“电能替代”战略中电动汽车的推广潜力及经济性分析

吴奇珂 程 帆 陈昕儒

（东南大学电气工程学院，南京 210096）



“电能替代”战略中电动汽车的推广潜力及经济性分析

吴奇珂 程 帆 陈昕儒

（东南大学电气工程学院，南京 210096）

本文叙述推广电动汽车对“电能替代”的作用，列举推广电动汽车的现状及发展趋势，并对推广电动汽车竞争力展开讨论。随后，从技术、经济、社会三方面阐述电动汽车的推广潜力，分析电动汽车实施“电能替代”的可行性，同时针对电动汽车推广的经济效益进行算例分析，并计算出电动汽车相比传统燃油汽车的成本优势。本文末尾对电动汽车推广机制作简要阐述，并得出结论。

电动汽车；电能替代；潜力分析；经济效益分析

“电能替代”是指利用电力能源代替煤、油、气等常规终端能源，通过大规模集中转化来提高燃料使用效率、减少污染物排放，促进环境保护。目前，常规终端能源有煤、石油、天然气等，可依此将电能替代的基本途径分为三类，即以电代煤、以电代油、以电代气［1］。

同发达国家相比，我国的“电能替代”起步相对较晚。2013年国家电网公司印发《电能替代实施方案》，启动电能替代工作，该方案积极倡导“以电代煤、以电代油、电从远方来”的能源消费新模式，提高电能占终端能源消费比重，推进社会节能减排，治理大气污染。截至2014年年底，国家电网累计推广实施电能替代项目1.3万余个，完成替代电量643亿kW·h。

虽然我国在“电能替代”领域投入巨大，并取得了可喜的成果，但与发达国家相比仍有许多不足［2］，具体表现在：①相关技术标准和法规仍不完善；②宣传、培训力度不够；③缺乏电能替代工程专业人才；④基础建设滞后；⑤能源价格机制尚不完善。

实施节能减排，推进电能替代，是我国能源消费快速增长，逼近环境承载力极限背景下的紧迫要求。

1 推广电动汽车实现“电能替代”

电动汽车（BEV）是指以车载电源为动力，以电机驱动，符合道路交通、安全法规各项要求的车辆［3］。电动汽车的种类主要包括：纯电动汽车、混合动力汽车、燃料电池汽车等。其中，纯电动汽车是指由电动机驱动，常规电池储能的汽车，本文论述以此为例。

1.1推广电动汽车意义

利用电动汽车代替燃油汽车是实施“以电代油”的主要途径。我国已成为世界最大的汽车市场，2020年我国轿车保有量预计将达1.2亿辆。如果20%是小型电动汽车，每年可节省汽油约2300万t，相当于提炼近1亿t原油的汽车产量。因此，电动汽车的普及将对我国能源安全产生深远影响。

1.2国内电动汽车发展现状

近年来，国内出台了一系列扶持政策积极鼓励电动汽车发展。2005年，国家发改委提出发展混合动力汽车、燃料电池汽车等清洁汽车的目标；2009年，北京等13座城市开展节能与新能源汽车示范推广试点工作［4］，并对购买新能源汽车给予补助；2011年，“十二五”规划纲要将新能源汽车列为战略性新兴产业之一，提出全面实施纯电动汽车技术转型战略，实施新能源汽车科技产业化工程；2013年，财政部等四部委联合发布《关于继续开展新能源汽车推广应用工作的通知》，加大对新能源汽车的补助力度；2014年，国家发展改革委下发通知，决定对电动汽车充换电设施用电实行扶持性电价政策。随着国家制定的政策不断增多，鼓励力度不断加大，电动汽车的规模化发展成为必然趋势。

1.3推广电动汽车竞争力分析

1）推广电动汽车的优势

（1）污染小

电动汽车由电力驱动，在行驶中不排放有害气体，即使电动汽车所消耗的电力由使用化石燃料的火力发电厂提供，根据电动汽车消耗电力所折算出的火力发电氮氧化物的排放量，也不到同类型汽油车的10%。

