关于发展煤制油及电动汽车在能效等方面的初步对比分析

1、关于发展煤制油及电动汽车在能效等方面的初步对比分析    摘要以替代石油产品、解决汽车用能为分析基点，对“建设燃烧电站、发展电动汽车”方式相对于“以煤制油产品替代传统燃油汽车的石油产品消费”方式在能源综合利用效率和汽车动力能源生产环节（燃烧发电或煤制油）的水资源消耗需求情况，进行了粗略的分析比较。结果显示“燃煤发电+电动汽车”在2个方面均具有明显的优势，尤其是采用空冷机组的情况下，“燃煤发电+电动汽车”方式的水资源节约效果显著。关键词资源节约，电动汽车，煤制油0 引言自1993年成为石油净输入国以来，我国石油消费的对外依赖程度不断提高。根据商务部市场运行

2、司的监测数据，2006年我国石油消费对进口的依赖程度已达到47.3%，石油净进口量为16286万t，比上年增长19.6%。相关研究表明：由于资源条件所限，我国石油消费对进口的依存度还会继续上升，预计2010年将达50%，与美国目前水平相当；到2020年将高达60%。我国未来能源供应安全压力凸显。交通运输是近年来用油量增长最快的行业之一，目前其用油量约占全国石油消费总量的13。随着经济发展和人民生活水平的提高，该行业的用油量还将继续保持较高的增长速度。相关资料表明，近10年来，我国汽车保有量的年均增长速度超过12%。根据国家统计局发布的2006年国民经济和社会发展统计公报，2006年末全国民用汽

3、车保有量已达到4985万辆(包括三轮汽车和低速货车1399万辆)，比上年末增长15.2%。按照业内专家的预计，到2020年我国汽车保有量将超过1亿辆，2030年中后期将超过2亿辆，赶上或者超过美国目前水平(美国2004年的汽车保有量为2.4亿辆)。显然，交通运输用油将成为带动我国石油消费增长的主要动因。基于我国石油消费对外依存度的大幅度提高所带来的能源供应安全问题，以及汽车作为消费热点在今后还将持续一段时期的客观现实，如何解决汽车用油以及为汽车寻求替代能源等问题已成为政府和社会各界关注的焦点。其中，电动汽车和“煤制油”项目是近年来围绕上述问题而广受业内外关注并取得了较大发展的热点项目之一。与燃

4、煤发电类似，煤制油项目也是一种能源转换项目，二者的主要资源消耗都是煤炭和水。只是两者的终端产品有所不同：一是电力，一是成品油。但是在汽车领域，二者走向一个共同的目标，即替代石油产品、驱动汽车。前者是通过发电方式将煤炭转化为电能，驱动电动汽车；后者是通过液化合成技术将煤炭转换为成品油，驱动传统燃油汽车。由此引出一个问题：同样是以煤炭为一次能源，并在能源转换环节需要消耗大量水资源的能源转换项目，同样的目标是驱动汽车，二者在能源综合利用效率以及水资源消耗方面存在着什么样的差异呢?为此，我们对以煤制油产品为燃料的燃油汽车和以燃煤发电为动力来源的电动汽车，从一次能源到终端利用的能源综合利用效率、汽车单位

5、公里行驶里程的原煤消耗需求量以及单位公里行程的能源生产耗水量(即在其动力能源生产环节的耗水量)情况进行了一些初步分析和比较。初步分析结果表明：仅仅以替代石油产品、解决汽车用能为分析基点，建设燃煤电站、发展电动汽车(以下简称“燃煤发电+电动汽车”方式)相对于以“煤制油”替代传统燃油汽车的石油产品消费(以下简称“煤制油+燃油汽车”方式)，在能源综合利用效率和减少汽车动力能源生产环节(燃煤发电或煤制油)的水资源消耗方面，均具有比较明显的优越性。1 关于能源综合利用效率的初步对比分析首先，从动力能源生产、能源输送以及车辆使用3个环节的能源利用效率情况对“燃煤发电+电动汽车”方式和“煤制油+燃油汽车”方

