新能源汽車經(jīng)濟性闡述

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1、新能源汽車經(jīng)濟性闡述 0前言 隨著我國汽車產(chǎn)銷量突破1800萬輛，成為世界最大的汽車產(chǎn)銷國，私人交通的便利與國家能源之間的矛盾更加突出。2021年，我國交通用油呈持續(xù)快速上升趨勢，石油進口量迅速增長，原油對外依存度超過55%〔已超過美國的53.5%〕【1】。另外，受資源環(huán)境約束，汽車行業(yè)的減排壓力仍將持續(xù)增加。在這一背景下，我國把新能源汽車列為國家戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)之一，主要開展方向確定為插電式混合動力汽車〔Plug-inHybridElectricVehicle，簡稱PHEV〕和純電動汽車〔BatteryElectricVehicles，簡稱BEV〕。同時，在國家新能源汽車開展規(guī)劃草案中提出，

2、方案到2021年，新能源汽車產(chǎn)業(yè)化程度和市場規(guī)模到達全球第一，其中新能源汽車保有量到達500萬輛；以混合動力汽車〔HybridElectricVehicle，簡稱HEV〕為代表的節(jié)能汽車年銷量到達世界第一【2】。然而，由于新能源汽車整車及電池本錢難以下降，新能源汽車的市場表現(xiàn)一直“叫好不叫座〞。對此，豐田汽車技術部長表示，讓消費者接受新能源汽車，必須注重其經(jīng)濟效用。而從經(jīng)濟性看，如果燃料能減少到一定程度，對消費者會是比擬有吸引力的。近年來，隨著電池技術的不斷開展，車用動力蓄電池已經(jīng)由低存儲能量密度的鎳氫電池替代為鋰離子電池，例如，日本的豐田普銳斯〔Prius〕混合動力汽車曾使用鎳氫電池作為動力

3、電池，配置容量約為1.3kWh。目前，新能源汽車已經(jīng)開始使用能量效率更高的鋰離子電池，2021年即將上市的日本豐田公司插電式混合動力電動汽車就是使用4.4kWh的鋰離子電池作為動力電池。我國著名的汽車企業(yè)比亞迪公司多年來一直專注于電池儲能以及基于磷酸鐵鋰電池的電動汽車研發(fā)，相繼推出了雙模電動車及純電動汽車，引領著我國電動車行業(yè)的開展。比亞迪公司憑借電池領域的技術積累，在增加電動汽車續(xù)駛里程、提高經(jīng)濟性方面表現(xiàn)突出，為我國新能源汽車廣泛推廣奠定了根底。新能源汽車的經(jīng)濟性是消費者做出購置決策的最重要因素之一。因而，分析新能源汽車與傳統(tǒng)燃油汽車的經(jīng)濟性比照，有重要的現(xiàn)實意義。目前的文獻中，大局部是將

4、傳統(tǒng)燃油汽車與純電動汽車的全生命周期本錢進行了分析。消費本錢是基于電價與油價不變的狀態(tài)下進行計算的，因而，無法綜合評價在資源、能源約束下，新能源汽車較傳統(tǒng)燃油汽車的經(jīng)濟性。針對上述問題，本文首先考慮了汽油價格與電價的變化因素；其次，在將傳統(tǒng)燃油汽車與純電動汽車消費本錢進行比擬的根底上，結合插電式混合動力汽車的本錢分析，建立了插電式混合動力汽車本錢計算模型。另外，以國產(chǎn)新能源汽車-比亞迪車型為分析對象進行經(jīng)濟性比照分析，更具有現(xiàn)實意義。 1新能源汽車的類型及行駛特點 1.1新能源汽車的類型 新能源汽車是指采用非常規(guī)的汽車燃料作為動力來源，綜合車輛的動力控制和驅(qū)動方面的先進技術，形成的技術原

