Plug-in hybrid(PHEV)混合动力型车和汽油车在耗能上的比较

上次看到有不少人在讨论这个问题，很多人一直疑惑的就是，PHEV为什么会比汽油车更环保一些。

今天我就大概的介绍和解释一下这方面的耗能计算吧。

hybrid的汽车，大家其实挺容易理解的，那就是利用电池把汽车在行驶过程中产生的多余能量（比如汽车在下坡的时候）储存起来的技术。这里的电池用的是Ni-Mh，和普通汽车里的铅酸电池很不一样。关于电池这方面其实已经有很多讨论了，这里我也不再反复说了。

关于PHEV，这是很多朋友争论的焦点。大家的意见就是，既然是通过充电获得能量，而电能无非就是火电，水电，风力能源等等，除非是一些清洁能源或者可再生可持续能源，利用煤，或者是气发电而来的电能，不一定会比直接烧汽油效率高，原因是这些不可再生能源在转化成电能，再转化成汽车的动能，根据能量守恒定理，一定会有一定的能源消耗。

好，让我们一步步讨论这个问题。

首先，我们要知道，汽油在汽车中直接燃烧转化成动能的效率是很低的，大约30%左右，其余大部分都变为热能浪费掉了。如果再考虑制造汽油所消耗的能量（比如石油的开采，提炼，包装，运输等等），汽油汽车在能源上消耗的能量就更多了。

而电能却不太一样。除了水电，风力发电等可持续能源发电以外，美国最常见的就是火电了（烧煤或者天然气），这些能源，如果转变成热能，这是转化效率最高的一种方式（所以我们如果用天然气炉子做饭，比用电炉子做饭节能，因为能源转换更直接），但除此以外，电能就是一种更有效的方式了。换句话说，这些能源如果先转化成电能，再转化成PHEV的动能，这里面的能量转化效率，要大于汽油转化成动能的效率，也就是说，用电更省能源。

其次，除了能源消耗以外，另一个指标就是二氧化碳排放量了。这个通过一系列的公式，就可以计算出来。

我们先来看，产生1度电排放出来的二氧化碳是多少。因为美国是混合能源发电（煤，气，水电，风力，太阳能等等），因此我们得出的数字，是根据美国发电能源所占比例综合计算出的一个数字（包括了建立发电站，能源燃烧等产生的所有二氧化碳）。这里的数字是698g/kwh，也就是说，每产生1度电，要排放出 698克的二氧化碳。

我们再来看看1加仑汽油燃烧要排放出多少二氧化碳。数字是：8788g/gal，注意，这个只是计算1加仑汽油排放出来的二氧化碳，事实上严格计算的话，就应该像计算电能一样，要把开采石油，提炼，运输等等所产生的二氧化碳量全算进去的，如果那样的话，这个数字就要更大了。

但是汽油的加仑和电的度数，我们不能做等量计算，因此我们还要做进一步的换算。

先来看电池的蓄电能力（battery capacity)。既然这里只考虑电能，我们可以用现有的一些数据来计算。GM给出他们的volt的数据：一部电池，大概需要用掉16度的电来充满整个电池。而考虑到充电电池寿命问题，电池在制造的时候，一般就设定了一个电池用电量百分比，也就是说，充电满满的电池，大约只有50%的电量可以使用的。换句话说，真正用于变为动力的电能，也就是8度电左右。

好了，现在我们要看，这8度电到底能让汽车跑多远呢。还是GM给出的volt数据，这8度电，可以跑40mile左右。通过计算，我们可以得出，每英里大概需要0.2度的电0.2kwh/mile。1度电现在大约是10美分左右，因此花费大约是2cents/mile

现在我们再来看看，跑1英里，需要消耗多少汽油。这个数字大约是1加仑汽油可以让汽车跑35英里左右，也就是每英里需要0.028加仑的汽油 0.028gal/mile（注：这里的汽油和电量计算都有一个统一的标准）。1加仑汽油现在大约是2.1美元，因此花费大约是5.6cents /mile

好了，现在我们能够计算出，每跑1英里，纯电车和纯汽油车的二氧化碳排放量了。
这分别是：140g/mile和246g/mile(注意，这个纯汽油车的二氧化碳排放还仅仅只是计算了汽油的燃烧，如果把生产运输等都算进去的话，这个二氧化碳排放量只会更高）

好了，让我们看看PHEV吧。这个是属于油电混合的了。那么，它的二氧化碳排放量，就应该是介于这两者之间。但是，如果你每天的开车里程只有40英里左右的话，那也就是说明，这辆车根本就不需要用到汽油。超过了这个里程以后，PHEV就像其他的hybrid车一样了。

我们现在用的数字，都是根据GMvolt得出的，而现在的电池技术不断在改进，电池蓄能将会更多，跑的里程也会更长（也就意味着汽车在这方面更省油），而美国也在开始推广可持续能源的发展，这也就意味着，风能，太阳能将会得到更多的利用，二氧化碳排放将会变得更低。混合动力型汽车，将会得到越来越多的关注。

这里有几篇不错的文章：

http://www.spectrum.ieee.org/mar09/7928

http://spectrum.ieee.org/mar09/8068

http://spectrum.ieee.org/mar09/8409