基于經(jīng)濟(jì)與排放效益的混合動(dòng)力和純電動(dòng)公交車發(fā)展前景分析

王 寧，龔在研，馬 鈞

(同濟(jì)大學(xué)汽車學(xué)院，上海 200092)

基于經(jīng)濟(jì)與排放效益的混合動(dòng)力和純電動(dòng)公交車發(fā)展前景分析

王 寧，龔在研，馬 鈞

(同濟(jì)大學(xué)汽車學(xué)院，上海 200092)

以混合動(dòng)力和純電動(dòng)公交車為研究對(duì)象，基于購置成本和使用成本構(gòu)建全生命周期成本模型，利用GREET模型分析“油井到車輪”二氧化碳排放量，并與傳統(tǒng)柴油公交車對(duì)比，分析50萬公里名義壽命周期內(nèi)樂觀和保守兩種情景下新能源公交車的發(fā)展前景。結(jié)果表明:在樂觀情景下，純電動(dòng)公交車擁有最優(yōu)的生命周期成本和二氧化碳減排量，較柴油車分別低37%和35%;在保守情景下，混合動(dòng)力公交車擁有與柴油公交車持平的生命周期成本及較低的二氧化碳排放量，較同時(shí)期柴油車低30%，純電動(dòng)公交車的生命周期成本則遠(yuǎn)高于柴油車。未來10年混合動(dòng)力公交車具備良好的應(yīng)用前景，純電動(dòng)公交車則需要電源結(jié)構(gòu)優(yōu)化和電池技術(shù)突破之后才能顯示較強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)力。

新能源公交車;混合動(dòng)力;純電動(dòng);生命周期成本;二氧化碳排放

一、引言

2010年見證了中國汽車產(chǎn)銷雙雙突破1800萬輛的奇跡，卻無法掩蓋我國汽車產(chǎn)業(yè)所面臨的能源與環(huán)境危機(jī)。根據(jù)中國石油經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究院發(fā)布的《2010年國內(nèi)外油氣行業(yè)發(fā)展報(bào)告》，2010年，我國全年石油表觀消費(fèi)量達(dá)4.55億噸，同比增長(zhǎng)11.4%，石油對(duì)外依存度超過55%。另外，根據(jù)美國二氧化碳信息分析中心(CDIAC)2008年發(fā)布的報(bào)告［1］，中國2007年的二氧化碳排放量已達(dá)65.38億噸，占全球排放總量的22.3%，超過美國位列全球第一。能源與環(huán)境已經(jīng)成為制約我國汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重大威脅。

為了減輕能源消耗和溫室氣體排放而制定的政策和規(guī)劃，必須考慮純電動(dòng)、混合動(dòng)力等新能源汽車［2-3］。在各類新能源汽車中，Michael Fischer，J.Van Mierlo，Mathew Werber［4-6］等人都認(rèn)為純電動(dòng)汽車和油電混合動(dòng)力汽車是當(dāng)前交通運(yùn)輸?shù)淖罴呀鉀Q方案。而在不同用途的新能源汽車中，M.J.Kellaway［7］認(rèn)為新能源公交車又是最具發(fā)展?jié)摿Φ能囆?。目前，國?nèi)針對(duì)新能源公交車市場(chǎng)發(fā)展的研究主要集中在生命周期成本計(jì)算、能源消耗等方面。曹靜、李理光［8］針對(duì)混合動(dòng)力公交車和燃料電池公交車能源消耗的研究表明，新能源公交車的推廣可在2020年使上海市公交車的耗油量減少20%以上。歐訓(xùn)民［9］針對(duì)混合動(dòng)力公交車成本的研究表明，到2015年以后，混合動(dòng)力公交車的生命周期成本將開始低于傳統(tǒng)柴油公交車，此優(yōu)勢(shì)還將逐年增加。在國外，除成本及能耗研究之外，針對(duì)公交車溫室氣體排放的研究也受到重視。Mikhail Granovskii［10］，Reinhart Kühne［11］等人針對(duì)各類新能源汽車溫室氣體排放的研究表明，在美國，混合動(dòng)力汽車最多可以減排35%以上，而純電動(dòng)汽車視電力來源的不同，可減排40%-90%。