5、理先進、具有新技術、新結構的汽車。根據(jù)動力源的不同，新能源汽車主要分為3種：混合動力汽車、電動汽車、燃料電池汽車〔FuelCellVehicle，簡稱FCV〕。除此之外，新能源汽車還包括氫發(fā)動機汽車、其他新能源〔如高效儲能器、二甲醚〕汽車等各類別產(chǎn)品?；旌蟿恿ζ嚢窗l(fā)動機和電機功率比的大小可分為輕度混合、中度混合和重度混合動力汽車。日本本田公司的Insight輕度混合動力汽車，實現(xiàn)了35km/L的低油耗和80g/km的低CO2排放量【3】。全球銷量超300萬輛的豐田Prius混合動力汽車，排放水平也已經(jīng)到達了SULEV〔超低排放水平〕的標準，而且，綜合油耗只有5.1L/100km，僅為同等排量

6、內(nèi)燃機汽車的2/3【4】。重度混合動力車型，一般情況下電機的峰值功率和總功率的比值大于30%，比起輕度混合、中度混合兩種車型來，重度混合動力車在減少二氧化碳排放量和節(jié)油方面效果更明顯。重度混合動力汽車燃油消耗量比同等效能的汽油發(fā)動機節(jié)省約30%～40%；而二氧化碳排放量減少那么高達30%。因此，在純電動車技術及配套設施完全成熟之前，混合動力汽車將是汽車節(jié)能減排的主要手段，尤其是重度混合動力汽車技術能夠?qū)⒐?jié)能減排工作落到實處。目前，我國重點開展的電動汽車主要包括插電式混合動力電動汽車和純電動汽車。純電動汽車指主要依靠蓄電池提供動力運行的電動車，需要配套的充電環(huán)境與蓄電池。與傳統(tǒng)的燃油汽車相比，電

7、動汽車在能效、排放和經(jīng)濟性上有較大的優(yōu)勢。由于電動汽車不用燃燒汽油、柴油等燃料，因而，在行駛過程中幾乎是“零污染〞，相對城市環(huán)境而言屬于零排放清潔汽車。考慮充電電源結構，純電動汽車的減排潛力大約為13%～68%。同時，純電動汽車可以節(jié)省石油資源并提高能源效率，其能源利用效率比傳統(tǒng)燃油高出46%以上，但存在一次充電后續(xù)駛里程較短等問題【5】。插電式混合動力電動汽車可以直接由外接電源充電〔可以使用家用電源插座，例110V/220V電源〕，并且在行進過程中可以對混合動力系統(tǒng)中的儲能電池充電。插電式混合動力汽車具有電動汽車的全部優(yōu)點，例如低排放、低噪音、高能效等。而且，插電式混合動力汽車的續(xù)駛里程是純

8、電動汽車的10倍左右〔純電動汽車一次充電后的行駛里程大約為160km，插電式混合動力汽車的行駛里程為1600km以上〕【6】。相比傳統(tǒng)的混合動力汽車，插電式混合動力電動汽車不僅降低了有害氣體、溫室氣體的排放，還提高了燃油經(jīng)濟性和動力性能。因而，插電式混合動力汽車的市場接受度可能相對高于純電動汽車。燃料電池汽車也是電動汽車的一種，其電池能量是通過氫氣、甲醇等化學反響產(chǎn)生電流而獲得的。燃料電池車輛的能效比內(nèi)燃機高2～3倍，而且全程無污染，因此，從能源利用和環(huán)境保護方面，燃料電池汽車是一種理想的車輛。清華大學牽頭自主研發(fā)的燃料電池城市客車在北京2021年奧運期間以及在奧運之后在北京開展了為期1年的商

