電動汽車與傳統汽車排放性對比分析

張磊，許挺，江道灼，梁一橋

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

電動汽車與傳統汽車排放性對比分析

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研究中心，浙江舟山316000；2.杭州市電力局，杭州310009；3.浙江大學電氣工程學院，杭州310027）

從油耗計算及已有試驗結果兩方面入手，對傳統燃油汽車進行排放性分析；結合電動汽車電能傳輸效率計算，將電動汽車排放性歸算至發電廠側。分別對電動汽車與傳統汽車的排放性及噪聲污染進行比較分析，指出發展電動汽車對改善環境的重要性。

電動汽車；傳統汽車；排放性；噪聲污染；比較

0 引言

汽車工業是我國國民經濟的支柱產業。作為最常用的交通工具，汽車也是人民提高生活水平必不可少的一部分。然而，近年來隨著汽車保有量的迅速增長，能源枯竭及環境污染等問題也越來越受到關注，因此迫切需要一種新型汽車來代替傳統的燃油汽車。

電動汽車是以蓄電池為動力的新型汽車。第一輛電動汽車誕生于1881年，但由于蓄電池技術的限制，發展緩慢。直到20世紀70年代以后，美國、日本和德國等國家的汽車公司才陸續開發出電動汽車。“十五”期間，我國電動汽車的關鍵技術取得了突破性進展，電動客車已進入小批量運行與應用階段[1]。電動汽車具有低噪聲、低排放、綜合利用能源等突出優點，是新世紀汽車工業緩解能源危機和環境污染的重要途徑。本文將定量比較電動汽車與傳統汽車的排放性。

1 傳統汽車的排放性

傳統汽車在運行過程中會產生大量有害氣體，不僅對環境治理造成巨大壓力，而且對人體健康產生危害。排放的有害氣體主要包括[2]：

二氧化碳（CO2），是傳統燃油汽車釋放最多的氣體，也是造成溫室效應的主要氣體，致使全球變暖，物種減少，極端天氣頻發，直接威脅人類生存。

一氧化碳（CO），一種無色的有毒氣體，易與血液中的血紅蛋白結合，危害中樞神經系統。

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

碳氫化物（HC），汽車尾氣中的一類有機物廢氣，包含苯、甲苯、二甲苯等有害物質，其中以苯危害最大。苯是一種致癌物質，會引發人體貧血、血小板減少、粘膜出血、血癌等疾病。

二氧化硫（SO2），一種無色無味的氣體，危害人體肝、腎、心臟等器官，對呼吸系統有強烈的刺激作用。另外它還是造成酸雨的重要原因，對農作物和人民生活造成危害。

臭氧（O3），對人體的肝、肺、心臟等都產生不同程度的不良影響。

傳統汽車種類繁多，各車型排放量參差不齊，為方便起見，本文對某一典型客車的排放性進行分析，該車型為上海通用五菱生產的LZW6381BF微型燃油客車。文獻[3]通過使用均值方法、統計量方法、標準偏差分析、單因素方差分析、基于穩健的Z比分數以及控制圖分析方法等得出該車型尾氣排放量的實驗結果如表1所示。

表1 LZW6381BF微型客車排放性試驗結果g/km

由表1數據可知，該型燃油汽車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角度分析、核實該車型的CO2排放性。

在工信部發布的各類車型油耗數據庫[4]中可查得LZW6381BF微型客車每百公里的油耗為8.20 L（市區工況）和6.20 L（市郊工況）。

汽油是對分子含碳量在5～8的一類烷烴的通稱。汽油標號一般是以正辛烷的含量來標定的，正辛烷含量越高，汽油的標號越高，汽油分子量在90～120。汽油密度一般為730 g/L，93號比90號汽油密度略高，97號和93號汽油則基本沒區別。按照化學方程式：

730 g汽油完全燃燒排放的CO2質量為：

730×（44×16）÷（114×2）=2.254 kg

即一升汽油充分燃燒產生2.254 kg CO2。

根據以上分析，LZW6381BF微型客車的CO2排放性為：184.828 g/km（市區工況）、139.748 g/km（市郊工況）。表1中的數據符合實際情況。

另外，由文獻[5]知，以汽油為燃料的汽車燃燒1 L汽油會排放0.295 g SO2，根據表1可計算出該車型在該實驗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 電動汽車排放性

電動汽車以蓄電池為驅動，在運行時幾乎沒有尾氣排放，直接的廢氣排放比燃油汽車減少90%以上。電動汽車以消耗電能取代消耗石油，而現今我國電能大多數仍然來自燃煤發電。因此，火電廠由此增加的廢氣排放要歸算入電動汽車的排放性之中。

2.1 電動汽車電能傳輸效率分析

根據財政部《節能量審核培訓教材》，電力產能的價值按當年火電發電標準煤耗計算，我國2006年為0.367 kgce/（kWh）、2007年為0.357 kgce/（kWh）、2008年為0.349 kgce/（kWh），其中kgce為用標準煤表示的能量消耗量，依據國家標準（GB 2589-2008）規定，每千克標準煤的熱值為29 271 kJ。因此，取2008年的數據，從能量角度可計算得出火電廠的效率：

根據《2009中國工業化藍皮書》，2007年全國電網輸配電線損率為6.97%。

在充/放電方面，較為先進的動力鋰離子電池充/放電電能轉換效率可大于97%，而目前動力電池以鉛酸蓄電池的生產技術最為成熟，該技術充/放電電能量轉換效率約為80%[6]。

