纯电动公交车运营基本情况分析

蓝 倩

纯电动公交车运营基本情况分析

蓝 倩

（长安大学 汽车学院，陕西 西安 710064）

为研究纯电动公交车的基本运营状况，通过对比纯电动公交车运营推广情况、推广时存在的问题来分析其运营发展现状，分析影响其运营效率的因素，提出当前纯电动公交车运营存在的问题，并对技术创新、基础设施、车辆调度计划以及采购计划四方面提出合理的建议。结果表明，我国的纯电动公交车的推广应用还处于初级阶段，关键技术、基础配套设施、运营推广模式、产品质量标准等方面还有很大的发展空间，其运营效果存在着东部、西部发展不平衡等问题。研究结果可为纯电动公交车的运营推广提供理论依据。

纯电动公交车；充电设施；运营情况；新能源；运营效率

进入21世纪以来，我国经济高速发展，汽车的数量也在不断增加。据公安部交通局数据显示，截至2022年3月底，全国机动车保有量达4.02亿辆，其中新能源汽车保有量达891.5万辆，占汽车总量的2.90%。其中纯电动汽车保有量为724.5万辆，占新能源汽车总量81.2%[1]。另外，我国对于石油和天然气的进口需求也越来越高，据中国石油和化学工业协会的数据显示，2021年我国原油进口对外依存度达72%，天然气对外依存度达到46%[2]。因此，在石油和天然气等不可再生能源日益消耗、全球面临能源危机、尾气排放对环境的污染越来越严重、全球都开始寻求环境友好的出行方式等背景下，发展新能源汽车成为当下研究的主流。

为降低碳排放，我国提出了“双碳”战略发展目标，由于公交车运营的时间、区域、路线固定，需要经常起动和停车，容易进行跟踪维护，对动力电池的容量要求较低，所以新能源汽车在公交客车市场有很大的发展前景。但是由于没有良好的运营调度方案与其相适应、充电设施未能及时匹配，纯电动公交车在很多地区的推广状况并不理想，这是本文的研究背景。

近年来，国内外对纯电动公交车的研究主要集中在三方面，一是研究纯电动公交车的能耗、生命周期等问题。文献[3]认为，在未来十年（2019－2029年）中，由锂离子电池和氢燃料电池驱动的电动公交车将在世界范围内无处不在，取代由内燃机燃烧的化石燃料驱动的公交车和长途汽车。文献[4]对锂离子电池电动公交车和柴油公交车的生命周期进行了比较评估，结果表明，电动客车的能耗和排放均优于柴油客车。

二是研究适合各城市的纯电动公交车运营和发展策略。主要分析各城市电动公交车发展特点，包括政府支持、居民出行需求、环保等方面，提出适合各城市的电动公交车发展策略。如文献[5]提出线路全部或部分采用电动公交车、采用分散充电模式等对策提高运营效率；文献[6-8]分别对重庆、福州、深圳的电动公交车发展策略进行研究。这些均属于较为宏观的研究，一般结合规划问题研究车队发展模式。

三是研究纯电动公交车的运营模式，包括车辆数、电池数、不同充电策略、调度计划等。关于充电模式，文献[9]对比分析了快充模式和慢充模式两种充电模式，认为快速充电尽管成本较高，但还是值得考虑，因为它还具有其他优点，如使用较小的电池，可以大大降低车辆的成本和生命周期对环境的影响。文献[10]分析了不同充电方式的电动公交车的生命周期成本和充电要求，得出结论，电动公交车的生命周期成本受到资本成本的严重影响，包括公交车和充电设备的采购成本。考虑到12年的使用寿命，终端站充电电动巴士的生命周期成本可能略低于柴油巴士，但平均而言，它们的生命周期成本高出7%。夜间充电巴士的生命周期成本平均比柴油巴士高 26%，机会充电巴士的生命周期成本高35%。

