吳奇珂 程 帆 陳昕儒

（東南大學電氣工程學院，南京 210096）

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“電能替代”戰(zhàn)略中電動汽車的推廣潛力及經濟性分析

吳奇珂 程 帆 陳昕儒

（東南大學電氣工程學院，南京 210096）

本文敘述推廣電動汽車對“電能替代”的作用，列舉推廣電動汽車的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢，并對推廣電動汽車競爭力展開討論。隨后，從技術、經濟、社會三方面闡述電動汽車的推廣潛力，分析電動汽車實施“電能替代”的可行性，同時針對電動汽車推廣的經濟效益進行算例分析，并計算出電動汽車相比傳統(tǒng)燃油汽車的成本優(yōu)勢。本文末尾對電動汽車推廣機制作簡要闡述，并得出結論。

電動汽車；電能替代；潛力分析；經濟效益分析

“電能替代”是指利用電力能源代替煤、油、氣等常規(guī)終端能源，通過大規(guī)模集中轉化來提高燃料使用效率、減少污染物排放，促進環(huán)境保護。目前，常規(guī)終端能源有煤、石油、天然氣等，可依此將電能替代的基本途徑分為三類，即以電代煤、以電代油、以電代氣［1］。

同發(fā)達國家相比，我國的“電能替代”起步相對較晚。2013年國家電網公司印發(fā)《電能替代實施方案》，啟動電能替代工作，該方案積極倡導“以電代煤、以電代油、電從遠方來”的能源消費新模式，提高電能占終端能源消費比重，推進社會節(jié)能減排，治理大氣污染。截至2014年年底，國家電網累計推廣實施電能替代項目1.3萬余個，完成替代電量643億kW·h。

雖然我國在“電能替代”領域投入巨大，并取得了可喜的成果，但與發(fā)達國家相比仍有許多不足［2］，具體表現(xiàn)在：①相關技術標準和法規(guī)仍不完善；②宣傳、培訓力度不夠；③缺乏電能替代工程專業(yè)人才；④基礎建設滯后；⑤能源價格機制尚不完善。

實施節(jié)能減排，推進電能替代，是我國能源消費快速增長，逼近環(huán)境承載力極限背景下的緊迫要求。

1 推廣電動汽車實現(xiàn)“電能替代”

電動汽車（BEV）是指以車載電源為動力，以電機驅動，符合道路交通、安全法規(guī)各項要求的車輛［3］。電動汽車的種類主要包括：純電動汽車、混合動力汽車、燃料電池汽車等。其中，純電動汽車是指由電動機驅動，常規(guī)電池儲能的汽車，本文論述以此為例。

1.1推廣電動汽車意義

利用電動汽車代替燃油汽車是實施“以電代油”的主要途徑。我國已成為世界最大的汽車市場，2020年我國轎車保有量預計將達1.2億輛。如果20%是小型電動汽車，每年可節(jié)省汽油約2300萬t，相當于提煉近1億t原油的汽車產量。因此，電動汽車的普及將對我國能源安全產生深遠影響。

1.2國內電動汽車發(fā)展現(xiàn)狀

近年來，國內出臺了一系列扶持政策積極鼓勵電動汽車發(fā)展。2005年，國家發(fā)改委提出發(fā)展混合動力汽車、燃料電池汽車等清潔汽車的目標；2009年，北京等13座城市開展節(jié)能與新能源汽車示范推廣試點工作［4］，并對購買新能源汽車給予補助；2011年，“十二五”規(guī)劃綱要將新能源汽車列為戰(zhàn)略性新興產業(yè)之一，提出全面實施純電動汽車技術轉型戰(zhàn)略，實施新能源汽車科技產業(yè)化工程；2013年，財政部等四部委聯(lián)合發(fā)布《關于繼續(xù)開展新能源汽車推廣應用工作的通知》，加大對新能源汽車的補助力度；2014年，國家發(fā)展改革委下發(fā)通知，決定對電動汽車充換電設施用電實行扶持性電價政策。隨著國家制定的政策不斷增多，鼓勵力度不斷加大，電動汽車的規(guī)?；l(fā)展成為必然趨勢。

1.3推廣電動汽車競爭力分析

1）推廣電動汽車的優(yōu)勢

（1）污染小

電動汽車由電力驅動，在行駛中不排放有害氣體，即使電動汽車所消耗的電力由使用化石燃料的火力發(fā)電廠提供，根據電動汽車消耗電力所折算出的火力發(fā)電氮氧化物的排放量，也不到同類型汽油車的10%。