因此，電動汽車電能傳輸效率為：

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個百分點以上。

2.2電動汽車排放性分析

由于目前市場上電動汽車較少，為方便分析，本文以已推出的車型為例。長城汽車公司推出一款名為“歐拉Ⅱ”的新能源電動汽車，該車型耗電量為10 kWh/100 km。根據上文分析，考慮到火電廠發電損耗、輸電損耗、蓄電池充/放電損耗，將電動汽車行駛100 km折算到火電廠需要消耗的標準煤數量為：

國家發改委發布的相關文件[7]中表示：工業鍋爐每燃燒1 t標準煤，就產生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。經過廢氣處理后，發電廠向大氣排放的CO2仍為2.46 kg/kg標準煤，SO2為0.006 kg/kg標準煤[8]。同時根據相關資料預測，2010年火電廠燃燒排放的NOX為0.008 7 kg/kg標準煤[9]。

根據以上分析，可計算出電動汽車行駛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”電動汽車排放性計算結果

3 電動汽車與傳統汽車的排放性對比分析

3.1 電動汽車與傳統汽車的排放性比較

根據上文對電動汽車和傳統燃油汽車排放性的分析計算，得出兩者的排放性對比，見表3。

表3 傳統汽車與電動汽車排放性比較

表3中，傳統汽車的排放為尾氣直接排放；而電動汽車基本沒有尾氣，其排放集中體現為燃煤火電廠對大氣的排放。由表3可知，電動汽車較傳統汽車而言，向大氣排放的有害氣體的種類有所減少，即基本不含CO和HC（碳氫化合物），而CO和HC正是大氣污染中危害最大的氣體成分。對于NOX和SO2兩項，直接排放量仍然比較小，且發電廠已采取一系列積極措施，如投運脫硫、脫硝工程，以減少NOX及SO2的排放。對于兩者排放廢氣中占絕大多數的CO2，電動汽車的排放量減少了約31%，這對緩解溫室效應引起的全球變暖及氣候異常有較大的作用。

3.2 電動汽車在排放性上的優勢

從長遠發展來看，在有害氣體排放上，電動汽車較傳統汽車而言有以下優勢：

（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入產業化，電動汽車的效率將更為提高，單位路程所消耗的電能將會減少，對應的火電廠廢氣排放也隨之減少。

（2）電動汽車對大氣的污染集中體現在發電廠側，相對于傳統汽車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（風力、水力、潮汐能、太陽能等）發電和核能發電比重的增大，電力產能的大氣污染物排放將逐漸減少，進而使電動汽車對環境的間接排放進一步減少。

（4）在我國節能減排政策的促使下，火電廠已采取一系列措施來減少CO2，NOX及SO2的排放，由此使電動汽車產生的這3種污染物排放也隨之減少。

3.3 電動汽車與傳統汽車的噪聲污染比較

除了有害氣體對環境造成壓力，汽車的噪聲污染也不容忽視。傳統汽車產生的噪聲有很多種，包括輪胎噪聲、傳動機噪聲、制動噪聲、車體噪聲等。據統計，大型客車的噪聲在70～75 dB，小型汽車在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。當噪聲超過一定標準時，人們會出現頭暈、頭痛、耳鳴、煩躁、惡心等不良反應，嚴重影響人民生活、工作及身心健康。

與傳統汽車相比，電動汽車沒有氣缸和復雜的傳動機構，其噪聲只包括少量的電磁噪聲和機械噪聲，比傳統汽車低10～15 dB。對兩種汽車噪聲試驗[10]的結果見表4[11]，可見電動汽車是降低道路交通噪聲的有效途徑。

表4 傳統汽車與電動汽車噪聲比較

4 結論

綜上所述，電動汽車與傳統燃油汽車相比，在排放性方面有極大的改觀，對大氣的污染集中體現在發電廠側，隨著2011版《火電廠大氣污染物排放標準》的實施，發電廠各種減排措施的實行也將大幅減少CO2，NOX和SO2的排放。另外，電動汽車在行駛時發出的噪聲也有所減小，為營造良好的道路環境起到有效作用。電動汽車取代傳統汽車將是汽車工業發展的必然趨勢。

[1]吳光強.汽車理論[M].北京：人民交通出版社，2007.

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

[3]覃書勇.輕型汽車排放試驗對比試驗結果的分析[J].裝備制造技術.2009，8:4-5.

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

[5]郭文雙，申金升，徐一飛.電動汽車與燃油汽車的環境指標比較[J].交通環保.2002，23（2）:22.

[6]電動汽車發展與比較[OL/EB].http://www.o2ev.com/zhcn/news_04_04.html，2010.6.25.

[7]《節能中長期專項規劃》發改環資[2004]2505號[OL/EB]. http://www.moc.gov.cn/2006/jiaotongjj/07jiaotjnw/zhengcefg/guojiazc/200703/t20070312_197789.htm，2010.7.2.

[8]代百乾，張忠孝，王婧，等.我國火力發電節煤和CO2/ SO2減排潛力的探討[J].節能技術.2008，26（2）:164.

[9]畢玉森.電站鍋爐NOX排放現狀、預測及技術政策[J].中國電力.1998，12（31）:59-62.

[10]張春香，焦仁普，王再宙.純電動汽車用電動機系統噪聲頻譜特性實驗研究[J].微電機.2009（4）:73-74.

[11]魏丹，劉莘昱.電動汽車環境效益比較分析研究[J].河南電力.2009（4）:4-6.

（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工作。