通過以上文獻(xiàn)發(fā)現(xiàn)，對(duì)于新能源公交車多考慮能耗成本及使用過程的CO2排放分析，對(duì)于全生命周期的購置、使用、維護(hù)等成本及發(fā)電過程的二氧化碳排放常常不被考慮。本文從全生命周期總成本及“油井到車輪”CO2排放角度系統(tǒng)分析混合動(dòng)力及純電動(dòng)公交車的發(fā)展前景。

二、研究對(duì)象及情景

在各類汽車中，公交車具有車速較低、續(xù)駛里程較短、路線固定、政府補(bǔ)貼較高等特點(diǎn)，非常適合發(fā)展新能源技術(shù)。新能源公交車主要包括混合動(dòng)力公交車(hybrid electric bus，縮寫 HEB)、純電動(dòng)公交車(battery electric bus，縮寫B(tài)EB)、燃料電池公交車(fuel cell bus，縮寫FCB)和替代燃料公交車四種。其中，F(xiàn)CB由于綜合成本過高，在未來10年間難以獲得市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。替代燃料公交車與傳統(tǒng)柴油公交車(conventional diesel bus，縮寫CDB)工作原理相似，節(jié)能減排效果不明顯。因此，本文主要以目前最具發(fā)展?jié)摿Φ腍EB和BEB為研究對(duì)象，并以CDB作為參照。對(duì)于混合動(dòng)力車型，本文研究的是技術(shù)含量較高、節(jié)能減排效果最明顯的并聯(lián)式全混合動(dòng)力公交車(parallel fullhybrid electric bus)。

對(duì)比分析中，HEB、BEB、CDB均為在國內(nèi)各大城市應(yīng)用廣泛的12m長(zhǎng)雙軸公交車，其技術(shù)參數(shù)參考福田、申沃、宇通等企業(yè)的典型產(chǎn)品，如表1所示。

表1 國內(nèi)典型HEB、BEB、CDB車型技術(shù)參數(shù)

本文在當(dāng)前情景下(2010年底)成本與排放的基礎(chǔ)上，設(shè)定了樂觀與保守兩種情景，用于預(yù)測(cè)2020年各類公交車的成本及排放情況。其中，樂觀情景有利于新能源公交車發(fā)展而不利于傳統(tǒng)公交車發(fā)展，保守情景則反之。在樂觀情景中，新能源汽車及其關(guān)鍵零部件成本顯著下降，性能顯著提高，政府補(bǔ)貼依然存在，油價(jià)上漲較快，電價(jià)上漲較慢，柴油開采冶煉過程碳排放減少較多，國內(nèi)清潔能源發(fā)電比例顯著上升，從而HEB和BEB的生命周期成本和碳排放相對(duì)于CDB都將明顯降低。保守情景則與之相反。具體情景界定見3.2。

三、生命周期成本分析

生命周期成本是影響新能源公交車能否真正走向市場(chǎng)的關(guān)鍵因素。若沒有成本競(jìng)爭(zhēng)力，僅憑政府補(bǔ)貼和公眾熱情都無法使新能源公交車實(shí)現(xiàn)全面產(chǎn)業(yè)化。

新能源公交車生命周期成本C共包括4個(gè)部分:購置成本CA、政府補(bǔ)貼CS、能耗成本CE和維修保養(yǎng)成本CM。四部分成本之和為生命周期總成本，即:

