电动汽车与传统汽车排放性对比分析

张磊，许挺，江道灼，梁一桥

（1.舟山电力局海洋输电技术研究中心，浙江舟山316000；2.杭州市电力局，杭州310009；3.浙江大学电气工程学院，杭州310027）

电动汽车与传统汽车排放性对比分析

张磊1，许挺2，江道灼3，梁一桥3

（1.舟山电力局海洋输电技术研究中心，浙江舟山316000；2.杭州市电力局，杭州310009；3.浙江大学电气工程学院，杭州310027）

从油耗计算及已有试验结果两方面入手，对传统燃油汽车进行排放性分析；结合电动汽车电能传输效率计算，将电动汽车排放性归算至发电厂侧。分别对电动汽车与传统汽车的排放性及噪声污染进行比较分析，指出发展电动汽车对改善环境的重要性。

电动汽车；传统汽车；排放性；噪声污染；比较

0 引言

汽车工业是我国国民经济的支柱产业。作为最常用的交通工具，汽车也是人民提高生活水平必不可少的一部分。然而，近年来随着汽车保有量的迅速增长，能源枯竭及环境污染等问题也越来越受到关注，因此迫切需要一种新型汽车来代替传统的燃油汽车。

电动汽车是以蓄电池为动力的新型汽车。第一辆电动汽车诞生于1881年，但由于蓄电池技术的限制，发展缓慢。直到20世纪70年代以后，美国、日本和德国等国家的汽车公司才陆续开发出电动汽车。“十五”期间，我国电动汽车的关键技术取得了突破性进展，电动客车已进入小批量运行与应用阶段[1]。电动汽车具有低噪声、低排放、综合利用能源等突出优点，是新世纪汽车工业缓解能源危机和环境污染的重要途径。本文将定量比较电动汽车与传统汽车的排放性。

1 传统汽车的排放性

传统汽车在运行过程中会产生大量有害气体，不仅对环境治理造成巨大压力，而且对人体健康产生危害。排放的有害气体主要包括[2]：

二氧化碳（CO2），是传统燃油汽车释放最多的气体，也是造成温室效应的主要气体，致使全球变暖，物种减少，极端天气频发，直接威胁人类生存。

一氧化碳（CO），一种无色的有毒气体，易与血液中的血红蛋白结合，危害中枢神经系统。

氮氧化物（NOX），一种强烈的腐蚀剂，危害人体呼吸系统，削弱血液的输氧功能，引起气管炎、肺炎等。燃油汽车加速行驶时尾气排放激增，尤以NOX排放量最大。

碳氢化物（HC），汽车尾气中的一类有机物废气，包含苯、甲苯、二甲苯等有害物质，其中以苯危害最大。苯是一种致癌物质，会引发人体贫血、血小板减少、粘膜出血、血癌等疾病。

二氧化硫（SO2），一种无色无味的气体，危害人体肝、肾、心脏等器官，对呼吸系统有强烈的刺激作用。另外它还是造成酸雨的重要原因，对农作物和人民生活造成危害。

臭氧（O3），对人体的肝、肺、心脏等都产生不同程度的不良影响。

传统汽车种类繁多，各车型排放量参差不齐，为方便起见，本文对某一典型客车的排放性进行分析，该车型为上海通用五菱生产的LZW6381BF微型燃油客车。文献[3]通过使用均值方法、统计量方法、标准偏差分析、单因素方差分析、基于稳健的Z比分数以及控制图分析方法等得出该车型尾气排放量的实验结果如表1所示。

表1 LZW6381BF微型客车排放性试验结果g/km

由表1数据可知，该型燃油汽车排放的尾气中二氧化碳占了99%以上，因此下文从汽油燃烧的化学角度分析、核实该车型的CO2排放性。

在工信部发布的各类车型油耗数据库[4]中可查得LZW6381BF微型客车每百公里的油耗为8.20 L（市区工况）和6.20 L（市郊工况）。

汽油是对分子含碳量在5～8的一类烷烃的通称。汽油标号一般是以正辛烷的含量来标定的，正辛烷含量越高，汽油的标号越高，汽油分子量在90～120。汽油密度一般为730 g/L，93号比90号汽油密度略高，97号和93号汽油则基本没区别。按照化学方程式：

