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再论电动汽车环保:PK传统车 果真更“干净”?

2017-05-31 09:01
黯影冰风
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传统的内燃机汽车靠化石燃料的燃烧提供能量,驱动汽车,在这个过程中内燃机会排出含有氮氧化物、硫化物和一氧化碳等成分的废气,这些废气进入到大气中后,会进一步的发生二次反应,形成气溶胶,这是雾霾的重要组成部分。当然汽车尾气只是雾霾形成的因素之一,但是不可否认的是,在雾霾的成因中,汽车尾气占有相当重要的地位,特别是那些使用柴油的运输车辆,氮氧化物的排放量远高于汽油车,对大气质量的影响远远超过了家用汽油车。清洁环保的电动汽车不会排放尾气,仿佛是我们解决环境问题的最佳选择,但是电动汽车也需要使用电能作为驱动能源,而每个国家的能源结构不同,所以电能的来源也就千差万别,如果可再生能源占比很高,那么电动汽车使用的电能也就更加“干净”,但是化石燃料发电占比很大,那么电动汽车的环保属性就要大打折扣了。

目前世界部分国家的电力组成结构如下表所示,从表中可以注意到,在中国目前的发电结构中,使用煤炭的火力发电比重高达75.9%,远高于其他国家,日本的这一比例仅为29.6%,美国为38.5%,德国为46.1%。中国的天然气发电的比例非常低,仅为1.7%,远低于其他国家,水力发电占比相对较高,为17.3%。煤炭发电是各种发电中污染较为严重、效率较低的一种模式,因此中国的这种电力组成结构也就注定了电动汽车在中国使用并不是想象中的那么环保。

接下来我们对比各种发电方式的效率,如下图所示,从图上我们看到水力发电的效率最高,可以将90%的能量转换为电能,天然气CCGT(燃气蒸汽联合循环)可以将58%的能量转换为电能,煤炭、石油和核能转换效率比较接近,均为40%-42%。

有了以上数据我们就可以分析一下电动汽车使用是否真的环保了,首先我们对比“从油箱到轮胎”(TTW)效率,对于内燃机汽车,内燃机的效率一般为34%左右,考虑到传动和其他损失,最终TTW效率为12.6%,而混合动力和纯电动汽车的TTW效率分别为26.6%和54%,这样看纯电动汽车相比于混合动力和内燃机汽车还是有很大的优势的。但是如果考虑到发电的效率,也就是“从油井到车轮”(WTW)的能源利用效率,电动汽车的优势就被很大程度的抵消了。下图是以中国电网的电力组成结构为例计算获得的不同种类汽车的能源利用效率,从图上可以看到内燃机汽车的WTW效率最低,仅为10.8%,混合动力汽车最高为22.6%,纯电动汽车为21.8%,燃料电池汽车为21.4%。

由于我国能源结构中煤炭占比较高,而煤炭发电效率相对较低,因此也就决定了我国纯电动汽车的能源利用效率效率仅为21.8%,虽然要远高于燃油汽车,但是要比混合动力汽车低,但是如果纯电动汽车的电能来自水力发电或者燃气蒸汽联合循环发电,那么纯电动汽车的WTW效率可以达到46.44%或者30.96%,要远高于混合动力汽车,因此纯电动汽车更适合在一些水力发电等可再生能源发电占比较高的地区推广使用,而中国北方火力发电占比更高的地区,更加适合推广混合动力汽车。

从能源利用效率上来看,纯电动汽车并不是最高的,这主要是因为我国现有的能源结构中火力发电占比较高造成的,但是随着我国能源结构的不断优化,水力发电、风力发电、核能发电,以及可再生能源发电所占的比例不断上升(根据预测,到2050年,全世界将有5.3%的电能来自可再生能源(现在的这一比例仅为0.4%)),届时纯电动汽车的优势将真正的发挥出来。而且我们也注意到,无论是纯电动汽车还是混合动力汽车,能源利用效率都要远高于传统的内燃机车,但是中国车企在混合动力汽车技术方面起步较晚,远远落后于西方车企的混合动力技术,想要在混合动力汽车方面实现技术的赶超难度非常大,而电动汽车大家基本上都处在同一起跑线上,在国家的大力推动下,很有希望实现对西方国家的技术赶超,因此在现阶段内推广纯电动汽车也是一个明智之举。

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