純電動公交車運營基本情況分析

藍 倩

純電動公交車運營基本情況分析

藍 倩

（長安大學 汽車學院，陜西 西安 710064）

為研究純電動公交車的基本運營狀況，通過對比純電動公交車運營推廣情況、推廣時存在的問題來分析其運營發展現狀，分析影響其運營效率的因素，提出當前純電動公交車運營存在的問題，并對技術創新、基礎設施、車輛調度計劃以及采購計劃四方面提出合理的建議。結果表明，我國的純電動公交車的推廣應用還處于初級階段，關鍵技術、基礎配套設施、運營推廣模式、產品質量標準等方面還有很大的發展空間，其運營效果存在著東部、西部發展不平衡等問題。研究結果可為純電動公交車的運營推廣提供理論依據。

純電動公交車；充電設施；運營情況；新能源；運營效率

進入21世紀以來，我國經濟高速發展，汽車的數量也在不斷增加。據公安部交通局數據顯示，截至2022年3月底，全國機動車保有量達4.02億輛，其中新能源汽車保有量達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口需求也越來越高，據中國石油和化學工業協會的數據顯示，2021年我國原油進口對外依存度達72%，天然氣對外依存度達到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、尾氣排放對環境的污染越來越嚴重、全球都開始尋求環境友好的出行方式等背景下，發展新能源汽車成為當下研究的主流。

為降低碳排放，我國提出了“雙碳”戰略發展目標，由于公交車運營的時間、區域、路線固定，需要經常起動和停車，容易進行跟蹤維護，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展前景。但是由于沒有良好的運營調度方案與其相適應、充電設施未能及時匹配，純電動公交車在很多地區的推廣狀況并不理想，這是本文的研究背景。

近年來，國內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[3]認為，在未來十年（2019－2029年）中，由鋰離子電池和氫燃料電池驅動的電動公交車將在世界范圍內無處不在，取代由內燃機燃燒的化石燃料驅動的公交車和長途汽車。文獻[4]對鋰離子電池電動公交車和柴油公交車的生命周期進行了比較評估，結果表明，電動客車的能耗和排放均優于柴油客車。

二是研究適合各城市的純電動公交車運營和發展策略。主要分析各城市電動公交車發展特點，包括政府支持、居民出行需求、環保等方面，提出適合各城市的電動公交車發展策略。如文獻[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營效率；文獻[6-8]分別對重慶、福州、深圳的電動公交車發展策略進行研究。這些均屬于較為宏觀的研究，一般結合規劃問題研究車隊發展模式。

三是研究純電動公交車的運營模式，包括車輛數、電池數、不同充電策略、調度計劃等。關于充電模式，文獻[9]對比分析了快充模式和慢充模式兩種充電模式，認為快速充電盡管成本較高，但還是值得考慮，因為它還具有其他優點，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境的影響。文獻[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，得出結論，電動公交車的生命周期成本受到資本成本的嚴重影響，包括公交車和充電設備的采購成本。考慮到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%，機會充電巴士的生命周期成本高35%。

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

1 運營發展現狀分析

1.1 運營推廣情況

2022年3月22日，國家發展改革委、國家能源局印發《“十四五”現代能源體系規劃》，在有關汽車的部分，積極推動新能源汽車在城市公交等領域應用，到2025年，新能源汽車新車銷量占比達到20%左右。

交通運輸部《2021年交通運輸行業發展統計公報》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境、氣候條件以及推廣政策的不同，純電動公交車的發展速度也不盡相同。圖2是各中心城市純電動公交車的占比，數據摘自交通運輸部科學研究院《2019中國新能源公交車推廣應用研究報告》。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，廣東省推廣應用最廣，西部地區推廣數量較少。

圖2 各省新能源公交車推廣情況

在經濟較為發達的中部和東部地區，由于其地理環境比較適合純電動公交車的發展，因此，發展較快，并且運營所需的基礎設施和關鍵技術體系已經逐漸趨于成熟。而在西部地區的發展速度較為緩慢，主要是因為西部地區幅員遼闊，對續駛里程的要求較高，并且受海拔、溫度等環境條件的制約，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展是不均衡、不充分的，東、西部地區發展程度差異很大，運營現狀也參差不齊。因此，發展較慢的西部地區應向技術已經趨于成熟的中、東部地區學習，盡快實現純電動公交的運營推廣，縮小東、西部地區發展運營的差距。

1.2 推廣時存在的問題

純電動公交車在我國發展迅速得益于一系列政策的支持，并且逐漸代替傳統燃油車是一種趨勢，也適應于全國節能減排的需求。但是要在國內大面積推廣，需要面臨的難題和挑戰還有很多，當前的推廣方式也還存在很多的不足。