730 g汽油完全燃烧排放的CO2质量为：

730×（44×16）÷（114×2）=2.254 kg

即一升汽油充分燃烧产生2.254 kg CO2。

根据以上分析，LZW6381BF微型客车的CO2排放性为：184.828 g/km（市区工况）、139.748 g/km（市郊工况）。表1中的数据符合实际情况。

另外，由文献[5]知，以汽油为燃料的汽车燃烧1 L汽油会排放0.295 g SO2，根据表1可计算出该车型在该实验工况下每百公里的油耗为7.4756 L，则其SO2排放性为0.022 g/km。

2 电动汽车排放性

电动汽车以蓄电池为驱动，在运行时几乎没有尾气排放，直接的废气排放比燃油汽车减少90%以上。电动汽车以消耗电能取代消耗石油，而现今我国电能大多数仍然来自燃煤发电。因此，火电厂由此增加的废气排放要归算入电动汽车的排放性之中。

2.1 电动汽车电能传输效率分析

根据财政部《节能量审核培训教材》，电力产能的价值按当年火电发电标准煤耗计算，我国2006年为0.367 kgce/（kWh）、2007年为0.357 kgce/（kWh）、2008年为0.349 kgce/（kWh），其中kgce为用标准煤表示的能量消耗量，依据国家标准（GB 2589-2008）规定，每千克标准煤的热值为29 271 kJ。因此，取2008年的数据，从能量角度可计算得出火电厂的效率：

根据《2009中国工业化蓝皮书》，2007年全国电网输配电线损率为6.97%。

在充/放电方面，较为先进的动力锂离子电池充/放电电能转换效率可大于97%，而目前动力电池以铅酸蓄电池的生产技术最为成熟，该技术充/放电电能量转换效率约为80%[6]。

因此，电动汽车电能传输效率为：

35%×（1-6.97%）×80%=26%

如果采用充/放电效率及安全性更高的镍氢电池或者磷酸铁锂电池，则该效率将提升4个百分点以上。

2.2电动汽车排放性分析

由于目前市场上电动汽车较少，为方便分析，本文以已推出的车型为例。长城汽车公司推出一款名为“欧拉Ⅱ”的新能源电动汽车，该车型耗电量为10 kWh/100 km。根据上文分析，考虑到火电厂发电损耗、输电损耗、蓄电池充/放电损耗，将电动汽车行驶100 km折算到火电厂需要消耗的标准煤数量为：

国家发改委发布的相关文件[7]中表示：工业锅炉每燃烧1 t标准煤，就产生CO22 620 kg，SO28.5 kg，NOX7.4 kg。因此燃煤锅炉排放废气已成为大气的主要污染源之一。经过废气处理后，发电厂向大气排放的CO2仍为2.46 kg/kg标准煤，SO2为0.006 kg/kg标准煤[8]。同时根据相关资料预测，2010年火电厂燃烧排放的NOX为0.008 7 kg/kg标准煤[9]。

根据以上分析，可计算出电动汽车行驶100 km排放的CO2为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 “欧拉Ⅱ”电动汽车排放性计算结果

3 电动汽车与传统汽车的排放性对比分析

3.1 电动汽车与传统汽车的排放性比较

根据上文对电动汽车和传统燃油汽车排放性的分析计算，得出两者的排放性对比，见表3。

表3 传统汽车与电动汽车排放性比较

表3中，传统汽车的排放为尾气直接排放；而电动汽车基本没有尾气，其排放集中体现为燃煤火电厂对大气的排放。由表3可知，电动汽车较传统汽车而言，向大气排放的有害气体的种类有所减少，即基本不含CO和HC（碳氢化合物），而CO和HC正是大气污染中危害最大的气体成分。对于NOX和SO2两项，直接排放量仍然比较小，且发电厂已采取一系列积极措施，如投运脱硫、脱硝工程，以减少NOX及SO2的排放。对于两者排放废气中占绝大多数的CO2，电动汽车的排放量减少了约31%，这对缓解温室效应引起的全球变暖及气候异常有较大的作用。

