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《对电动汽车综合能耗与方向的探究和》

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［摘要］文章对电动汽车的能耗及排放追溯至电力供应环节,计算不同能源供给模式下电动汽车的综合能耗及排放,并对各类汽车能耗排放展开对比分析后发现：如果完全采用火电供给充电,电动汽车综合能耗及CO2综合排放高于其他类型汽车；随着近年来国家火电发电比例的减少,电动汽车综合能耗及CO2排放大幅下降,已经低于燃油汽车；如采用太阳能电池直接为电动汽车充电,其CO2综合排放仅为火力发电模式的1/28.由此预期与清洁能源有效结合的电动汽车将成为汽车工业未来的发展方向.

［关键词］电动汽车；综合能耗；CO2综合排放；清洁能源

［DOI］1013939/jcnkizgsc201706039

经历近40年经济高速发展,中国汽车工业发生了翻天覆地的变化,在汽车工业飞速发展、满足人们出行便利的同时,汽车尾气已然成为大气污染、城市雾霾发生的主要源头之一.

为有效抑制汽车尾气的排放,各国政府纷纷严格尾气排放标准,出台发展新能源汽车的鼓励政策.在特斯拉纯电动汽车获得成功的鼓舞下,纯电动汽车的车型种类及保有量逐年提高,现在美国电动汽车的保有量已超过40万辆,中国已超过260万辆.

当我们欣喜于电动汽车开始普及,在大街上能时不时看到飞驰而过的特斯拉Model S及比亚迪纯电动车e6,感慨于汽车技术的进步,期待城市雾霾的消失时,却往往忽略了当前技术下电动汽车的真实能耗.

为了探究电动汽车的真实能耗及排放,本文将对电动汽车的能耗及排放从电力供应环节开始进行分析还原.文中电动汽车的综合能耗为100km直接能耗对应的发电能耗,电动汽车综合排放是综合能耗对应的CO2排放.对当前的电动汽车综合能耗、综合排放与燃油汽车、油电混合汽车的能耗展开对比分析,同时在此基础数据上展望汽车未来的发展方向.

1电动汽车与其他类别汽车的直接能耗对比

为了了解电动车的能耗,选取了目前几款代表各自厂家技术先进性的主流中型车与特斯拉Model S85做直接能源消耗对比(表1).

从以上对比数据可以看出,当前汽车直接能耗优势排序为：电动汽车-混动汽车-涡轮增压发动机-自然吸气发动机.从直接能源消耗看,无疑电动汽车节能优势较为明显.电动汽车采用电动机驱动,电动机的效率可以高达98%,同时在利用电动机刹车时产生电流,可回收部分刹车制动的能量,提高了能效.另外,由于电动汽车没有直接排放,不会直接污染环境,减少了城市热岛效应.

2不同发电模式下电动汽车综合能耗及CO2综合排放对比

为了探究电动汽车的真实能耗及排放,我们对电动汽车的能耗及排放从电力供应环节进行分析还原.

近年来清洁能源发电发展迅速,不同国家的电力供应结构不同.采用不同发电模式为电动车充电,对应的电动车的综合能耗及CO2综合排放情况如何呢？为此以特斯拉Model S85D为例,通过综合能耗及排放的计算,寻找出其中的规律.

特斯拉Model S85D不同发电模式下综合能源消耗及CO2综合排放对比表(表2)：

CO2综合排放(kg/100km)234 101 057 081 *光伏系统的能量回收期为05~14年之间.而太阳能电池的有效寿命为20年,(光伏发电系统能量回收期等于光伏系统全生命周期内的总能耗/光伏系统年发电量),按回收期为两年测算,光伏衰减率为5%/年,光伏系统的能量回收率为：1*(95%)+(1*(95%)^2）+,……(1*(95%)^20)≈14

火力发电的平均效率为40%~50%,平均输配电损失为17%,特斯拉100km直接消耗的25kW·h电能,需要271MJ的煤的能量才能提供.折算为汽油为766L,略高于与自然吸气发动机的汽车.折算为标准煤为90kg,CO2排放为234kg/100km,约为燃油汽车的14倍.

采用分布式天然气发电,能量消耗节约可超过50%；如果采用太阳能直接为汽车充电,则能耗仅为022kg标准煤/100km,如果采用太阳能发电间接充电,由于增加了中间蓄电池的充放电损耗,则能耗将会高于直接充电方式.

数据分析显示,采用分布式天然气发电及太阳能电池供电将会大幅度降低能源消耗.采用太阳能电池后CO2间接排放仅为火力发电供电模式的约1/28,为燃油汽车的约1/20,为分布式发电模式的约1/12.

3当前供电结构下电动汽车综合能耗及CO2综合排放计算分析

由于能源形式多样,电动汽车充电电源的来源有多种途径.为进一步认识电动汽车能耗及环境效益,需对国家电力系统发电情况做一些了解.

近年来我国大力发展清洁能源,2015年国家电网主要供电方式——火电占比为66%.国家统计局2016年7月15日发布消息,2016年1~6月,风电绝对发电量同比增长139%；太阳能绝对发电量同比增长281%；火电全国发电量的比重为5679%,首次占比下降到60%以下.

在不考虑电力建设制造能耗的情况下,对不同火电比例供电模式的特斯拉Model S85需求电能综合能源消耗及CO2排放进行计算,数据如下(表3)：

表3数据显示,随着火力发电份额下降,电动汽车的综合能源消耗及CO2排放显著下降.

传统汽车与电动汽车在目前国家电网供电结构下的能源消耗及CO2排放水平对比情况请见表4：

4结论

(1)纯电动汽车直接能源消耗水平较低,但考虑网损及传输效率等相关因素将其电耗测算为油耗,其能源利用效率较低.如果完全采用火电供给,电动汽车的综合能耗及排放实际高于其他类型汽车,其中综合排放约为燃油汽车排放的14倍；在2016年中国火电发电占比为56%的情况下,电动汽车的综合能耗及CO2综合排放低于现有的燃油汽车,但综合排放仍然略高于混动汽车.

(2)未来电动汽车的发展只有与清洁能源结合起来,才能发挥最大的环保效益.从汽车能源消耗测算数据看,与清洁能源配合使用的电动汽车具有明显的节能及环保优势.我们可以预见与清洁能源相结合的电动汽车将成为汽车未来发展的主要方向之一.

在汽车未来的发展中,我们还将期待发动机技术颠覆性的突破、电池技术的进一步完善、石墨烯电池技术的普及应用以及清洁能源与电动汽车的完美结合,希望在将来,汽车不再是大气污染、城市雾霾发生的源头.

参考文献：

［1］［美］韦克菲尔德电动汽车发展史［M］.北京:北京理工大学出版社,1998（8）

［2］博思数据2016—2020年中国纯电动汽车行业市场投资前景研究及趋势分析研究报告［M］.北京:博思数据研究中心,2016-4-11

［作者简介］杨亦铭(1999—),四川成都人,成都七中(林荫)在读学生,曾获第29届成都青少年科技创新大赛科技发明一等奖.

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