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1、215 2010中 国 科 技 投 资新能源车的 节能减碳效果和成本有效性分析文/ 国家发展和改革委员会能源研究所 朱松丽当前，国家、地方和行业都力推以电动汽车为代表的新能源 /节能汽车的发展，除掌握先机、保障能源安全的战略性思考和小部分“跑马圈地” 、跟风而上的非理性行为外，其初衷还包括抑制交通部门油品需求的过快增长，促进目前和未来节能减排目标的实现。但从本质上讲，实实在在的节能效果和成本优势是促进新能源汽车产业发展的内在和根本动力。在目前和可预测的技术背景下，新能源/ 节能车在能效和排放方面是否真的比传统汽车具有优势？如果有优势，与传统技术相比，节能减碳的成本是否在可接受的范围内？本文对此
2、作一解答。新能源/ 节能城市公交车的性能、 二 氧化碳排放强度及成本比较1 . 纯电动汽车( 电池驱动)目前推广的纯电动汽车多使用高性能的锂电池，如锰酸锂和磷酸铁锂电池，容量为3 0 0 安时左右, 理论续驶里程可以达到1 5 0 2 0 0 公里，但在城市工况和使用空调的情况下，续驶里程将大打折扣，例如在上海世博会比较保守的方案中，电动汽车每行驶8 0 公里就需更换一次电池，一天将更换三次。为此组委会耗巨资建立充电站和换电站，并配备专业人员。在满充满放状态下锂电池的循环寿命可达到充放电1 0 0 0 次左右，也就是说运行1 0 万公里左右，纯电动汽车可能就需更换电池。如果用作大城市公共汽车，
3、年运营公里超过5 万公里，则需2 3 年更换一次电池。电池成本占整车成本的三分之一左右：目前一辆豪华电动公交车的整车成本约为1 7 0 万元( 包括一套电池) ，而电池成本超过5 0 万元。一辆普通柴油汽车的价格仅为6 0 万元, 沃尔沃豪华柴油大巴也仅8 0万元，寿命可以达到1 0 年左右。纯电动汽车每百公里平均电耗约为1 3 0 度，按照我国较发达地区火电平均发电煤耗3 2 0 克标煤/ 度( g c e / k W h ) 计算，每公里能耗约为4 2 0 g c e / k m ，与同等规模的柴油车( 3 7 升/ 1 0 0 公里) 不相上下。但如果计算燃料成本，柴油车百公里成本约为2
4、 2 0 元( 按6 元/ 升计算) ，而纯电动汽车仅为1 3 0 元( 按电价1 元/ k W h 计算) ，比柴油车节省 4 0 % 。如果按照谷时段电价计算，电动汽车的燃料成本将更低。另外，由于没有内燃机系统，电动汽车的日程维修维护费用也较柴油车低。纯电动汽车在运营过程可以实现零排放；如果考虑到发电过程中的排放( 按排放强度 8 6 0 g / k W h 计算) ，则二氧化碳排放强度约为 1 . 1 2 公斤二氧化碳 / 公里( k g C O2/ k m ) ，比普通柴油车的排放强度 ( 约 9 3 0 g C O2/ k m ) 还高2 0 % 。 2 . 超级电容汽车“超级电容汽
5、车”看似是一个新名词，其实它并不是一种新技术，而是无轨电车( 轿箱顶部带有俗称“大辫子”的集电杆)的“变身” 。这种技术首先于2 0 0 3 年在上海开始应用，世博会也少量引入。它的优点在于不需要架空线和集电杆，对城市景观无影响；超级电容的充电速度非常快，全部充满只需要三分钟；在每个站台都配备有充电设施的情况下，利用停靠站台乘客上下的时间就可以为电容充电。缺点在于超级电容的放电速度也非常快，理论上可以行驶4 6 公里，在城市工况下最多行目前有可能规模化应用的新能源 / 节能汽车是纯电动汽车和混合动力汽车，燃料电池汽车和太阳能汽车还处于初级研发阶段。就纯电动汽车而言，通常提及的是由锂电池或铅酸电