9、業(yè)化載客運行，并成功完成了3萬km的公交示范運行【7】。燃料電池汽車雖然存在本錢及燃料供給的問題，但是由于其具有較好的新能源優(yōu)越性，因此它仍將成為未來全球汽車行業(yè)的研究方向。 1.2新能源汽車的行駛特點 如表1所示，混合動力汽車、插電式混合動力電動汽車、純電動汽車都需要依靠電動機驅(qū)動行駛。其中，混合動力汽車和插電式混合動力汽車需要兩種動力來驅(qū)動，而純電動汽車只需電池驅(qū)動?；旌蟿恿ζ嚥捎脙?nèi)燃機和電動機兩種動力，將內(nèi)燃機與儲能器件通過先進控制系統(tǒng)相結合，提供車輛行駛所需要的動力。兩種動力系統(tǒng)可以使混合動力汽車續(xù)駛里程更長；電池單獨驅(qū)動時，還可實現(xiàn)“零〞排放。插電式混合動力汽車的運行模式大致可

10、分為電量消耗模式、電量保持模式、常規(guī)充電模式〔圖1〕。各模式之間可以根據(jù)功率需求和電池的荷電狀態(tài)〔StateofCharge，簡稱SOC〕進行無縫切換。插電式混合動力汽車是由混合動力汽車進化而來的，但是傳統(tǒng)混合動力汽車以內(nèi)燃機為主，電動為輔，而插電式混合動力車是以電動為主，在電池電力耗至使用臨界點，無法及時充電時才以內(nèi)燃機為輔?；旌蟿恿ζ嚥捎脙?nèi)燃機和電動機兩種動力，將內(nèi)燃機與儲能器件通過先進控制系統(tǒng)相結合，提供車輛行駛所需要的動力。兩種動力系統(tǒng)可以使混合動力汽車續(xù)駛里程更長；電池單獨驅(qū)動時，還可實現(xiàn)“零〞排放。插電式混合動力汽車的運行模式大致可分為電量消耗模式、電量保持模式、常規(guī)充電模式〔圖

11、1〕。各模式之間可以根據(jù)功率需求和電池的荷電狀態(tài)〔StateofCharge，簡稱SOC〕進行無縫切換。插電式混合動力汽車是由混合動力汽車進化而來的，但是傳統(tǒng)混合動力汽車以內(nèi)燃機為主，電動為輔，而插電式混合動力車是以電動為主，在電池電力耗至使用臨界點，無法及時充電時才以內(nèi)燃機為輔。 2新能源汽車的經(jīng)濟效果分析 本文以比亞迪燃油車F3、雙模電動車F3DM〔插電式混合動力汽車〕、純電動汽車E6為分析對象，研究未來10年，新能源汽車與傳統(tǒng)燃油車購置本錢與運行本錢比擬；試圖考慮未來10年期間油價變化、電價變化等因素，分析傳統(tǒng)燃油汽車與新能源汽車的總本錢變化趨勢及經(jīng)濟效果。 2.1模型建立 前面

12、已對各類型新能源汽車行駛原理做了簡單介紹，燃油汽車和純電動汽車只需依靠燃油驅(qū)動或電池驅(qū)動即可。而混合動力汽車和插電式混合動力汽車具有燃油驅(qū)動、電驅(qū)動、油電混合驅(qū)動等多種運行模式，計算其油電本錢相對復雜。因此，本文為計算插電式混合動力汽車的行駛本錢，提出了以下各本錢計算模型?！?〕PHEV的年耗電本錢計算模型假設每天對PHEV充電1次〔在PHEV的純電動模式下比亞迪F3DM的1天最大行駛公里數(shù)為60～100km〕，基于年均行駛公里數(shù)、電池容量以及電價，純電動模式下的年耗電本錢可基于下式〔1〕計算：式中：Cyearelec為純電動模式下的年耗電本錢，元；Dyearelec為1年中純電動模式下的等效

13、行駛天數(shù)，d；Myearelec為整車年均行駛公里數(shù)，km；MdayBEV為純電動模式下1天行駛公里數(shù)〔取值應小于或等于PHEV在純電動模式下可續(xù)航里程〕，km；Pelec為電價，元/kWh；EbatBEV為MdayBEV所對應的電池使用電量?！?〕PHEV的年耗油本錢計算模型基于上述假設以及年均行駛公里數(shù)、燃油價格，混合電動模式下的年耗油本錢可基于式〔2〕，〔3〕計算。即，根據(jù)PHEV的行駛原理，①當日平均行駛里程小于或等于純電動模式下1天可行駛公里數(shù)時，PHEV的年耗油本錢為0；②當日平均行駛里程大于純電動模式下1天可行駛公里數(shù)時，PHEV將啟動油電混合動力模式，以保證正常行駛路況需要。此

