在台灣,電動車較優

在美國,有些產煤地區的電力來源以燃煤火力發電為主,導致電動車的二氧化碳排放量反而比汽油車更高。在台灣,情況又如何呢?
撰文∕李名揚

重點提要
■汽油車的引擎並非一直維持高功率運轉,

導致能源效率只有發電廠的一半,因此雖然輸配電會有損耗,但汽油車的能源效率仍比不上電動車。
■火力發電廠的排碳量與燃料種類有關,以台灣的發電結構,電動車的排碳量少於汽油車。
■整體而言,火力發電廠的污染雖比汽油車嚴重,但污染物經過集中處理,可以盡量減低排放。

在台灣,目前仍以汽油車為主要交通工具,不過電動車已被行政院列為「四大智慧型產業」之一,和雲端運算、發明專利產業化、智慧綠建築並列。電動車的污染來自於供應其電力的發電廠,台灣到底適不適合發展電動車,要以汽油車的汽油引擎和發電廠的發電裝置來做比較。

能源效率
我們以輸出動力相當的1500c.c.汽油車與50~60千瓦電動車來比較,先從車子動力的源頭來分析其使用能源的效率:汽油來自於進口的石油,根據工研院機械所副所長王漢英團隊的研究,從進口石油進行精煉一直到真正提供車子行駛,只有14.6%的能源成為車子的動力,其他都在過程中損耗掉了。

電動車的電力來源主要為台灣電力公司,因此得先探討台電各種發電廠的能源效率。台電2009年共發電1434億度,其中非再生能源的火力發電和核能發電佔了95.4%。這些發電方式的能源效率,除了複循環式天然氣發電的效率較高外,其餘均在30~40%(即燃燒煤、油、天然氣以及引發核分裂所產生的能量僅有30~40%轉為電能)。王漢英的研究團隊據此估算出台電的平均發電效率約為34.25%,再計算從發電廠到電動車的能源傳輸,最後得出電動車的能源效率為20.1%,高於汽油車的14.6%,這代表電動車和汽油車行進相同距離時,電動車消耗的能源比較少。

其實這兩種能源的傳輸,即從發電廠到車裝電池,和從石油到汽油引擎,能源的損耗相當接近,那為什麼電動車會勝出?台北科技大學車輛工程系主任吳浴沂解釋,台電大部份電力來源為火力發電與核能發電,火力發電廠不論燃油或燃煤,都是將水加熱為水蒸氣,再推動渦輪發電機,這種在裝水鍋爐外部燃燒加熱的裝置稱為「外燃機」(核能發電也是同樣的工作原理,只是熱源為核分裂而非燃燒);天然氣發電和汽油引擎則是「內燃機」,即燃料在燃燒室內燃燒膨脹,直接推動機械做功,進而發電或使引擎運轉。

以目前的科技,內燃機和外燃機的能源效率都在30~40%,即燃燒燃料所產生的能量只有30~40%會轉換成機械能或電能。但是,不論內燃機或外燃機,都是在最高功率發電或運轉引擎的情況下,才能達到這樣的能源效率,這也造成了汽油車和電動車的能源效率差異。

以發電機而言,不論外燃機或內燃機,都是以接近最高效率在運轉,因此能源轉換效率可以達到王漢英所估計的34.25%。但是汽車在行駛的時候,卻很少是油門踩到底而使汽油引擎以最高功率運轉,大部份時間都是以低功率在運轉,此時能源轉換效率相當低;甚至在等紅燈時,汽油持續燃燒,效率卻為零。這使得汽油引擎的平均能源效率估計只有17.7%,大約只有發電廠的一半。雖然電動馬達運轉時能量也會損耗,但相較之下,總能源使用效率就高於汽油引擎了。

二氧化碳排放
除了能源使用效率外,二氧化碳排放是電動車是否比汽油車環保的另一項重要指標。吳浴沂指出,不同種類的能源,例如煤炭和碳氫化合物,其二氧化碳排放量取決於化學組成中碳所佔的比例。

以煤炭而言,其組成全都是碳,燃燒之後全部變成二氧化碳,所以燃煤的火力發電廠碳排放量自然最高。

碳氫化合物如石油,由於碳和氫在氧化時均會釋出能量,而氫燃燒後產生的是無污染的水(H2O),因此顯然氫碳比越高,要產生相同熱量所需的碳就越少,所排放的二氧化碳也就越少。天然氣的主要成份是甲烷(CH4),氫碳比為四,是氫碳比最高的燃料,排放的二氧化碳最少;其餘燃料不論汽油、柴油或其他重油,都是以碳為主的長鏈分子,中間一長串碳原子每個都接兩個氫原子,因此氫碳比略大於二,排放的二氧化碳量介於天然氣與煤炭之間。

汽油車使用的燃料是汽油,電動車則取決於不同種類發電廠的配比。燃煤火力發電廠所佔比例越高,發電排放的二氧化碳越多,就等於電動車排放了越多的二氧化碳;而完全不排放二氧化碳的核能發電、再生能源及排放較少二氧化碳的天然氣發電所佔比例越高,電動車排放的二氧化碳就越少。以台灣而言,燃煤火力發電廠佔台電總發電量42.5%,根據王漢英的研究,電動車平均每行駛一公里,會排放115.1公克的二氧化碳,而汽油車則會排放168.2公克,因此電動車確實比較環保。

 

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