基于分子C含量的電動汽車減排分析

_ 時培成 劉剛 解辰 趙雪松

1安徽工程大學 2奇瑞汽車股份有限公司 3蕪湖市新能源汽車推廣辦

“十一五”期間我國汽車保有量以年均約20%的速度增長，未來隨著人民生活水平的提高，汽車保有量將進一步增加，石油供需不平衡將進一步擴大。2010年以來，我國石油對外依存度一直超過50%，對進口石油的高度依賴，已嚴重影響到我國的能源安全。同時汽車尾氣嚴重污染了城市環(huán)境，尤其PM2.5已成為當今中國及全世界關注的熱點問題。開發(fā)新能源汽車替代傳統(tǒng)燃油汽車，已成為我國解決能源安全和環(huán)境污染的重要舉措。電動汽車是新能源汽車的重要分支之一，世界主要發(fā)達國家均提出了電動汽車發(fā)展目標，北京、深圳、合肥等“十城千輛”城市已提出相應的電動汽車購買補貼政策，并已規(guī)模試運行電動汽車。從汽車終端用能效率看，電動機效率遠高于內燃機效率，但我國是以煤為主的發(fā)電結構，在電能生產(chǎn)環(huán)節(jié)會消耗大量的煤，排放較多CO2，推廣電動汽車的減排效果令人生疑。

本文根據(jù)我國煤電占比較高的基本國情，提出一種基于分子C含量的精確碳排放計算方法，對兩種整車質量相近的電動汽車和燃油汽車行駛相同的距離之后排出的氣體量進行比較，判斷電動汽車是否具有減排貢獻。

1 計算CO2排放量

電動汽車使用中可以實現(xiàn)“零排放”，但是這種“零排放”是將排放氣體轉移到別的地方為代價的。國家統(tǒng)計局公布的中國2013年全年統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，中國2013年全年發(fā)電量52451億kWh，其中火電42153億kWh，占全國總發(fā)電量的比例為80%。火電廠發(fā)電排放了大量的氣體，所以有人認為電動汽車和燃油汽車相比是將排放氣體轉移到發(fā)電廠排放了。本文分別將整車質量為1500kg和1100kg左右的電動汽車和相同質量的燃油汽車行駛百千米時排出的CO2量進行比較，來判斷電動汽車是否能減排。

1.1 燃油汽車燃燒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。以93#汽油計算，可以根據(jù)方程式（1）來計算汽油燃燒時排放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 電動汽車消耗1kWh的氣體排放量

1.2.1 我國現(xiàn)階段電廠每1kwh的碳排放量

以2013年全國發(fā)電標煤消耗320g/kWh計算：

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

320×0.68÷12×44=797.8g

1.2.2電動汽車實際充入1kWh電能的碳排放計算

從電廠發(fā)出的電輸送到用戶一般要經(jīng)過升壓變壓器升壓，然后經(jīng)過高壓線輸送，再經(jīng)過變壓器降壓后送到用戶，這個過程存在線路損耗和變壓器的鐵耗和銅耗。由中電聯(lián)發(fā)布的2012年全國電力工業(yè)運行簡況顯示，全國電網(wǎng)輸電線路損失率為6.6%，這里取7%計算。

電廠的電還有一部分用于電廠內部的消耗，即我們常說的廠用電。普通的電廠廠用電率為5%～10%，本文取廠用電率為5%來計算。在給電池充電和放電的過程中充電機也有電能的損耗，根據(jù)各個充電機廠家提供的數(shù)據(jù)來看，目前國內的充電機效率一般為94%，即損耗率大約為6%。發(fā)電廠發(fā)電有多種發(fā)電方式，一般只有火電廠才會排出CO2氣體，而全國約有80%的電廠為火電廠。

由此可以計算出電動汽車實際充入1kWh電的碳排放量為：

1×80%÷93%÷95%÷94%×797.8=768.5g

表1 國家“863”計劃主要技術指標

表2 國內部分電動汽車性能參數(shù)

2 電動汽車與傳統(tǒng)燃油汽車的碳排放對比

根據(jù)國家“863”計劃對電動汽車考核的主要技術指標（表1），電動汽車大體可以分為兩類。本文對這兩類不同類型的電動汽車和重量相當?shù)娜加推囘M行比較，得出各自的碳排放量。

