，而中心城市人口密度大，用地困難，進(jìn)而導(dǎo)致了充、換電站建設(shè)困難。

2 運(yùn)營效率影響因素

2.1 動力電池

純電動公交車動力電池主要有鋰電池、鉛酸蓄電池和鎳氫蓄電池三種。其中鋰電池是最適合用于純電動公交車上的蓄電池。其缺點(diǎn)是安全性差，有爆炸的危險(xiǎn)，并且價(jià)格最貴，而且在產(chǎn)業(yè)化方面還面臨著很大的瓶頸。要想用純電動公交車完全取代傳統(tǒng)燃油車，在動力電池的能量密度和功率密度方面還有很長的路要走，而且得有較寬的工作溫度范圍，即在–45 ℃～80 ℃內(nèi)都可以正常運(yùn)行，才能與傳統(tǒng)燃油車的發(fā)動機(jī)相當(dāng)。但是對于上述標(biāo)準(zhǔn)，鋰電池還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能達(dá)到，因此，產(chǎn)業(yè)化還存在很大的困難。

純電動公交車對于蓄電池的比能量要求較高，而鋰電池會成為純電動公交車的主要研究方向，所以未來關(guān)于動力電池的研究應(yīng)該側(cè)重于電池的正負(fù)極、電解質(zhì)材料、制作合成工藝等，以此提高動力電池的性能。

2.2 充電模式

純電動公交車有多種充電模式，按充電過程使用的介質(zhì)不同可以分為有線充電和無線充電。而有線充電模式又可以分為直充模式和換電模式，其中，換電模式是指當(dāng)純電動公交車上的動力電池電能耗盡時(shí)換上充滿電的電池的充電方式，直充模式是直接用專用電力線纜在整車上充電，不需要更換電池組。直充模式按照充電速度的不同又可以分為快速充電模式和慢速充電模式[11]。

直接充電模式不需要專門建設(shè)換電站，投資較少，占地面積也相對較少，不用像換電模式那樣頻繁地更換動力電池組，可以減輕對電極和車架的損害。但是快充模式會影響電池的壽命，慢充模式消耗的時(shí)間太長，并且建設(shè)密集的充電設(shè)施目前還存在困難。從上述幾種充電模式的技術(shù)特點(diǎn)來看，換電模式在短期內(nèi)比較適合我國純電動公交車的發(fā)展情況，因此，近期應(yīng)該以換電模式為主，直接充電模式為輔。但是從長期來看，隨著動力電池性能的提高，續(xù)駛里程的增長以及充電技術(shù)的成熟，未來的充電模式應(yīng)該轉(zhuǎn)變?yōu)橐月淠Ｊ綖橹鳎斐淠Ｊ綖檩o的方式，緊急情況下采用換電模式。

3 問題及建議

3.1 存在的問題

1.續(xù)駛里程不足

由于動力電池容量的限制，導(dǎo)致其續(xù)駛里程太短而無法完全代替?zhèn)鹘y(tǒng)燃油公交車。

2.整車成本過高

目前，造成純電動公交車整車成本過高的最主要原因仍然是動力電池的昂貴價(jià)格，動力電池的成本大概占整車成本的60%[13]，而整車價(jià)格大約是傳統(tǒng)燃油公交車的兩到三倍。雖然國家對于新能源汽車的補(bǔ)貼力度很大，但是僅僅依靠國家的補(bǔ)貼政策是不夠的，而且近幾年關(guān)于新能源汽車的補(bǔ)貼也有所下降。另外，由于動力電池逐年衰減，其使用壽命一般只有五年，而傳統(tǒng)燃油公交車的使用壽命一般是八年，為了使純電動公交車的使用壽命與傳統(tǒng)燃油公交車的使用壽命相當(dāng)，在其使用期間大概需要更換兩次電池。這樣一來純電動公交車的運(yùn)營成本雖低，但其購置成本卻是傳統(tǒng)燃油公交車的好幾倍，這在很大程度上制約了純電動公交車的發(fā)展。

3.充電設(shè)施不足

造成充電樁數(shù)量不足的原因主要有兩方面：一方面是受國家高額補(bǔ)貼的驅(qū)使，很多公交企業(yè)一次性購入大量純電動公交車，但是卻沒有提前規(guī)劃好充電樁、充電站，以及換電站等基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)，導(dǎo)致出現(xiàn)充電困難，有車無樁的現(xiàn)象；另一方面是目前純電動公交車的推廣應(yīng)用大多位于中心城市，而中心城市人口密度大，用地困難，進(jìn)而導(dǎo)致了充、換電站建設(shè)困難。

4.車輛運(yùn)營維護(hù)成本上升

雖然有研究表明，2016年中國城市純電動公交車平均車輛故障率約0.52次/萬公里，為傳統(tǒng)燃油公交車（1.6次/萬公里）的三分之一[12]，但是純電動公交車的保養(yǎng)維護(hù)要求高，在使用期間需要經(jīng)常檢查動力電池的使用狀態(tài)，這就增加了純電動公交車的運(yùn)營維護(hù)成本。另外純電動公交車的涉水性能不穩(wěn)定，嚴(yán)重時(shí)會引發(fā)安全問題。

5.車輛運(yùn)營計(jì)劃復(fù)雜

純電動公交車的車輛運(yùn)營計(jì)劃和傳統(tǒng)燃油公交車的運(yùn)營計(jì)劃有很大的差別，除了需要考慮和傳統(tǒng)燃油公交車一樣的運(yùn)營調(diào)度計(jì)劃以外，還要在運(yùn)營間隙進(jìn)行充電，另外如果運(yùn)營路線的首末站沒有配備充電樁還要協(xié)調(diào)出純電動公交車去其他充、換電站充電的時(shí)間。所以在引入純電動公交車以后，必須對原有的行車調(diào)度計(jì)劃進(jìn)行必要的調(diào)整，以適應(yīng)純電動公交車的運(yùn)營特點(diǎn)。