（1）在我國，純電動公交車的發展主要由政府主導，這就意味著一旦政府的購車補助有所下降就勢必會影響純電動公交車的銷量和發展速度，而長期由政府主導會導致政府財政負擔過重，純電動公交車的發展也無法長期保持穩定。因此，我國的純電動公交車市場亟需從政府主導轉變為市場主導。

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

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

2 運營效率影響因素

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。其缺點是安全性差，有爆炸的危險，并且價格最貴，而且在產業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 ℃內都可以正常運行，才能與傳統燃油車的發動機相當。但是對于上述標準，鋰電池還遠遠不能達到，因此，產業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，所以未來關于動力電池的研究應該側重于電池的正負極、電解質材料、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，換電模式是指當純電動公交車上的動力電池電能耗盡時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，慢充模式消耗的時間太長，并且建設密集的充電設施目前還存在困難。從上述幾種充電模式的技術特點來看，換電模式在短期內比較適合我國純電動公交車的發展情況，因此，近期應該以換電模式為主，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，續駛里程的增長以及充電技術的成熟，未來的充電模式應該轉變為以慢充模式為主，而快充模式為輔的方式，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.續駛里程不足

由于動力電池容量的限制，導致其續駛里程太短而無法完全代替傳統燃油公交車。

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格，動力電池的成本大概占整車成本的60%[13]，而整車價格大約是傳統燃油公交車的兩到三倍。雖然國家對于新能源汽車的補貼力度很大，但是僅僅依靠國家的補貼政策是不夠的，而且近幾年關于新能源汽車的補貼也有所下降。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燃油公交車的使用壽命相當，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營成本雖低，但其購置成本卻是傳統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展。

3.充電設施不足

造成充電樁數量不足的原因主要有兩方面：一方面是受國家高額補貼的驅使，很多公交企業一次性購入大量純電動公交車，但是卻沒有提前規劃好充電樁、充電站，以及換電站等基礎設施的建設，導致出現充電困難，有車無樁的現象；另一方面是目前純電動公交車的推廣應用大多位于中心城市，而中心城市人口密度大，用地困難，進而導致了充、換電站建設困難。

4.車輛運營維護成本上升

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維護要求高，在使用期間需要經常檢查動力電池的使用狀態，這就增加了純電動公交車的運營維護成本。另外純電動公交車的涉水性能不穩定，嚴重時會引發安全問題。

5.車輛運營計劃復雜

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

3.2 建議

1.促進技術創新

可以在動力電池、驅動電機、充電模式這幾方面進行技術創新，還可以研究新型的電動公交車。例如近幾年出現的“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轉，也可以利用線網直接充電使汽車運行。這樣一來就解決了續駛里程不足的問題，而且最大的優點就是不用額外建設充電站，僅僅利用線網就可以實現充電，很大程度上解決了城市建設充電站困難的問題。

2.完善基礎設施的建設

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

3.合理制定車輛運營調度計劃

一方面可以根據充電模式的不同加以調整，如快充模式的純電動公交車充電時間靈活，其續駛里程可以通過多次充電來補充，而慢充模式一般是白天運營晚上充電，對于公交線路的首末站是否配備有充電樁的要求較高。另一方面要根據充電設施建設的完善程度、動力電池性能隨季節的變化以及動力電池的衰減程度不斷調整行車調度計劃，以使線路上配備的純電動公交車數量最低，達到運營效率最高的目標。

4.合理制定采購計劃

公交企業應在制定采購計劃的同時提前規劃好充、換電站的建設地點以及合理布局。在滿足充電樁建設規劃條件的公交線路上優先投放純電動公交車；在用地緊張的地區可以增加購入快充模式的公交車數量，這樣的話配備的充電樁數量會比慢充模式的純電動公交車所需的充電樁數量少一些。另外，在建設充、換電站的過程中可能會出現需要對電網進行擴容的問題，這就需要提前規劃好，由供電企業提前進行擴容以滿足純電動公交車充電的需要。

4 結論與展望

我國的純電動公交車的推廣應用還處于初級階段，關鍵技術、基礎配套設施、運營推廣模式、產品質量標準等方面還有很大的發展空間。從全國純電動公交車的運營推廣效果來看，還存在著中部、東部、西部發展不平衡的問題，尤其是東北和西部的一些地區由于當地海拔和溫度的影響，純電動公交車的技術體系還很不成熟，有著很大的發展空間。從動力電池、充電模式兩個影響純電動公交車運營效率的因素來看，動力電池是影響純電動公交車運營效率最主要的因素，所以未來關于動力電池的研究應該側重于電池的正負極、電解質材料、制作合成工藝等，以此提高動力電池的性能。充電模式需要根據各地區特點來選擇，例如在用地緊張地區可以多采用快充模式。

本文只淺析了影響純電動公交車運營效率的幾個主要因素，并沒有對其作用機理以及解決辦法給出更多的描述，關于這方面還需要進一步的研究。

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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

藍倩（1998—），女，碩士研究生，研究方向為交通安全管理，E-mail:1481152357@qq.com。