不同類型汽車的能耗和使用成本問題

曾強 陳天梁

摘 要：汽車的能耗和使用成本是我們尤為關(guān)注的問題。本文通過因子分析法、LCC理論和層次分析法，對電動汽車、傳統(tǒng)汽車、混合動力汽車的能耗和使用成本進行了詳細的研究和探討。

隨著世界范圍內(nèi)能源的緊缺，汽車能耗問題日益突出，汽車類型的未來走勢也愈加明朗。傳統(tǒng)汽車以汽油為動力原料，利用燃油發(fā)動機驅(qū)動汽車行駛。電動汽車是指以車載電源（蓄電池）為動力，用電機驅(qū)動車輪行駛的車輛。混合動力汽車就是指汽車使用汽油和電力兩種驅(qū)動方式，以節(jié)省燃油及降低排放為主要優(yōu)點。本文結(jié)合目前的汽油價格和電能（車用蓄電池）價格，對這三類汽車的能耗和成本進行分析比較，可以較為直觀地了解汽車未來的趨勢。

一、能源角度

對這三類汽車的能量消耗，本文將折合為標準煤的用量來進行比較和分析（即將不同品種、不同含量的能源按各自不同的熱值換算成每千克熱值為7000千卡的標準煤）。對于汽油動力類汽車，是將汽車所耗的汽油折算為標準煤的用量。而對于純電動汽車，其動力全部來源于電能，按照我國電力情況，百分之八十的電力來源于火力發(fā)電。而對第三類混合動力汽車，是將其所耗的汽油和蓄電池的電量折算為總的標準用量進行分析。在比較分析三類汽車的標準煤消耗時，本文將統(tǒng)一取里程一百公里平整公路，分別統(tǒng)計出三類汽車的標準煤用量，從而得出節(jié)能效果最好的一類汽車。

因為市場上所售電動汽車和混合動力汽車較少，一般為家用小轎車。為減少汽車類型差異帶來的影響，本研究中的傳統(tǒng)汽車特選取1.8排量的家用轎車減少誤差，經(jīng)調(diào)查分析，得到下表：

表1 三類汽車百公里能耗量

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1.傳統(tǒng)汽車的能耗計算

根據(jù)中國汽車之家所查到的油耗數(shù)據(jù)，我國的傳統(tǒng)汽車百公里油耗約為8.5L。相關(guān)資料顯示，我國使用最多的是93號汽油，所以本文將統(tǒng)一選此號汽油。因季節(jié)氣候不同，汽油的密度會有略微變化，取汽油密度的平均值0.725g/ml，計算可得1L93號汽油的質(zhì)量為0.725kg。國家統(tǒng)計局在《1986年重點工業(yè)、交通運輸企業(yè)能源統(tǒng)計報表制度》中規(guī)定了各類能源折算系數(shù)，可知汽油折合標準煤為1.4714kgce/kg，計算傳統(tǒng)汽車的能耗：

8.5×0.725×1.4714=9.0675（kgce）

2.電動汽車的能耗計算

我國火力發(fā)電量占比80%以上，所以本文以火力發(fā)電站作為發(fā)電效率計算的主要依據(jù)。資料顯示，電力等價值折合為標準煤為0.4040kg/（kwh），每千克標準煤的熱值為29260千焦。依據(jù)最新國家標準電力當量值為3600kJ/（kwh），計算電動汽車的能耗。

（1）我國火力發(fā)電企業(yè)的平均發(fā)電熱效率：

■=30%

（2）電動汽車的效率。數(shù)據(jù)資料顯示，全國電網(wǎng)輸配電線損耗率為7%，而鉛蓄電池的能量轉(zhuǎn)換效率約為80%，且電動汽車每百公里耗電量約為14kw·h，電動汽車電機的效率：30%×（1-7%）×80%=22%

