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答疑解惑:电动汽车真的节能环保吗?

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答疑解惑:电动汽车真的节能环保吗?

发布日期:2017-04-12 作者: 点击:

       发展电动汽车是国家节能减排战略的重要组成部分。电动汽车比燃油车燃料消耗少,尾气排放少,既降低了用车人的燃料支出,又保护了人类赖以生存的环境,真可谓功在当代、利在千秋。很多重视节能环保的高知人群开始使用电动汽车。

  但很多人对这个论点提出了质疑,认为无锡电动汽车使用的电是发电厂生产的,远距离传输和充电都有损耗,不可能节约能源,而中国发电主要靠燃煤,煤的污染物排放更多,排放只是换了地方,根本没有减少。

  发电输电技术正好是笔者的专长,今天就让我来给大家分析分析,希望能拨开这团迷雾。

  1. 燃料支出对比

  以北汽EV150为例,电动汽车每百公里耗电16度,每度电0.5元(私人充电桩按居民电价收费,且不执行阶梯电价),百公里燃料支出8.25元。同款燃油汽车E150的油耗6.5升/百公里,单价6.67元,百公里燃料支出43.4元。也就是说使用电动车节约燃料支出80%。

  江淮电动汽车iEV4与燃油汽车和悦是同款。iEV4百公里电耗是13度,6.5元。和悦百公里油耗7.5升,50元。电动车燃料支出节约87%。

表1 电动汽车与同款燃油汽车燃料支出对比表(私人桩)

北汽

电动汽车

EV150

燃油汽车

E150

节省比例

百公里耗能

16

6.5升汽油


百公里燃料支出

8.25

43.4

80%

江淮

电动汽车

iEV4

燃油汽车

和悦

节省比例

百公里耗能

13度电

7.5升汽油


百公里燃料支出

6.5

50

87%


  注意以上均是同款车对比,如果找整备质量相同的车对比,省钱肯定更多,不过那样比也就不公平了。其它的电动汽车,如比亚迪e6、日产启辰晨风、腾势等都没有同版的燃油汽车,如果对应同级别车,也能得到类似的支出节省比例。

  如果是在公共充电站充电,可能要交纳服务费,服务费有最高限价,目前各个充电站还没有确定自家的服务费是多少。如果按照服务费的最高限价收取,每度电1元,而且电价执行工商业电价0.8元/度,则电动汽车的燃料支出与燃油汽车对比优势不明显。

表2 电动汽车与同款燃油汽车燃料支出对比表(充电站)

北汽

电动汽车

EV150

燃油汽车

E150

节省比例

百公里耗能

16度电

6.5升汽油


百公里燃料支出

28.8

43.4

34%

江淮

电动汽车

iEV4

燃油汽车

和悦

节省比例

百公里耗能

13度电

7.5升汽油


百公里燃料支出

23.4

50

53%


       2. 能量消耗对比

  省钱不一定省能源。想要客观地比较电动汽车和燃油汽车的节能水平,就需要比较能耗。这里科luo普suo一下,度(千瓦时)是专门用于衡量电能的单位,其它的能量单位还有焦耳和大卡(即千卡路里),大卡多用于热量。各个单位之间有固定的换算关系,1度电=1kWh=3.6*10^6焦耳,1卡=4.182焦耳,1大卡即1千卡。为了便于对比,本文全部归算到标准单位焦耳。

  算一算EV150和E150各消耗了多少能源。16度电相当于5.76*10^7焦耳。6.5升汽油按照0.725kg/升的密度和4.6*10^7焦耳/kg的发热量,大概是2.17*10^8焦耳。两相对比,使用电动汽车节能73%。

表3 北汽电动汽车EV150和燃油汽车E150能耗对比表

无锡电动汽车

  看到这个结果肯定令很多人大吃一惊。电动汽车怎么会这么节能呢?大道理讲起来可能很复杂。这里只简单说一下,电动机是使用电磁感应原理将电能直接转化为机械能的,转化效率高,而且空载能耗为0;而汽车发动机是燃烧汽油膨胀空气推动活塞来做功的,排出的高温尾气带走了大量热量,能量转化效率较低,在30-40%,而且空载时为了保持怠速还需要烧油,因此能耗高。电动汽车真心节能,而且节能效果很显著。

  当然这个分析还很粗浅。因为电是二次能源,要用电先发电,要给出个负责任的结论,能耗要从发电侧算起。目前中国大概四分之三的电来自火力发电厂,火电绝大多数是燃煤发电。燃煤发电可以说是最不环保的一种发电形式,但中国离不开这种形式,因为火电发电稳定,发电功率可控,而中国缺油少气,煤炭相对多,只能用煤炭发电。另外煤炭对外依存度低,多年来基本保持自给自足,为了保证能源安全,也只能选择煤炭。现在中国煤炭产量和用量都是世界第一。

  现在就以燃煤发电为例,计算电动汽车能耗。典型的燃煤发电厂发1度电煤耗大概300g。标煤的发热量2.93*10^7焦耳/kg,因此发1度电消耗8.79*10^6焦耳热量(发电的能量转化效率41%)。北汽EV150百公里16度电,如果从发电到用电考虑30%的损耗(发电环节7-8%损耗,输配电环节15-20%损耗,充电5%损耗),折合发电侧耗电21度,则耗煤6.3千克,折算发热量1.85*10^8焦耳,比燃油汽车节能15%。