新能源公交車的購置成本CA可分為兩大部分，記為CA1和CA2。CA1是HEB、BEB、CDB之間不相同的動(dòng)力總成部分，主要包括動(dòng)力電池、驅(qū)動(dòng)電機(jī)、電控系統(tǒng)以及傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)等;CA2數(shù)值上等于CA與CA1之差，是HEB、BEB、CDB除動(dòng)力總成之外彼此相同的部分，主要包括底盤、車身、車橋、內(nèi)飾、空調(diào)以及企業(yè)研發(fā)成本、管理成本、利潤(rùn)等。CA信息來自表1中參考車型的企業(yè)報(bào)價(jià)，CA1的計(jì)算參照了美國UC Davis Plug-in Hybrid＆Electric Vehicle Research Center所提供的成本信息，國內(nèi)與歐美HEB與BEB的電池等核心零部件的價(jià)格基本相當(dāng)［12］。

政府補(bǔ)貼CS方面，根據(jù)2009年2月份財(cái)政部和科技部聯(lián)合發(fā)布的《節(jié)能與新能源汽車示范推廣財(cái)政補(bǔ)助資金管理暫行辦法》，在“十城千輛”項(xiàng)目涉及城市，被納入《節(jié)能與新能源汽車示范推廣應(yīng)用工程推薦車型目錄》中的10米以上新能源公交車將得到5萬元至60萬元不等的補(bǔ)貼。未來，隨著新能源汽車成本的降低，政府補(bǔ)貼可能會(huì)減少甚至取消。

根據(jù)《機(jī)動(dòng)車強(qiáng)制報(bào)廢標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定》，各類公交車的能耗成本CE以500，000km的行駛壽命進(jìn)行計(jì)算。它包含CDB和 HEB的柴油消耗成本和BEB的電力消耗成本。當(dāng)前的柴油價(jià)格以市場(chǎng)價(jià)為準(zhǔn)，電能價(jià)格參照武漢市三角湖充電站電費(fèi)價(jià)格，其中包含基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)和運(yùn)營成本，以及電池的充電損失成本。

維修保養(yǎng)成本CM在各類新能源公交車的總成本中占據(jù)很大比例。除了與CDB一樣正常的維護(hù)保養(yǎng)外，HEB與BEB還需要定期更換動(dòng)力電池。

(一)2010年成本分析

根據(jù)表1中參考車型，各類公交車的總購置成本CA的企業(yè)報(bào)價(jià)如見表2所示。CDB的購置成本最低，HEB比 CDB高出將近一倍，BEB則比CDB高出兩倍以上。其中，HEB使用的鋰離子動(dòng)力電池單價(jià)約為7-10元/Wh，按照8元/Wh計(jì)算。BEB使用的鋰離子動(dòng)力電池單價(jià)約為5-8元/Wh，按照6 元/Wh計(jì)算［11］。

導(dǎo)致HEB、BEB的CA2明顯高于CDB的原因是目前HEB、BEB的產(chǎn)量較低，使得單件制造成本上升，管理、研發(fā)成本分?jǐn)傇黾?。只有HEB、BEB技術(shù)成熟并投入大規(guī)模生產(chǎn)之后，該部分成本才有望降低至CDB的水平。

在“十城千輛”項(xiàng)目所涉及的城市(截止到2011年8月共25座)，政府補(bǔ)貼會(huì)使新能源公交車較高的購置成本有所降低。根據(jù)《節(jié)能與新能源汽車示范推廣財(cái)政補(bǔ)助資金管理暫行辦法》的規(guī)定，最大電功率比在20%-50%，節(jié)油率在20%-30%的10米以上HEB可獲得25萬元政府補(bǔ)貼，10米以上BEB可以獲得60萬元政府補(bǔ)貼。減去政府補(bǔ)貼之后，HEB余下的購置成本比CDB高50%，BEB余下的購置成本比CDB高170%(見表2)。

能耗成本是新能源公交車的優(yōu)勢(shì)所在。按照目前的柴油及電能價(jià)格，可計(jì)算得出各類公交車的50萬公里生命周期能耗成本。CDB的能耗成本高達(dá)122.5萬元，遠(yuǎn)高于其購置成本。HEB 20%的節(jié)油率也換來了20%的能耗成本降低。BEB能耗成本最低，僅45萬元，為HEB的一半(見表3)?？梢?，在能耗成本方面，新能源公交車都顯著低于傳統(tǒng)公交車。