（2）可使用多种能源

由于电动汽车使用电力，属于二次能源，不受石油资源的限制，可利用核能、水力、太阳能等进行发电，节省日益枯竭的石油资源。

（3）效率高

电动汽车没有怠速损失，在制动时能回收能量，80% 以上的电池能量可由电动机转为汽车的动力，即使考虑原油的发电效率、配送电效率、充放电效率等，其最终效率也高于内燃机的平均效率。

（4）噪声低

发动机性能是影响汽车的噪声、振动大小的重要因素，传统汽车与电动汽车相比，动力部分引起的噪声和振动较大。特别是在加速过程时，电动机的噪声和振动要比发动机低得多。

（5）有利于智能化

电动汽车高度的电气化使得电动汽车系统中更易于采用先进的电子信息控制技术，提高汽车智能化程度。电动汽车的电动机控制系统，可与无级变速、防抱死制动系统（ABS）、制动能量回收系统、自动空调系统等其他电子系统协调，实现计算机智能控制。

2）推广电动汽车的困难

（1）动力蓄电池技术不完善

随着科技的进步，电动汽车的电池技术得到了飞速发展，已基本实用化，但仍存在问题。主要表现为：蓄电池的比能量、比功率不够大，造成续驶里程不够长；充电时间较长，降低使用便利性；使用寿命短，成本高等。由于动力蓄电池是电动汽车的能量来源，因此电池技术的不成熟对于电动汽车的发展造成严重的制约［5］。

（2）电动汽车购置及维护费用较昂贵

目前主流电动汽车售价比较昂贵，相比传统燃油汽车价格要高出近一倍。例如美国特斯拉公司所生产的MODEL S P85D型电动汽车目前国内售价高达95万元，远远超出国内一般消费者所能接受的价格，而国内汽车厂商生产的电动汽车价格虽然比国外品牌电动汽车便宜许多，但相比于传统燃油汽车仍较昂贵。例如国内比亚迪公司所生产的E6型电动汽车国内最低售价也超过20万元，而该公司所生产的传统燃油汽车售价一般为10万元。因此，电动汽车高昂的售价使之难以在一般家庭中普及。

（3）电动汽车续航能力较弱

受制于动力蓄电池技术的不完善，目前主流电动汽车充满电所行驶里程十分有限。比亚迪E6型电动汽车充满电的续航里程在300km左右，无法满足长途行车的需要，仅适用于市内短途行车。即使是代表电动汽车国际高水平的特斯拉 MODEL S P85型电动汽车，一次充满电的续航里程也仅有500km，仍不及燃油汽车。

（4）附属充电设施建设不足

目前电动汽车行驶里程有限，因此电动汽车充电便利性成为影响出行的关键。然而国内家用电动汽车充电桩还未普及，公用充电站布点也很稀少，电动汽车充电受到很大制约［6］。此外，电动汽车充电速度较慢，同样影响了电动汽车及充电设施的大范围普及。为解决电动汽车充电慢的问题，目前已有采用快速换电池的方式来克服，然而该方法适合公共汽车、出租车等公共交通的规模化充电，对于一般家用电动汽车来说存在电池维护、产权界定等问题，较难以实现。

（5）对电网产生冲击

随着电动汽车保有量的增加，规模化电动汽车充电将会对电网的安全、经济、高效运行产生影响，大量电动汽车同时接入或脱离电网会引入低压电网电流的急剧波动，对电网造成不小的冲击，影响电网的安全、稳定运行。

2 电动汽车推广潜力分析

2.1技术潜力分析

目前，电动汽车技术虽然仍存在许多弱势，但是在技术上已初步具备代替传统燃油汽车的能力，甚至在某些方面明显优于燃油汽车。

在车辆使用方面，电动汽车大小与传统燃油汽车基本一致，由于省去了传统燃油汽车的发动机、水箱、变速箱、油路等部件，电动汽车一般比同等外部体积的燃油汽车车内使用空间更大。此外，由于不存在传统内燃机的震动及噪音问题，电动汽车乘坐更为舒适、稳定。