（2）可使用多種能源

由于電動汽車使用電力，屬于二次能源，不受石油資源的限制，可利用核能、水力、太陽能等進行發(fā)電，節(jié)省日益枯竭的石油資源。

（3）效率高

電動汽車沒有怠速損失，在制動時能回收能量，80% 以上的電池能量可由電動機轉為汽車的動力，即使考慮原油的發(fā)電效率、配送電效率、充放電效率等，其最終效率也高于內燃機的平均效率。

（4）噪聲低

發(fā)動機性能是影響汽車的噪聲、振動大小的重要因素，傳統(tǒng)汽車與電動汽車相比，動力部分引起的噪聲和振動較大。特別是在加速過程時，電動機的噪聲和振動要比發(fā)動機低得多。

（5）有利于智能化

電動汽車高度的電氣化使得電動汽車系統(tǒng)中更易于采用先進的電子信息控制技術，提高汽車智能化程度。電動汽車的電動機控制系統(tǒng)，可與無級變速、防抱死制動系統(tǒng)（ABS）、制動能量回收系統(tǒng)、自動空調系統(tǒng)等其他電子系統(tǒng)協(xié)調，實現(xiàn)計算機智能控制。

2）推廣電動汽車的困難

（1）動力蓄電池技術不完善

隨著科技的進步，電動汽車的電池技術得到了飛速發(fā)展，已基本實用化，但仍存在問題。主要表現(xiàn)為：蓄電池的比能量、比功率不夠大，造成續(xù)駛里程不夠長；充電時間較長，降低使用便利性；使用壽命短，成本高等。由于動力蓄電池是電動汽車的能量來源，因此電池技術的不成熟對于電動汽車的發(fā)展造成嚴重的制約［5］。

（2）電動汽車購置及維護費用較昂貴

目前主流電動汽車售價比較昂貴，相比傳統(tǒng)燃油汽車價格要高出近一倍。例如美國特斯拉公司所生產的MODEL S P85D型電動汽車目前國內售價高達95萬元，遠遠超出國內一般消費者所能接受的價格，而國內汽車廠商生產的電動汽車價格雖然比國外品牌電動汽車便宜許多，但相比于傳統(tǒng)燃油汽車仍較昂貴。例如國內比亞迪公司所生產的E6型電動汽車國內最低售價也超過20萬元，而該公司所生產的傳統(tǒng)燃油汽車售價一般為10萬元。因此，電動汽車高昂的售價使之難以在一般家庭中普及。

（3）電動汽車續(xù)航能力較弱

受制于動力蓄電池技術的不完善，目前主流電動汽車充滿電所行駛里程十分有限。比亞迪E6型電動汽車充滿電的續(xù)航里程在300km左右，無法滿足長途行車的需要，僅適用于市內短途行車。即使是代表電動汽車國際高水平的特斯拉 MODEL S P85型電動汽車，一次充滿電的續(xù)航里程也僅有500km，仍不及燃油汽車。

（4）附屬充電設施建設不足

目前電動汽車行駛里程有限，因此電動汽車充電便利性成為影響出行的關鍵。然而國內家用電動汽車充電樁還未普及，公用充電站布點也很稀少，電動汽車充電受到很大制約［6］。此外，電動汽車充電速度較慢，同樣影響了電動汽車及充電設施的大范圍普及。為解決電動汽車充電慢的問題，目前已有采用快速換電池的方式來克服，然而該方法適合公共汽車、出租車等公共交通的規(guī)?；潆?，對于一般家用電動汽車來說存在電池維護、產權界定等問題，較難以實現(xiàn)。

（5）對電網產生沖擊

隨著電動汽車保有量的增加，規(guī)模化電動汽車充電將會對電網的安全、經濟、高效運行產生影響，大量電動汽車同時接入或脫離電網會引入低壓電網電流的急劇波動，對電網造成不小的沖擊，影響電網的安全、穩(wěn)定運行。

2 電動汽車推廣潛力分析

2.1技術潛力分析

目前，電動汽車技術雖然仍存在許多弱勢，但是在技術上已初步具備代替?zhèn)鹘y(tǒng)燃油汽車的能力，甚至在某些方面明顯優(yōu)于燃油汽車。

在車輛使用方面，電動汽車大小與傳統(tǒng)燃油汽車基本一致，由于省去了傳統(tǒng)燃油汽車的發(fā)動機、水箱、變速箱、油路等部件，電動汽車一般比同等外部體積的燃油汽車車內使用空間更大。此外，由于不存在傳統(tǒng)內燃機的震動及噪音問題，電動汽車乘坐更為舒適、穩(wěn)定。