表2 各類公交車購置成本及政府補(bǔ)貼對(duì)比單位:萬元

表3 各類公交車能耗成本成本對(duì)比

表4 各類公交車維修保養(yǎng)成本對(duì)比

但是，新能源公交車的維修保養(yǎng)成本高于CDB。由于新能源公交車技術(shù)尚不夠成熟，HEB和BEB的日常保養(yǎng)周期短于CDB，且單次保養(yǎng)成本高于CDB。另外，由于鋰離子電池的壽命短、成本高，BEB全生命周期的電池更換成本超過300萬元，對(duì)運(yùn)營企業(yè)勢(shì)必將成為一項(xiàng)沉重的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)。而HEB的動(dòng)力電池由于容量小，且工作強(qiáng)度較低，所以生命周期的更換成本不高，約為10萬元，多數(shù)運(yùn)營企業(yè)都能夠承擔(dān)(見表4)。

綜上所述，在當(dāng)前環(huán)境下(2010年底)，HEB的購置成本和維修保養(yǎng)成本高于CDB，但其能耗成本相比CDB降低了20%，因此，HEB的生命周期總成本最終比CDB高出約65萬元。若計(jì)算25萬元的政府補(bǔ)貼，則只比CDB高40萬元。對(duì)于財(cái)政資金充足、力推節(jié)能環(huán)保理念的大型城市而言，HEB已經(jīng)具備一定的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，可以得到較大規(guī)模的推廣。BEB的能耗成本明顯低于HEB和CDB，但是其高昂的購置成本和維修保養(yǎng)成本導(dǎo)致其總成本遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于HEB和CDB。僅BEB的電池更換成本一項(xiàng)就達(dá)300多萬元，比HEB和CDB的生命周期總成本還高?？梢姡谀壳扒闆r下，無論是否計(jì)算50萬元的政府補(bǔ)貼，BEB都只能進(jìn)行小規(guī)模示范運(yùn)營。在動(dòng)力電池取得技術(shù)突破之前，BEB難以獲得具備市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力(見圖1)。

(二)2020年成本預(yù)測(cè)

由以上分析可知，在2010年，HEB與BEB尚不具備成本優(yōu)勢(shì)。那么，到10年后的2020年，以HEB和CDB為代表的新能源公交車能否具備成本優(yōu)勢(shì)，從而獲得市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力則是新能源汽車領(lǐng)域備受關(guān)注的問題。本文參考Jonas Hellgren的零部件成本調(diào)研預(yù)測(cè)結(jié)果［13］、德意志銀行2010年的鋰離子電池價(jià)格預(yù)測(cè)［14］以及作者對(duì)油價(jià)、電價(jià)的回歸分析，選取樂觀與保守兩套假設(shè)前提，對(duì)各類公交車的成本進(jìn)行分別預(yù)測(cè)。

圖1 各類公交車生命周期成本對(duì)比 單位:萬元

圖2 2020年各類公交車生命周期成本預(yù)測(cè)(樂觀預(yù)測(cè)情景) 單位:萬元

圖3 2020年各類公交車生命周期成本預(yù)測(cè)(保守預(yù)測(cè)情景) 單位:萬元

2020年樂觀情景:購置成本CA:動(dòng)力電池成本降低60%;驅(qū)動(dòng)電機(jī)及電控系統(tǒng)成本降低40%;發(fā)動(dòng)機(jī)成本維持不變;CDB各項(xiàng)購置成本維持不變;HEB和CDB的CA2降低至與CDB相同的水平。政府補(bǔ)貼CS:HEB不再獲得補(bǔ)貼，BEB補(bǔ)貼額減半。能耗成本CE:柴油價(jià)格年均上漲10%至16.5元/L;電價(jià)年均上漲2%至1.08元/kWh(包含基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)及運(yùn)營成本、電池充電損失);CDB油耗降低15%;HEB相比同時(shí)期CDB節(jié)油35%;BEB節(jié)電15%。維修保養(yǎng)成本CM:CDB日常保養(yǎng)周期及成本維持不變;HEB和BEB的日常保養(yǎng)周期及成本降低至CDB的水平;動(dòng)力電池壽命提高1倍，即HEB和BEB生命周期分別需更換電池1次和2次。

