基于分子C含量的电动汽车减排分析

_ 时培成 刘刚 解辰 赵雪松

1安徽工程大学 2奇瑞汽车股份有限公司 3芜湖市新能源汽车推广办

“十一五”期间我国汽车保有量以年均约20%的速度增长，未来随着人民生活水平的提高，汽车保有量将进一步增加，石油供需不平衡将进一步扩大。2010年以来，我国石油对外依存度一直超过50%，对进口石油的高度依赖，已严重影响到我国的能源安全。同时汽车尾气严重污染了城市环境，尤其PM2.5已成为当今中国及全世界关注的热点问题。开发新能源汽车替代传统燃油汽车，已成为我国解决能源安全和环境污染的重要举措。电动汽车是新能源汽车的重要分支之一，世界主要发达国家均提出了电动汽车发展目标，北京、深圳、合肥等“十城千辆”城市已提出相应的电动汽车购买补贴政策，并已规模试运行电动汽车。从汽车终端用能效率看，电动机效率远高于内燃机效率，但我国是以煤为主的发电结构，在电能生产环节会消耗大量的煤，排放较多CO2，推广电动汽车的减排效果令人生疑。

本文根据我国煤电占比较高的基本国情，提出一种基于分子C含量的精确碳排放计算方法，对两种整车质量相近的电动汽车和燃油汽车行驶相同的距离之后排出的气体量进行比较，判断电动汽车是否具有减排贡献。

1 计算CO2排放量

电动汽车使用中可以实现“零排放”，但是这种“零排放”是将排放气体转移到别的地方为代价的。国家统计局公布的中国2013年全年统计数据显示，中国2013年全年发电量52451亿kWh，其中火电42153亿kWh，占全国总发电量的比例为80%。火电厂发电排放了大量的气体，所以有人认为电动汽车和燃油汽车相比是将排放气体转移到发电厂排放了。本文分别将整车质量为1500kg和1100kg左右的电动汽车和相同质量的燃油汽车行驶百千米时排出的CO2量进行比较，来判断电动汽车是否能减排。

1.1 燃油汽车燃烧1L汽油的气体排放量

汽油是分子含C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。以93#汽油计算，可以根据方程式（1）来计算汽油燃烧时排放CO2的量。

汽油密度一般为730g/L。式（1）730g汽油完全燃烧排放的CO2质量为：730×（44×16）÷（114×2）=2.254kg。由此可得：1L汽油燃烧排放的CO2量为2.254kg。

1.2 电动汽车消耗1kWh的气体排放量

1.2.1 我国现阶段电厂每1kwh的碳排放量

以2013年全国发电标煤消耗320g/kWh计算：

（2）条件：标煤碳元素含量68%(重量)；C分子量12；CO2分子量44；则电厂每生产1kwh电产生的CO2为：

320×0.68÷12×44=797.8g

1.2.2电动汽车实际充入1kWh电能的碳排放计算

从电厂发出的电输送到用户一般要经过升压变压器升压，然后经过高压线输送，再经过变压器降压后送到用户，这个过程存在线路损耗和变压器的铁耗和铜耗。由中电联发布的2012年全国电力工业运行简况显示，全国电网输电线路损失率为6.6%，这里取7%计算。

电厂的电还有一部分用于电厂内部的消耗，即我们常说的厂用电。普通的电厂厂用电率为5%～10%，本文取厂用电率为5%来计算。在给电池充电和放电的过程中充电机也有电能的损耗，根据各个充电机厂家提供的数据来看，目前国内的充电机效率一般为94%，即损耗率大约为6%。发电厂发电有多种发电方式，一般只有火电厂才会排出CO2气体，而全国约有80%的电厂为火电厂。

由此可以计算出电动汽车实际充入1kWh电的碳排放量为：

1×80%÷93%÷95%÷94%×797.8=768.5g

表1 国家“863”计划主要技术指标

表2 国内部分电动汽车性能参数

2 电动汽车与传统燃油汽车的碳排放对比

根据国家“863”计划对电动汽车考核的主要技术指标（表1），电动汽车大体可以分为两类。本文对这两类不同类型的电动汽车和重量相当的燃油汽车进行比较，得出各自的碳排放量。

