魏哲林

（上海市電力公司 嘉定供電公司，上海 201800）

由于能源危機(jī)和環(huán)境污染的加劇，節(jié)能減排成了全球的共同課題，低碳經(jīng)濟(jì)、低碳生活和低碳電力等概念被相繼提出。其中，電力低碳化發(fā)展的本意是減少化石能源的消耗，促進(jìn)可再生能源的開(kāi)發(fā)與使用，進(jìn)一步改善能源供應(yīng)結(jié)構(gòu)，形成可持續(xù)的能源供應(yīng)機(jī)制。這不但表現(xiàn)在用電方式的轉(zhuǎn)變上，而且也是減少化石能源的重要途徑，最典型的應(yīng)用案例就是電動(dòng)汽車(chē)［1］，電動(dòng)汽車(chē)的推廣應(yīng)用，同樣關(guān)系到減少溫室氣體的排放量［2］。

近期的霧霾天氣，嚴(yán)重地影響了人們的日常生活，這也使得推廣電動(dòng)汽車(chē)的應(yīng)用迫在眉睫。低碳發(fā)展，綠色城市，應(yīng)用電動(dòng)汽車(chē)代替燃油汽車(chē)，一方面可以緩解能源危機(jī)，另一方面也可以從源頭上控制對(duì)環(huán)境的污染，緩解日益嚴(yán)重的霧霾天氣。本文通過(guò)改變機(jī)動(dòng)車(chē)中電動(dòng)汽車(chē)的比例，并在電動(dòng)汽車(chē)充電所需的電能來(lái)自火力發(fā)電的比例不斷變化的情況下，應(yīng)用電動(dòng)汽車(chē)環(huán)境效益評(píng)估模型來(lái)評(píng)估電動(dòng)汽車(chē)的環(huán)境效益，并估算電動(dòng)汽車(chē)的增長(zhǎng)對(duì)PM2.5排放量的影響。

1 電動(dòng)汽車(chē)環(huán)境效益評(píng)估模型

假設(shè)本文研究的電動(dòng)汽車(chē)為純電動(dòng)汽車(chē)，不產(chǎn)生任何排放物，也不會(huì)對(duì)環(huán)境造成影響。但是，其補(bǔ)償?shù)碾娔軄?lái)源可能會(huì)對(duì)環(huán)境污染產(chǎn)生一定的影響。假設(shè)電動(dòng)汽車(chē)充電所耗電能，分別來(lái)自火力發(fā)電、水力發(fā)電以及風(fēng)力、光伏等新能源發(fā)電，并假設(shè)只有火力發(fā)電會(huì)排放污染性氣體，而其他發(fā)電形式的排放均為零。假設(shè)其余機(jī)動(dòng)車(chē)都為燃油汽車(chē)。

假設(shè)某地區(qū)所耗電能中火力發(fā)電的比例為β，其表達(dá)式為：

式中：S火力為區(qū)域中所用的來(lái)自火力發(fā)電的電能；S總為區(qū)域中所用電能的總和。

假設(shè)區(qū)域內(nèi)電動(dòng)汽車(chē)數(shù)量占區(qū)域內(nèi)機(jī)動(dòng)車(chē)數(shù)量的比例為α，其表達(dá)式為：

式中：N電力為區(qū)域內(nèi)電動(dòng)汽車(chē)的數(shù)量；N機(jī)動(dòng)為區(qū)域內(nèi)機(jī)動(dòng)車(chē)總數(shù)。

假設(shè)電動(dòng)汽車(chē)的比例為α，充電所耗的電能為S充電，來(lái)自火力發(fā)電的電能為S，其表達(dá)式為：

則電動(dòng)汽車(chē)充電所產(chǎn)生的各類(lèi)等效污染物排放量Qi，可以通過(guò)計(jì)算式（4）得到：

式中：Qi為第i種污染物的排放總量；Pi為火力發(fā)電的第i種污染物的單位排放量；S為來(lái)自火力發(fā)電的電能。

則區(qū)域內(nèi)電動(dòng)汽車(chē)和燃油汽車(chē)的第i污染物排放總量Wi，可以用式（5）來(lái)表示：

式中：Ri為區(qū)域內(nèi)燃油汽車(chē)的第i種污染物的排放量。

假如區(qū)域內(nèi)的電動(dòng)汽車(chē)完全由燃油汽車(chē)替代，那么產(chǎn)生的污染物排放總量Yi，可以通過(guò)式（6）計(jì)算得到：