在車輛動力性能方面，由于電動汽車一般使用電動發(fā)動機，相較于傳統(tǒng)燃油汽車采用的內燃機響應速度更快，車輛響應性能更好。例如特斯拉P85D型純電動汽車 0～100km加速僅需要 3.3s，其他型號例如P85、P70等0～100km加速時間也僅有5～6s，而傳統(tǒng)燃油汽車與特斯拉 model S系列處于同一價位區(qū)間的寶馬 740Li系列 0～100km加速仍需要5.7～7.5s。傳統(tǒng)燃油汽車加速性能及響應性能較于純電動汽車并不具備優(yōu)勢。

在車輛續(xù)航能力方面，目前電動汽車相比于傳統(tǒng)燃油汽車仍存在一定差距。特斯拉 P85D型純電動汽車最高續(xù)航里程 502km，而與之同等價位的寶馬 730Li型燃油汽車油箱容積 80L，按照工信部綜合油耗9.9～10.9L/km，該型燃油汽車最高續(xù)航里程達到700～800km，較電動汽車有明顯優(yōu)勢。

目前，電動汽車正在向提高蓄電池性能和能效方向進步，已有采用大功率快速充電等途徑來提高電動汽車充電速率，或采用快速換電池等手段。

因此，當前電動汽車在技術上已經基本具備代替燃油汽車的能力，尤其是在國內一些大城市，許多出租車、公交車已廣泛采用電動汽車替代燃油汽車。

2.2經濟潛力分析

我國缺少石油儲備，大量原油依賴進口，汽油、柴油價格較于其他終端能源高。此外，國內石油價格已參照國際油價進行調整，在國際油價大幅波動的情況下，使用燃油汽車成本存在較大的不確定性。

電動汽車的使用成本主要是電能、維護成本及電池更換費用。電池由于其使用的特殊性，在達到一定的充放電次數(shù)時需要進行更換，這也是電動汽車相比于傳統(tǒng)燃油汽車的附加成本，然而電池成本占整車成本的比例高達 30%～50%，考慮電池更換成本后，電動汽車的經濟性將受到很大影響。此外，電動汽車的購置相比于傳統(tǒng)燃油汽車購置成本更高，因此購置成本也需要納入考慮。

然而，由于電能較于傳統(tǒng)汽油、柴油更加清潔，且電能價格較低、波動幅度較小，符合用戶對汽車用能源的需求。因此，考慮使用過程中的能量成本，電動汽車比燃油汽車更具有優(yōu)勢。

隨著電動汽車的發(fā)展及電池技術的完善，電動汽車購置成本及電池更換成本將會降低，電動汽車的成本優(yōu)勢將會凸顯，經濟性優(yōu)勢將會擴大。

2.3社會潛力分析

目前，電動汽車在我國仍處于起步階段，僅在少數(shù)城市的公交車、出租車中有所采用，私家車中電動汽車比例更低，且大多用于市內行車。社會大眾對于電動汽車的動力性、安全性、經濟性都存有顧慮，電動汽車被普通民眾認可需要一定的時間。

然而隨著品牌電動汽車的興起以及傳統(tǒng)汽車廠商的加入，電動汽車越來越受到社會大眾的關注。許多廠商投入資金參與電動汽車技術的研發(fā)，政府部門也加大對電動汽車產業(yè)的支持力度，不斷有電動汽車投運于公共交通行業(yè)，使得全社會對電動汽車的認可度不斷提高。

3 電動汽車替代燃油汽車經濟性分析

本節(jié)參考相關文獻及資料，對目前國內市場主流電動汽車及燃油汽車經濟性進行分析，推斷電動汽車代替燃油汽車的可行性。

國外品牌電動汽車例如特斯拉等雖已進入國內市場，但其高昂的售價使得一般汽車用戶望塵莫及，特斯拉電動汽車一般是用戶的第二輛甚至第三輛車，并不承擔基本用途。因此，該類高售價電動汽車不具備進行經濟效益分析的潛力。本章節(jié)分析的是售價較低，具有實施“電能替代”潛力的電動汽車。

參照目前國內電動汽車市場，考慮一般家庭使用，電動汽車以比亞迪品牌的E6型電動汽車為例。參照國內汽車網站“汽車之家”的數(shù)據，“比亞迪E6 2014款先行者豪華版”電動汽車購置費用最低約為20萬元，配備有122馬力純電動發(fā)動機，電池支持300km續(xù)航里程，并享有政府購車補貼5.4萬元。