6、池驱动的汽车，此外还有超级电容汽车和混合电能电容电动汽车( 即“电池 +电容” ，以下称“双电”汽车) 。本文通过对上海市的实地调研和分析，选择这三种电动城市公交车、混合动力城市公交车以及常规柴油公交车( 均为大型客车) 进行节能研究和成本比较。22 5 2010中 国 科 技 投 资SPECIAL FOCUS封面文章辆新能源汽车补贴5 0 万的政策能够真正到位，那么8 年2 2 0 万( 1 1 0 - 5 0 + 2 0 * 8 ) 的购置和使用成本，与柴油车相当，公交公司有能力承受。4 . 混合动力汽车武汉是我国首个批量采购混合动力客车作为城市公交车的城市，已有4 0 0 辆自主研发的东
7、风混合动力汽车在街头运营。但目前尚无具体运营数据公布。据专家估计，混合动力客车在城市工况下约能节油1 5 % ，但整车成本增加了3 0 % 左右。但由于拥有两套动力系统，混合动力汽车的日程维修维护费用较普通柴油车高一些。新能源/ 节能城市公交车与常规汽车 的综合比较根据以上调研和分析，本文对典型新能源/ 节能城市公交车与同类柴油车进行了能耗、排放和成本方面的综合比较，初步结果见表1 。为更直观地表示寿命期内新能源/ 节能汽车与传统汽车在成本上的具体差别，本文采用了平准成本( l e v e l i z e d c o s t ， 以下简称L C ) 的概念，即将购买和运行某种汽车技术的总成本折
8、算成其寿命期内的等量年平均成本。计算中具体考虑了汽车的购置成本、燃料成本、维修维护成本、技术寿命、贴现率等。为更具有可比性，平准成本还可转换成完成单位旅客周转量的成本L C C ( 元/ 人公里) 。具体结果见图1 。可以看出，纯电动汽车的平准成本达到6 5 万元/ 年( 按每两年更换一次电池计算) ，而同类柴油汽车只有3 3 万元/ 年。通过性能和成本的比较可以发现，纯电动汽车的技术还很不成熟。最大的约束在于蓄电池的能量储存、耐久性以及整车控制系统。 城市工况下续驶里程较短，对于日运营里程较长、运营寿命1 0 年左右的公共汽车来说是难以接受。 其次是成本， 整车价格及电池的价格远远超出了目前
9、市场的承受能力。即使为整车购置提供一次性补贴， 更换电池的成本也是非常高昂的。 可以说蓄电池的性能和成本是纯电动汽车成败的关键。如果在大中城市公共交通系统推广纯电动汽车，除给与高额购置补贴外，对电池的使用和更换也必须采用更灵活的驶1 公里就需要充电。在人车交汇的城市道路上行驶，超级电容汽车很有可能无法停靠在特定站台，容易出现“断电”的现象。因此，这种技术的灵活性较差，仅仅是一种过渡性技术。超级电容汽车电耗稍低于纯电动汽车，约1 k W h / k m ( 与无轨电车相当) ，相应排放强度低于同规模柴油车。整车价格1 5 0 万， 较纯电动汽车低， 但也比柴油车高一倍以上。 此外， 由于超级电容
10、密度大， 这种汽车比常规汽车要重一些。. 超级电容电动城市公交车以上海雷博新能源汽车技术有限公司生产的“双电” ( 超级电容+ 锂电池) 电动汽车为例，这种技术在一定程度上结合了纯电动汽车和超级电容汽车的优点：起步阶段利用超级电容的快速放电特性和强大动力，加速时瞬间大电流放电实现快速平稳启动，在减速刹车时最大限度地将瞬间制动能量回收；正常行驶阶段利用蓄电池，这样使电池始终处于“浅送浅放”的稳定状态，对延长续驶里程和电池寿命都大有裨益。从2 0 0 6 年8 月第一辆雷博电动环卫车在上海南站使用以来，2 0 0 7 年9 月1 0 辆汽车投入上海公交集团8 2 5 公交线运营至今，上海市政府班车
11、也采用了这种电动汽车。在北京、青岛、桂林、广州、大连等城市，雷博汽车了取得较好的示范效果。收集来的实际运营数据表明， “双电”公共汽车的续驶里程可达到甚至超过 2 5 0 公里( 使用空调的情况下为1 5 0 公里) ，基本可以满足城市公交车的需求，电池寿命可达到5 年左右( 运营3 0 万公里左右) 。夜间一次充电需4 小时。但是由于同时配置两套系统， “双电”汽车的重量和体积均增加了很多，对整车的设计和控制策略的设计均有很大的影响；同时，同其它电动汽车一样，电池水平还有待进一步提升。从某种角度看， “双电”电动汽车也可以认为是一种过渡技术。当纯电动汽车的电池容量达到4 0 0 安时以上时，