式中：Yi為燃油汽車(chē)第i中污染物的排放總量；yi為燃油汽車(chē)單位行駛里程的排放量；L為燃油汽車(chē)的行駛里程。

則電動(dòng)汽車(chē)產(chǎn)生的環(huán)境價(jià)值A(chǔ)，通過(guò)式（7）計(jì)算得到：

式中：A為電動(dòng)汽車(chē)的環(huán)境價(jià)值；Bi為污染物的環(huán)境價(jià)值；Ci為污染物的等效減排量，Ci＝Y(jié)i－Qi。

2 電動(dòng)汽車(chē)的類(lèi)型

研究電動(dòng)汽車(chē)的環(huán)境效益，先要確定電動(dòng)汽車(chē)的類(lèi)型，由此確定不同類(lèi)型電動(dòng)汽車(chē)的行駛距離，以便計(jì)算產(chǎn)生的等效污染物。通過(guò)分析我國(guó)電動(dòng)汽車(chē)的發(fā)展現(xiàn)狀、國(guó)家和地方發(fā)展電動(dòng)汽車(chē)的規(guī)劃，得出我國(guó)未來(lái)的電動(dòng)汽車(chē)發(fā)展方向［3］：2010年至2015年，電動(dòng)車(chē)輛主要集中在出租車(chē)、公交車(chē)和公務(wù)車(chē)中進(jìn)行示范運(yùn)營(yíng)；2016年至2020年，電動(dòng)公交車(chē)、電動(dòng)出租車(chē)和公務(wù)車(chē)運(yùn)營(yíng)模式已趨成熟，基本實(shí)現(xiàn)了規(guī)?；\(yùn)營(yíng)，但此時(shí)電動(dòng)私家車(chē)的比例依然較低；2021年至2030年，將大力發(fā)展電動(dòng)私家車(chē)，其數(shù)量將快速增加。

由此可以看出，我國(guó)現(xiàn)在的電動(dòng)汽車(chē)的發(fā)展方向是先在公共服務(wù)交通領(lǐng)域進(jìn)行示范發(fā)展，待技術(shù)及運(yùn)行模式成熟以后再轉(zhuǎn)向私家車(chē)方向發(fā)展。因此，本文所研究的純電動(dòng)汽車(chē)，主要是指純電動(dòng)出租車(chē)、公交車(chē)、公務(wù)車(chē)和私家車(chē)。

1）電動(dòng)出租車(chē) 根據(jù)北京地區(qū)出租車(chē)運(yùn)營(yíng)情況的調(diào)研報(bào)告，出租車(chē)的1天平均行駛里程為350～500km。每輛出租車(chē)由2名司機(jī)輪流駕駛，分小班和大班2種模式。小班模式的司機(jī)每12h換1次班；大班模式的司機(jī)每24h換1次班。由于日行駛里程較長(zhǎng)，1次充電不能滿(mǎn)足運(yùn)營(yíng)要求，而且出租車(chē)的停運(yùn)時(shí)間較短，一般選擇快速充電。假設(shè)出租車(chē)的日行駛里程為400km，設(shè)其百公里消耗電能為10kWh。

2）電動(dòng)公交車(chē) 根據(jù)北京地區(qū)公交車(chē)運(yùn)營(yíng)情況的調(diào)研報(bào)告，公交車(chē)1天的行駛里程為150～200km。公交車(chē)的首班發(fā)車(chē)時(shí)間為6：00左右，末班時(shí)間為22：30左右。電動(dòng)公交車(chē)的額定行駛里程約為200km，考慮到安全等因素，1次充電不能滿(mǎn)足全天的運(yùn)營(yíng)要求，因此白天運(yùn)營(yíng)時(shí)可以選擇快速充電，夜間停運(yùn)時(shí)可以選擇常規(guī)慢速充電。假設(shè)公交車(chē)的日行駛里程為180km，設(shè)其百公里消耗電能為50kWh。