（3）電動汽車的能耗。以每百公里耗電量為14·kwh計算等效標準煤用量：■=7.8295（kgce）

3.混合動力汽車的能耗計算

中國汽車網(wǎng)指出，混合動力汽車主要以發(fā)動機驅(qū)動行駛，利用電動馬達所具有的在啟動時產(chǎn)生強大動力的特征，在汽車起步、加速等發(fā)動機燃油消耗較大時，用電動馬達輔助驅(qū)動的方式來降低發(fā)動機的油耗。另一種是在低速時只靠電動馬達驅(qū)動行駛。而以上兩種形式所消耗的電量遠小于消耗的汽油量，所以本文在混合汽車的能耗問題上，忽略了電量的消耗，只考慮汽油量的消耗。類似于傳統(tǒng)汽車的能耗計算可得，混合動力汽車的能耗：5×0.725×1.4714=5.3338（kgce）。依據(jù)上文可以看出節(jié)能效果最好的汽車是混合動力汽車，其次是電動汽車，最次為傳統(tǒng)汽車。

二、使用成本角度

本文將以全壽命周期成本為基礎，構(gòu)造全壽命周期成本模型（即LCC），而其成本主要包括購置費用，汽車的使用維修費用（保養(yǎng)費、維修費、燃油費、養(yǎng)路費），汽車的殘余價值（折舊費）和稅費等。

我們采用LCC模型，建立全壽命周期費用，即：

C=C0+■Cj（1+i）-j-S（1+i）-n

式中，C代表全壽命周期費用，Co指購車成本，Cj指汽車使用維修費用，S指汽車殘余價值，i代表年利率，n代表使用年限，j代表第j年的維修費用。

1.傳統(tǒng)汽車

購車成本為C′0；汽車使用維修費用C′j，主要包括了燃油費P1，保養(yǎng)費P2，維修費P3，養(yǎng)路費P4，傳統(tǒng)汽車殘余價值為S1.

綜上所述，我們可以得到下式：

C=C′0+■C′j（1+i）-j-S1（1+i）-n

所以，C=C′0+■（P1+P2+P3+P4）（1+i）-j-S1（1+i）-n.

2.電動汽車

基本算法與傳統(tǒng)汽車大體一樣，區(qū)別在于少了燃油費用，而多了電費P′1，其購車成本設為C′′0，使用維修費用為電費P′1，保養(yǎng)費P′2，維修費P′3，養(yǎng)路費P′4四種的總和。它的殘余價值為S2.因此，C=C′′0+■（P′1+P′2+P′3+P′4）（1+i）-j-S1（1+i）-n.

3.混合動力汽車

同理可得，維修費用由電費P′′1，保養(yǎng)費P′′2，維修費P′′3，養(yǎng)路費P′′4，購車成本為C′′′0，殘余價值為S3.

那么，C=C′′′0+■（P′′1+P′′2+P′′3+P′′4）（1+i）-j-S3（1+i）-n.

三、汽油價格的影響

三類汽車所占市場份額主要受人們的購買意愿影響，而人們的購買意愿直接源于經(jīng)濟成本和環(huán)境因素。由于汽油價格的變化影響，人們購置汽車的主要考慮因素有燃油費、維修費、保養(yǎng)費、稅費和購置成本。我們采用層次分析法，研究汽油價格的變化對三類汽車所占市場份額的影響。

現(xiàn)在對消費者選擇三類汽車的權(quán)重進行層次分析：

1.建立層次結(jié)構(gòu)模型

■

汽車選擇的層次結(jié)構(gòu)

2.構(gòu)造成對比矩陣

假設準則層的燃油費、維修費、保養(yǎng)費、稅費、購置成本分別由B1，B2，B3，B4，B5表示；方案層的電動汽車、傳統(tǒng)汽車、混合動力汽車由P1，P2，P3表示。根據(jù)查閱圖書及資料，汽車類型選擇問題中比較5個準則在選擇汽車類型這個目標中的重要性。構(gòu)造矩陣如下：