(1) 整车质量≤1100kg

通常整车质量在1100kg左右的电动汽车和1.5L排量的燃油汽车重量相似。国内大部分厂家生产的1.5L燃油汽车百公里油耗数据大约为7L。同样可以算出此类燃油车行驶百公里的碳排放量为：7×2.254=15.78kg。同理可计算出排出等量的CO2，等同电动汽车百公里耗电量为：15.78÷0.7685=20.5kWh。

（2）整车质量≤1500kg

从汽车厂商公布的整车参数来看，一般整车质量在1500kg左右的电动汽车和1.8L排量的燃油汽车重量相似。国内一些主流的汽车厂家提供的1.8L排量的百公里油耗数据大约为8.5L，由此可以计算出1.8L排量的燃油汽车行驶百公里的碳排放量为：8.5×2.254=19.159kg。由此可以计算出排放等量的CO2，等同电动汽车百公里耗电量为19.159÷0.7685=25.0kWh。

由以上计算可知，若整车质量在1500kg左右的电动汽车百公里耗电小于25kWh，整车质量在1100kg左右的电动汽车百公里耗电小于20.5kWh，电动汽车就能比燃油汽车减少CO2的排放。根据表2给出的国内一些电动汽车的性能参数表可知，不同类型的电动汽车在能满足国家“863”计划主要技术指标的条件下，都具有明显的减排作用。

表3 国II、III、Ⅳ阶段排放限值 g/km

表4 电动汽车与燃油汽车污染物排放量对比

3 电动汽车其他污染物排放对比分析

电动汽车在行驶过程中不排放任何有害气体，但燃煤发电过程中却有大量污染物排放。根据《中国统计年鉴2013》和《中国能源统计年鉴2013》数据计算，2012年全国发电、供热用煤合计24.09亿t标准煤，当年电力、热力的生产和供应业共排放SO22117.63万t、烟尘1235.77万t、氮氧化物2337.76万t，则平均每吨标煤发电产生SO28.79kg、烟尘5.13kg、NOx9.7kg。按照供电标煤耗320g/kWh、供电线路、厂用电、电池效率总损率达20%计算，电动汽车每消耗1kWh电，相应排放SO23.51g，烟尘2.05g和NOx3.88g，根据表2电动汽车平均行驶百公里折算成火电厂排放SO249.6g，烟尘29.0g，NOx54.8g。

传统燃油汽车污染物排放方面,2010年起全国各地陆续开始实施机动车国IV放标准，根据国家排放标准《轻型汽车污染物排放限值及测量方法（中国Ⅲ、Ⅳ阶段）》（GB18352.3-2005）中的第4阶段排放控制要求，确定汽车污染物排放量，如表3所示。

根据表3可以算出燃油汽车行驶百公里分别排放NOx8g、CO100g、HC10g。表4列出了电动汽车与燃油汽车污染物排放量对比结果。火电厂燃料燃烧充分，CO、HC排放量较少，相对燃油汽车，电动汽车减少了CO和HC等污染物的排放。但我国火电厂的燃煤中硫分较高，交通运输行业“以电代油”后会增加SO2排放量。根据表4，电动汽车替代汽油汽车后，增加了NOx、颗粒物排放，表明交通工具“以电代油”后，NOx、颗粒物排放量会增加，但燃煤电厂一般都建在城市边缘，远离城市中心，电动汽车替代燃油汽车后会降低城市中心区域污染程度，改善空气质量。而且随着我国燃煤电厂的技术改造升级[6]，未来可逐步降低SO2和NOx的排放量。

4 结论

假设到2015年底，全国电动汽车保有量50万辆，平均每辆车一年行驶2.5万km，综合电耗为14kWh/100km，燃油汽车平均综合油耗为8L/100km，则一年可减少CO2排放91万t。

因此，即便在我国煤电占比80%的情况下，电动汽车仍具有明显减排的作用，值得大规模推广。今后，随着我国发电煤耗值、供电线路损失、厂用电损失的降低及电池充放电效率、清洁能源发电比例的提升，电动汽车的减排作用将会更加突出。大力推广包括纯电动汽车在内的新能源汽车不是一个临时的短期措施，而是意义重大的、长远的战略考虑。