在车辆动力性能方面，由于电动汽车一般使用电动发动机，相较于传统燃油汽车采用的内燃机响应速度更快，车辆响应性能更好。例如特斯拉P85D型纯电动汽车 0～100km加速仅需要 3.3s，其他型号例如P85、P70等0～100km加速时间也仅有5～6s，而传统燃油汽车与特斯拉 model S系列处于同一价位区间的宝马 740Li系列 0～100km加速仍需要5.7～7.5s。传统燃油汽车加速性能及响应性能较于纯电动汽车并不具备优势。

在车辆续航能力方面，目前电动汽车相比于传统燃油汽车仍存在一定差距。特斯拉 P85D型纯电动汽车最高续航里程 502km，而与之同等价位的宝马 730Li型燃油汽车油箱容积 80L，按照工信部综合油耗9.9～10.9L/km，该型燃油汽车最高续航里程达到700～800km，较电动汽车有明显优势。

目前，电动汽车正在向提高蓄电池性能和能效方向进步，已有采用大功率快速充电等途径来提高电动汽车充电速率，或采用快速换电池等手段。

因此，当前电动汽车在技术上已经基本具备代替燃油汽车的能力，尤其是在国内一些大城市，许多出租车、公交车已广泛采用电动汽车替代燃油汽车。

2.2经济潜力分析

我国缺少石油储备，大量原油依赖进口，汽油、柴油价格较于其他终端能源高。此外，国内石油价格已参照国际油价进行调整，在国际油价大幅波动的情况下，使用燃油汽车成本存在较大的不确定性。

电动汽车的使用成本主要是电能、维护成本及电池更换费用。电池由于其使用的特殊性，在达到一定的充放电次数时需要进行更换，这也是电动汽车相比于传统燃油汽车的附加成本，然而电池成本占整车成本的比例高达 30%～50%，考虑电池更换成本后，电动汽车的经济性将受到很大影响。此外，电动汽车的购置相比于传统燃油汽车购置成本更高，因此购置成本也需要纳入考虑。

然而，由于电能较于传统汽油、柴油更加清洁，且电能价格较低、波动幅度较小，符合用户对汽车用能源的需求。因此，考虑使用过程中的能量成本，电动汽车比燃油汽车更具有优势。

随着电动汽车的发展及电池技术的完善，电动汽车购置成本及电池更换成本将会降低，电动汽车的成本优势将会凸显，经济性优势将会扩大。

2.3社会潜力分析

目前，电动汽车在我国仍处于起步阶段，仅在少数城市的公交车、出租车中有所采用，私家车中电动汽车比例更低，且大多用于市内行车。社会大众对于电动汽车的动力性、安全性、经济性都存有顾虑，电动汽车被普通民众认可需要一定的时间。

然而随着品牌电动汽车的兴起以及传统汽车厂商的加入，电动汽车越来越受到社会大众的关注。许多厂商投入资金参与电动汽车技术的研发，政府部门也加大对电动汽车产业的支持力度，不断有电动汽车投运于公共交通行业，使得全社会对电动汽车的认可度不断提高。

3 电动汽车替代燃油汽车经济性分析

本节参考相关文献及资料，对目前国内市场主流电动汽车及燃油汽车经济性进行分析，推断电动汽车代替燃油汽车的可行性。

国外品牌电动汽车例如特斯拉等虽已进入国内市场，但其高昂的售价使得一般汽车用户望尘莫及，特斯拉电动汽车一般是用户的第二辆甚至第三辆车，并不承担基本用途。因此，该类高售价电动汽车不具备进行经济效益分析的潜力。本章节分析的是售价较低，具有实施“电能替代”潜力的电动汽车。

