2009年4月20日 星期一

你需要一輛電動車嗎?

 文/鄭榮和(台灣大學機械系FORMOSUN先進研究動力中心指導教授)

 前參加一場電動車研討會,主持人問我「鄭教授,我們需要一部電動車嗎?」我一開始說,這是個大哉問的問題,沒有客觀的答案,端看回答人的背景而定。我以各種不同的角色支吾了一段時間,最後我回答,若石油永不匱乏,我們可能就永遠不需要一部電動車。
電動車 一度在加州立足
 當時有人就反駁,可是照現在的方式使用汽油引擎車,會造成空氣污染,而且大量的二氧化碳排放會導致全球暖化的問題。我相信這是正確的答案,只不過一般民眾多半不會為了環保,而做出購置電動車的選擇。

 以一個積極投入研發電動車的人說出如此負面悲觀的話,似乎相當諷刺。幾年前美國有一部記錄片:《誰殺了電動車》,探討為何原本在加州實施的還不錯的電動車租賃方案,卻在突然間全數回收,而完全從消費者市場上消失。片中直指許多既得利益者,如石油公司、汽車業者、立法者、大多數的其他民眾等都是扼殺電動車發展的嫌疑犯。

 1899年,由於電瓶車的銷售量增加,愛迪生一度認為汽油引擎車將會被取代,未來必然是電瓶車的天下。當時,汽油引擎車並不完美,前景也不明朗。1909年,當愛迪生準備大量生產汽車電池時,汽油引擎車的問題大抵解決,除了部分特殊用途,如工廠內的運輸車輛、機場大廈內的載客車或國外一些送牛奶車等小範圍使用車輛之外,電動車完全從市場上消失。

 到底電動車有什麼問題,無法在資本主義的自由市場上與汽油引擎車競爭呢?以下讓我先用一個表來比較兩種車的優勢與劣勢。


電池科技 電動車的關鍵
 從上表可看出電動車有兩個致命的瓶頸:價格與電池充電的不方便性(影響持續里程)。雖然目前的鋰電池可以快充,但是對壽命會有不良的影響,因此不算是真正解決問題的方法。

 汽油引擎其實是人類智慧最偉大的結晶之一。在經過幾百年的研發與設計改進,它既便宜又可靠,小小的體積與重量就可產生非常大的馬力,而且應用範圍如此廣泛,上山下海甚至於飛行都非常勝任。如果不是採集、生產以及燃燒石油會產生污染破壞環境,電動車似乎只是個很棒的概念而已。

 不過,既使我們願意長久忍受污染,石油總有一天會出現很明顯的供需問題,屆時,會以穩定的高油價顯示這個訊息。所以,也許我們可以用另外一個方式來問問題:每公升汽油要漲到多少錢,電動車才會有市場?

 下圖比較了購買與使用同等級的電動車與汽油引擎車在各種不同的油價時所需付出的成本。我想,除非大環境有所改變,譬如觀念、政策或環境惡化到無法忍受的地步,電動車還有得等!


【圖表註解】
[1.] 本文中與電動車相關之數據皆以Mitsubishi i MiEV為估算對象[請見參考資料1, 4-6]。
[2.] 本文中與汽油引擎車相關之數據皆以TOYOTA Yaris為估算對象[7, 8]。
[3.] 目前台電電價一度電為2.1元[9],而i MiEV每跑一公里大約需要0.125度電,充電效率約90%,因此可算出行駛一公里大約需要0.2917元。
[4.] 此項目是估算發電給電動車行駛所製造的溫室氣體產生量,目前台灣每發出一度電會產生0.637 kg的二氧化碳[9],而i MiEV每跑一公里大約需要0.125度電。因此可算出每跑一公里約會增加80g的二氧化碳。

[5.] 估算方式如下:電池效率90% x 馬達驅動器效率90% x馬達效率90% x傳動系統效率90% = 65.6%
[6.] 根據經濟部能源局的測試結果,Yaris平均油耗為16.6 km/公升[10],將其除以目前汽油油價25.1元/公升便可算出其跑一公里約需要1.512元。
[7.] 一公升汽油燃燒後約會產生2.25kg的二氧化碳[11]。將其除以平均油耗後就可算出每跑一公里約會排出135.5g的二氧化碳。
[8.] 估算方式如下:引擎效率25% x 變速箱效率90% x傳動系統效率90% = 20.25%
[9.] 由於i MiEV電池系統的容量為20kWh,目前鋰電池系統的價格大約為23(千元/kWh)[2],因此更換一組電池系統大約需要46萬元。
[10.] 電池更換里程數的估算方式如下:i MiEV充滿電約可跑160km,而目前電池系統大約可以使用600 cycle[2, 3],因此大約行駛96000km後便需進行更換。


【參考資料】
1.MITSUBISHI MOTORS JAPAN
2.Amita technologies inc
3.Battery university
4.マーケットウィークリー・517号
5.Mitsubishi i - Wikipedia, the free encyclopedia
6.about i MiEV
7.Yahoo!奇摩汽車
8.TOYOTA
9.台灣電力公司
10.經濟部能源局
11.http://www.mobile01.com/topicdetail.php?f=37&t=342745&last=2958036.


【延伸閱讀】
The Telegraph 18-Apr-09 "Environmental benefits of electric cars dismissed as 'fiction'"reported by Melissa Kite
The Guardian 16-Apr-09 "Electric cars: the expert's view of government transport policy" reported by John Loughhead
The Independent 10-Apr-09 "The Big Question: Are electric cars the answer to Britain's environmental problems?" reported by Michael McCarthy


關於作者
鄭榮和,美國密西根大學博士,研究領域在有限元素法、金屬成型、超塑性成型、結構分析等,曾任職於美國奇異公司研發部門。回國後任教於台灣大學,並曾帶領台大太陽能車隊赴澳洲比賽,過程還拍成電影《夢想無限》。現任台灣大學機械工程學系固力組教授,兼任FORMOSUN先進動力研究中心指導教授,持續研發綠色運具。

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