基于對(duì)比分析法的純電動(dòng)冷藏車的經(jīng)濟(jì)性分析

周俊1 李文海1 張成領(lǐng)2 孟升1

1. 漢陽(yáng)專用汽車研究所

2. 濟(jì)南汽車檢測(cè)中心有限公司發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)室

運(yùn)用對(duì)比分析法對(duì)純電動(dòng)冷藏車和傳統(tǒng)燃油冷藏車的運(yùn)行成本和全生命周期成本進(jìn)行比較，以分析純電動(dòng)冷藏車的經(jīng)濟(jì)性。通過靈敏度分析找出影響純電動(dòng)冷藏車全生命周期成本的關(guān)鍵因素，經(jīng)過對(duì)比分析表明，純電動(dòng)冷藏車相較于傳統(tǒng)燃油冷藏車而言，其運(yùn)行成本較低，然而其全生命周期成本卻遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)冷藏車。文章的分析結(jié)果對(duì)純電動(dòng)冷藏車的研究開發(fā)和推廣應(yīng)用具有一定指導(dǎo)意義。

世界石油的減少促進(jìn)了新能源汽車的快速發(fā)展，而且新能源汽車已經(jīng)從純電動(dòng)乘用車逐步擴(kuò)展到純電動(dòng)專用作業(yè)類汽車和純電動(dòng)貨車，其中包含純電動(dòng)冷藏車。隨著生活水平的提升，生活節(jié)奏的加快，人們對(duì)速凍食品、生鮮食品的需求明顯增加。在眾多的速凍食品全程冷鏈中，城市最后一公里配送成為薄弱物流環(huán)節(jié)，如今“最后一公里”給人們帶來(lái)的困難還沒能有效解決，國(guó)家又開始加大環(huán)保力度，對(duì)傳統(tǒng)燃油車的使用加以監(jiān)督和限制，而純電動(dòng)冷藏車勢(shì)必可以作為冷鏈物流一個(gè)重要的運(yùn)輸工具解決這一難題。在目前國(guó)家政策的推動(dòng)下，純電動(dòng)汽車不論是在購(gòu)買費(fèi)用還是上牌過程中都得到政策的支持，而且使用費(fèi)用也逐漸降低。近年來(lái)，隨著電池技術(shù)的發(fā)展，電池的價(jià)格不斷降低，使用壽命也在不斷延長(zhǎng)[1]，另外純電動(dòng)冷藏車零排放和低噪聲的特點(diǎn)也使其受到廣大消費(fèi)者的喜愛，這也將明顯增加社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益。

純電動(dòng)冷藏車的性能特點(diǎn)

純電動(dòng)冷藏車與傳統(tǒng)燃油冷藏車最大的不同在于不僅車輛行駛的動(dòng)力源是電能，而且冷藏車廂的制冷機(jī)組還要依靠電能，因此在持續(xù)配送及正常工作狀態(tài)下對(duì)純電動(dòng)冷藏車的性能要求很高。筆者選取某純電動(dòng)冷藏車為例，定義型號(hào)為M5040BEV，該車配備容量為511 V/156 Ah的三元鋰電池，電機(jī)后置后驅(qū)；采用永磁同步電機(jī)，具有高效大扭矩的特點(diǎn)；整車設(shè)計(jì)過程中根據(jù)城市工況進(jìn)行仿真優(yōu)化，充分發(fā)揮電機(jī)系統(tǒng)特點(diǎn)，動(dòng)力輸出平穩(wěn)；零排放，使用成本低。該車設(shè)計(jì)性能參數(shù)見表1。

表1 M5040BEV整車設(shè)計(jì)性能參數(shù)

純電動(dòng)冷藏車與傳統(tǒng)燃油冷藏車經(jīng)濟(jì)性比較

1. 經(jīng)濟(jì)性評(píng)價(jià)指標(biāo)的確定

汽車經(jīng)濟(jì)性的評(píng)價(jià)指標(biāo)眾多，但通常僅局限于同一種類汽車的比較，而本文要對(duì)兩種不同能源的汽車進(jìn)行經(jīng)濟(jì)性比較，因此需要建立一個(gè)通用的評(píng)價(jià)體系。由于純電動(dòng)車與燃油車消耗能源種類不同，因此換算成貨幣費(fèi)用作為統(tǒng)一的指標(biāo)進(jìn)行比較，稱其為“能源費(fèi)率”，其單位為100元/km。在進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)時(shí)，使其在相同工況下行駛相同的距離，然后再換算成貨幣進(jìn)行對(duì)比，筆者選取某純電動(dòng)冷藏車，取型號(hào)為M5040BEV（后文簡(jiǎn)寫：M），選取某傳統(tǒng)傳統(tǒng)冷藏車N5040（后文簡(jiǎn)寫：N）進(jìn)行比較。