14、時，基于下式〔3〕確定PHEV的年耗油本錢?！?〕PHEV的年耗油電本錢計算模型結合上述，PHEV的年耗油本錢計算模型和年耗電本錢計算模型，本論文基于式〔4〕確定PHEV的年耗油電成 2.2電價與油價計算方法 計算未來10年〔2021～2021年〕燃油汽車與新能源汽車的燃料本錢時，首先需對未來10年年平均燃油價格與電價進行預測。關于未來10年電價情況，本文依據(jù)中國電力企業(yè)聯(lián)合會發(fā)布的?電力工業(yè)“十二五〞規(guī)劃研究報告?進行計算。報告中指出，當前平均電價約為0.6元/kWh，未來10年中國電價年均增長3%。關于未來10年汽油價格，本文依據(jù)國際油價走勢和我國近10年平均汽油價格數(shù)據(jù)進行計算。目前

15、，我國成品油價格主要取決于國際原油價格的變化。而國際油價主要取決于對原油的需求變化、美元指數(shù)的漲跌、債務危機、地緣政治與天氣等多種影響因素的變化。但是，無論影響因素怎樣變化，油價總體將呈上升趨勢。國際能源署〔IEA〕署長田中伸男曾在第2屆全球智庫峰會上表示，由于需求的增長速度可能會超過生產(chǎn)的速度，因而，今后10～20年國際油價將持續(xù)攀升。而且，國際能源署還警告說，由于對石油生產(chǎn)投資缺乏，國際油價可能很快〔在2021年〕升至創(chuàng)紀錄的每桶150美元。在這一背景下，本文以近10年我國平均汽油價格為基數(shù)，進行油價趨勢的回歸分析與預測〔圖2〕。分析得出2021年汽油價格約為12.93元/L，而當前93#

16、汽油價格約為7.65元/L。 2.3比亞迪ICEV，PHEV及BEV的參數(shù)配置 本文以國產(chǎn)汽車-比亞迪傳統(tǒng)燃油汽車與新能源汽車為研究對象，其參數(shù)配置如表2所示。比亞迪F3〔2021款1.6智能白金版自動擋〕燃油汽車排量為1.6L，價格為8.08萬元；比亞迪雙模電動車F3DM低碳版系插電式混合動力汽車，排量僅為1.0L，16.98萬元是廠商指導價〔補貼前價格〕；而比亞迪純電動汽車E6的廠家指導價格為36.98萬元〔補貼前價格〕，由于電池容量為60kWh，汽車重量達2295kg。 3結果分析 本文分別計算了年均行駛里程為1.5萬、3萬、4萬km時，傳統(tǒng)燃料汽車與新能源汽車10年期的使用總本

17、錢〔根據(jù)北京交通開展研究中心的數(shù)據(jù)，北京私人小汽車年均行駛里程約為1.5萬km。公車年均行駛里程為3萬～4萬km〕。同時，本文還對新能源汽車政府補貼前后的經(jīng)濟性進行了比擬。根據(jù)補貼方法，純電動車每輛最高補貼6萬元；插電式混合動力汽車每輛最高補貼5萬元；1.6L及以下節(jié)能車補貼3000元。深圳市政府還宣布，在國家為插電式混合動力車每輛最高補貼5萬、純電動車每輛最高補貼6萬元的根底上，為兩類車型分別最高追加3萬元和6萬元補貼，即最高可獲8萬元和12萬元補貼。另外，國家還出臺了對新能源汽車減免車船稅等措施，未來也可能收取碳稅，這都將增加新能源汽車的經(jīng)濟性，但本文在比擬中只考慮實際補貼的局部。 3.