國內與比亞迪 E6型電動汽車在動力及售價上基本一致的燃油汽車以一汽大眾“邁騰”為例，參照網站數(shù)據，“邁騰2015款1.4TSI舒適型”目前最低售價約19萬元，基本與上文所述電動汽車售價一致，而動力方面采用131馬力的1.4L渦輪增壓直列4缸汽油發(fā)動機，發(fā)動機馬力大小基本與上文所述的電動汽車接近。

以下是采用“比亞迪E6 2014款先行者豪華版”替代“邁騰2015款1.4TSI舒適型”的經濟效益分析。

參照參考文獻［7］數(shù)據，考慮充電損失下的電動汽車耗電量為 13.2kW·h/100km，而居民電價少于0.5元/kW·h（參考北京市電價），據此可計算考慮充電損失下電動汽車充電費用約為 6.6元/100km。參考文獻［7］數(shù)據，我國乘用車輛日平均行駛里程為58.15km，綜上所述可計算使用E6型電動汽車日均充電行駛費用約為3.84元。

采用搭載1.4T發(fā)動機的“邁騰”型傳統(tǒng)燃油汽車，使用 97號汽油，油耗約為 9.8L/100km，參考國內97號汽油價格約為7元/L（北京市汽油零售價格），據此可得出“邁騰”型轎車汽油費用約為 68.6 元/100km，日均加油行駛費用約為39.89元。

如表1所示，不考慮資金時間價值，采用電動汽車及燃油汽車年燃料費用分別為 1401.6元和14559.85元。一般家庭汽車按10年使用期限計算，采用電動汽車及燃油汽車全壽命周期內燃料費用分別為1.40萬元和14.56萬元，據此可計算全壽命周期內，使用電動汽車代替燃油汽車可節(jié)約 13.16萬元。

由于電動汽車電池占全車售價高達50%，而電池使用年限有限，若考慮電池更新費用，以使用 5年更換新電池為例，則新購置電池費用為10萬元。若考慮政府對電動汽車補貼，電動汽車全壽命周期成本可減少政府所補貼的5.4萬元。

表1　電動汽車及燃油汽車費用比較

綜上可得，在不考慮資金時間價值的情況下，采用電動汽車比采用燃油汽車可節(jié)約成本 7.56萬元?？梢?，選用購車價格相仿的電動汽車其合計成本要比燃油汽車低，具有一定的經濟性。

具體成本分析如表2所示，可得出在運行年限為10年的情況下，使用“比亞迪E6”型電動汽車代替“一汽大眾邁騰”型燃油汽車在全周期燃料運行費用上可節(jié)約 12.16萬元；若考慮政府補貼，則可節(jié)約 17.56萬元；若考慮電池更換成本但不考慮政府補貼，則可節(jié)約2.16萬元；若既考慮政府補貼，同時考慮電池更換成本，則可節(jié)約7.56萬元。

表2　不同條件下電動汽車及燃油汽車費用比較

若考慮資金時間價值，仍沿用上文思路，則計算結果如下：

采用電動汽車及燃油汽車年燃料費用分別為1401.6元和14559.85元。一般家庭汽車按10年使用期限計算，采用電動汽車及燃油汽車全壽命周期規(guī)算至終期的燃料費用分別為

補貼及電池成本為

據此可得到見表3。

表3　電動汽車及燃油汽車終期費用比較

綜合上述分析可得，考慮資金時間價值后，采用電動汽車可比采用同等價格燃油汽車在 10年期使用過程中節(jié)約6.92萬元。

表4　不同條件下電動汽車及燃油汽車終期費用比較

由表4對比可知，在當前階段若沒有政府補貼，則電動汽車替代傳統(tǒng)燃油汽車的經濟性大大下降，在不考慮車輛維護成本的條件下僅節(jié)約0.65萬元。因此政府補貼仍是推廣電動汽車的必要條件。

4 電動汽車推廣機制建議

1）加大對電動汽車關鍵技術的研發(fā)

目前電動汽車發(fā)展的主要瓶頸是電動汽車電池及充電技術，由于電池蓄電能力有限，造成電動汽車續(xù)航能力較弱。此外，電動汽車充電動輒幾個小時的時間難以滿足需要。因此需要提高動力電池的比能量，克服技術瓶頸對電動汽車發(fā)展的阻礙。

2）政府應擴大對電動汽車的扶持及補貼力度

電動汽車可減少尾氣排放，緩解城市霧霾，然而電動汽車較高的購置費用及電池更換費用制約了它的普及。因此，政府應當對電動汽車相關企業(yè)提供政策及財政扶持［8］，促進企業(yè)擴大生產規(guī)模，降低生產成本。對于購置電動汽車的用戶，應當提供補貼及稅費減免，彌補電動汽車高售價的劣勢。