6、式的能源综合利用效率进行分析比较。结果是：“煤制油+燃油汽车”方式的能源综合利用效率大致为11.0%16.2%；考虑到不同的发电技术，“燃煤发电+电动汽车”方式的能源综合利用效率大致为13.5%18.7%。如图1所示。 1.1 “煤制油+燃油汽车”方式的能源综合利用效率分析动力能源生产环节的效率，即“煤制油”环节的综合效率，取决于煤炭转换为成品油的转换效率，以及煤制油加工过程中所消耗的电能或其他能源情况。根据神华煤制油项目初步分析，年加工煤970万t，生产各种油品320万t；按照油品的平均热值10300大卡公斤，原煤热值5000大卡公斤计算，直接液化的煤制油项目的能源转换效率约为68

7、%。由于数据原因，分析暂未考虑煤制油加工过程中的能源消耗情况。因此，此环节的效率暂按68%考虑。根据相关资料知，成品油运输环节通常会有5%的损耗，因此成品油输送环节效率按95%考虑。汽油机汽车发动机热能转换为机械能的效率一般为17%25%。综合考虑“煤制油+燃油汽车”方式的能源综合利用效率大致为11.0%16.1%。1.2 “燃煤发电+电动汽车”方式的能源综合利用效率分析动力能源生产环节的效率，即燃煤发电上网环节的综合效率，取决于燃煤机组的发电综合效率及燃煤电站的厂用电情况。根据统计数据，目前我国火电站的平均发电热效率为38%，全国火电厂厂用电率的平均水平为6.8%(2005年)。由此计算，发

8、电上网环节的综合效率为35.4%。据统计，我国2005年电网的平均网损率为7.18%，因此电能输送环节的效率为92.82%。对电动汽车车辆而言，车辆使用环节的效率取决于蓄电池的充放电效率和车辆将电能转换为机械能的效率。根据相关资料，电动汽车蓄电池的充放电效率通常为60%80%，电能转换为机械能的效率包括电机控制器及电动机的综合效率，大约为71%。由此计算，电动汽车车辆使用环节的能源利用效率大致为42.6%56.8%。如果采用混合燃料电动车技术：此效率应该更高。但由于资料占有不足，本文未作分析。综合考虑以上3个环节的能源效率情况，“燃煤发电+电动汽车”方式的能源综合利用效率约为14.0%18.7

9、%。假设采用在煤炭基地建设空冷机组发展燃煤电站的方式，即燃煤电厂的厂用电率按10%考虑，“燃煤发电+电动汽车”方式的能源综合利用效率约为13.5%17.4%。2 汽车单位公里行驶里程的原煤消耗需求量分析估算利用相关数据，从汽车单位公里行驶里程所需要的原煤量角度进行一些粗略的分析比较。2.1 基于民用小轿车的比较传统小轿车每百公里行驶里程需要消耗7L油，按神华直接液化合成技术1t原煤可制446L成品油估算，“煤制油(直接液化)+燃油汽车”方式下，汽车每行驶1万km需消耗原煤约1.65t。根据电动汽车生产厂家的数据，经济时速下，电动小轿车每百公里耗电约11kW·h。按2006年全国火电机

10、组平均发电煤耗率341gee(kW·h)计算，并考虑相应的输电损耗及厂用电率，“燃煤发电+电动汽车”方式下，汽车每行驶1万km路程需消耗原煤约0.63t(空冷机组)或0.61t(常规燃煤机组)，远低于“煤制油+燃油汽车”方式。考虑电动汽车在实际运行工况下耗电量增加的可能性，若百公里耗电按20kW·h计，“燃煤发电+电动汽车”方式下的汽车每行驶1万km耗煤量约为1.14t(空冷机组)或1.10t(常规燃煤机组)，仍然比“煤制油+燃油汽车”方式下的原煤需求低。2.2 基于国内公交客车电动化改装案例数据的比较为了更加客观地比较2种方式下汽车单位公里行驶里程的原煤消耗需求情况，利用

11、近期从相关厂家获得的目前国内部分城市对公交客车进行电动化改装的对比数据进行分析，得出的结论仍然是：“燃煤发电+电动汽车”方式比“煤制油+燃油汽车”方式的汽车单位行驶里程所需消耗的原煤量少。如表1所示。 根据国内电动汽车生产厂家的数据，电动公交车在经济时速下的百公里平均耗电量为70kW·h，相应计算所得的万公里原煤需求量只有4t左右。3 关于动力能源生产环节耗水量的初步对比分析3.1 燃油小轿车万公里行程的能源生产耗水量(煤制油环节)相关资料表明，年产150万t油品的间接液化工厂日需原水供应量约为5.5万m3，年产100万t油品的直接液化工厂日需原水约2.3万m3。以此计算，

