新能源汽车 | 环保新动能 : 电动公交车

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世界上没有哪个产品是完美的,对于新能源汽车同样如此,其发展也要经过漫长的技术升级路径。2018全国两会期间工信部部长苗圩表示:随着新能源汽车不断进步,节能减排效益会做得越来越好。科技不断发展技术不断进步,充电设施不断完善,新能源汽车未来还会呈现出高速增长态势。

新能源汽车的背景

汽车自从发明开始,给人类带来巨大方便的同时,也带来了严重的环境问题。根据生态环境部最新出版的《中国机动车环境管理年报(2018)》显示,中国已连续九年成为世界机动车产销第一大国,同时机动车污染已成为我国空气污染的重要来源,是造成环境空气污染的重要原因,机动车污染防治的紧迫性日益凸显。

为了改变传统燃油汽车对环境带来的种种污染,新能源汽车的发展越来越受到人们的重视。目前的新能源汽车主要包括纯电动汽车、增程式电动汽车、混合动力汽车、燃料电池电动汽车、其他新能源汽车等。国内采用的是以纯电动主、兼顾插电式混合动力、燃料电池汽车发展路线。

在工信部今年8月公示的第311批《道路机动车辆生产企业及产品公告》中,新能源客车总计148款,其中纯电动客车133款,插电式混合动力客车2款,燃料电池客车6款。

国内新能源汽车的发展形势

近几年,国内的电动汽车行业迅猛发展,新能源汽车的产量和销量都有大幅度增加,国内E Bus的销量从2011年1136辆到2016年的115700辆,增长了101倍, 2017年 E Bus 出现下滑的主要原因是2016年国家补贴政策出现重大调整,导致出现观望,2017年下半年,销售数量开始恢复。



2011-2017国内电动公交车销售统计。来源: EV Obsession Get the data Created with Datawrapper

政策鼓励

为了推动纯电动公交在国内的普及, 2015年交通运输部、财政部、工信部联合发的《新能源公交车推广应用考核办法(试行)》中明确规定,2019年新增及更换的公交车中新能源公交车的比重:北京、上海、天津、河北、山西、江苏、浙江、山东、广东、海南达到80%;安徽、江西、河南、湖北、湖南、福建达到65%;其他省(区、市)达到30%。

同时,国家及地方政府出台了系列补贴奖励和税收减免等政策来鼓励和推动新能源汽车的发展。



2016版新能源汽车国家补贴标准

质疑与应对

随着新能源汽车的迅猛发展,针对新能源汽车“零排放”等环保口号的质疑也伴随而来。目前无论是纯电动汽车还是氢能源汽车所需要的氢,其均离不开电力,目前全球采用燃煤发电仍然在能源结构中占有重要比例,在国内2016年,我国火电发电量在总发电量中的占比达71.60%;燃煤发电量在火电发电量中的占比达91.07%,燃气发电、燃油发电量占比小;而该发电方式具有较高的大气污染物排放,质疑者认为新能源汽车只是把污染从道路转移到电厂,并非“零排放”;并且纯电动汽车的制造回收对环境的影响也不可忽视。

为了计算新能源汽车对环境的影响,常规的做法是以其百公里耗电量乘上发电量的碳排放因子来折算出标准二氧化碳产生量。由于新能源汽车本身分为很多种类,不同种类电动车的污染测算方法也因车而异,加之其所在地的电力构成也不尽相同,得出结果也会有很大的差异。

根据中国电动汽车百人会的《新能源公交车示范推广与商业模式研究》表明:燃油消耗为38L/100km的国四排放的12米公交车每公里CO2排放为1103g,在全国电网的平均水平和构成下,百公里耗电120kWh的纯电驱动公交车每公里的CO2排放为943g,插电式混合动力客车为870g。电动化后CO2排放比柴油车降低15%-20%,具有显著的降低碳排放的效益。



不同类型公交车每公里CO2排放统计

对于导致雾霾的气体污染物排放,如CO、VOC、NOx和PM,根据《新能源公交车示范推广与商业模式研究》表明:在车辆生命周期内,柴油车每年的排放为1146kg,而纯电动车为279kg,降低了75%的气体污染物排放;插电式车型的排放为895kg,降低幅度为22%。



不同类型公交车每公里气体污染物排放统计

虽然我国现阶段仍然是以“火电”为主,但是随着风电、核电等能源的不断开 发,和燃煤发电排放的控制,“污染转移”的问题将会逐渐降低。

火力发电从2010年我们火力发电占了80%,到了2013年降到了78%,到了2016年已经降到了72%,根据中国电力联合会数据.2015~2016年间,全国范围内每度电所产生的污染物(颗粒物、硫化物、氮氧化物等)的排放量约为1~1.2克,该数字是涵盖了发电、输电和充电的整个过程的污染物总量,二氧化碳排放是810克。

中美清洁汽车联盟副主任王贺武认为该数值相较于2010年的污染物排放量,该数字下降了70%~80%。同时根据BP的报告Energy Outlook 2035 到2035年的发电结构中,无论是中国还是全球,其火电都是呈下降的趋势,清洁电力的比重会逐步提高。



全球及中国2035年以来电力来源能源结构占比

考虑到三元锂电池的安全性,目前国内纯电动公交主要采用磷酸铁锂电池,这种电池不使用重金属,该电池一般被认为是不含任何重金属与稀有金属,无毒(SGS认证通过),符合欧洲RoHS规定,对环境影响较小。