2020年保守預(yù)測(cè)情景:購置成本CA:動(dòng)力電池成本降低40%;驅(qū)動(dòng)電機(jī)及電控系統(tǒng)成本降低20%;發(fā)動(dòng)機(jī)成本維持不變;CDB各項(xiàng)購置成本維持不變;HEB和CDB的CA2降低20%。政府補(bǔ)貼CS:HEB和BEB不再獲得補(bǔ)貼。能耗成本CE:柴油價(jià)格年均上漲5%至10.9元/L;電價(jià)年均上漲5%至1.40元/kWh(包含基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)及運(yùn)營成本、電池充電損失);CDB油耗降低15%;HEB相比同時(shí)期CDB節(jié)油30%;BEB節(jié)電10%。維修保養(yǎng)成本CM:CDB日常保養(yǎng)周期及成本維持不變;HEB和 BEB的日常保養(yǎng)周期不變，成本降低30%;動(dòng)力電池壽命提高50%，即HEB和BEB生命周期分別需更換電池2次和3次。

在樂觀預(yù)測(cè)情景下，到2020年，CDB的總成本跟隨柴油價(jià)格的快速上漲而增長(zhǎng)了60%，成為三種公交車中成本最高的一類。HEB雖然也受到柴油價(jià)格上漲的影響，但由于其節(jié)油率顯著提高，能耗成本上漲的幅度相對(duì)較較低。同時(shí)，HEB的購置成本和維護(hù)保養(yǎng)成本大幅下降，接近于CDB的水平，最終導(dǎo)致HEB的總成本與2010年基本持平。BEB所使用的電能價(jià)格上漲較少，同時(shí)購置成本、維護(hù)保養(yǎng)成本，尤其是電池更換成本大幅下降，其總成本下降了近70%，明顯低于 HEB及CDB，具備了強(qiáng)勁的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力(見圖2)。

在保守預(yù)測(cè)情景下，到2020年，CDB所使用的柴油價(jià)格上漲幅度相對(duì)較小，致使其總成本上漲不足20%，依然具備一定的優(yōu)勢(shì)。HEB的節(jié)油率有所提高，其他各項(xiàng)成本也均有所下降，最終其總成本與2010年水平基本一致，同時(shí)也與2020年的CDB持平。BEB購置成本、維護(hù)保養(yǎng)成本下降幅度有限，再加之電價(jià)上漲，最終其總成本下降幅度不足30%，依然明顯高于HEB與CDB，基本沒有市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力(見圖3)。

(三)結(jié)果分析

由以上兩種情景的預(yù)測(cè)可知，在未來10年間，CDB總成本增幅主要取決于油價(jià)的上漲速度。油價(jià)上下浮動(dòng)10%，CDB總成本變化6%-8%。

HEB受到技術(shù)進(jìn)步、成本降低的積極影響和油價(jià)上漲的消極影響，總成本變化幅度較小，很可能與2010年水平保持一致。其中，對(duì)HEB總成本影響最大的因素是油價(jià)和節(jié)油率，二者直接決定總的能耗成本。耗油量與油價(jià)的乘積上下浮動(dòng)10%，HEB總成本變化5%-6%。