12、煤炭间接液化合成1t油约需消耗11t水，直接液化合成1t油约需消耗6.9t水。同样，按照传统燃油小轿汽车每百公里行驶里程需要消耗7L油计算，每行驶1万km路程，在油品制造环节(即煤制油环节)需要耗水约3.57m3(直接液化)或5.69m3(间接液化)。3.2 纯电动小轿车万公里行程的能源生产耗水量(燃煤发电环节)据统计，2005年全国火力发电平均装机的耗水率为0.68m3/(s·CW)。按照纯电动小轿车每百公里耗电11kW.h计算，每行驶1万km路程，在发电环节需要耗水约3.1m3。按目前成熟的工艺和水务管理水平，空冷机组耗水指标可控制在0.12m3/(s·GW)。发改能源

13、2004864号文要求大型空冷机组耗水控制指标是0.18m3(s·GW)以下。若采用在煤炭基地建设空冷机组的方式，按照空冷机组耗水率0.18m3(s·GW)计算，电动小轿车每行驶1万km路程，在发电环节需要的耗水量约为0.85m3。可见，“燃煤发电(空冷机组)十电动汽车”方式的汽车单位行驶里程所需消耗的水资源量远远低于“煤制油+燃油汽车”方式；“燃煤发电(常规机组)+电动汽车”方式比“煤制油(直接液化)+燃油汽车”略低。如图2所示。 同样，考虑电动汽车在实际运行工况下耗电量增加的可能性，以百公里耗电按20kW·h计算，“燃煤发电+电动汽车”方式下的汽车单

14、位行程需耗水资源量约为1.55m3(空冷机组)或5.66m3(常规机组)。显然，“燃煤发电(空冷机组)+电动汽车”方式仍保持十分明显的优势，而“燃煤发电(常规机组)+电动汽车”方式相对于“煤制油+燃油汽车”方式的优势明显削弱：比采用直接液化技术差，与间接液化技术相当。3.3 基于国内公交客车电动化改装案例数据比较同样，利用前述公交客车电动化改装案例的相关数据进行分析比较，结论是：“空冷燃煤发电+电动汽车”方式下的汽车单位行驶里程所需消耗的水资源量远比“煤制油+燃油汽车”方式情况少，只有直接液化方式的55%左右，但常规燃煤机组不具有优势。具体如表2所示。 如果按照电动汽车生产厂家的生产

15、设计数据，即纯电动公交车在经济时速下的百公里平均耗电量70kW·h计算，“燃煤发电+电动汽车”方式下的汽车单位行驶里程所需消耗的水资源量为5.4m3(空冷机组)或19.8m3(常规机组)，基本上都低于“煤制油+燃油汽车”方式下的耗水需求量。4 结语根据本文的初步分析，如果仅仅以替代石油产品解决汽车用能为基本出发点，并以能源综合利用效率和减少水资源消耗为关注点的话，采用“燃煤发电+电动汽车”方式相对于“煤制油+燃油汽车”方式，在能源综合利用效率及动力能源生产环节的耗水需求量方面均具有比较明显的优势，尤其是采用空冷机组情况下，“燃煤发电十电动汽车”方式的水资源节约效果十分显著，这一点对于

16、水资源短缺的煤炭产区尤为重要。客观地说，从解决目前交通及其用能需求的角度看，还有许多比较现实的影响因素是需要考虑的。比如，目前电动汽车价格较高、蓄电池技术性能有待提高、充电站网络设施尚未建立等等，都是目前制约电动汽车大规模应用的主要因素。相对而言，“煤制油”项目主要着眼于为传统燃油汽车寻求替代燃料，具有比较完善的下游供需渠道和消费市场，它所面临的只是成品油生产成本和市场价格高低的问题。但是，从长远看，任何与能源相关的问题，都是影响到我国经济社会可持续发展的重大问题，必须从战略的高度予以审视。尤其是在我国主要煤炭产区几乎都面临水资源短缺问题的情况下，如何以环境和资源承载力为前提更好地构建煤炭产区的资源经济，如何从能源战略的角度来合理发展和布局煤化工生产的总规模，需要进行更为全面综合的深度分析和考量。本文只是基于