A=1 1/2 4 3 32 1 7 5 51/4 1/7 1 1/2 1/31/3 1/5 2 1 11/3 1/5 3 1 1 （1）

3.一致性檢驗

成對比較陣通常不是一致陣，但是為了能用它的對應于特征根的特征向量作為被比較因素的權(quán)向量，其不一致程度應在允許范圍內(nèi)，怎樣確定這個范圍呢？n階一致陣的特征根是n，I階正反陣A的最大特征根λ≥n，當λ=n時，A是一致陣。

一致性指標：CI=■ （2）

根據(jù)（1）的式子可以計算出λ=5.073，歸一化的特征向量 w=（0.263，0.475，0.055，0.099，0.110）T，由（2）得到CI=■=0.018，則RI=1.12，按公式計算出：CR=0.018-0.016<0.1，一致性檢驗通過，上述w可作為權(quán)向量。

4.組合權(quán)向量

在汽車選擇問題中我們已經(jīng)得到準則層對目標層的權(quán)向量，記作w（2）=（w（2）1，…w（2）5）T，同理，得到方案層對準則層的每一個準則的成對比較陣如下：

B1=1 2 51/2 1 21/5 1/2 1，B2=1 1/3 1/83 1 1/38 3 1

B3=1 1 31 1 31/3 1/3 1，B4=1 3 41/3 1 11/4 1 1

B5=1 1 1/41 1 1/44 4 1

由方案層的成對比較陣Bi（i=1，2，3，4，5）計算出權(quán)向量W（3）i，最大特征根λi和一致性指標CIi，結(jié)果列如下表：

表2 汽車購置選擇問題第2層的計算結(jié)果

■

由表得知，n=3時隨機一致性指標RI=0.58，所以上表的CI均可以通過一致性檢驗。方案P1在目標中的組合權(quán)重為它們相應項的兩輛乘積之和，即：0.595*0.263+0.082*0.475+0.429*0.055+0.633*0.099+0.166*0.110=0.300

同樣算出P2，P3在目標中的組合權(quán)重為0.246和0.456，于是組合權(quán)向量W（3）=（0.300，0.246，0.456）T，結(jié)果表明，方案P3在汽車購置選擇問題上占的權(quán)重接近于1/2，遠遠大于P1，P2，應作為第一選擇。

5.組合一致性檢驗

為了確定組合權(quán)向量是否可以作為最終的決策依據(jù)，我們進行組合一致性檢驗。

由上可知，CI（3）=0.00176，RI（3）=0.58，CR（3）=0.003，此外，CI（2）=0.016，于是CR※=0.019，組合一致性檢驗通過，該組合權(quán)向量可以作為最終決策的依據(jù)。

顯然，從能耗角度分析，新能源汽車比傳統(tǒng)汽車優(yōu)勢明顯，這也是未來汽車發(fā)展的一種趨勢，而在兩種新能源汽車中，混合動力汽車較電動汽車稍好，但能耗差距不大。從長期發(fā)展來看，傳統(tǒng)汽車采用的不可再生能源會逐漸減少，新能源將成為主要能源。在成本分析中所建立的全壽命周期成本模型（即LCC），可反映出現(xiàn)階段的新能源技術(shù)不夠成熟、成本較高，這一方面會在未來得到解決；而傳統(tǒng)汽車的成本會隨著石油的枯竭慢慢上漲。從長遠角度而言，新能源汽車必會成為主宰。對汽油價格的影響，用層次分析法可知，未來石油資源將會越用越少，汽油價格也會越來越高。這樣，新能源汽車將逐步體現(xiàn)優(yōu)勢，而傳統(tǒng)汽車消費價格將會漸漸升高，在未來幾十年內(nèi)，形勢將更加明顯。最后，從環(huán)保的角度而言，汽車排放的大量有害氣體加快了全球變暖的腳步，并且隨著不可再生能源的日益匱乏，價格上漲不可避免，傳統(tǒng)汽車的劣勢將會逐漸明朗化，而新能源汽車的優(yōu)勢也將漸漸體現(xiàn)。因而，傳統(tǒng)汽車所占市場份額會逐漸減少，電動汽車和混合動力汽車的優(yōu)勢會越來越明顯，其中混合動力汽車的購置量會明顯增加。

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