参照目前国内电动汽车市场，考虑一般家庭使用，电动汽车以比亚迪品牌的E6型电动汽车为例。参照国内汽车网站“汽车之家”的数据，“比亚迪E6 2014款先行者豪华版”电动汽车购置费用最低约为20万元，配备有122马力纯电动发动机，电池支持300km续航里程，并享有政府购车补贴5.4万元。

国内与比亚迪 E6型电动汽车在动力及售价上基本一致的燃油汽车以一汽大众“迈腾”为例，参照网站数据，“迈腾2015款1.4TSI舒适型”目前最低售价约19万元，基本与上文所述电动汽车售价一致，而动力方面采用131马力的1.4L涡轮增压直列4缸汽油发动机，发动机马力大小基本与上文所述的电动汽车接近。

以下是采用“比亚迪E6 2014款先行者豪华版”替代“迈腾2015款1.4TSI舒适型”的经济效益分析。

参照参考文献［7］数据，考虑充电损失下的电动汽车耗电量为 13.2kW·h/100km，而居民电价少于0.5元/kW·h（参考北京市电价），据此可计算考虑充电损失下电动汽车充电费用约为 6.6元/100km。参考文献［7］数据，我国乘用车辆日平均行驶里程为58.15km，综上所述可计算使用E6型电动汽车日均充电行驶费用约为3.84元。

采用搭载1.4T发动机的“迈腾”型传统燃油汽车，使用 97号汽油，油耗约为 9.8L/100km，参考国内97号汽油价格约为7元/L（北京市汽油零售价格），据此可得出“迈腾”型轿车汽油费用约为 68.6 元/100km，日均加油行驶费用约为39.89元。

如表1所示，不考虑资金时间价值，采用电动汽车及燃油汽车年燃料费用分别为 1401.6元和14559.85元。一般家庭汽车按10年使用期限计算，采用电动汽车及燃油汽车全寿命周期内燃料费用分别为1.40万元和14.56万元，据此可计算全寿命周期内，使用电动汽车代替燃油汽车可节约 13.16万元。

由于电动汽车电池占全车售价高达50%，而电池使用年限有限，若考虑电池更新费用，以使用 5年更换新电池为例，则新购置电池费用为10万元。若考虑政府对电动汽车补贴，电动汽车全寿命周期成本可减少政府所补贴的5.4万元。

表1　电动汽车及燃油汽车费用比较

综上可得，在不考虑资金时间价值的情况下，采用电动汽车比采用燃油汽车可节约成本 7.56万元。可见，选用购车价格相仿的电动汽车其合计成本要比燃油汽车低，具有一定的经济性。

具体成本分析如表2所示，可得出在运行年限为10年的情况下，使用“比亚迪E6”型电动汽车代替“一汽大众迈腾”型燃油汽车在全周期燃料运行费用上可节约 12.16万元；若考虑政府补贴，则可节约 17.56万元；若考虑电池更换成本但不考虑政府补贴，则可节约2.16万元；若既考虑政府补贴，同时考虑电池更换成本，则可节约7.56万元。

表2　不同条件下电动汽车及燃油汽车费用比较

若考虑资金时间价值，仍沿用上文思路，则计算结果如下：

采用电动汽车及燃油汽车年燃料费用分别为1401.6元和14559.85元。一般家庭汽车按10年使用期限计算，采用电动汽车及燃油汽车全寿命周期规算至终期的燃料费用分别为

补贴及电池成本为

据此可得到见表3。

表3　电动汽车及燃油汽车终期费用比较

综合上述分析可得，考虑资金时间价值后，采用电动汽车可比采用同等价格燃油汽车在 10年期使用过程中节约6.92万元。

表4　不同条件下电动汽车及燃油汽车终期费用比较

由表4对比可知，在当前阶段若没有政府补贴，则电动汽车替代传统燃油汽车的经济性大大下降，在不考虑车辆维护成本的条件下仅节约0.65万元。因此政府补贴仍是推广电动汽车的必要条件。