3）電動(dòng)公務(wù)車(chē) 公務(wù)車(chē)作為政府、機(jī)關(guān)等部門(mén)用車(chē)，1天的行駛里程較短，平均為80km左右。在未執(zhí)行公務(wù)時(shí)即可進(jìn)行充電。由于停運(yùn)的時(shí)間較長(zhǎng)，可以在停運(yùn)時(shí)或用電低谷時(shí)選擇常規(guī)慢速充電。假設(shè)公務(wù)車(chē)的日行駛里程為80km，設(shè)其百公里消耗電能為10kWh。

4）電動(dòng)私家車(chē) 私家車(chē)主要用于上下班以及休閑娛樂(lè)等，1天的行駛里程約為65km。私家車(chē)的用車(chē)時(shí)間較為集中，停車(chē)時(shí)間相對(duì)較長(zhǎng)，可在居民停車(chē)場(chǎng)、商場(chǎng)超市停車(chē)場(chǎng)和單位停車(chē)場(chǎng)進(jìn)行常規(guī)慢速充電。私家車(chē)1年的平均行駛里程約為2.5萬(wàn)km［4］，由此可以得到其日均行駛里程約為68.5km。因此，假設(shè)電動(dòng)私家車(chē)的日均行駛里程近似為68km，設(shè)其百公里消耗電能為10kWh。

3 電動(dòng)汽車(chē)的環(huán)境效益評(píng)估

通過(guò)不斷改變電動(dòng)汽車(chē)和火力發(fā)電的比例來(lái)分析電動(dòng)汽車(chē)的環(huán)境效益情況。假設(shè)某地的機(jī)動(dòng)車(chē)數(shù)量為500萬(wàn)輛，電動(dòng)汽車(chē)所占的比例α在0.1～1之間變化，每次增加0.1；而火力發(fā)電所占的比例β從1～0.1變化，每次減小0.1。假設(shè)我國(guó)生產(chǎn)1kWh的電能需要耗費(fèi)標(biāo)煤335g，其產(chǎn)生的污染物排放量與國(guó)際上其他一些國(guó)家的火電污染物單位排放量對(duì)比，如表1［5］所示。

表1 各國(guó)煤電污染物的排放對(duì)比 g／kWh

從表1的對(duì)比結(jié)果可以看出，按照我國(guó)的排放標(biāo)準(zhǔn)，我國(guó)煤電的污染物排放與其他國(guó)家相比，還存在一定差距，有待進(jìn)一步提高。

根據(jù)文獻(xiàn)［6］和《國(guó)家重大科技產(chǎn)業(yè)工程項(xiàng)目電動(dòng)汽車(chē)實(shí)施方案》，可以得到每百公里耗油10L的燃油汽車(chē)污染物排放成分以及每公里的排放量為：CO為17g／km，碳?xì)浠衔?HC為2.70g／km，NOx為0.74g／km，CO2為320g／km，SO2為0.03g／km。對(duì)于溫室氣體折合系數(shù)，按照《京都議定書(shū)》所采納標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行計(jì)算，每克HC相當(dāng)于23g CO2，則歸算后的單位排放量為：CO為17g／km，NOx為0.74g／km，CO2為382.10g／km，SO2為0.029 5g／km。

根據(jù)電動(dòng)汽車(chē)環(huán)境效益的評(píng)估模型，可以得到區(qū)域內(nèi)的電動(dòng)汽車(chē)和火力發(fā)電的比例變化所產(chǎn)生的污染物的排放總量，如圖1至圖4所示。