3）促進快速充電站、換電站等基礎設施建設

目前電動汽車快速充電站僅存在少數(shù)大城市，許多中小城市及高速公路沒有快速充電站，限制了電動汽車的普及。電網企業(yè)及相關單位應加快充電設施的建設，出臺鼓勵電動汽車充換電設施發(fā)展的政策，為設施建設用地審批提供便利，并進行補貼，提高充換電設施的經濟性。

4）加大電動汽車的宣傳與普及

普通民眾對電動汽車存在許多疑慮［9］。近些年，電動汽車在發(fā)展過程中出現(xiàn)了一些不利消息，例如電動汽車電池在極端情況下會出現(xiàn)爆燃問題等，這些都對民眾信心產生影響。因此，需要對用戶進行引導及宣傳，促進普通民眾正確認識電動汽車。

5）促進能源合理定價

我國能源市場存在價格扭曲的現(xiàn)象，電價相比于天然氣價格并不具備優(yōu)勢，導致用戶寧愿使用壓縮天然氣汽車也不愿使用電動汽車。因此推廣電動汽車還需要有合理的能源價格環(huán)境，才能凸顯電能清潔、經濟的優(yōu)勢，促進電動汽車的發(fā)展。

6）完善相關產業(yè)標準

制定電動汽車行業(yè)標準是支持電動汽車商業(yè)運營的前提和基礎，也是保障產業(yè)健康快速發(fā)展的重要因素。充換電標準制定涉及政府、研究機構、行業(yè)協(xié)會、汽車制造商、電池制造商、充電服務商等，需要由政府牽頭電動汽車的標準制定，促進相關標準與國際標準接軌，保證標準的通用性，推動電動汽車產業(yè)的標準化。

5 結論

采用電動汽車代替?zhèn)鹘y(tǒng)燃油汽車是實施“電能替代”戰(zhàn)略的重要舉措，世界各國相繼推廣電動汽車，并已取得一定成效。電動汽車在技術、經濟等方面初步具備替代燃油汽車的能力，并在成本效益方面具有一定優(yōu)勢。然而，電動汽車發(fā)展目前也面臨諸多發(fā)展瓶頸，需要改善電動汽車推廣機制，加強技術研發(fā)力度，促進電動汽車的更快發(fā)展。

［1］曹東莉，袁越，李志祥. 電能替代應用及效益評價［J］. 電網與清潔能源，2011，27（4）：30-34.

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［3］馬濱濱. 論我國電動汽車的推廣策略［D］. 廈門：廈門大學，2014.

［4］陳中，黃學良. 電動汽車規(guī)模化發(fā)展所面臨的挑戰(zhàn)與機遇［J］. 電氣制造，2015，10（4）：35-44.

［5］張非非. 電動汽車為何“推而不廣”［J］. 中外企業(yè)文化，2012（9）：28-29.

［6］李光. 影響我國電動汽車產業(yè)發(fā)展的關鍵因素研究［D］. 武漢：武漢理工大學，2011.

［7］張晨曦. 電動汽車入網技術及社會綜合效益研究［D］.杭州：浙江大學，2013.

［8］孫小慧，劉鍇，左志. 我國電動汽車補貼政策研究［J］. 科技與管理，2011，13（6）：99-103.

［9］翟衛(wèi)青，李興山. 適合我國國情的家用電動汽車推廣模式探討［J］. 河南科技，2014，5（10）：146-148.

Potential and Economic Analysis of Electric Vehicles in ‘Electric Energy Substitution’ Strategy

Wu Qike Cheng Fan Chen Xinru
（The school of electrical engineering，Southeast University，Nanjing 210096）

This paper describes the role of promoting electric vehicles in ‘electric energy substitution’，and expounds the current situation and development trend of electric vehicles，discusses the competitiveness of electric vehicles. Subsequently，from the technical，economic and social aspects of the electric vehicles，this paper illustrates the the potential of electric vehicles.Besides，the paper analyses the feasibility of applying electric vehicles in ‘electric energy substitution’，and cites a example to explain the economic benefits in promoting electric vehicles by calculating the cost of electric car compared to traditional fuel vehicles. In the end，this paper makes a brief exposition of promoting the electric vehicle，and draws the conclusion.

electric cars； electrical energy substitution； potential analisis； economic benefit analysis

吳奇珂（1992-），男，工學碩士，主要研究方向：智能電網、需求響應、電動汽車、電力市場。