电动汽车与内燃机汽车的经济性比较研究*

张海波 黄孝慈

（上海工程技术大学汽车工程学院 上海 201620）

引言

提倡使用电动汽车的基本前提是：不产生任何空气污染物，同时减少废弃物的产生。如果只考虑对环境的直接影响，电动汽车确实是内燃机汽车更好的替代选择。但这并不全面，因为它没考虑到燃料的生产和运输[1]。

随着石油燃料价格逐渐上涨，电动汽车正在成为内燃机汽车一种有吸引力的替代选择。其利用率正在受到中国政府的激励，中国政府的目标是：在2025年，所有道路运输的20%应该是由电动汽车来完成的[2]。

这个法规目前的范围有限，只是规范公共运输商和公众购买者，但是扩大到运输行业所有车辆的范围还需要一定的时间[3]。

汽车污染源被定义为是指具有内燃机或其它污染空气的发动机设备造成环境污染的污染物发生源，通常是指向环境排放有害物质或对环境产生有害影响的设备或装置[4]。每一辆车都会对环境产生影响，这个影响可分为直接影响（发动机驱动期间排放的污染物主要由于部件磨损而产生的废弃物）和间接影响（在燃料生产和使用期间产生的排放等）[5]。

1 理论与方法论背景

本研究的目的是分析电动汽车和内燃机汽车对环境和经济的影响。就空气污染而言，本文描述了个别汽车类型对环境的直接和间接影响。经济分析的目的是考虑到个人和商业上的使用情况，对电动汽车和内燃机汽车的投资效益进行评估。

在评估特定项目时，我们评估其具体项目的适用性、效率和可行性。此外，我们评估了该项目在公司的总体效益、繁荣和金融稳定性方面的影响。在评估汽车购买投资的经济效益时，主要关注项目成本标准的必要性[6]。这些标准比较不同的技术和生产替代选择，他们的目标并不是利益最大化，而是估计投资必须实现的参数[7]。最常见的用于评估这类项目的方法有年平均成本法和打折成本法。

本研究采用净现值的一个版本，项目评估的对象并不是效益。该方法在项目的过程中，不使用平均参数，而使用折扣购买和运营成本。实现年度单项投资费用项目的基本公式是：

折扣成本=I+OCd（1）式中：I为投资费用，OCd为自项目开始以来的经营成本削减。

只有经营成本不包括摊销（包括在投资费用中）和财务费用（利息包含在折扣率中）折扣。如果运营成本不变，公式可以简化为：

式中：N为项目的持续时间，i为折扣率。

如果购买成本在项目开始或整个项目进行过程中花费更长的时间，那么降低购买的成本也是有必要的。本研究使用的折扣率为12.5%，其中充分考虑了给定投资类型的风险和时间。

雪铁龙C-Zero公司自2012年起在中国开始销售第一款电动汽车，这是一个小型车辆，驱动单元由带永磁体的同步电动机组成，由锂电池提供的直流电转换的交流电馈送。一个电池的驱动距离大约为150 km，足以满足个人和公司的平均需求。这辆车以给定的等级提供乘客安全和舒适的标准要素[8]。

作为内燃机汽车的参考，我们选择了配有直列三缸汽油发动机和自动变速器的雪铁龙C1。我们之所以选择这款车，是因为它具有内燃机汽车相同的基本特征。由于更大的能量集中在燃料中，与锂蓄电池的容量相比，内燃机汽车具有较长的驱动距离[9]。

2 研究结果

比较电动汽车和内燃机汽车的竞争力的主要参数有：购买的价格、燃料的成本、年平均运营成本和折扣成本，如表1所示。

表1 电动汽车和内燃机汽车主要竞争比较 元

电动汽车的采购成本很高。这是由于生产成本较高，主要是高成本蓄电池和高成本的研发模式，因为我们现在所知道的电动汽车在汽车行业是一个相对较新的概念。

在运营成本中，燃料成本是一个重要的方面，在电动汽车的情况下可以被认为是用于购电的成本。不将汽车用于商业用途的个人用户，每年大约驾驶16 000 km（45 km/d）。这样可以在夜间对电池进行充电，这时电价为0.31元/（kW·h）。在中国，这也适用于商业用途中使用的汽车，每年大约驾驶47 000 km（130 km/d）。其它运营成本是用于服务检查的费用，服务检查主要是针对蓄电池及维护液检查。

生命周期成本取决于汽车的平均使用年限。中国汽车的平均使用年限在11至12年之间。对用于商业目的的车辆，我们可以假设在5年折旧期后，车辆将从资产中退出。

从以上信息可以看出，投资到电动汽车目前还是无效的。降低运营成本不足以弥补更高的价格。降低电动汽车的燃料成本，导致更高汽车的效率，较低的燃料价格在用于商业目的的汽车中更加有突出的优势。价格的效果如表2所示，显示了电动汽车和内燃机汽车投资的折扣成本所在的价格。