以上关于公交运营的研究一般都是针对单一充电模式，并且比较关注电动汽车的核心技术，很少关于影响纯电动公交车运营效率因素的研究。本文从纯电动公交车销量、应用推广情况以及影响其运营效率的因素这三个方面进行研究，最后结合调查情况，提出当前纯电动公交客车运营存在的问题，并对接下来其投放运营和推广发展提出合理化建议。

1 运营发展现状分析

1.1 运营推广情况

2022年3月22日，国家发展改革委、国家能源局印发《“十四五”现代能源体系规划》，在有关汽车的部分，积极推动新能源汽车在城市公交等领域应用，到2025年，新能源汽车新车销量占比达到20%左右。

交通运输部《2021年交通运输行业发展统计公报》显示，2021年末全国拥有城市公共汽电车70.94万辆，比上年末增长0.7%，其中纯电动车41.95万辆、增长10.8%，占整个城市公共汽电车比重为59.1%、提高5.4个%。具体占比如图1所示，由此可见在新能源公交车中，纯电动公交车在我国是最受欢迎的公交车类型。

图1 城市公共汽电车分类型占比

由于各个城市地理环境、气候条件以及推广政策的不同，纯电动公交车的发展速度也不尽相同。图2是各中心城市纯电动公交车的占比，数据摘自交通运输部科学研究院《2019中国新能源公交车推广应用研究报告》。显而易见，纯电动公交车在各个省的占比相差很大，其中截止到2019年，广东省推广应用最广，西部地区推广数量较少。

图2 各省新能源公交车推广情况

在经济较为发达的中部和东部地区，由于其地理环境比较适合纯电动公交车的发展，因此，发展较快，并且运营所需的基础设施和关键技术体系已经逐渐趋于成熟。而在西部地区的发展速度较为缓慢，主要是因为西部地区幅员辽阔，对续驶里程的要求较高，并且受海拔、温度等环境条件的制约，动力电池不能很好地工作。整体而言，纯电动公交车在我国的发展是不均衡、不充分的，东、西部地区发展程度差异很大，运营现状也参差不齐。因此，发展较慢的西部地区应向技术已经趋于成熟的中、东部地区学习，尽快实现纯电动公交的运营推广，缩小东、西部地区发展运营的差距。

1.2 推广时存在的问题

纯电动公交车在我国发展迅速得益于一系列政策的支持，并且逐渐代替传统燃油车是一种趋势，也适应于全国节能减排的需求。但是要在国内大面积推广，需要面临的难题和挑战还有很多，当前的推广方式也还存在很多的不足。

（1）在我国，纯电动公交车的发展主要由政府主导，这就意味着一旦政府的购车补助有所下降就势必会影响纯电动公交车的销量和发展速度，而长期由政府主导会导致政府财政负担过重，纯电动公交车的发展也无法长期保持稳定。因此，我国的纯电动公交车市场亟需从政府主导转变为市场主导。

（2）目前制约纯电动公交车发展的因素主要是整车成本太高，需要政府补贴较大的数额来降低公交企业的购置成本。但是降低成本从根本上来说应该从技术层面出发，而不是单纯依靠国家补贴。

（3）充电桩等配套设施数量不足，以及建设困难是制约纯电动公交车发展的另一大难题。造成充电桩数量不足的原因主要有两方面：一方面是没有提前规划好充电桩、充电站，以及换电站等基础设施的建设，导致出现充电困难，有车无桩的现象；另一方面是目前纯电动公交车的推广应用大多位于中心城市，而中心城市人口密度大，用地困难，进而导致了充、换电站建设困难。

2 运营效率影响因素

2.1 动力电池

纯电动公交车动力电池主要有锂电池、铅酸蓄电池和镍氢蓄电池三种。其中锂电池是最适合用于纯电动公交车上的蓄电池。其缺点是安全性差，有爆炸的危险，并且价格最贵，而且在产业化方面还面临着很大的瓶颈。要想用纯电动公交车完全取代传统燃油车，在动力电池的能量密度和功率密度方面还有很长的路要走，而且得有较宽的工作温度范围，即在–45 ℃～80 ℃内都可以正常运行，才能与传统燃油车的发动机相当。但是对于上述标准，锂电池还远远不能达到，因此，产业化还存在很大的困难。

