[放眼世界]

汪涛：应当被罚款的是特斯拉还是新加坡政府？

——破解发展纯电动车的环保迷局




本月的一则新闻读来颇具讽刺意味：新加坡一位特斯拉Model S车主因“排放过多二氧化碳”被罚款。
车主Joe Nguyen在香港花5.1万美元（约合33.2万人民币）购买了Model S，将其带回了新加坡。根据新加坡规定，新车需要通过长达几个月的检测，如果符合新加坡政府车辆碳排放（CEVS）标准，车主可退税10880美元。然而让他震惊的是，Model S在测试后被认定为“非环境友好车型”，不仅退税没拿到，反而被新加坡陆路交通管理局（LTA）处以上述金额的罚款。原因是该车每公里要消耗444瓦时电量（百公里44.4度电），被认为用电太多而成为“污染源”。LTA规定，对于所有电动车辆，电能源消耗标准是每瓦时0.5克二氧化碳，换算下来，Joe Nguyen的Model S二氧化碳排放量为每公里222克，属于严重超标。
被宣传零排放的环保车怎么成了被罚款的污染超标车？晕啊！

这一事件再次将电动车与环保的关系问题推上风口浪尖。而笔者此前在观察者网发表了《为什么十年之内电动汽车就会取代燃油汽车》一文，从读者的争议中可看到，最大的误解和认识混乱在于“为什么要发展纯电动”，尤其是电动车与环保的关系。笔者想借此机会，再次对这些问题进行一番梳理。
纯电动车与环境关系的不同方面和不同影响方式
纯电动车与环境的关系有两个方面：一是有害物排放，二是碳排放。如果按排放途径来看也有两个方面：一是直接排放，二是间接排放。因此，纯电动车与环境的关系排列组合起来就会形成四种类型：

纯电动车的直接有害物排放和直接碳排放都为零，这一点并不会有争议。可问题是间接排放并不取决于纯电动车本身，而是取决于电网电源的情况。这样，电网电源条件的不同，会有完全不同的结果。这正是该问题容易让人头晕的地方。
显然，如果电是燃烧煤或油产生的，其碳排放量就会很多。但如果采用水电、核电、太阳能和风能发电的话，相比燃煤发电的碳排放就低得多，甚至可认为是零。
在以上新加坡的案例中，有多个疑问存在：
一是为什么要取每瓦时电0.5克碳排放（合0.5公斤/度）的数值？显然，这个取值并没有考虑新能源发电的因素，完全是以燃油发电为依据，这与新加坡的具体国情是密切相关的。新加坡的国土面积极为狭小，发展新能源的空间非常有限，对化石能源的依赖远比中国更加严重（当然，如果真下决心想去发展新能源，也不是没有办法）。
新加坡电力基本是自己解决的，主要是燃油发电（不像中国是烧煤）。新加坡有三大电力公司：大士能源公司（Tuas Power，2008年3月24日其100%股权被中国华能国际收购）、圣诺哥能源公司（Senoko Power）和西拉雅能源公司（Power Seraya）。这三家发电厂发电量共占新加坡电力供应的大约90％。他们采用的基本都是燃油发电技术，新能源极少。新加坡Pacific Light电力公司于2014年启用了一个800兆瓦的发电厂，它是新加坡国内首个完全使用液化天然气（LNG）为燃料的发电厂，碳排放比燃油发电少很多，但还是完全属于化石燃料，并且该电厂占据新加坡发电能力仅为6%。因此，新加坡LTA对单位发电碳排放的取值完全取决于其发电技术的现状。
二是仅仅以碳排放为考虑依据，完全未提到有害物排放的问题，这与中国的情况也是有巨大差异的，新加坡没有像中国这么严重的雾霾问题。
三是新加坡的主要经济支撑来源于马六甲海峡的国际贸易包括国际石油贸易通道。如果纯电动车大发展导致国际石油市场需求彻底崩溃，对新加坡经济命脉将会是巨大的灾变。因此，新加坡在对待纯电动车发展上真心是什么态度，那就很微妙啦。新加坡LTA对与特斯拉MODEL S相比较的同档次燃油车碳排放取值为20公斤/百公里，这对应的油耗水平为8.87升/百公里。这样取值是否合理，只要有了以上确切的数据，对燃油车熟悉的网友们自然可以作出自己的判断。
四是采用特斯拉百公里耗电44.4度的数据，应当是折算到发电侧的耗电量。这个数据不仅取决于特斯拉本身实际行驶中电池耗电量，也取决于整个电网传输效率和充电效率。
如果特斯拉本身耗电量是其标称的20度/百公里，这意味着新加坡整个电网的传输效率与充电效率综合起来为45%。而中国电网的综合传输及充电效率为65.61%/1.047=62.66%（1.047的系数为电厂自身耗电，参见汪涛《纯电动拯救世界》第四章第3节：纯电动车能量链及效率）。难道是新加坡电网传输效率太低？！新加坡电网公司自然可以给出自己的解释。如果采用中国的电网综合效率假设，意味着新加坡LTA采纳的特斯拉实际电池耗电量数据假设为44.4×62.66%=27.8度/百公里。这是不是合理，对特斯拉熟悉的车主们自然也可以作出自己的判断。
纯电动车与环保到底有什么关系
为了彻底搞清楚电动车与碳排放真正的关系，我们来做个简单的计算。假设燃油车百公里油耗为10升，纯电动车百公里电耗为16度。1升汽油燃烧后产生的二氧化碳按理论计算为2.254公斤，所以燃油车每百公里产生的碳排放为10×2.254=22.54公斤。
假设纯电动车的电全部来源是燃煤发电，以中国2013年燃煤发电效率计算，纯电动车折算到燃煤发电厂的消耗为标准煤7.8公斤/百公里（参见汪涛《纯电动拯救世界》第四章第3节纯电动车能量链及效率）。1公斤标准煤燃烧后产生2.493公斤二氧化碳，所以纯电动车的间接碳排放为2.493×7.8=19.445公斤/百公里。这个数值低于燃油车，但仅仅低13.7%，并不是太多。特斯拉因为是按跑车设计，并非节能产品，因此，如果完全按燃油发电考虑，在新加坡百公里产生22.2公斤间接碳排放，与普通燃油车几乎一样。如果以100%采用燃煤发电考虑，并且按其百公里20度电（电池的耗电量）计算，折算到发电侧的百公里间接碳排放甚至更高，为24.31公斤/百公里。

