油电之争,一直以来都是一个备受争议的话题。一方声称新能源汽车只是一个伪需求,燃油车并不会被淘汰;另一方则坚信新能源汽车是发展的新趋势,燃油车不可持续。近期,随着多家欧洲车企宣布恢复内燃机的研发,仿佛胜利的天平已经倾向燃油车。但是从能源角度看,长久的胜者,一定是新能源汽车。
油耗常用FC(Fuel Consumption)来指代,电耗用EC(Electric energy Consumption)来指代,一种朴素的等价思路是用释放同等能量来换算,如此就可以将电耗用汽油的热值转化成油耗,GB/T 37340-2019《电动汽车能耗折算方法》就规定了用于计算的汽油密度取720 g/L,低位热值(生成气态水的燃烧焓)取43 kJ/g,这一结果就是新能源汽车在出厂时申报的“电能当量燃料消耗量”。
以比亚迪秦PLUS EV 2024 款荣耀版420KM 领先型为例,其百公里耗电量为11.6 kWh,电能当量燃料消耗量为1.31 L/100 km。同级别紧凑型燃油车中,如一汽丰田卡罗拉 2023 款 1.2TS-CVT 先锋版油耗为5.88 L/100 km,东风日产轩逸 2024 款经典1.6L XE CVT 舒适版油耗为5.94 L/100 km。若是将范围逐步扩大到中型车和大型车,新能源汽车电能当量燃料消耗量与燃油车油耗间的差距只会慢慢的大。那么为何会产生这样的差距呢?
美国汽车燃油调查研究机构Fuel Economy.gov的多个方面数据显示,传统内燃机的能量转换效率只有20%,能量损失达到80%。其中,发动机运转能量损耗高达68%~72%,发动机周边零件能量损耗达4%~6%,传动系统能量损耗达3%~5%,车载电子系统能量损耗达0%~2%。
与燃油车相比,新能源汽车的能量转换效率高达89%,能量损失仅为11%。其中,10%为充电电力传输能量损耗,18% 为电机驱动系统能量损耗,3% 为冷却、转向系统能量损耗,0%~4% 为周边电子系统能量损耗,但后三项能量损耗中,占总能量22% 的能量可通过动能回收的形式进行回收。
然而,针对以上观点,部分人认为,只计算车端的能量损失并不能代表新能源汽车比燃油车节约能源。因此,此处引入三个概念:
WTT(Well To Tank):能源从产地开采出来,经过生产转成汽车所需,输送到加油站或充电站,最后加注到油箱或者充入汽车蓄电池的过程;
TTW(Tank To Wheel):油箱/ 蓄电池里的能量经过内燃机/ 电机转化成机械能,驱动汽车的过程;
WTW(Well To Wheel):能源从产地开采出来,经过加工生成汽车所需,输送到加油站/充电站,最后输入到油箱/ 蓄电池,转化成机械能驱动汽车的整个过程。
显然,上面提到的对比方法是基于TTW 而研究的,那么对于WTT 而言,新能源汽车和燃油车的能量转换效率如何呢?
GB/T 37340-2019《电动汽车能耗折算方法》中提到燃料生命周期折算法和二氧化碳排放折算法。
燃料生命周期折算法即在电能当量燃料消耗量的基础上,乘燃料的效率因子,炼厂效率和输送加注效率,则上文中秦PLUS 的当量燃油消耗量约为2.62 L/100 km。
二氧化碳排放折算法即在电能当量燃料消耗量的基础上,转换油和电对于二氧化碳排放的贡献,乘二氧化碳折算因子,则上文中秦PLUS 的当量燃油消耗量约为3.50 L/100 km。
通过计算可知,即便是计算WTT 情况下的能源消耗量,新能源汽车也有着不可忽视的优势。而对于WTW 情况,能够理解为TTW 和WTT相加,那结果也一定是新能源汽车更加节约能源。
在新能源汽车更加节能的先决条件外,进一步支撑新能源汽车发展的则是我国乃至全球逐步的提升的清洁电力占比。过去,“燃油车派”的一个核心观点便是新能源汽车的电都来自火电。但近年来,主要能源大国均出台了一系列法律和法规、战略计划和政策措施,采取行动加快能源科学技术创新。
美国发布了《全面能源战略》等战略计划,将“科学与能源”确立为第一战略主题,提出形成从基础研究到最终市场解决方案的完整能源科技创新链条,强调加快发展低碳技术,已陆续出台了提高能效、发展太阳能、四代和小型模块化核能等清洁电力新计划。
日本出台了《面向2030 年能源环境创新战略》等战略计划,提出了能源保障、环境、经济效益与安全并举的方针,继续支持发展核能,推进节能和可再次生产的能源,发展新储能技术,发展整体煤气化联合循环(IGCC)、整体煤气化燃料电池循环等先进煤炭利用技术。