圖1 機(jī)動(dòng)車(chē)CO總排放量變化圖

圖2 機(jī)動(dòng)車(chē)NOx總排放量變化圖

圖3 機(jī)動(dòng)車(chē)CO2總排放量變化圖

圖4 機(jī)動(dòng)車(chē)SO2總排放量變化圖

從圖1至圖4對(duì)機(jī)動(dòng)車(chē)總的排放量的仿真結(jié)果可以看出：當(dāng)電動(dòng)汽車(chē)比例為0.1、火力發(fā)電比例為1時(shí)，污染物的排放量達(dá)到最大值：CO為16 740t，CO2為385 220t，NOx為770.2t。當(dāng)電動(dòng)汽車(chē)比例為1，火力發(fā)電比例為0.1時(shí)污染物的排放量達(dá)到最小值：CO為1.35t，CO2為9 000t，NOx為41.6t。由此可以看出，污染物排放量隨著火力發(fā)電比例的下降和電動(dòng)汽車(chē)比例的增加而減小，而且在電動(dòng)汽車(chē)比例最大、火力發(fā)電的比例最小時(shí)，三種污染物的排放量達(dá)到最小。

從圖4可以看出，當(dāng)電動(dòng)汽車(chē)比例為0.1、火力發(fā)電比例為1時(shí)，SO2的排放量為112.6t，而當(dāng)電動(dòng)汽車(chē)比例為1，火力發(fā)電比例為0.1時(shí)，SO2的排放量為93.5t，排放量沒(méi)有減少很多。這是由于我國(guó)火力發(fā)電的SO2排放量較大，當(dāng)電動(dòng)汽車(chē)的比例增加時(shí)，其排放量反而增加，但是隨著火力發(fā)電的比例減少，SO2的排放量也應(yīng)相應(yīng)減少。也就是說(shuō)，減小環(huán)境污染，一方面要增加電動(dòng)汽車(chē)的數(shù)量和新能源的發(fā)電量，另一方面也要降低煤電的污染物排放量。

參考中國(guó)排污總量收費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)與中國(guó)電力行業(yè)各種污染物減排量的環(huán)境價(jià)值標(biāo)準(zhǔn)，各種污染物減排的環(huán)境價(jià)值標(biāo)準(zhǔn)：CO為1元／kg，CO2為0.023元／kg，SO2為6元／kg，NOx為8元／kg。根據(jù)電動(dòng)汽車(chē)的環(huán)境效益評(píng)估模型，可以得到電動(dòng)汽車(chē)產(chǎn)生的環(huán)境效益，如圖5所示。

圖5 電動(dòng)汽車(chē)的日環(huán)境效益

由圖5得知，隨著電動(dòng)汽車(chē)比例的增加，環(huán)境效益也在增加。當(dāng)比例從0.1增加到1時(shí)，電動(dòng)汽車(chē)的數(shù)量增加到10倍，相應(yīng)產(chǎn)生的環(huán)境效益也增加到10倍。而隨著火力發(fā)電比例的減小，電動(dòng)汽車(chē)產(chǎn)生的環(huán)境效益則不斷增大。當(dāng)α＝1，β＝1時(shí)，產(chǎn)生的環(huán)境效益為2 386.1萬(wàn)元，而當(dāng)α＝1，β＝0.1時(shí)，產(chǎn)生的環(huán)境效益最大，為3 378.0萬(wàn)元。由此可見(jiàn)，隨著電動(dòng)汽車(chē)數(shù)量的增加，電網(wǎng)中火力發(fā)電的比例減小，清潔能源發(fā)電的比例增加時(shí)，電動(dòng)汽車(chē)的環(huán)境價(jià)值將更加突出。

4 對(duì)PM2.5的影響

由于電廠燃煤和汽車(chē)尾氣排放等因素造成的PM2.5嚴(yán)重超標(biāo)，使得我國(guó)近期頻頻遭受大范圍、長(zhǎng)時(shí)間的嚴(yán)重霧霾天氣。雖然其單個(gè)顆粒極其細(xì)微（小于2μm），但是它來(lái)勢(shì)洶洶，遮天蔽日，危害人體健康，還嚴(yán)重影響交通出行及人們的社會(huì)經(jīng)濟(jì)活動(dòng)。為此，加強(qiáng)環(huán)境保護(hù)和減少排放已經(jīng)成為全社會(huì)關(guān)注的焦點(diǎn)。

