电动汽车的优势及应用技术

电动汽车全部或部分采用电力驱动，能源来源途径广；可以改善能源结构，解决汽车的能源替代问题，改善电网系统峰谷负荷平衡问题；可以实现低排放，甚至零排放行驶，具有良好的环境保护效果；行驶噪声小；排放的废热少，可有效减轻城市“热岛效应”；实现了制动能量回收，结构简单，使用维护方便等。下面从能源与环境方面，具体分析电动汽车的优势。

（1）电动汽车与能源

通过发展电动汽车技术和推广电动汽车的应用，可以减少石油燃料的总消耗量。与传统燃油汽车相比，电动汽车能量利用效率高。据测算，将原油提炼成汽、柴油并用于燃油汽车驱动时，平均能量利用率仅为12%左右。纯电动汽车即使仅使用燃烧重油发的电，其能量经重油提炼、电厂热电转换、电力输配、电池充电和电机损耗等环节，在电机输出轴也可得到20%左右的能量，所以电动汽车从原油到汽车车轮驱动的能量转换效率比燃油汽车高约50%，如图1-3所示。如果电动汽车还应用其他发电方式，能量利用率将更高。

图1-3 电动汽车与燃油汽车能量转换效率比较

电动汽车可以改变能源消耗结构。因电动汽车不再纯粹依赖于化石能源，故不受石油资源的限制，可利用核能、煤炭、水力、太阳能、风能和地热等一切可以用来转化为电能的能量（图1-4），拓宽了能源获取的渠道，有效缓解了我国的石油能源安全问题。据有关专家对石油有效利用情况的分析，若利用上述类型的电能，电动汽车比燃油汽车节能70%左右，能源费用可节省50%左右。这对于我国这样一个人口众多、能源紧缺的国家是相当重要的。

图1-4 电动汽车能源的多样化

世界各国供电系统都存在峰谷负荷平衡问题，北京市电网峰谷负荷差已超过40%（上海更是达到60%）。目前我国发电机容量增长迅速，2015年末全国发电装机容量150828万千瓦，比2014年末增长10.5%。截至2015年，我国风电、太阳能发电累计装机容量1.7亿千瓦，超过全球的1/4，风电装机容量连续四年世界第一。而随着我国核电（其发电功率要求日夜恒定）的不断发展和几个“风电三峡”的建成（我国风场夜间风大），“谷电”卖不出去的形势更为严峻，电网调峰的任务日益加重。

目前，除了利用夜间用电价格便宜，鼓励使用“谷电”的方式外，解决峰谷不平衡的主要方式是建设抽水蓄能电站，而建设抽水蓄能电站投入成本较大。以北京十三陵80万kW抽水蓄能电站为例，其建设费用为37.31亿元（每千瓦约合4664元），如建5000万kW抽水蓄能电站就需2000多亿元，同时抽水蓄能电站的建设要有合适的场地，而且抽水蓄能电站能量效率仅约为70%。采用电动汽车夜间充电蓄能避免了电能的二次回收消耗，效率约为90%。若一辆电动汽车每天夜间平均能吸收50kW·h的电能，需几十万辆电动汽车才能完成一个千万千瓦级电厂的调峰任务。

因此，利用夜间对电动汽车充电，现有电网容量已经能适应若干年后电动汽车发展电能的需求，不但有利于电动汽车的能量补充，也有利于电网的峰谷平衡，减少为维持电网低负荷运转而引起的费用。美国、德国等发达国家已把发展电动汽车与蓄电池储能纳入电网发展规划。以北京为例，如有100万辆是纯电动汽车，以平均每辆2kW的功率充电，即可消耗200万kW的“谷电”，这相当于两个半十三陵抽水蓄能电站。

（2）电动汽车与环境

雾霾天气严重影响了人们的日常生活，2013年中国环境科学研究院的研究显示，汽车尾气排放是PM2.5的重要来源之一，这使得推广电动汽车的应用迫在眉睫。低碳发展绿色城市，应用电动汽车代替燃油汽车，可以从源头上控制对环境的污染，缓解日益严重的雾霾天气。

为全面评价电动汽车与传统汽车的环境效益，可采用全生命周期模式进行研究，主要从微观角度研究车用燃料的污染物排放问题，包括两个主要阶段：①能源从矿井开采出来到加工提炼为汽车可以直接使用的燃料的过程，简称矿井到油箱（Well to Tank，WTT）；②油箱到车轮的过程（Tank to Wheel，TTW）。(www.xing528.com)

车用能源在WTT阶段一般经过四个过程：原料开采、原料运输、燃料加工和燃料运送。车辆在TTW阶段，主要研究车辆每行驶1km过程中PM2.5和温室气体CO₂的排放情况。

在应用方面，混合动力对于在城市中运行的车辆而言，具有极大的环保意义。由于城市道路中行车速度不是很高，时常走走停停，这时电力驱动的使用价值就体现出来了，对于城市治理PM2.5非常有价值，由图1-5可以看出，在PM2.5的排放优势上，混合动力与纯电动汽车差别不大。在通往节能减排和汽车可持续发展的道路上，混合动力电动汽车在现阶段具有极强的可操作性和现实意义。

通过对不同驱动类型客车（2011年）CO₂排放的分析比较（图1-6），可知纯电动客车和混合动力客车比传统柴油客车的排放污染更小，可以预测混合度越高的车辆其环保效果越好。总体来说，以电动汽车为主的新能源汽车与传统汽车相比具有明显的环境优势。

图1-5 2011年不同驱动类型客车PM2.5排放生命周期的对比

虽然我国的发电以煤为主，但电动汽车的应用仍具有显著的减排效果。按照目前我国80%的高煤电比例，同等车重的电动汽车与燃油汽车相比，CO₂排放降低潜力可达30%。随着我国煤电发电水平的提高和电力来源的多元化、清洁化，电动汽车的减排效果将会更加明显。2006年通过的《可再生能源法》明确可再生能源是我国能源优先发展的领域，提出大力发展可再生能源，到2010年使可再生能源消费量达到能源消费总量的10%，实现部分可再生能源技术的商业化；到2020年达到15%的发展目标，大批可再生能源技术达到商业化水平，努力使可再生能源占一次能源总量的18%以上；到2050年可再生能源在能源消费总量中达到30%以上，成为重要的替代能源；到2100年可再生能源在能源消费总量中达到50%以上，并基本消除传统利用方式，实现能源消费结构的根本性改变。我国将加快大型水电建设，积极推进风力发电、生物质能和太阳能发电等利用技术，将建设若干个百万千瓦级风电基地。

图1-6 2011年不同驱动类型客车CO₂排放生命周期的对比

另外，相对于燃油发动机汽车，电动汽车产生的噪声和散热量较小。相关资料显示，纯电动汽车由于采用电力驱动，噪声比同类燃油车辆低5dB以上（图1-7）。表1-1为燃油汽车和电动汽车在不同车速下的噪声对比。从表中统计数据可以看出，电动汽车对降低城市噪声污染方面有显著优势，如大规模推广电动汽车将大幅度降低城市噪声。纯电动汽车在工作过程中，由于能量转换效率较高、发热较少且不排放废气，排向环境中的热量要比内燃机汽车少80%以上，是减少城市热污染的最有效途径。

图1-7 燃油汽车和电动汽车产生的噪声比较

表1-1 燃油汽车和电动汽车在不同车速下的噪声（单位：dB）