欧盟制订了《2050 能源技术路线图》等战略计划,突出可再次生产的能源在能源供应中的主体地位,提出了智能电网、碳捕集与封存、核聚变及能源效率等方向的发展思路,启动了欧洲核聚变联合研究计划。
纵观全球能源格局,均在向轻火电,重清洁电力的方向发展,我国自然也不例外。
中国电力企业联合会发布的《中国电力行业年度发展报告2023》中显示,截至2022 年年底,全国全口径发电装机容量256 733 万kW,比上年增长8.0%,增速比上年提升0.2%。其中,并网风电36 564 万 kW,比上年增长11.2% ;并网太阳能发电39 268 万kW,比上年增长28.1%,新能源发电增势强劲。
与此同时,该报告预测,预计到2030 年,我国非化石能源发电装机占比将达到60% 左右,非化石能源发电量占比接近50%,非化石发电量增量占全社会用电量增量比重达到90% 左右。
当火电占比不断降低后,新能源汽车在环保方面的贡献将会愈发明显。日本中央电力工业研究院CRIEPI 的研究报告中,统计了四种不同能源(燃油车ICEVs,混动HEVs,插电混动PHEVs和纯电BEVs)车辆在三种火电比例(90%、45%和 0%)下行驶 10 万km 后的温室气体排放数据。
具体来看,在90% 火力发电下,一台燃油车全生命周期的二氧化碳排放是34.8 t,混动车为28.3 t,插电混动车为25.9 t,纯电动车的排放为22.6 t,新能源汽车已经显示出一定的优势;随着火电比例的降低,新能源汽车的优势在快速放大,在45% 火电发电下,插电混动车降到21.5 t,纯电动车的排放降到了16.2 t,燃油车依然高达33 t;到 0% 的火电时,插电混动车为16.9 t,纯电动车仅有9.6 t,此时燃油车依然高达31.2 t,接近插电混动车的2 倍,超过纯电动车的3 倍。
因此,在全球清洁电力持续不断的发展的大势之下,新能源汽车在节能减排方面的优势将会愈发明显。
在“新能源汽车是否环保”的讨论之外,还有一个重要议题是新能源汽车保有量与电费的关系,一部分人认为新能源汽车越多,电费就会越贵,但这种担心其实是与事实相悖的。
首先,风电、水电和光伏等可再次生产的能源的发电出力具有波动性、随机性,其发电出力与用户用电负荷在时间上匹配性不足,现阶段的储能技术又不足以将用电低谷的电量全部储存,往往采用调峰、调频、电网调度等方式保证可再次生产的能源发电量被电网消纳及满足电力供需平衡,而在这之中就会产生电力损耗和系统成本。但是如果新能源汽车的主要充电时间恰好是用电低谷的夜间,则刚好可以消耗发电厂额外发出的电,新能源汽车用户享受波谷电价,电网的电力损耗和系统成本都会降低,可谓一举两得。
第二,清洁电力的发电成本不断降低。在固有认知中,火电占比高的最根本原因就是便宜,发电成本远低于可再次生产的能源发电,但事实上,随技术的发展,可再次生产的能源发电成本已得到很好的控制,有的风电和光伏项目度电成本和煤电相差无几。
以相对陆上风电成本更高的海上风电为例,2023 年3 月3 日,上海市发改委发布《关于杭州湾海上风电项目竞争配置结果的公示》。本次上海海上风电项目竞配,奉贤海上风电场四期项目,申能等联合体申报上网电价0.235 元/ kWh ;金山海上风电场二期项目,上海电力等联合体申报上网电价0.247 元/ kWh ;奉贤海上风电场二期项目,上海电力等联合体申报上网电价0.207 元/kWh ;东海大桥海上风电场三期项目,申能等联合体申报上网电价0.236 元/ kWh。
与此同时,我国光伏发电的重要省份——宁夏回族自治区已发布2024 年的光伏电价预期。2023 年12 月7 日,宁夏发改委印发《关于做好2024 年电力中长期交易有关事项的通知》,文件提出,2024 年,宁夏的光伏项目预期约87% 电量参与市场化交易,执行0.181 65 元/kWh,约13% 的电量执行基准价0.259 5 元/kWh,则综合电价约为0.191 8 元/kWh。
目前,“新能源汽车根本不节能”、“使用火电的车不配叫新能源汽车”等观点仍然充斥在网络之中,诸多媒体在缺乏事实依据的情况下洗脑了一批又一批的读者,阻碍新能源汽车产业的发展。事实上,如本文所述,新能源汽车的节能不仅体现在能源转换效率上,更体现在其对于清洁能源的利用和推动清洁能源发展上。
面对新能源汽车发展的大势,我们应摒弃固有的偏见和误解,以客观、科学的态度看待和支持新能源汽车的发展。同时,政府、企业和消费的人也应一起努力,推动新能源汽车市场的健康发展,为实现可持续发展贡献力量。