电动汽车与传统汽车排放性对比研究

2024年3月1日发(作者：广汽本田思域图片)

电动汽车与传统汽车排放性对比研究

张磊，江道灼，许挺，梁一桥

（浙江大学电气工程学院，浙江杭州 310027）

摘要：从油耗计算及试验结果两方面入手，对传统燃油汽车进行排放性分析；结合电动汽车电能传输效率计算，将电动汽车排放性归算至发电厂侧。对电动汽车与传统汽车的排放性进行对比研究,阐明了电动汽车的优势。最后对两者的噪声污染进行比较分析。指出发展电动汽车对改善环境的重要性。

关键词：电动汽车；传统汽车；排放性；噪声污染；比较

0 引言

汽车工业是我国国民经济的支柱产业。作为最常见的交通工具，汽车也是人民提高生活水平必不可少的一部分。然而，近年来随着汽车保有量的迅速增长，能源枯竭及环境污染等问题也被推到了日益严重的位置。因此迫切需要一种新型汽车来代替传统的燃油汽车。

电动汽车是以蓄电池作为动力的新型汽车。第一辆电动汽车诞生于1881年，但由于蓄电池技术的限制，发展缓慢。直到20世纪70年代以后，美国、日本和德国等国家的汽车公司才陆续开发出电动汽车。“十五”期间，我国电动汽车的关键技术取得了突破性进展，电动客车已进入小批量运行与应用[1]。它具有低噪声、低排放、综合利用能源等突出优点，是新世纪汽车工业缓解能源危机和环境污染的重要途径。电动汽车必将取代传统燃油汽车成为汽车工业的发展方向。本文将定量比较电动汽车与传统汽车的排放性。

1 传统汽车排放性

传统汽车运行过程中会产生大量有害气体，不仅对环境造成巨大压力，而且对人体健康产生危害。其中主要包括[2]：

一氧化碳(CO)，CO是一种无色的有毒气体，易于血液中的血红蛋白结合，危害中枢神经系统，轻则头痛、头晕、四肢无力，重则中毒死亡，对人体造成严重不良影响。

氮氧化物(NOx)，NOx是一种强烈的腐蚀剂，危害人体呼吸系统，削弱血液的输氧功能，引起气管

炎、肺炎等。燃油汽车加速行驶时尾气排放激增，尤以NOx排放量最大。

碳氢化物(HC)，HC为汽车尾气中的一类有机物废气，包含苯、甲苯、二甲苯等有害物质，其中以苯危害最大。苯是一种致癌物质，可引发人体贫血、血小板减少、粘膜出血、血癌等疾病。

二氧化硫(SO2)，SO2为一种无色无味的气体，危害人体肝、肾、心脏等器官，对呼吸系统有强烈的刺激作用。另外它还是造成酸雨的重要原因，给人民生活和国民经济带来巨大损害。

臭氧(O3)，O3对人体的肝、肺、心脏等都产生不同程度的不良影响。

此外，传统燃油汽车释放最多的气体便是二氧化碳(CO2)，CO2是造成温室效应的主要气体，致使全球变暖，物种减少，极端天气频发，直接威胁人类生存。

由于传统汽车种类繁多，各车型排放量参差不齐，本文为方便起见，对某一典型客车的排放性进行分析，该车型为上海通用五菱生产的LZW6381BF微型客车。文献[3] 通过使用均值方法、统计量方法、标准偏差分析、单因素方差分析、基于稳健的Z比分数以及控制图分析方法等对该车型尾气排放量的实验结果如表1所示。

表1 LZW6381BF微型客车排放性试验结果

污染物实验数据（g/km）

CO 0.394

HC 0.046

NOx 0.022

CO2 168.5

由表中数据可得知燃油汽车排放的尾气中二氧化碳量占了99%以上，同时CO2对自然环境影响巨大。因此下文从汽油燃烧的化学角度分析、核实该车型的CO2排放性。

在工信部发布的各类车型油耗数据库[4]中可查得LZW6381BF微型客车的油耗为8.20L/100km(市区工况)、6.20L/100km(市郊工况)。

汽油是对分子含C量在5～8的一类烷烃的通称。汽油标号一般是以正辛烷的含量来标定的，正辛烷含量越高，汽油的标号越高，汽油分子量在90～120之间。汽油密度一般为730g/L，93比90汽油密度略高，97和93基本没区别。则按照化学方程式：