BEB的能耗成本本身較低，因此受到電價(jià)變化的影響不大。影響B(tài)EB未來總成本的主要因素是電池的成本及壽命。尤其是電池壽命的提高，若使生命周期電池更換次數(shù)減少一次，就可節(jié)省多達(dá)30-60萬元的成本。然而，在未來十年間，電池成本及壽命的發(fā)展趨勢(shì)是最不確定的。如果電池技術(shù)取得突破，壽命顯著增長(zhǎng)，成本顯著降低，則BEB將得到極強(qiáng)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。如果電池的成本及壽命只是緩慢進(jìn)步，BEB的總成本則將長(zhǎng)期高高在上，沒有市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。

從生命周期成本來看，我國政府在未來十年應(yīng)大力推廣HEB，加強(qiáng)動(dòng)力電池及控制系統(tǒng)的研究，并給予生產(chǎn)企業(yè)和運(yùn)營單位一定的經(jīng)濟(jì)補(bǔ)貼。由于大規(guī)模動(dòng)力電池成本及壽命的發(fā)展速度難以預(yù)期，發(fā)展BEB具有一定的風(fēng)險(xiǎn)。政府目前應(yīng)以支持動(dòng)力電池的技術(shù)研發(fā)為重心，待技術(shù)取得突破后再將重心轉(zhuǎn)移到推動(dòng)BEB商業(yè)化方面來。

四、二氧化碳排放分析

節(jié)能與環(huán)保是推廣新能源公交車的兩大根本目的。節(jié)能問題在本文第三章能耗成本部分中已經(jīng)涉及，而環(huán)保方面，尤其是二氧化碳減排的效益還需要進(jìn)一步深入探究。

為研究BEB和HEB的實(shí)際減排效果，本文基于美國Argonne國家實(shí)驗(yàn)室提出的GREET模型，計(jì)算“油井到車輪(well to wheel，縮寫 WTW)”整個(gè)過程的二氧化碳排放量，得出車輛直接及間接帶來的所有二氧化碳排放量。WTW指的是從油、氣、電等能源開采，到煉油、發(fā)電，再到油、氣、電輸送、加注，最后到車輛運(yùn)營整個(gè)過程中的二氧化碳排放量。其中，車輛運(yùn)營時(shí)的排放屬于“油泵到車輪(pump to wheel，縮寫 PTW)”排放，其他階段的排放則屬于“油井到油泵(well to pump，縮寫WTP)”排放。WTW排放量為WTP和PTW排放量之和。

(一)2010年二氧化碳排放分析

當(dāng)前情況下，各類公交車WTW二氧化碳排放量如表5所示。在表中，柴油的WTP CO2排放率代表從采油到煉油，再到油品運(yùn)輸全過程中，每升柴油所帶來的所有二氧化碳排放量之和。電能的WTP CO2排放率代表從能源開采到發(fā)電，再到輸電過程中每千瓦時(shí)電能所帶來的所有二氧化碳排放量之和。由于發(fā)電的能量來源千差萬別，電能的WTP CO2排放率變動(dòng)范圍很大。在中國，火力發(fā)電的比例達(dá)81%，遠(yuǎn)高于歐洲30%的平均水平［15］，所以電能的WTPCO2排放率也相對(duì)較高。此處的排放率只考慮以煤炭為能源的火力發(fā)電，其他種類發(fā)電(水力發(fā)電、風(fēng)能發(fā)電、核能發(fā)電等)的二氧化碳排放量由于數(shù)值較小，未予考慮。

表5 各類公交車WTW二氧化碳排放量對(duì)比

根據(jù)分析可知，HEB的減排率(相對(duì)于同時(shí)期CDB，下同)完全等于其節(jié)油率，在目前水平下約為20%。BEB雖然在運(yùn)營過程中為零排放，即PTW排放量為0，但是我國發(fā)電的WTP排放量很高，極大地影響了WTW總排放量，使其減排率為25.4%，雖好于HEB和CDB，但遠(yuǎn)未達(dá)到所謂的“零排放”。而按照歐洲的能源結(jié)構(gòu)計(jì)算，純電動(dòng)公交車的WTW減排能力則可以達(dá)到72.8%。

(二)2020年二氧化碳排放預(yù)測(cè)