表2 电动汽车购买价格变动时电动汽车和内燃机汽车的比较 元

影响投资电动汽车有效性的另一个因素是燃料的价格。撰写本文时，93#辛烷值汽油的价格为6.34元/L。表3为石油燃料价格上涨时电动汽车和内燃机汽车的比较。

表3 石油燃料价格上涨时电动汽车和内燃机汽车的比较 元

汽油的价格增加到25.67元/L时，电动汽车用于个人需求时实现折扣成本等于内燃机汽车。在商业用途车中，价格的变化会表现较大，当石油燃料的价格达到12.05元/L时，折扣成本将相等。

在分析电动汽车对环境的直接影响时，我们可以看到电动汽车不会排放气体进入大气层。电动汽车唯一的排放是废热，这是由电动机部件的摩擦产生的，但与内燃机汽车相比，废热的产生也明显降低。

电动汽车的更大影响将是废弃物和废弃物的处理。由汽车零件磨损和维护液变化产生，主要是制动液和制动衬片。其它废弃物的生产（如冷却系统和驾驶系统等）依赖于特定电动汽车的结构。其它电动汽车直接产生的废弃物有轮胎和汽车排放产生的废弃物。

除了电动汽车对环境的直接影响，还有对其它经济领域的间接影响。该间接影响比直接影响更大，间接影响包括电力需求增加，意味着电动汽车运营所产生的和需求的电力生产中的排放和废弃物。电力是由各种对环境有不同影响的多种技术产生，整个中国，能源混合物只有10%～15%产生二氧化碳。

考虑到内燃机汽车的直接影响，内燃机的运行必然导致气体排放物排放到大气中。相应的国家标准已建立，在中国进口和生产的每台内燃机都必须符合这些排放控制标准。

公众采购商和公共运输商在其生命周期中排放的二氧化碳、一氧化碳、氮氧化物、微粒（PM）和非甲烷总烃（NMHC）排放量计入车辆的运营成本。生命周期由车辆行驶距离表示，因不同车辆而异。表4为内燃机汽车产生的排放物的估值。

表4 内燃机汽车产生的排放物的估值

内燃机汽车的其它直接影响是在其生命周期中产生的废弃物，大多数内燃机汽车的废弃物取决于它的结构和其它因素。这些内燃机汽车通过其生命周期产生的主要废弃物类型有：润滑剂、制动液、冷却液和刹车片等。

内燃机汽车的间接影响是燃料生产和运输中产生的排放和废弃物。用于内燃机汽车的燃料是汽油和柴油。汽油发动机主要用汽油，但也可以通过调整以利用液化石油气（LPG）或压缩天然气（CNG）等作为燃料。

3 结论

电动汽车目前最大的缺点是价格更高。假设更大销售量和发展到产品更为成熟的阶段，价格将会下降，这是显而易见的，但电动汽车可能永远不会像内燃机汽车的价格那么低。原因是的：蓄电池研发成本高，蓄电池的基本材料—锂的价格高，更高的价格可以通过降低运营成本来补偿。

要从内燃机汽车过渡到电动汽车，一个非常重要的问题是电动汽车否是对环境影响比起内燃机汽车来说较小。当我们看到电动汽车和内燃机汽车排放的废弃物时，电动汽车确实是内燃机汽车的一种很好的替代选择。另一个重要因素是蓄电池的生产、运行和处置（或回收）。这些过程都非常苛刻，能量和物质方面以及对环境造成额外的负担等。蓄电池似乎是电动汽车发展的一个瓶颈，这显然影响了他们的吸引力。

电动汽车还有许多缺陷，需要进一步发展、完善才会成为内燃机汽车的真正替代品，其市场的成功还要取决于燃料管理部门采取的措施。

1 杨峰，傅俊.纯电动汽车经济性比较与分析[J].武汉理工大学学报，2009（4）：286-288

2 李春卉.电动汽车的发展现状及趋势研究[J].汽车工业研究，2005（5）：44-46

3 孙柏刚，田华宇，张冬生，等.氢内燃机汽车与传统内燃机汽车的经济性比较研究[J].汽车工程学报，2014（1）：8-12

4 娄伟.城市碳排放量测算方法研究—以北京市为例[J].华中科技大学学报（社会科学版），2011（3）：29-34

5 陈志芳，冯利英.我国碳排放量与能源消费和经济增长的动态关系分析[J].中国管理信息化，2013，16（7）：47-50

6 Mikhail G,Ibrahim D,Marc A R.Economic and environmental comparison of conventional,hybrid,electric and hydrogen fuel cell vehicles[J].Journal of Power Sources,2006,159(9):1186-1193

7 Popesko,B.Activity-based costing application methodology for manufacturing industries[J].Scientific Research Journal,2010,13(6):103-114

8 M.Cerit.Thermo mechanical analysis of a partially ceramic coated piston used in an SI engine[J].Surface&Coatings Technology,2011,205(11):3499-3505

9 Zhao B.Thermal stress analysis of ceramic-coated diesel engine pistons based on the wavelet finite-element method[J].Journal of Engineering Mechanics,2012,138(1):143-149