解析电动汽车的能量利用效率问题

解析电动汽车的能量利用效率问题

解析电动汽车的能量利用效率问题，是一个能量传递环节的损耗分析问题，与燃油发动机汽车的能量使用情况对比，可以得出清晰的概念。

1）电动汽车与燃油汽车对初级能源利用情况的比较

下图是电动汽车和燃油汽车能源使用情况对照图。该图左半部是电动汽车能源使用流程图，右半部是燃油汽车能源使用流程图。

在火电厂，按国家发改委的节煤要求，每吨煤发电量为3125度（千瓦小时）。而一公斤标准煤的热值是29260千焦，由这两个数据可以计算出，在发电厂标准煤转化为电能的能量转换效率是38.4%；

电动汽车与燃油汽车能源使用情况流程图

通常发电厂自用电按8%计算，即，从发电机输出的电能进入电网的电能传递效率为92%，本文该效率值取95%；

进入电网的电能通过高压输电线路向用户送电。国家电网高压输电分为“高压输电，超高压输电，特高压输电”三个档次，其中高压输电电压取值为220千伏以下。高压输电平均送电距离为50~150km。

一般大型变压器的工作效率都是指的额定工作效率，可以达到95%~98%。

在此处，升压变压器效率按98%计（按高压输电，电压110千伏考虑）；

按国家标准110千伏传输线（32KM长）效率为98%；

降压变压器效率按98%（从110千伏降至用户使用电压，按变压器的对称工作原理，降压变压器与升压变压器取同一效率值）；

充电桩的功能是将交流市电（三相四线制，线电压380伏）变换成低压直流电，给电动汽车的电池充电。充电桩（交流变直流电源变换器）效率取97%；

对蓄电池充电，电能转化为化学能效率取80%；

蓄电池化学能转化为电能效率取80%；

从蓄电池转化来的低压电能须经电源变换器升压后，方能驱动汽车配套的电动机使用，电源变换器效率取96%；

电动机效率取92%；

从发电厂初级能源至汽车减速传动箱输入轴间，能量传递总效率为18.82%（38.4%x95%x98%x98%x98%x97%x80%x80%x96%x92%=18.82%；）

从上图的燃油汽车部分可以看出，汽油机或柴油机驱动的汽车能量使用流程十分简明。如果燃油是柴油，从初级能源至减速传动箱输入轴的能量转换效率在35%至45%之间（本文取柴油发动机效率为35%），如果燃油是汽油，则，该转换效率在30%左右（本文取汽油发动机效率为26%）（世界上，先进的汽车汽油发动机能量转换效率已经达到40%）。

按以上分析，假定取一辆电动汽车，取一辆汽油发动机汽车，使它们的车轮具有相同的运输能力，则，电动汽车将比汽油汽车多消耗38.1%的初级能源（1.381x18.82%=26%）。

2）蓄电池充电与放电效率的补充说明

需要补充说明的是，锂电池的充电能量转换效率是一个多元函数，与充电电流倍率，电池温度，电池老化程度等有关，放电能量转换效率也是一个多元函数，其效率与放电电流倍率，蓄电池温度，蓄电池储能状态，及电池老化程度有关。按相关文献（“锂离子电池能量效率的研究”，该文由同济大学高红等人撰写，该文的链接是：

https://6viyij.smartapps.baidu.com/pages/view/view?docId=dd521a67b207e87101f69e3143323968011cf4c7&from=share&hostname=baiduboxapp&_swebfr=1），为实现电池高效率充电的条件是严格的，须用小倍率充电电流，在电池温度30度左右时充电，可以实现较高效率的充电效果。然而，蓄电池汽车在实际使用中，用大倍率充电电流充电的工况是常见的工况，充电时蓄电池的平均环境温度也偏低（中国版图地理中心西安市年平均气温，白天21度，夜晚11度），因此，在实际使用中，难以满足实现良好充电效果的条件。本文中取充电效率与放电效率均为80%，在现实使用中能实现的概率不大，现实中充电效率将低于上述取值。另一方面，在实际充电过程中，人们往往无法准确确认充电进程应该结束的时间，若延长充电时间，则后期充电电流为无效率的损耗。

结论：电动汽车的运行，需要发电网络多消耗初级能源，以补充能量转换诸环节的能量损失，相对于燃油汽车，电动汽车是低效率产品。

3）电动汽车多消耗化石能源，是多碳产品

国家统计局公开的信息显示，我国2021年的发电量达到了81121.8亿千瓦时。其中，以煤炭作为主燃料的火力发电量依然占据首位——总量攀升至57702.7亿千瓦时，约为我国全社会发电量的71.13%，水力发电量排第二，2021年产生的电力为11840.2亿千瓦时，约为全国总发电量的14.6%；风力发电排第三，2021年产生的电力为5667亿千瓦时，占比6.99%；核能发电量为4075.2亿千瓦时，占比5.02%。太阳能发电量为1836.6亿千瓦时，占比2.26%。

即，煤炭发电量占全国总发电量的71.13%；

如果把电动汽车比汽油汽车多消耗的38.1%的初级能源，按上述初级能源类别发电占比分摊，则，煤炭发电部分将分摊38.1%x71.13%=27.1%；即，电动汽车要比汽油汽车多消耗27.1%的化石能源。相应的，将多排放27.1%的二氧化碳。

如果把电动汽车与柴油汽车比，柴油汽车从初级能源至减速传动箱输入轴的能量转换效率取35%，那末，电动汽车比柴油汽车多消耗61.1%的化石能源，相应的，将多排放61.21%的二氧化碳。

（附带说明：大气中二氧化碳的含量已达到300万年以来最高水平。

据2019年5月19日外媒报道 隶属于西班牙国家气象局的伊萨尼亚天文台在2019年4月探测到地球大气层二氧化碳浓度突破415ppm，达到了416.7ppm，为300万年来的最高值。（另有资料说明，美国路易斯安那州立大学研究发现，自工业革命前2300万年期间，地球大气层的二氧化碳浓度在230ppm至350ppm间波动，远低于现代的水平）

西班牙该天文台的数据还显示，近年来二氧化碳浓度的增速也在不断加快，上世纪80年代每年增长1.8ppm，但近年来这个速度达到了每年增长2.3ppm 。

联合国就此发出警告称，燃烧化石燃料和滥砍滥伐导致的二氧化碳排量增加将使气候变化朝着更加危险的方向发展。）

4）对电动汽车性能误判现象的社会启示

对电动汽车性能误判的社会启示是，社会上广为流行的思维模式中“缺乏形式逻辑思维的严谨性，缺乏一分为二看问题的方法”，电动汽车的能量使用效率问题，从电工学的原理分析是不难得出结论的，但社会上盛行的主流思维模式，常常停留在“在定性层面上判断问题”的模式上，缺乏严谨的逻辑思维习惯，导致对问题认知的片面性。

同时，由于社会激活学术交流氛围的力度不足，致使一些先入为主的看法在社会上扩散后，很难扭转，即使有来自不同方向的不同见解，对社会上流行的具有缺陷的现象，难以起到协助纠错的作用。

强国战略需要用马克思主义辩证法掌握人民群众，提升人民的觉悟，一个时代的进步，取决于那个时代人民的觉悟。

如果形而上学的思维模式在社会上游弋而得不到及时的识别与清扫，持续发酵，不仅影响发展效率，还会诱发难以解决的负面效应问题。