要搞清楚纯电动车倒底是不是环保其实很简单，把所有分析计算和测试的数值在媒体上公开出来，用数据来说话就可以了。但以上计算出的数值真的是非常微妙，恐怕也是过去争论的双方都不太愿意在媒体上明说的原因所在。
支持纯电动车更环保的人不愿意明说，是因为按保守的100%为燃煤发电计算，间接碳排放节省量实在是有限，如果假设前提的取值稍微变化一下，计算出来的结果甚至都可能会高于燃油车。非常奇妙的是，对纯电动车环保能力持怀疑态度的人可能更不愿意明说，只是以“烧油换成烧煤”来含糊地攻击，因为纯电动车毕竟在大多数的数据假设前提下还是低一些。就算纯电动车里的“电老虎”特斯拉，也基本与普通燃油车一样。退一万步讲，就算想尽办法调整假设前提的数值算出来更高，也高不到那里去，撑死了也就高个10%（新加坡案例中LTA判定的超排放数值就是只高11.1%）。但普通老百姓如果不能确切知道这些具体数据，就会入坠云雾里了。




以上分析中是假设发电采用的技术100%来自化石能源。如果更进一步分析，假设燃煤发电在所有发电量中所占比例不同，纯电动车的间接碳排放随之将有巨大变化。详见下表：

由此可见，纯电动车的间接碳排放与纯电动车本身基本无关，而只与燃煤发电量在总发电量中占比相关。
如果再与混合动力车来进行比较，局面就更微妙了。采用混合动力，根本上还是烧油的，但会稍微节省一些油，但大约也就是节省15%-30%的水平。这样，它的百公里碳排放与纯电动车在燃煤发电占比为70%-80%时的间接碳排放量差不多。在当前情况下，几乎已经比较不出相对纯电动车谁高谁低了。而要是插电式混动，因为有些能量也是充电的，这样比较起来就更困难了。如果插电混动只插电充电，与纯电动无区别。如果不充电，与普通混动一样。这种局面就是人们产生认识混乱的主要原因所在。
那么，新能源和燃煤发电在总发电量中的占比具体情况是什么呢？请看以下2015年中国各类技术发电量的统计数据：