  为什么节能15%,却能节省燃料支出80%呢?就是因为一个是烧煤,一个是烧油,而中国的煤炭实在是太便宜了。按照煤炭价格最高的时刻1000元/吨计算,EV150跑100公里的源端购煤成本只有6.3元,比E150的购油支出43.4元低了太多,传导到用户的支出就节省了80%。

表4 北汽电动汽车EV150和燃油汽车E150能耗折算对比表

  以上是偏于保守的估计,损耗比例估的偏高,而且发电按全部都是煤电来估算的。因为中国四分之三的电来自燃煤,而其它的来源(水电、风电、核电、光伏)不消耗不可再生的化石能源,因此可以说更节能。

  3. 污染物排放对比

  前面已经分析了,北汽电动汽车EV150百公里折合耗煤约6.3千克,同款燃油汽车E150耗油6.5升。有了这个数字,就可以对比排放数字了。燃烧每千克标煤排放2.5千克CO2,75克SO2,37克NOx,0.68千克粉尘;燃烧1升汽油排放2.25千克CO2,还排放氮氧化物、碳氢化合物、一氧化碳、颗粒物等,但网上不能查到单位排放量。只能从2010年的总污染物排放数字中估算每台车的排放量,如下表。

表5 北汽电动汽车EV150和燃油汽车E150排放对比表

百公里排放污染物

电动汽车

EV150

燃油汽车

E150

百公里耗能

6.3千克煤

6.5升汽油

CO2(千克)

15.75

14.6

NOx(克)

233

600

SO2(克)

472.5

30

CH(克)


500

CO(克)


4000

固体颗粒物(克)

4284

60


  因为烧煤与烧油排放的污染物不尽相同,因此不好比较燃烧1千克煤和燃烧1升汽油哪个更清洁环保。但有一个结论是公认的,就是能源集中利用比分散利用要高效和清洁的多,大型电厂比一家一户的小煤炉要清洁的多。

环保部最新修订的《火电厂大气污染物排放标准》要求排放浓度上限甚至不低于美国和欧洲标准。火电厂都要进行脱硫脱硝除尘改造,改造成本大约250元/kW,对个人来说这是一笔不小的支出。大型火电厂每个地区就只有几家,非常利于监督检查。

  按照中电联发布的2013年度火电厂烟气脱硫、脱硝、除尘信息,目前全国90%的发电机组安装了脱硫装置,绝大多数使用石灰石-石膏湿法脱硫,脱硫率95%以上;全国50%的发电机组安装了脱销装置,多采用SCR法,脱硝率80-90%;全国20%的发电机组安装了除尘器,采用袋式和电袋复合式除尘器,除尘率可达99%。

  环保部不仅要求全部火电厂都要安装脱硫、脱硝、除尘设备,最近更要求建设脱硫脱硝除尘监测系统,对火电厂脱硫脱硝除尘情况进行实时监测。因此,使用电动汽车,不仅可以节省化石燃料,而且通过集中处理,可以大幅减少污染物排放。

  以上比较是以全部电都来自燃煤电厂为前提分析得到的。如果考虑当前有一定比例的电来自水电、风电、核电、光伏等清洁能源,再考虑未来我国的清洁能源发电比例会越来越高,那么无疑电动汽车会比燃油汽车更环保。

  4. 进一步分析

  为什么把化石能源直接转化为汽车的动能效率低,而化石能源转化为电能再转化为汽车的动能效率就会高呢?多一次转换肯定多一份损耗,道理上讲不通。下面贩电伙计就进一步分析分析,讲讲这个道理。

  第一、电动汽车普遍采用了制动能量回收。电能的优势就是非常便于转化,使用一台设备——电机——就能完成从电能转化为机械能、从机械能转化为电能的双向转化。而化石能源普遍不具备这样的特性,刹车时的能量只能白白浪费。根据估算,电动汽车采用制动能量回收后,在拥挤的城市道路能够节能30%以上。

  第二、汽油汽车在临时停车时有怠速消耗,电动汽车没有。这主要是汽油发动机和电动机的特点不同造成的。电动汽车停止时,电动机是停转的,而启动时电动机最大扭力输出。汽油汽车停车时,汽油发动机仍需要保持转动,才能保证较快地启动。当然也有人呼吁汽车等红灯时尽量熄火,由于等红灯时间大多小于1分钟,据测算这样做的省油率少于10%,而且对发动机不好。

  第三、大型电厂追求更高的能量利用效率。火电厂发电原理是燃烧煤炭,加热水,产生高温高压的水蒸气,推动涡轮旋转,带动发电机发电。为了提高效率,被加热的水蒸气一般都要推动两级或三级涡轮,而且尾汽还要再利用于供热。中国北方的暖气就是热电厂的尾汽再利用的结果。

  根据上述原因分析,结论不言而喻,电动汽车比燃油汽车更节能环保。


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