12、基本上能够满足公交车起步时的功率需求，超级电容系统就可以退出了。“双电”电动汽车的电耗水平和排放水平与一般纯电动车相当；普通 “双电” 电动汽车售价在1 7 0 1 8 0 万元左右( 包括一套电池) ，豪华车接近2 0 0 万。由于既安装超级电容也安装蓄电池，这种汽车的重量比一般汽车重 2 0 %左右。虽然这种技术的口碑尚可，但由于整车价格还是远远高于普通柴油车，因此市场范围难以扩大。目前雷博公司采用这样的销售策略：车辆销售价格1 1 0 万元( 不包括电池) ，在8 年期内，用户可以租赁的方式使用电池，年租赁费( 约2 0 万) 不高于同期同类柴油车的使用费用。如果政府对一表1 典型新能源
13、/ 节能汽车与常规柴油车的比较235 2010中 国 科 技 投 资图1 典型新能源/ 能汽车成本与常规汽车成本比较图示方式，否则公共财政负担可能很重。超级电容汽车只是一种过渡性技术，灵活性差，只适合在特定线路行驶，不适于普及。目前看来“双电”电动汽车的发展潜力较好，电容和电池取长补短使机车获得了较好的续驶里程，也使电池寿命大大延长。但整车性能和成本依然是严重影响其市场化的重大障碍。不论是纯电动汽车还是“双电” ，较低的燃料费用和维修维护费用不足以弥补其昂贵的购置成本。如初步计算所示， “双电” 电动汽车运行1 0 年( 更换一次电池) 的年平均运营成本是普通柴油车的1 . 6 倍。在推广阶段
14、，除政府补贴外，灵活的电池租赁方式也很重要。在目前的发电效率和电源结构下，电动汽车的能耗水平与柴油车相差无几( 超级电容车低一些) ；就温室气体排放而言，虽然电动汽车在运营阶段是零排放，如果考虑到发电过程中的排放，电动汽车排放强度( g C O2/ k m ) 可能并不优于柴油车。如 果发电效率和电源结构能有较大改观，电动汽车的排放强度很有可能好于柴油车。初步计算，当单位电力生产排放强度降至7 0 0 g C O2/ k W h 时，就可以基本保证电动客 车的排放不逊于柴油大巴。此外，电动汽车白天行驶、夜间充电的运行方式，有利于电网的峰谷平衡，改善电网负荷特性，减少为维持电网低负荷运行而引起的
15、调峰费用， 平抑电网峰谷差。 从这个角度讲， 在电动汽车数量没有达到必须使电网额外提供大量电力的情况下，电动汽车短期内的排放劣势或许可以忽略。混合动力汽车的技术发展较为成熟。但在城市工况下，其节油和减排效果逊于预期，又由于整车成本和日常维修维护费用较高，其寿命期内( 1 0 年) 年平均运营成本还比柴油车高 6 7 % 。结论和政策建议1 . 照科学规律推进新能源/ 节能汽车的示范和应用，切勿拔苗助长电动汽车/蓄电池的研发、示范和应用是一个长期的过程。目前不论是技术还是成本距离，市场化的阶段还比较遥远，即使政府出巨资补贴，能够真正接受电动汽车作为城市公交车的城市也为数不多。上海、北京这样的城市
16、可以不计成本，但多数城市还做不到这一点。建议继续在固定路线且日运行距离较短( 如班车、邮政/环卫部门) 的领域进行示范，在公交领域做一定试点工作，切勿急于将不成熟的技术推向市场，增加公共财政负担。引导和规范动力蓄电池生产企业的产能分布和规划，忌一哄而上，避免形成类似风力发电那样的产能过剩现象。短期内应对较为成熟的混合动力技术予以重点推广。2 . 电动汽车的发展要放眼于中远期除了电池和成本的“软肋”外，目前电动汽车的间接温室气体排放强度并不占优势，未来排放取决于发电效率和电源结构的改善。 在我国节能减排、 上大压小、 大力发展非化石能源的强劲背景下，电力工业的发电效率和电源结构将有很大的提升空间: 估计2 0 2 0 年我国非化石能源发电量占全国电力需求的比重能达到3 0 % ，煤电装机比重下降到 6 0 % 以下，单位发电 C O2 排放量有可能降低到 6 0 0 g / k W h 左右。未来非化石能源电力的大规模发展可以促使电动汽车成为减少温室气体排放、消纳峰谷差的重要手段。3 . 城市交通节能减碳要多管齐下, 慎重选择实用技术城市交通节能减碳是我国