4 电动汽车推广机制建议

1）加大对电动汽车关键技术的研发

目前电动汽车发展的主要瓶颈是电动汽车电池及充电技术，由于电池蓄电能力有限，造成电动汽车续航能力较弱。此外，电动汽车充电动辄几个小时的时间难以满足需要。因此需要提高动力电池的比能量，克服技术瓶颈对电动汽车发展的阻碍。

2）政府应扩大对电动汽车的扶持及补贴力度

电动汽车可减少尾气排放，缓解城市雾霾，然而电动汽车较高的购置费用及电池更换费用制约了它的普及。因此，政府应当对电动汽车相关企业提供政策及财政扶持［8］，促进企业扩大生产规模，降低生产成本。对于购置电动汽车的用户，应当提供补贴及税费减免，弥补电动汽车高售价的劣势。

3）促进快速充电站、换电站等基础设施建设

目前电动汽车快速充电站仅存在少数大城市，许多中小城市及高速公路没有快速充电站，限制了电动汽车的普及。电网企业及相关单位应加快充电设施的建设，出台鼓励电动汽车充换电设施发展的政策，为设施建设用地审批提供便利，并进行补贴，提高充换电设施的经济性。

4）加大电动汽车的宣传与普及

普通民众对电动汽车存在许多疑虑［9］。近些年，电动汽车在发展过程中出现了一些不利消息，例如电动汽车电池在极端情况下会出现爆燃问题等，这些都对民众信心产生影响。因此，需要对用户进行引导及宣传，促进普通民众正确认识电动汽车。

5）促进能源合理定价

我国能源市场存在价格扭曲的现象，电价相比于天然气价格并不具备优势，导致用户宁愿使用压缩天然气汽车也不愿使用电动汽车。因此推广电动汽车还需要有合理的能源价格环境，才能凸显电能清洁、经济的优势，促进电动汽车的发展。

6）完善相关产业标准

制定电动汽车行业标准是支持电动汽车商业运营的前提和基础，也是保障产业健康快速发展的重要因素。充换电标准制定涉及政府、研究机构、行业协会、汽车制造商、电池制造商、充电服务商等，需要由政府牵头电动汽车的标准制定，促进相关标准与国际标准接轨，保证标准的通用性，推动电动汽车产业的标准化。

5 结论

采用电动汽车代替传统燃油汽车是实施“电能替代”战略的重要举措，世界各国相继推广电动汽车，并已取得一定成效。电动汽车在技术、经济等方面初步具备替代燃油汽车的能力，并在成本效益方面具有一定优势。然而，电动汽车发展目前也面临诸多发展瓶颈，需要改善电动汽车推广机制，加强技术研发力度，促进电动汽车的更快发展。

［1］曹东莉，袁越，李志祥. 电能替代应用及效益评价［J］. 电网与清洁能源，2011，27（4）：30-34.

［2］王伟，黄珂. 电能替代战略：机遇、挑战与政策选择［J］. 华北电力大学学报（社会科学版），2014，4（4）：1-5.

［3］马滨滨. 论我国电动汽车的推广策略［D］. 厦门：厦门大学，2014.

［4］陈中，黄学良. 电动汽车规模化发展所面临的挑战与机遇［J］. 电气制造，2015，10（4）：35-44.

［5］张非非. 电动汽车为何“推而不广”［J］. 中外企业文化，2012（9）：28-29.

［6］李光. 影响我国电动汽车产业发展的关键因素研究［D］. 武汉：武汉理工大学，2011.

［7］张晨曦. 电动汽车入网技术及社会综合效益研究［D］.杭州：浙江大学，2013.

［8］孙小慧，刘锴，左志. 我国电动汽车补贴政策研究［J］. 科技与管理，2011，13（6）：99-103.

［9］翟卫青，李兴山. 适合我国国情的家用电动汽车推广模式探讨［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

吴奇珂（1992-），男，工学硕士，主要研究方向：智能电网、需求响应、电动汽车、电力市场。