近几年,国内的电动汽车行业迅猛发展,新能源汽车的产量和销量都有大幅度增加,国内E Bus的销量从2011年1136辆到2016年的115700辆,增长了101倍, 2017年 E Bus 出现下滑的主要原因是2016年国家补贴政策出现重大调整,导致出现观望,2017年下半年,销售数量开始恢复。

目前国内每天电力需求存在大量的峰谷点差,有分析认为,中国每天10亿度的峰谷电差。电动汽车白天行驶,晚上充电,正好可以平抑不同时段的峰谷电差,这些峰谷点差可以满足4000万辆电动汽车充电。发展新能源汽车也有助于提高电能总体利用效率,避免修建抽水蓄能电站,节约社会成本。

根据交通部统计数据,全国拥有公共汽电车总量从2013年的50.96万辆到2017的65.12万辆,其中变化最大的就是传统燃油公交车不断减少,占比从62.70%到2017年的29.70%,新能源公交车不断增加,占比从2013年的不到0.33%到2017年的39.50%。

考虑到在2013年,新能源的比例极低,非常适合作为研究后续年份新能源公交车增加对环境的影响,因此以2013的车辆排放CO2为基准年。2017年因为新能源公交车的增加减少了大约856万吨CO2。

考虑到目前柴油车和汽油车减少的趋势,假定2021年,柴油车和汽油车全部被新能源汽车所以取代,那么2021年,将减少排放3308万吨CO2。

CO2减排总量计算表。注:标准201320142015年的数据是根据新能源当年的销量推算得到;不同类型车辆每运行公里排放CO2kg)为:柴油1.103,纯电动0.943,混合动力0.871,汽油1.07,天然气0.943201320142015年的CO2排放采用的纯电动和混合动力的平均值;不同车辆排放的总量是基于车辆构成;从2016年开始考虑到火力发电技术的提高,污染排放减少和清洁电力比重增加,电动车消耗对环境减少每年降低0.1个权重值;根据中国新能源汽车发展的技术路线,假定2017后,混合动力汽车比重保持不变

新能源公交车案例

从2009年开始,深圳被确定为全国首批13个节能与新能源汽车示范推广试点城市,全力开展纯电动公交及出租车示范推广工作。到2017年年底,累计推广应用纯电动公交车16359辆,已实现全市专营公交车辆全部纯电动化。这是全国乃至全球特大型城市中,首个实现公交全部纯电动化的城市。

在2016年,深圳市纯电动大巴、混合动力大巴的单车日均营运里程分别约为174.4km、163.0km,分别为传统柴油大巴(228.8km)的76.2%、71.2%。纯电动大巴单车日均运营里程逐年上升,较2012年增长约40.6%。

公交纯电动化对深圳的各方面效益

公交纯电动化给深圳带来了明显的效益,相对于传统的柴油大巴,深圳公交电动化后大大减少对化石燃料的依赖,减少了交通对环境的污染。

燃油量下降

公交行业燃油消减量达95%以上。以深圳2016年运营里程为基准,纯电动大巴运营能耗较柴油大巴节能72.9%,纯电动大巴单车日均营运里程为174.4公里,百公里能耗为106.3千瓦时,根据深圳市交通运输委员会的统计2017年年度总节能约36.6万吨标准煤,替代燃油总量34.5万吨。

环境效益

每年将减少二氧化碳排量达135.3万吨。全市纯电动公交车单车百公里年均CO2排放量为67.02kg,柴油车为129.91kg,减排率约为48%。按照国Ⅴ柴油车排放标准为对比值,根据深圳市交通运输委员会的统计2017年数据显示减少二氧化碳排量达135.3万吨,相当于9.5个深圳市梧桐山风景区(总面积共31.82平方公里,植被覆盖率达95%以上)一年的二氧化碳吸收量。年减少氮氧化物、非甲烷碳氢、颗粒物等污染物排量431.6吨。

经济效益

同时根据深圳巴士集团公共汽车分公司副总经理张龙文所言:相比一辆12米长的传统燃油公交车,每年运营成本约18万元,纯电动公交车的运营成本可降至10万元,每台车每年能省下8万多元。

面临的挑战

尽管新能源汽车取得了快速的发展,但是仍面临不少问题。国家目前的补贴政策也越来明确支持高能量密度的电池,对非快充纯电动客车的电池系统能量密度门槛从85kWh/kg提到115kWh/kg。

由于磷酸铁锂电池能量密度受限,其理论能量密度上限只有170mAh/g,目前实际使用的电池能量密度只有110mAh/g,导致其电池容量比三元锂电池要低很多,但是三元锂电池目前还存有一定的安全隐患,所以很少被用于公共交通,因此纯电动公交车必须要采用新的技术手段来提高电池能量密度。

2015年起,一些不法企业利用国家补贴政策漏洞,采取虚假生产、产品不符合一致性要求等方式骗取补贴资金,导致电动汽车“虚假”发展,国家补助资金大量流失。因此,为了促进我国新能源汽车行业健康稳定发展,国家相关部门将从提高补贴获得条件、完善补贴标准和机制、改进补贴资金拨付方式、建立地方政府为责任主体的监管体系等,调整新能源汽车国家补贴政策。

新的政策的颁布,在一定程度上将影响电动汽车的销量,最新数据显示,2017年1月我国电动汽车销量仅为0.54万辆,同比下降61%,后期随着政策的明确,新能源汽车的销量逐渐回升,但是这种行业欺骗行为对产业的发展是相当不利,如何制定切实有效的政策,减少政策漏洞以然是需要认真考虑的。



2017年新能源乘用车销售统计

 


来源:Institution of Transportation & Development Policy