2. 經(jīng)濟(jì)性評(píng)價(jià)指標(biāo)的對(duì)比

純電動(dòng)冷藏車與傳統(tǒng)冷藏車主要差別在于動(dòng)力系統(tǒng)與能源供應(yīng)方式不同，由于冷藏廂體僅作為專用裝置存在，且選擇可以相同，故不考慮在內(nèi)。電動(dòng)車的主要成本是動(dòng)力電池組、電動(dòng)機(jī)和控制系統(tǒng)等，而燃油冷藏車的主要成本是發(fā)動(dòng)機(jī)和變速器，兩車型生命周期行駛里程均按照50萬(wàn)/km計(jì)算。

純電動(dòng)和燃油兩種車輛全生命周期成本在進(jìn)行計(jì)算時(shí)可選用如下公式：全生命周期成本=車輛購(gòu)置成本+運(yùn)行成本+維修保養(yǎng)成本+電池成本，M車整車購(gòu)置成本約27萬(wàn)元，N車整車購(gòu)置成本約15萬(wàn)元，M車耗電量約20 kW·h/100km，電費(fèi)按均價(jià)0.6 元/kW·h計(jì)算，N車耗油按12.5 L/100km計(jì)算，油價(jià)按0#柴油價(jià)6.5 元/L計(jì)算，兩車型全生命周期行駛里程能量消耗量分別進(jìn)行計(jì)算。M車動(dòng)力電池的購(gòu)置成本為3萬(wàn)元，而電池的使用壽命為4萬(wàn)km，在全生命周期行駛里程50萬(wàn)km內(nèi)需要更換12次[2]，根據(jù)相關(guān)國(guó)家規(guī)定，車輛使用年限為10年[3]。M車系純電動(dòng)汽車，動(dòng)力源僅為電池，沒有發(fā)動(dòng)機(jī)等一系列的動(dòng)力機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，因此這方面的故障率會(huì)大大降低，因此其維修保養(yǎng)費(fèi)僅為傳統(tǒng)燃油車的30%左右，N車年均維修保養(yǎng)費(fèi)按1萬(wàn)元計(jì)算，那么M車年均維修保養(yǎng)費(fèi)可按3000元計(jì)算。二者全生命周期成本比較結(jié)果見表2。

表2 M5040BEV與N5040的全生命周期經(jīng)濟(jì)性比較

根據(jù)表2可以看出，由于M5040BEV為純電動(dòng)汽車，因此沒有燃油消耗，其能源費(fèi)率僅為N5040的14.8%，從這一點(diǎn)上來(lái)看，純電動(dòng)冷藏車的經(jīng)濟(jì)性要遠(yuǎn)好于燃油冷藏車。雖然如此，M5040BEV的整車價(jià)格和電池成本占了相當(dāng)大的比重，約占全生命周期成本的87.5%，因此這也說明此兩項(xiàng)成本在經(jīng)濟(jì)性方面影響非常大，如無(wú)法降低，則純電動(dòng)冷藏車的全生命周期成本并不會(huì)優(yōu)于燃油汽車。

經(jīng)濟(jì)性影響因素靈敏度分析

1. M5040BEV的經(jīng)濟(jì)性靈敏度分析

靈敏度分析是指分析一個(gè)系統(tǒng)或模型的狀態(tài)變化對(duì)系統(tǒng)參數(shù)變化的敏感程度的方法，還可以利用靈敏度分析確定哪些參數(shù)對(duì)系統(tǒng)或者模型的影響程度較大。探究經(jīng)濟(jì)性影響因素可以間接通過分析參數(shù)變化率引起的汽車全生命周期成本的變化率來(lái)獲得[4]。文章對(duì)M的全生命周期成本進(jìn)行單因素靈敏性分析，分別選取了電價(jià)、電池價(jià)格、電池壽命以及M的整車購(gòu)買價(jià)格這幾項(xiàng)對(duì)經(jīng)濟(jì)性影響較大的參數(shù)來(lái)進(jìn)行靈敏度分析，設(shè)定各指標(biāo)的變化范圍為-10%～+10%，每次的變化幅度為5%，求出在不同的變化幅度下全生命周期成本的變化率，并計(jì)算靈敏度系數(shù)β=Δa/Δf。其中，Δa為不確定因素f發(fā)生Δf變化率(即20%)時(shí)，評(píng)價(jià)指標(biāo)a的相應(yīng)變化率(%)[5]。