3.2 建議

1.促進(jìn)技術(shù)創(chuàng)新

可以在動力電池、驅(qū)動電機(jī)、充電模式這幾方面進(jìn)行技術(shù)創(chuàng)新，還可以研究新型的電動公交車。例如近幾年出現(xiàn)的“雙源無軌電車”[14]，這種新型的電動公交車既可以利用動力電池所儲存的能量運(yùn)轉(zhuǎn)，也可以利用線網(wǎng)直接充電使汽車運(yùn)行。這樣一來就解決了續(xù)駛里程不足的問題，而且最大的優(yōu)點(diǎn)就是不用額外建設(shè)充電站，僅僅利用線網(wǎng)就可以實(shí)現(xiàn)充電，很大程度上解決了城市建設(shè)充電站困難的問題。

2.完善基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)

充電設(shè)施的緊缺對純電動公交車運(yùn)營效率有著很大的影響，有些地區(qū)還存在充電樁布局不合理、利用率低等現(xiàn)象[15]。因此，合理地布局規(guī)劃充電設(shè)施，能提高公共充電樁的利用率。

3.合理制定車輛運(yùn)營調(diào)度計(jì)劃

一方面可以根據(jù)充電模式的不同加以調(diào)整，如快充模式的純電動公交車充電時(shí)間靈活，其續(xù)駛里程可以通過多次充電來補(bǔ)充，而慢充模式一般是白天運(yùn)營晚上充電，對于公交線路的首末站是否配備有充電樁的要求較高。另一方面要根據(jù)充電設(shè)施建設(shè)的完善程度、動力電池性能隨季節(jié)的變化以及動力電池的衰減程度不斷調(diào)整行車調(diào)度計(jì)劃，以使線路上配備的純電動公交車數(shù)量最低，達(dá)到運(yùn)營效率最高的目標(biāo)。

4.合理制定采購計(jì)劃

公交企業(yè)應(yīng)在制定采購計(jì)劃的同時(shí)提前規(guī)劃好充、換電站的建設(shè)地點(diǎn)以及合理布局。在滿足充電樁建設(shè)規(guī)劃條件的公交線路上優(yōu)先投放純電動公交車；在用地緊張的地區(qū)可以增加購入快充模式的公交車數(shù)量，這樣的話配備的充電樁數(shù)量會比慢充模式的純電動公交車所需的充電樁數(shù)量少一些。另外，在建設(shè)充、換電站的過程中可能會出現(xiàn)需要對電網(wǎng)進(jìn)行擴(kuò)容的問題，這就需要提前規(guī)劃好，由供電企業(yè)提前進(jìn)行擴(kuò)容以滿足純電動公交車充電的需要。

4 結(jié)論與展望

我國的純電動公交車的推廣應(yīng)用還處于初級階段，關(guān)鍵技術(shù)、基礎(chǔ)配套設(shè)施、運(yùn)營推廣模式、產(chǎn)品質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)等方面還有很大的發(fā)展空間。從全國純電動公交車的運(yùn)營推廣效果來看，還存在著中部、東部、西部發(fā)展不平衡的問題，尤其是東北和西部的一些地區(qū)由于當(dāng)?shù)睾０魏蜏囟鹊挠绊?，純電動公交車的技術(shù)體系還很不成熟，有著很大的發(fā)展空間。從動力電池、充電模式兩個影響純電動公交車運(yùn)營效率的因素來看，動力電池是影響純電動公交車運(yùn)營效率最主要的因素，所以未來關(guān)于動力電池的研究應(yīng)該側(cè)重于電池的正負(fù)極、電解質(zhì)材料、制作合成工藝等，以此提高動力電池的性能。充電模式需要根據(jù)各地區(qū)特點(diǎn)來選擇，例如在用地緊張地區(qū)可以多采用快充模式。

本文只淺析了影響純電動公交車運(yùn)營效率的幾個主要因素，并沒有對其作用機(jī)理以及解決辦法給出更多的描述，關(guān)于這方面還需要進(jìn)一步的研究。

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Analysis on the Basic Situation of Pure Electric Bus Operation

LAN Qian

( School of Automobile, Chang’an University, Xi’an 710064, China )

In order to study the basic operation status of pure electric buses, the operation and development status of pure electric buses is analyzed by comparing the operation and promotion of pure electric buses and the problems existing in the promotion, the factors affecting their operation efficiency are analyzed, the problems existing in the current pure electric bus operation are put forward, and reasonable suggestions are put forward in four aspects: technical innovation, infrastructure, vehicle scheduling plan and procurement plan. The results show that the popularization and application of pure electric buses in China is still in the primary stage, and there is still much room for development in key technologies, infrastructure, operation and promotion mode, product quality standards, etc. the operation effect has problems such as the unbalanced development of the East and the West. The research results can provide a theoretical basis for the operation and promotion of pure electric buses.

Pure electric bus;Charging facilities;Operation situation;New energy;Operation efficiency

U491.1

A

1671-7988(2022)24-209-05

U491.1

A

1671-7988(2022)24-209-05

10.16638/j.cnki.1671-7988.2022.024.039

藍(lán)倩（1998—），女，碩士研究生，研究方向?yàn)榻煌ò踩芾恚珽-mail:1481152357@qq.com。