2C8H18+25O2=16CO2+18H2O

730g汽油完全燃烧排放的CO2质量为

730×(44×16)÷(114×2)=2.254kg

即一升汽油充分燃烧产生2.254kg CO2。

根据以上分析，LZW6381BF微型客车的CO2排放性为：184.828g/km(市区工况)、139.748g/km(市郊工况)。表3中的数据符合实际情况。

另外由文献[5]知，以汽油为燃料的汽车燃烧一升汽油会排放0.295g SO2，根据表3可计算出该车型在该特定工况下的油耗为7.4756L/100km，则其SO2排放性为0.022 g/km。

2 电动汽车排放性

电动汽车以蓄电池为驱动，在运行时几乎没有尾气排放，直接的废气排放比燃油汽车减少90%以上。电动汽车消耗电能取代消耗石油，而现今我国电能大多数仍然来自燃煤发电。因此，火电厂由此增加的废气排放要归算入电动汽车的排放性之中。

2.1 电动汽车电能传输效率分析

根据财政部“节能量审核培训教材”资料显示，电力产能的价值按当年火电发电标准煤耗计算，我国2006年为0.367kgce/(kW·h)、2007年为0.357kgce/(kW·h)、2008年为0.349kgce/(kW·h)。其中kgce为用标准煤表示的能量消耗量，依据国家标准（GB2589-81）规定，每千克标准煤的热值为29271千焦（即7000千卡）。因此,取距今最近的2008年的数据,从能量角度上可计算得火电厂的效率：

36000.349×29271=35.24%

根据《2009中国工业化蓝皮书》，2007年全国电网输配电线损率为6.97%。

在充放电方面，较为先进的动力锂离子电池充放电电能转换效率可大于97%，而目前动力电池以铅酸蓄电池的生产技术最为成熟，该技术充放电电能量转换效率约为80%左右[6]。

因此，电动汽车电能传输效率为

35%×(1?6.97%)×80%=26%

如果采用充放电效率及安全性更高的镍氢电池或者磷酸铁锂电池，则该效率将提升4个百分点以上。

2.2 电动汽车排放性分析

由于目前市场上电动汽车较少，为方便分析起见，本文以已推出的车型为例。长城汽车公司推出一款名为“欧拉II”的新能源电动汽车，该车型百公里耗电10度。根据上文分析，考虑到火电厂发电损耗、输电损耗、蓄电池充放电损耗，电动汽车行驶100km折算到火电厂需要消耗的标准煤数量为：

10×360026%×29271=4.73(kg)

国家发改委发布的相关文件[7]中表示工业锅炉每燃烧一吨标准煤,就产生二氧化碳（CO2）2620公斤,二氧化硫（SO2）8.5公斤,氮氧化物（NOx）7.4公斤。因此燃煤锅炉排放废气已成为大气的主要污染源之一。

经过废气处理后发电厂向大气排放的CO2仍为2.46kg/kg标准煤，SO2为0.006 kg/kg标准煤[8]。同时根据相关资料预测2010年火电厂燃烧排放的NOx为0.0087 kg/kg标准煤[9]。

根据以上分析，可计算出电动汽车行驶100km排放的CO2为4.73×2.46=11.6358kg。同理可得SO2和NOx的排放量，如下表。

表2 “欧拉II”电动汽车排放性计算结果

污染物计算数据（kg/100km）

CO2 11.6358

SO2 0.02838

NOx 0.041

3 电动汽车与传统汽车排放性对比分析

3.1 电动汽车与传统汽车排放性比较

根据上文对电动汽车和传统燃油汽车各自排放性的分析计算，可以得出两者之间的排放性对比。如下表所示：

表3 传统汽车与电动汽车排放性比较

污染物传统汽车排放电动汽车排放（kg/100km）（kg/100km）

CO 0.0394 0

HC 0.0046 0

NOx 0.0022 0.041

CO2 16.85 11.6358

SO2 0.0022 0.02838

上述表格中，传统汽车的排放为尾气直接排放；而电动汽车基本没有尾气，其排放集中体现为燃煤火电厂对大气的排放。由表可知，电动汽车较传统汽车而言，向大气排放的有害气体的种类有所减少，即基本不含CO和HC，而CO和HC正是大气污染中危害最大的气体成分。对于NOx和SO2

两项，虽然排放量提高了一个数量级，但排放量仍然比较小。对于两者排放废气中占绝大多数的温室气体CO2，电动汽车明显大幅减少了该气体的排放，即减少了大约31%的排放量，这对缓解温室效应引起的全球变暖及气候异常有较大的作用。