在預(yù)測(cè)2020年各類公交車二氧化碳排放情況時(shí)，本文依然沿用了3.2部分的樂觀與保守兩套假設(shè)前提。2020年樂觀預(yù)測(cè)情景在3.2部分樂觀預(yù)測(cè)情景的基礎(chǔ)上增加:柴油WTP CO2排放率降低3%;中國火力發(fā)電占比降至70%。2020年保守預(yù)測(cè)情景在3.2部分保守預(yù)測(cè)情景的基礎(chǔ)上增加:柴油WTP CO2排放率降低8%;中國火力發(fā)電占比降至80%。其中，根據(jù)張斌［16］的預(yù)測(cè)，我國火力發(fā)電所占比例將在10年后下降至74.2%，因此將樂觀和保守情景中的比例取作70%和80%。

在樂觀預(yù)測(cè)情景下，到2020年，HEB節(jié)油率顯著提高，BEB耗電量顯著降低，我國火力發(fā)電占比降幅較大，則HEB和BEB的減排率都將明顯降低，均為約35.0%(見表6)。

在保守預(yù)測(cè)情景下，到2020年，HEB節(jié)油率有所下降，BEB耗電量和火力發(fā)電占比的降幅較少，則HEB與BEB的減排率分別為30%和20%。在這種情景下，BEB的減排能力不僅沒有增加，反而有所降低(見表7)。

我國各地區(qū)的能源結(jié)構(gòu)存在一定差異。西南地區(qū)水力資源豐富，占全國總量的61.4%。技術(shù)上可以開發(fā)利用的水電資源總量達(dá)到3.3億kW［17］。2009 年，西南地區(qū)總耗電量 3517 億kWh［18］，若在未來10年中西南地區(qū)水電裝機(jī)容量達(dá)到1億kW，且該部分發(fā)電量50%以上用于西南地區(qū)使用，配合抽水儲(chǔ)能電站，則基本可以滿足該地區(qū)的絕大部分電力需求。因此，我國西南地區(qū)有條件率先實(shí)現(xiàn)清潔能源發(fā)電的普及，這將為BEB的減排帶來巨大貢獻(xiàn)。

表6 2020年各類公交車WTW二氧化碳排放量預(yù)測(cè)(樂觀預(yù)測(cè)情景)

表7 2020年各類公交車WTW二氧化碳排放量預(yù)測(cè)(保守預(yù)測(cè)情景)

表8 火力發(fā)電比例與BEB減排能力的關(guān)系對(duì)照

我國各地區(qū)火力發(fā)電比例與BEB減排能力的關(guān)系如表8所示，其中BEB和CDB的能耗及柴油的WTP排放量參照保守預(yù)測(cè)情境中的數(shù)據(jù)?？梢?，火力發(fā)電所占的比例每降低10%，BEB相對(duì)于CDB的減排率就可以提高約10%。

此外，天然氣發(fā)電與煤電相比可減少CO2排放約31%［19］，但根據(jù)國家能源局《關(guān)于對(duì)〈發(fā)展天然氣分布式能源的指導(dǎo)意見〉征求意見的函》中的規(guī)劃，我國2020年天然氣發(fā)電裝機(jī)容量預(yù)計(jì)達(dá)到5000萬kW，相當(dāng)于我國總裝機(jī)容量的3%-4%，因此對(duì)于BEB的減排沒有顯著的影響。

(三)結(jié)果分析

從全國來看，在未來10年間，隨著油耗的降低，CDB二氧化碳排放量也會(huì)降低15%左右。HEB的減排率完全取決于其節(jié)油率。隨著節(jié)油率的提高，HEB的減排率必然會(huì)明顯提升。BEB的減排率取決于我國發(fā)電結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)變及車輛本身的節(jié)電量。由于對(duì)這兩項(xiàng)因素的預(yù)測(cè)存在較大的不確定性，所以BEB未來的減排率也不易確定，但無論情景怎樣，HEB與BEB彼此的WTW排放都沒有十分顯著的差異，所以排放對(duì)企業(yè)和政府的決策所帶來的影響有限。但對(duì)于西南部等少數(shù)地區(qū)，清潔能源發(fā)電的發(fā)展將使BEB的排放量顯著降低，在經(jīng)濟(jì)條件允許的情況下適合有限推廣。