機(jī)動(dòng)車(chē)尾氣是PM2.5的主要來(lái)源之一，在京Ⅴ標(biāo)準(zhǔn)中，單獨(dú)規(guī)定了汽車(chē)尾氣中PM2.5的限值為0.004 5g／km，達(dá)到了國(guó)際的排放標(biāo)準(zhǔn)。假設(shè)電動(dòng)汽車(chē)的增長(zhǎng)情況如上所述，而且發(fā)電地距離城市較遠(yuǎn)，因此不考慮因發(fā)電產(chǎn)生的PM2.5的影響，可以估算出PM2.5的變化情況，如圖6所示。

圖6 PM2.5減排量

由圖6可以看出，隨著電動(dòng)汽車(chē)比例的增加，PM2.5的減排量也相應(yīng)增加，而且在電動(dòng)汽車(chē)達(dá)到500萬(wàn)輛時(shí)，每天可以減少3.303t的PM2.5排入大氣。因此，電動(dòng)汽車(chē)的推廣使用將大大地改善環(huán)境質(zhì)量。

隨著汽車(chē)保有量的不斷加大，未來(lái)若要真正改善機(jī)動(dòng)車(chē)尾氣排放，解決霧霾污染問(wèn)題，還得依靠發(fā)展零排放電動(dòng)汽車(chē)。近年來(lái)，國(guó)家大力扶持新能源汽車(chē)的發(fā)展，各地政府也出臺(tái)了很多優(yōu)惠政策。上海市政府對(duì)部分電動(dòng)汽車(chē)補(bǔ)貼近10萬(wàn)元，而且可以免費(fèi)擁有上海牌照。上海嘉定區(qū)作為電動(dòng)汽車(chē)國(guó)際示范區(qū)，充電基礎(chǔ)設(shè)施發(fā)展迅速。目前，嘉定區(qū)已經(jīng)建成3座充／換電站，并在全區(qū)各處總共擁有800個(gè)快速充電樁，這為電動(dòng)汽車(chē)備足了“糧食”，將大大促進(jìn)電動(dòng)汽車(chē)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，更好地改善環(huán)境質(zhì)量。截至2012年底，上海新能源汽車(chē)運(yùn)行總數(shù)達(dá)2 431輛，其中公共服務(wù)用車(chē)實(shí)現(xiàn)千輛級(jí)目標(biāo)，達(dá)2 131輛，私人用車(chē)300輛。曾經(jīng)用于世博會(huì)的120輛純電動(dòng)車(chē)，從2013年4月起正式服役上海公交，而23路、939路將成為上海純電動(dòng)車(chē)營(yíng)運(yùn)線(xiàn)路。

5 結(jié)論

電動(dòng)汽車(chē)行駛為“零排放”，其消耗電量換算成燃煤發(fā)電廠污染排放，明顯少于化石能源汽車(chē)尾氣的污染排放。世界氣候組織對(duì)傳統(tǒng)燃油車(chē)和電動(dòng)汽車(chē)“油井到車(chē)輪”能源效率分析表明，電動(dòng)汽車(chē)能源利用效率比傳統(tǒng)燃油車(chē)高出46%以上。同時(shí)，電動(dòng)汽車(chē)普遍采用夜間充電，規(guī)?；瘧?yīng)用后，能有效緩解城市電網(wǎng)日益嚴(yán)重的峰谷差問(wèn)題，提高發(fā)電機(jī)組效率。也就是說(shuō)，使用電動(dòng)汽車(chē)后不但緩解了能源危機(jī)，還降低了對(duì)環(huán)境的污染。

隨著電動(dòng)汽車(chē)“零排放”行駛比例的增加，發(fā)電比例中火力發(fā)電比例的減小，電動(dòng)汽車(chē)的環(huán)境效益是十分顯著的。此外，大力推廣電動(dòng)汽車(chē)的應(yīng)用，也可以降低PM2.5的排放量，少一點(diǎn)霧霾危害。

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