3.2 电动汽车在排放性上的优势

从长远发展来看，在有害气体排放上，电动汽车较传统汽车而言更有以下几点优势：

1．随着充放电效率更高的镍氢电池或者磷酸铁锂电池逐步进入产业化，电动汽车的效率将更为提高，单位路程所消耗的电能将会减少，对应的火电厂废气排放也随之减少。

2．电动汽车对大气的污染集中体现在发电厂侧，相对于传统汽车的大范围分散污染而言，集中治理废气效果更加明显。

3．随着火电比重减小，可再生能源（风力、水力、潮汐能、太阳能等）发电和核能发电比重的增大，电力产能对大气造成的废气将逐渐减少，进而电动汽车对环境的间接排放进一步减少。

4．在我国节能减排的政策促进下，火电厂已采取一系列措施来减少CO2的排放，由此电动汽车的CO2排放也随之减少。具体措施有以下几种[10]：

a)积极发展IGCC技术，即将固体煤气化、净化与燃气—蒸汽联合循环发电相结合的一种洁净煤发电技术。其热效率可超过40％，是国内外公认的先进煤炭发电和综合利用应用技术，可实现包括CO2在内的燃煤污染物的近零排放。

b)发展燃气—蒸汽联合循环(GTCC)技术。随着GTCC发电技术的成熟，燃气轮机单机容量和热效率的提高，燃气轮机发电机组的应用得到了迅猛发展。它不仅可以作为紧急备用电源和调峰机组，而且还能承担基本负荷和中间负荷，目前世界上新增火电装机容量中有1/3采用GTCC机组。

c)提高大机组比重。积极采用60万kW和100万kW级高参数、高效率、高调节性火电机组。

d)发展超临界机组和超超临界机组。常规高压和亚临界机组的供电效率在35％左右，而超临界机组(24.2~28MPa，540~593℃)的供电效率可达40％以上。

e)发展热电联产，提高能源转换效率。热电联产可以有效节约能源，减少废气排放。供热运行时发电标准煤耗可以降到162~231g/(kW·h)，供热标准煤耗在40~47kg/GJ之间，低于分散安装小锅炉的煤耗(55~62kg/GJ)，有显著的节能效果。

3.3 电动汽车与传统汽车的噪声污染比较

除了有害气体对环境造成压力，汽车的噪声污染也不容忽视。传统汽车产生的噪声有很多种，包括轮胎噪声、传动机噪声、制动噪声、车体噪声等。据统计，大型客车的噪声在70-75dB之间，小型汽车在70dB左右，交通道上的噪声基本都在70dB以上，已成为城市主要噪声污染源之一。当噪声超过一定标准时，人们会出现头晕、头痛、耳鸣、烦躁、恶心等不良反应，严重影响人民生活、工作及身心健康。

与传统汽车相比，电动汽车没有气缸和复杂的传动机构，其噪声只包括少量的电磁噪声和机械噪声，通常降低了10-15dB。结合对电动汽车噪声的试验[11]，可得到两者噪声比较结果，如表4所示[12]。

表4 传统汽车与电动汽车噪声比较

汽车行驶状态燃油汽车电动汽车

车外车内车外车内匀速35

67 73 66 66

匀速50 69 70 66 70

加速35 75 81 66 72

加速50 72 76 66 71

从表中数据可以看出电动汽车是降低道路交通噪声的有效途径。

4 结论

综上所述，电动汽车与传统燃油汽车相比，在排放性方面有极大的改观，对大气的污染集中体现在发电厂侧，同时随着发电厂各种减排措施的施行，大幅度减少了CO2的排放，更有利地缓解了温室效应的恶化。另外，电动汽车在行驶时发出的噪声也有所减小，为营造良好的道路环境起到巨大的作用。电动汽车取代传统汽车将是汽车工业发展的必然趋势。

致谢

作者感谢导师江道灼教授在学术上的谆谆教诲和生活中无微不至的关怀；感谢梁一桥教授对本文的指导和建议；感谢许挺帮助完善文中数据及提供各种必要的信息；感谢实验室各位老师、同学们营造了温馨、严谨的学术氛围。

参考文献：

[1] 吴光强. 汽车理论[M]. 北京：人民交通出版社，2007：288

[2] 郝汝林. 汽车排放污染物的产生及有效治理措施[J]. 轻型汽车技术.2009(5/6)：29-30

[3] 覃书勇. 轻型汽车排放试验对比试验结果的分析[J]. 装备制造技术. 2009.8：4-5

[4] 中华人民共和国工业与信息化部轻型汽车油耗查询

:8090/datainfo/miit/，2010.6.20

[5] 郭文双，申金升，徐一飞.电动汽车与燃油汽车的环境指标比较[J].交通环保.2002,23(2)：22

[6] 电动汽车发展与比较

/zh-cn/news_04_, 2010.6.25

[7] 发改委文件：《节能中长期专项规划》发改环资[2004]2505号