五、結(jié)論

從生命周期成本和二氧化碳排放兩個(gè)方面來看，目前，HEB相對(duì)于CDB成本劣勢(shì)不明顯，減排率相對(duì)較高，已經(jīng)適于進(jìn)行較大規(guī)模的推廣。而BEB的減排率雖然優(yōu)于HEB，但它的總成本居高不下，二氧化碳排放量的絕對(duì)值也較高，遠(yuǎn)非理想中的“零排放”，目前尚不具備進(jìn)行商業(yè)化推廣的能力。

到2020年，相對(duì)于CDB，HEB的成本和排放都必將得到更多的優(yōu)勢(shì)，成為城市公交車的首選。而BEB由于很多技術(shù)問題的不確定，前景不夠明朗。若電池的成本和壽命能夠獲得大幅進(jìn)步，BEB將成為總成本最低的公交車。若BEB相關(guān)技術(shù)發(fā)展得不夠迅速，其成本相對(duì)于HEB則不會(huì)具備優(yōu)勢(shì)。此外，BEB的二氧化碳減排能力受到我國發(fā)電結(jié)構(gòu)的影響，難以取得較大突破。但對(duì)于西南部等少數(shù)地區(qū)，清潔能源發(fā)電的發(fā)展將使BEB的排放量顯著降低。

未來10年間，政府在公交車領(lǐng)域應(yīng)大力推廣HEB，一方面積極推動(dòng)HEB產(chǎn)業(yè)化發(fā)展，一方面要擴(kuò)大“十城千輛”項(xiàng)目示范區(qū)域，并確保新能源補(bǔ)貼落實(shí)。而對(duì)于BEB，則要以電池等關(guān)鍵零部件為重點(diǎn)突破方向。在BEB成本及排放逐漸改善的過程中，各地方政府可以根據(jù)本地區(qū)的財(cái)政實(shí)力以及電源結(jié)構(gòu)的優(yōu)化進(jìn)程適時(shí)開始大規(guī)模推廣。

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Prospect Analysis for Hybrid Electric and Battery Electric City Buses Based on Lifecycle Cost and Emission

WANG Ning，GONG Zai-yan，MA Jun

(School of Automotive Studies，Tongji University，Shanghai200092，China)

The authors took hybrid electric bus and battery electric bus as research subjects，built lifecycle cost model based on acquisition cost and using cost，calculated Well-to-Wheel carbon dioxide emission based on GREET model，analyzed foreground of new energy buses in aggressive scenario and conservative scenario compared with conventional diesel bus with 5 ×105km nominal lifecycle.According to the result，in the aggressive scenario，battery electric bus will obtain signally lifecycle cost and emission advantage，37%and 35%lower than diesel bus.While in the conservative scenario，hybrid electric bus will obtain reasonable emission advantage，30%lower than diesel bus and lifecycle cost is as much as diesel bus，but battery electric bus will have markedly lifecycle cost disadvantage.In the future 10 years，hybrid electric bus will have a better prospect，while battery electric bus requires power structure optimization and battery technology breakthroughs to display its competitiveness.

new energy bus;hybrid vehicle;electric vehicle;lifecycle cost;carbon dioxide emission

U461.8

A

1002-9753(2011)12-0057-09

2011-03-22

2011-09-08

上海市科技發(fā)展基金軟科學(xué)研究項(xiàng)目(11692103800);上汽教育基金(2010ZCYJ03-A)。

王寧(1977-)，男，山東萊陽人，講師、博士，研究方向:新能源汽車產(chǎn)業(yè)化。

(本文責(zé)編:潤(rùn) 澤)