多年来中国新能源装机容量的增长一直都非常迅猛，其中2015年增长情况如下：

2015年底中国发电装机容量占比情况如下：
火电装机容量占比65.65%
新能源装机容量占比34%
新能源装机容量占比超出实际发电量占比近10个百分点，这充分表明了中国新能源占比提升的速度有多迅猛。因此，即使比较省油的混合动力车与纯电动车相比也已经不可能有优势了。当发电量中化石能源占比进一步下降时，纯电动车的间接碳排放优势就会更加明显。
根据以上数据，2015年中国纯电动车的间接碳排放量约为：
73.01%×19.445=14.2公斤/百公里
无论怎么算都已经显著低于普通燃油车！特斯拉MODEL S在中国的间接碳排放只有17.75公斤/百公里，也显著低于燃油车。就算按新加坡LTA采用的折算到发电侧44.4度/百公里和2015年中国实际发电量火电占比数据假设，特斯拉间接碳排放值将为44.4×0.753×73.01%=24.4公斤/百公里。如果按2015年中国发电装机容量格局预测，近期特斯拉间接碳排放将变为44.4×0.753×65.65%=21.95公斤/百公里，这已经低于普通燃油车。如果按中国新能源发电量在不远的将来占比达到50%计算，特斯拉间接碳排放就变成16.72公斤/百公里，这肯定低于燃油车啦！
应当被罚款的究竟是谁
谜底终于彻底揭开，不是特斯拉排放太多，而是“每瓦时0.5克碳排放”的固定前提假设无意中披露出，新加坡自己电网能源结构上碳排放太多并且无意去积极降低！中国因为本国能源资源限制，在过去被迫大量采用最高碳排放的燃煤发电技术，因新能源的大力普及，当前综合碳排放降到了0.753×73.01%=0.55公斤/度，与新加坡低碳排放的燃油发电技术已经非常接近。而如果按装机容量占比计算，中国近期将有望达到0.753×65.65%=0.494公斤/度，这将会低于新加坡的水平。
前几天，中国国家能源局下发特急通知，全面放缓煤电建设步伐，此举波及13省份暂缓、15省份缓建，一大批煤电项目将被取消、缓核、缓建，未来3年内不上新的煤电项目。“十三五”能源规划正在紧锣密鼓制定，已经形成初稿，“十三五”期间各种能源发展的排序与“十二五”规划有天壤之别，过去长期倡导优先发展的“煤炭、油气、燃煤等能源”，已替换为水电、风电、光伏、光热、核电等，传递出未来中国能源结构大幅度优化升级的清晰信号。“十三五”期间，中国将成倍地提高非化石能源比例。比如，光伏要从4000多万千瓦上升至1.5亿千瓦，提升近4倍。风电要从1.2亿千瓦上升到2.5亿千瓦，提升1倍多。解决弃光弃风问题已成为能源局2016年很重要的任务之一，包括会拿出部分煤电为可再生能源发电调峰，这表明了中国电力技术格局的主次已经开始出现易位，由煤电为主，新能源为辅的格局，向新能源为主，煤电为辅的新格局转变。从2016年3月17日能源局印发的国能新能〔2016〕84号文件传出的信息看，2016年一年内中国仅风能建设计划就达3083万千瓦。
从国家能源局的网站上可查阅到其大部分的政策通知都是关于新能源发展的。在去年几乎同时期的2015年3月底，能源局在一周内两度发出特急通知，也是关于新能源发展的。
根据笔者在《纯电动拯救世界》中所作的估计，因纯电动车的快速普及，以及它为新能源建立的储能基础，风电和光电将会获得远远比当前中国最乐观的估计还要快得多的发展。
但在应对全球气候变暖的《巴黎协议》达成没有几个月，新加坡政府竟然在对新能源车祭出罚款单。
可真正从减少碳排放角度来说，该罚的应当是谁难道不是很明确吗？

特斯拉创始人 埃隆·马斯克（Elon Musk）
以纯电动车为基础才能实现终极环保

只有纯电动车才能最终拯救世界

前面的分析计算表明，纯电动车在环保问题上有如下五点重要结论：
1. 直接有害物排放为零。
2. 直接碳排放为零。
3. 间接碳排放在电源100%为燃煤发电情况下，也略低于燃油车。即使纯电动车里的电老虎特斯拉最大间接碳排放也不超过燃油车。
4. 间接碳排放与火电在全部发电量中占比成正比。当火电在发电量中占比为零时，纯电动车的间接碳排放也随之降为零。这个趋势和规律与纯电动车本身技术发展状况几乎完全无关。
5. 间接有害物排放还要更复杂一些，因为单位重量或体积的化石能源碳排放很难有什么变化，而其有害物排放因发动机和油品的品质不同却会发生很大差异。但纯电动车 间接有害物排放总体上与上述间接碳排放规律大致相同。在直接有害物排放上，燃油车无论怎么提升排放技术和油品的品质都无法与纯电动车的零排放相竞争。
在燃油车时代，你只能烧油。油有污染，你没得选择，只能忍受汽车尾气的污染。因此，封闭的能源体系中污染是不可选择的，只能通过复杂的技术进步改善。但这种改善的空间不仅非常狭小，而且成本高昂，控制管理极为困难。

如提升成品油的品质，每提升一个等级，排放的确可减少10%。在国IV升国V过程中，中石油升级改造投入340亿元。最后92号汽油的零售价因此增加0.13元。即使如此，碳排放减少还是微乎其微，并且无论如何改进，只要还是燃油车，碳排放甚至有害物排放问题就不可能最终解决。况且，用户怎么知道加油站油品质量是不是符合国V标准呢？这个监管起来比较困难。
但纯电动时代不同了，因为纯电动车首先会使直接有害物排放减少为零。全电能化之后人们可以选择任何能量来源作为电动车的动力源。这样，只要不断增加新能源发电占比，就可以最终从根本上解决所有的有害物排放和碳排放问题。
至于监管嘛，只要看看车辆尾部有没有排气管，开动起来有没有发动机的声音就足够了。至于发电侧嘛，难道还有哪个政府官员看不出煤电厂和风能、太阳能电站之间的区别？

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