纯电动公交车对于蓄电池的比能量要求较高，而锂电池会成为纯电动公交车的主要研究方向，所以未来关于动力电池的研究应该侧重于电池的正负极、电解质材料、制作合成工艺等，以此提高动力电池的性能。

2.2 充电模式

纯电动公交车有多种充电模式，按充电过程使用的介质不同可以分为有线充电和无线充电。而有线充电模式又可以分为直充模式和换电模式，其中，换电模式是指当纯电动公交车上的动力电池电能耗尽时换上充满电的电池的充电方式，直充模式是直接用专用电力线缆在整车上充电，不需要更换电池组。直充模式按照充电速度的不同又可以分为快速充电模式和慢速充电模式[11]。

直接充电模式不需要专门建设换电站，投资较少，占地面积也相对较少，不用像换电模式那样频繁地更换动力电池组，可以减轻对电极和车架的损害。但是快充模式会影响电池的寿命，慢充模式消耗的时间太长，并且建设密集的充电设施目前还存在困难。从上述几种充电模式的技术特点来看，换电模式在短期内比较适合我国纯电动公交车的发展情况，因此，近期应该以换电模式为主，直接充电模式为辅。但是从长期来看，随着动力电池性能的提高，续驶里程的增长以及充电技术的成熟，未来的充电模式应该转变为以慢充模式为主，而快充模式为辅的方式，紧急情况下采用换电模式。

3 问题及建议

3.1 存在的问题

1.续驶里程不足

由于动力电池容量的限制，导致其续驶里程太短而无法完全代替传统燃油公交车。

2.整车成本过高

目前，造成纯电动公交车整车成本过高的最主要原因仍然是动力电池的昂贵价格，动力电池的成本大概占整车成本的60%[13]，而整车价格大约是传统燃油公交车的两到三倍。虽然国家对于新能源汽车的补贴力度很大，但是仅仅依靠国家的补贴政策是不够的，而且近几年关于新能源汽车的补贴也有所下降。另外，由于动力电池逐年衰减，其使用寿命一般只有五年，而传统燃油公交车的使用寿命一般是八年，为了使纯电动公交车的使用寿命与传统燃油公交车的使用寿命相当，在其使用期间大概需要更换两次电池。这样一来纯电动公交车的运营成本虽低，但其购置成本却是传统燃油公交车的好几倍，这在很大程度上制约了纯电动公交车的发展。

3.充电设施不足

造成充电桩数量不足的原因主要有两方面：一方面是受国家高额补贴的驱使，很多公交企业一次性购入大量纯电动公交车，但是却没有提前规划好充电桩、充电站，以及换电站等基础设施的建设，导致出现充电困难，有车无桩的现象；另一方面是目前纯电动公交车的推广应用大多位于中心城市，而中心城市人口密度大，用地困难，进而导致了充、换电站建设困难。

4.车辆运营维护成本上升

虽然有研究表明，2016年中国城市纯电动公交车平均车辆故障率约0.52次/万公里，为传统燃油公交车（1.6次/万公里）的三分之一[12]，但是纯电动公交车的保养维护要求高，在使用期间需要经常检查动力电池的使用状态，这就增加了纯电动公交车的运营维护成本。另外纯电动公交车的涉水性能不稳定，严重时会引发安全问题。

5.车辆运营计划复杂

纯电动公交车的车辆运营计划和传统燃油公交车的运营计划有很大的差别，除了需要考虑和传统燃油公交车一样的运营调度计划以外，还要在运营间隙进行充电，另外如果运营路线的首末站没有配备充电桩还要协调出纯电动公交车去其他充、换电站充电的时间。所以在引入纯电动公交车以后，必须对原有的行车调度计划进行必要的调整，以适应纯电动公交车的运营特点。