18、1案例1 案例1中，首先，探討并比照分析了比亞迪F3燃油汽車和比亞迪F3DM的本錢計算結果。圖3為年平均行駛里程1.5萬km、且無政府補貼時的兩種車型經(jīng)濟性比擬結果圖。如圖3所示，不考慮政府補貼時，由于傳統(tǒng)燃油汽車〔InternalCombustionEngineVehicle，簡稱ICEV〕的購置本錢較低，一直保持著較高的經(jīng)濟性，而隨著使用年限的增多，燃料本錢逐漸增加，2021年時，ICEV的“購置+使用〞的總本錢與PHEV持平。也就是說，年均行駛1.5萬km的消費者以當前市場價格購置ICEV和PHEV，2021年時方能表達出PHEV的相對經(jīng)濟優(yōu)勢。但是，如果考慮目前我國對新能源汽車購置補

19、貼金額〔即國家對PHEV補貼5萬元/輛〕，4年之后〔即2021年〕PHEV的經(jīng)濟性便會顯現(xiàn)出來。圖4、圖5顯示了年均行駛里程分別為3萬km和4萬km時，ICEV與PHEV的經(jīng)濟性比擬結果。如圖4所示，年均行駛里程越多，PHEV越能表達其相對經(jīng)濟性。不考慮國家補貼的情況，年均行駛3，4萬km的消費者，到2021年PHEV便可表達其經(jīng)濟性；而對于年均行駛1.5萬km的消費者，到2021年才會表達相對經(jīng)濟性〔圖3〕。如果考慮國家補貼，對于年均行駛3萬km的消費者，購置PHEV不到兩年便可體會帶來的相對經(jīng)濟性；而對于年均行駛4萬km的消費者，購置第1年便可體會其經(jīng)濟性〔補貼5萬后，F(xiàn)3DM價格為898

20、00元，與ICEV的價格相近〕。對于純電動汽車，雖然行駛過程中無需耗油本錢且電價相對低廉，但是，由于最初的購置本錢較高，因此，相對經(jīng)濟性并不明顯。在年均行駛1.5萬km時，即使購置補貼到達12萬元〔按照深圳市對購置新能源汽車的補貼方法計算，PHEV補貼8萬元、BEV補貼12萬元〕，本錢依然很高。而在年均行駛里程到達3萬km，且購置補助到達12萬元時，到2021年，BEV對ICEV的相對經(jīng)濟性才可表達出來。圖6為年平均行駛里程到達4萬km并考慮政府補貼時3種車型的經(jīng)濟性比擬。如圖6所示，2021年以前，傳統(tǒng)燃油汽車與新能源汽車的經(jīng)濟性比擬結果為PHEV＞ICEV＞BEV；而車輛使用年限超過7年后

21、，BEV的經(jīng)濟性要優(yōu)于ICEV。因此，通過數(shù)據(jù)與圖表分析發(fā)現(xiàn)，對于年均行駛里程較多，并且可享受國家補貼的車輛消費者來說，PHEV是非常有吸引力的。而且，一些地方政府為促進新能源汽車推廣，實施高額補貼政策。這些舉措將增加電動汽車的市場需求。其中，PHEV將會越來越多地被私人家用汽車市場所接受，并逐漸替代傳統(tǒng)燃油汽車。而電動汽車雖然具有節(jié)能減排的優(yōu)點，但是，如果不降低電池及整車本錢，被消費者接受還需要一個開展過程。 3.2案例2 在案例2中，集中探討不同電池容量配比下的比亞迪E6純電動汽車的經(jīng)濟性比擬結果。如前面所述，比亞迪E6的車載電池容量約為60kWh，電池充滿狀態(tài)下可行駛300km。而對