式中，a（M5040BEV）為純電動(dòng)冷藏車M5040BEV的評(píng)價(jià)指標(biāo)對(duì)應(yīng)靈敏度；Pi為各不確定因素對(duì)應(yīng)價(jià)格；f為因素變化率。

根據(jù)公式1，計(jì)算M5040BEV車型各不確定性因素的靈敏度分析見表3。

表3 M5040BEV的經(jīng)濟(jì)性靈敏度分析

通過表3各項(xiàng)數(shù)據(jù)可知，對(duì)M5040BEV影響較大的因素有電池購(gòu)置價(jià)格、電池使用壽命和整車購(gòu)置價(jià)格，電費(fèi)價(jià)格影響最小。另外電池使用壽命與因素變化率呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)，說明電池壽命降低導(dǎo)致M5040BEV全生命周期成本增加，影響力大于整車購(gòu)置價(jià)格，低于電池購(gòu)置價(jià)格。

2. N5040靈敏度分析

同樣，由公式1演變出公式2：

式中，aN5040為冷藏車N5040的評(píng)價(jià)指標(biāo)對(duì)應(yīng)靈敏度；Pi為各不確定因素對(duì)應(yīng)價(jià)格；f為因素變化率。

根據(jù)公式2，利用N5040各成本影響因素對(duì)全生命周期成本進(jìn)行靈敏度分析，其影響見表4。

表4 N5040的經(jīng)濟(jì)性靈敏度分析

通過表4中因素靈敏度分析可知，整車購(gòu)置價(jià)格變化率對(duì)N5040靈敏度系數(shù)為22.86%，表中影響最大的因素是油價(jià)為61.90%，甚至高于變化率電池購(gòu)置價(jià)格對(duì)M5040BEV成本的影響。

3. 對(duì)比分析

綜合上述M5040BEV與N5040兩種不同車型的經(jīng)濟(jì)性靈敏度分析，對(duì)比分析統(tǒng)計(jì)結(jié)果見表5。

表5 各因素靈敏度分析統(tǒng)計(jì)表

通過表5中各因素靈敏度分析統(tǒng)計(jì)可知，純電動(dòng)冷藏車M5040BEV的靈敏度因素的大小排序依次是：電池購(gòu)置價(jià)格＞電池使用壽命＞整車購(gòu)置價(jià)格＞電費(fèi)；傳統(tǒng)燃油冷藏車N5040的靈敏度因素的大小依次是：油價(jià)＞整車購(gòu)置價(jià)格。通過縱向比較靈敏度系數(shù)值可知，靈敏度因素從大到小的順序依次為：傳統(tǒng)燃油冷藏車的油價(jià)>純電動(dòng)冷藏車的電池購(gòu)置價(jià)格＞純電動(dòng)冷藏車的電池使用壽命＞純電動(dòng)冷藏車的整車購(gòu)置價(jià)格＞燃油冷藏車的整車購(gòu)置價(jià)格＞純電動(dòng)冷藏車的電費(fèi)。

結(jié)語(yǔ)

通過對(duì)M5040BEV和N5040兩種車型進(jìn)行的經(jīng)濟(jì)性比較結(jié)果來(lái)看，在整體運(yùn)行成本方面，純電動(dòng)冷藏車遠(yuǎn)低于傳統(tǒng)燃油冷藏車，但是全生命周期成本卻是純電動(dòng)冷藏車遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)燃油冷藏車，而且影響純電動(dòng)冷藏車全生命周期成本的主要因素為電池價(jià)格、電池壽命和整車價(jià)格。因此，在未來(lái)的發(fā)展中，必須要努力降低整車生產(chǎn)成本，通過引進(jìn)先進(jìn)技術(shù)來(lái)降低電池的制造成本并延長(zhǎng)電池的使用壽命，才能進(jìn)一步提高純電動(dòng)冷藏車的經(jīng)濟(jì)性。

如今石油資源的日漸匱乏已經(jīng)導(dǎo)致了燃油價(jià)格的居高不下，國(guó)家環(huán)保要求逐步加嚴(yán)。因此，從長(zhǎng)遠(yuǎn)的經(jīng)濟(jì)性考慮，純電動(dòng)冷藏車的優(yōu)勢(shì)必將越來(lái)越明顯，取代傳統(tǒng)燃油冷藏車必將成為大勢(shì)所趨。