3.2 建议

1.促进技术创新

可以在动力电池、驱动电机、充电模式这几方面进行技术创新，还可以研究新型的电动公交车。例如近几年出现的“双源无轨电车”[14]，这种新型的电动公交车既可以利用动力电池所储存的能量运转，也可以利用线网直接充电使汽车运行。这样一来就解决了续驶里程不足的问题，而且最大的优点就是不用额外建设充电站，仅仅利用线网就可以实现充电，很大程度上解决了城市建设充电站困难的问题。

2.完善基础设施的建设

充电设施的紧缺对纯电动公交车运营效率有着很大的影响，有些地区还存在充电桩布局不合理、利用率低等现象[15]。因此，合理地布局规划充电设施，能提高公共充电桩的利用率。

3.合理制定车辆运营调度计划

一方面可以根据充电模式的不同加以调整，如快充模式的纯电动公交车充电时间灵活，其续驶里程可以通过多次充电来补充，而慢充模式一般是白天运营晚上充电，对于公交线路的首末站是否配备有充电桩的要求较高。另一方面要根据充电设施建设的完善程度、动力电池性能随季节的变化以及动力电池的衰减程度不断调整行车调度计划，以使线路上配备的纯电动公交车数量最低，达到运营效率最高的目标。

4.合理制定采购计划

公交企业应在制定采购计划的同时提前规划好充、换电站的建设地点以及合理布局。在满足充电桩建设规划条件的公交线路上优先投放纯电动公交车；在用地紧张的地区可以增加购入快充模式的公交车数量，这样的话配备的充电桩数量会比慢充模式的纯电动公交车所需的充电桩数量少一些。另外，在建设充、换电站的过程中可能会出现需要对电网进行扩容的问题，这就需要提前规划好，由供电企业提前进行扩容以满足纯电动公交车充电的需要。

4 结论与展望

我国的纯电动公交车的推广应用还处于初级阶段，关键技术、基础配套设施、运营推广模式、产品质量标准等方面还有很大的发展空间。从全国纯电动公交车的运营推广效果来看，还存在着中部、东部、西部发展不平衡的问题，尤其是东北和西部的一些地区由于当地海拔和温度的影响，纯电动公交车的技术体系还很不成熟，有着很大的发展空间。从动力电池、充电模式两个影响纯电动公交车运营效率的因素来看，动力电池是影响纯电动公交车运营效率最主要的因素，所以未来关于动力电池的研究应该侧重于电池的正负极、电解质材料、制作合成工艺等，以此提高动力电池的性能。充电模式需要根据各地区特点来选择，例如在用地紧张地区可以多采用快充模式。

本文只浅析了影响纯电动公交车运营效率的几个主要因素，并没有对其作用机理以及解决办法给出更多的描述，关于这方面还需要进一步的研究。

[1] 道路交通管理编辑部.全国机动车保有量突破4亿一季度新注册登记新能源汽车同比增加138.20%[J].道路交通管理,2022(5):5.

[2] 王晶晶.未雨绸缪打好能源保供仗[N].中国经济时报,2022-04-08(1).

[3] PAGLIARO M,MENEGUZZO F.Electric Bus:A Critical Overview on the Dawn of Its Widespread Uptake[J]. Advanced Sustainable Systems,2019,3(6):151.

[4] JWA K, LIM O.Comparative Life Cycle Assessment of Lithium-ion Battery Electric Bus and Diesel Bus from Well to Wheel[J].Energy Procedia,2018,145:223-227.

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[7] 方雪娇.城市新能源公交车辆发展策略研究——以福州为例[J].福建建筑,2015(10):45-50.

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[12] 薛露露,韦围,刘鹏,等.中国纯电动公交车运营现状分析与改善对策[R/OL].(2019-09-01)[2022-08-21]. http://www.wri.org.cn/publications.

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[14] 张久英.纯电动公交车的命运[J].时代汽车,2014(12): 64-65.

[15] 张雅婷,王楠,杨晓雨,等.电动汽车充电桩使用情况及管理建议——以石家庄市为例[J].中国统计,2019 (9):71-74.

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

蓝倩（1998—），女，硕士研究生，研究方向为交通安全管理，E-mail:1481152357@qq.com。