3.2 电动汽车在排放性上的优势

从长远发展来看，在有害气体排放上，电动汽车较传统汽车而言有以下优势：

（1）随着充/放电效率更高的镍氢电池或者磷酸铁锂电池逐步进入产业化，电动汽车的效率将更为提高，单位路程所消耗的电能将会减少，对应的火电厂废气排放也随之减少。

（2）电动汽车对大气的污染集中体现在发电厂侧，相对于传统汽车的大范围分散污染而言，集中治理废气的效果更加明显。

（3）随着火电比重减小，可再生能源（风力、水力、潮汐能、太阳能等）发电和核能发电比重的增大，电力产能的大气污染物排放将逐渐减少，进而使电动汽车对环境的间接排放进一步减少。

（4）在我国节能减排政策的促使下，火电厂已采取一系列措施来减少CO2，NOX及SO2的排放，由此使电动汽车产生的这3种污染物排放也随之减少。

3.3 电动汽车与传统汽车的噪声污染比较

除了有害气体对环境造成压力，汽车的噪声污染也不容忽视。传统汽车产生的噪声有很多种，包括轮胎噪声、传动机噪声、制动噪声、车体噪声等。据统计，大型客车的噪声在70～75 dB，小型汽车在70 dB左右，交通道路上的噪声基本都在70 dB以上，已成为城市主要噪声污染源之一。当噪声超过一定标准时，人们会出现头晕、头痛、耳鸣、烦躁、恶心等不良反应，严重影响人民生活、工作及身心健康。

与传统汽车相比，电动汽车没有气缸和复杂的传动机构，其噪声只包括少量的电磁噪声和机械噪声，比传统汽车低10～15 dB。对两种汽车噪声试验[10]的结果见表4[11]，可见电动汽车是降低道路交通噪声的有效途径。

表4 传统汽车与电动汽车噪声比较

4 结论

综上所述，电动汽车与传统燃油汽车相比，在排放性方面有极大的改观，对大气的污染集中体现在发电厂侧，随着2011版《火电厂大气污染物排放标准》的实施，发电厂各种减排措施的实行也将大幅减少CO2，NOX和SO2的排放。另外，电动汽车在行驶时发出的噪声也有所减小，为营造良好的道路环境起到有效作用。电动汽车取代传统汽车将是汽车工业发展的必然趋势。

[1]吴光强.汽车理论[M].北京：人民交通出版社，2007.

[2]郝汝林.汽车排放污染物的产生及有效治理措施[J].轻型汽车技术，2009（5/6）:29-30.

[3]覃书勇.轻型汽车排放试验对比试验结果的分析[J].装备制造技术.2009，8:4-5.

[4]中华人民共和国工业与信息化部轻型汽车油耗[OL/EB]. http://gzly.miit.gov.cn:8090/datainfo/miit/babs2.jsp，2010，6，20.

[5]郭文双，申金升，徐一飞.电动汽车与燃油汽车的环境指标比较[J].交通环保.2002，23（2）:22.

[6]电动汽车发展与比较[OL/EB].http://www.o2ev.com/zhcn/news_04_04.html，2010.6.25.

[7]《节能中长期专项规划》发改环资[2004]2505号[OL/EB]. http://www.moc.gov.cn/2006/jiaotongjj/07jiaotjnw/zhengcefg/guojiazc/200703/t20070312_197789.htm，2010.7.2.

[8]代百乾，张忠孝，王婧，等.我国火力发电节煤和CO2/ SO2减排潜力的探讨[J].节能技术.2008，26（2）:164.

[9]毕玉森.电站锅炉NOX排放现状、预测及技术政策[J].中国电力.1998，12（31）:59-62.

[10]张春香，焦仁普，王再宙.纯电动汽车用电动机系统噪声频谱特性实验研究[J].微电机.2009（4）:73-74.

[11]魏丹，刘莘昱.电动汽车环境效益比较分析研究[J].河南电力.2009（4）:4-6.

（本文编辑：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

张磊（1984-），男，浙江宁波人，硕士，助理工程师，从事新能源与海洋输电技术工作。