(1) 整車質量≤1100kg

通常整車質量在1100kg左右的電動汽車和1.5L排量的燃油汽車重量相似。國內大部分廠家生產(chǎn)的1.5L燃油汽車百公里油耗數(shù)據(jù)大約為7L。同樣可以算出此類燃油車行駛百公里的碳排放量為：7×2.254=15.78kg。同理可計算出排出等量的CO2，等同電動汽車百公里耗電量為：15.78÷0.7685=20.5kWh。

（2）整車質量≤1500kg

從汽車廠商公布的整車參數(shù)來看，一般整車質量在1500kg左右的電動汽車和1.8L排量的燃油汽車重量相似。國內一些主流的汽車廠家提供的1.8L排量的百公里油耗數(shù)據(jù)大約為8.5L，由此可以計算出1.8L排量的燃油汽車行駛百公里的碳排放量為：8.5×2.254=19.159kg。由此可以計算出排放等量的CO2，等同電動汽車百公里耗電量為19.159÷0.7685=25.0kWh。

由以上計算可知，若整車質量在1500kg左右的電動汽車百公里耗電小于25kWh，整車質量在1100kg左右的電動汽車百公里耗電小于20.5kWh，電動汽車就能比燃油汽車減少CO2的排放。根據(jù)表2給出的國內一些電動汽車的性能參數(shù)表可知，不同類型的電動汽車在能滿足國家“863”計劃主要技術指標的條件下，都具有明顯的減排作用。

表3 國II、III、Ⅳ階段排放限值 g/km

表4 電動汽車與燃油汽車污染物排放量對比

3 電動汽車其他污染物排放對比分析

電動汽車在行駛過程中不排放任何有害氣體，但燃煤發(fā)電過程中卻有大量污染物排放。根據(jù)《中國統(tǒng)計年鑒2013》和《中國能源統(tǒng)計年鑒2013》數(shù)據(jù)計算，2012年全國發(fā)電、供熱用煤合計24.09億t標準煤，當年電力、熱力的生產(chǎn)和供應業(yè)共排放SO22117.63萬t、煙塵1235.77萬t、氮氧化物2337.76萬t，則平均每噸標煤發(fā)電產(chǎn)生SO28.79kg、煙塵5.13kg、NOx9.7kg。按照供電標煤耗320g/kWh、供電線路、廠用電、電池效率總損率達20%計算，電動汽車每消耗1kWh電，相應排放SO23.51g，煙塵2.05g和NOx3.88g，根據(jù)表2電動汽車平均行駛百公里折算成火電廠排放SO249.6g，煙塵29.0g，NOx54.8g。

傳統(tǒng)燃油汽車污染物排放方面,2010年起全國各地陸續(xù)開始實施機動車國IV放標準，根據(jù)國家排放標準《輕型汽車污染物排放限值及測量方法（中國Ⅲ、Ⅳ階段）》（GB18352.3-2005）中的第4階段排放控制要求，確定汽車污染物排放量，如表3所示。

根據(jù)表3可以算出燃油汽車行駛百公里分別排放NOx8g、CO100g、HC10g。表4列出了電動汽車與燃油汽車污染物排放量對比結果。火電廠燃料燃燒充分，CO、HC排放量較少，相對燃油汽車，電動汽車減少了CO和HC等污染物的排放。但我國火電廠的燃煤中硫分較高，交通運輸行業(yè)“以電代油”后會增加SO2排放量。根據(jù)表4，電動汽車替代汽油汽車后，增加了NOx、顆粒物排放，表明交通工具“以電代油”后，NOx、顆粒物排放量會增加，但燃煤電廠一般都建在城市邊緣，遠離城市中心，電動汽車替代燃油汽車后會降低城市中心區(qū)域污染程度，改善空氣質量。而且隨著我國燃煤電廠的技術改造升級[6]，未來可逐步降低SO2和NOx的排放量。

4 結論

假設到2015年底，全國電動汽車保有量50萬輛，平均每輛車一年行駛2.5萬km，綜合電耗為14kWh/100km，燃油汽車平均綜合油耗為8L/100km，則一年可減少CO2排放91萬t。

因此，即便在我國煤電占比80%的情況下，電動汽車仍具有明顯減排的作用，值得大規(guī)模推廣。今后，隨著我國發(fā)電煤耗值、供電線路損失、廠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，電動汽車的減排作用將會更加突出。大力推廣包括純電動汽車在內的新能源汽車不是一個臨時的短期措施，而是意義重大的、長遠的戰(zhàn)略考慮。