22、于一般家庭用私人轎車而言，每天行駛里程通常缺乏300km，且不超過60km的較多。因而，如果消費者可以根據(jù)自身需求，對車載動力電池容量進行選擇，那么不僅可以提高純電動車的經(jīng)濟性，還可以實現(xiàn)車輛輕量化。目前，鋰離子電池價格約為4.5元/Wh。表3為以4.5元/Wh的電池價格所計算的不同電池配比下的車輛本錢。如表3所示，減少車載電池容量，可使購車本錢下降。如果日平均行駛里程在100km以內(nèi)，可以選購電池容量搭載較低的電動汽車。例如選擇車載電池容量為20kWh的純電動汽車，不僅可滿足100km行駛需求，車輛價格也相對降低。因而，可大大提高純電動汽車的經(jīng)濟性以及利用率。 4結論 通過比照亞迪ICE

23、V，PHEV，BEV等3種代表性車型進行經(jīng)濟性比擬和分析，結果說明，電動汽車運行本錢遠低于燃油汽車，但根據(jù)燃油價格變化以及政府補貼與否，電動汽車總本錢可能會高于燃油汽車。 〔1〕新能源汽車的經(jīng)濟性在行駛里程多的情況下，更為顯著，尤其是PHEV，即使在沒有政府補貼的情況下，依然有較高的相對經(jīng)濟性。在年均行駛里程為1.5萬km時，2021年時，ICEV與PHEV的總本錢持平，PHEV運行10年的總本錢略低于ICEV；而在年均行駛里程到達3萬～4萬km的情況下，2021年，PHEV比照ICEV的相對經(jīng)濟性便可表達，因而，對于消費者而言，有較大的吸引力。目前，在我國電動汽車市場呈現(xiàn)有效需求規(guī)模缺乏的

24、情況下，有必要以汽車利用率高、行駛里程多的消費群為切入點進行推廣、普及。 〔2〕政府補貼政策使新能源汽車的經(jīng)濟性更加突出。在國家及地方政府補貼的情況下，PHEV的購車價格幾乎與ICEV相同，大大提高了PHEV的經(jīng)濟性，有利于增加對新能源汽車的市場需求。經(jīng)濟性分析結果說明，政府的支持和補貼非常重要，是新能源汽車大規(guī)模走向市場的重要因素。 〔3〕BEV的電池及整車本錢較高，導致其經(jīng)濟性并不明顯，因而，必須加快電池技術的開展，提高電池性能并降低整車本錢。從目前情況來看，選擇電池容量適宜的電動汽車是增加經(jīng)濟性的方法之一。消費者可以根據(jù)自身需求，進行車載電池容量選擇，那么，購置電動汽車所帶來的經(jīng)濟性

25、會更加顯著。根據(jù)預測，純電動汽車由于其電池性能和高本錢的約束，2030年才可能實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。因為到2030年電池性能將提高7倍，本錢將降至目前的1/40。比亞迪純電動汽車E6的車載電池容量為60kWh，因而其整車價格也非常昂貴。北京市私人轎車年均行駛公里為1.5萬km，由此可計算出其日平均行駛里程約為40km，因此，如果根據(jù)消費者的行駛里程需求，選配車載電池容量，可降低購車本錢，提高使用純電動汽車的經(jīng)濟性。綜上所述，通過對ICEV，PHEV，BEV的經(jīng)濟性比擬，可知PHEV等電動汽車的市場接受度將會不斷提高，由此將帶動我國新能源汽車的開展。隨著石油匱乏所帶來的油價飛漲與節(jié)能減排的壓力進一步加大，將會加快電動汽車取代燃油汽車的步伐。其中，由于插電式混合動力汽車的相對經(jīng)濟性較高，普及范圍也將迅速擴大。ICEV將逐漸被新能源汽車替代；HEV作為過渡產(chǎn)品，有助于開拓市場，提高消費者對新能源汽車的認知，但將逐漸被PHEV所替代；PHEV由于政府補貼，進一步增加了其經(jīng)濟性，因而，PHEV市場普及指日可待；而BEV由于目前電池本錢較高，普及速度可能不及PHEV，但是隨著電池技術的開展，BEV的普及將逐漸加快。