电动汽车与燃油车成本对比分析

电动汽车与燃油车成本对比分析导读美国各地的城市、市政府和私企的车队正逐渐从传统内燃机汽车向电动汽车过渡，并运用新技术和商业模式，使用清洁能源降低运营成本这份更新的报告由AMPLY Power公司撰写，试图通过比较评估美国前25大城市中的充电价格体系如何影响不同类型车辆的〃燃料〃成本，来提炼和简化复杂的充电价格体系与电动汽车充电量需求之间的相互作用AMPLY Power公司引入了DPGe换算系数（dollar pergallon equivalent,美元每加仑当量，以下简称DPGe）,即在大城市地区，每行驶一英里汽油/柴油的燃料成本与每行驶一英里充电价格的比较该标准能直接合理地评估特定城市每加仑汽油（或柴油）当量的电费，并结合当地的电价结构和具体车型的充电策略和汽车能耗形成一个易于理解的单一指标，可用于评估，规划和预算车队转型定义DPGe是指与内燃机汽车相比，驾驶一辆电动汽车（EV）行驶相同里程所需的美元，以每加仑为单位，并根据具体城市的电价结构和汽车能耗进行调整DPGe表明，燃油车向电动车转变是有实际经济价值的，但这种价值必须根据具体地点和实行方式来决定在美国前25大城市中，有23个城市的轻型车、21个城市的中型车、22个城市的重型车以及24个城市的公交车的数据都表明使用电动汽车可节省成本针对性的，有序管理充电策略在大多数城市都是成本关键以纽约为例在纽约，如果没有针对性的管理策略，将中型车过渡到电动车是不合逻辑的，而且成本相当高如果不加以管理，DPGe（以及每年的燃料成本）几乎是汽油的三倍如果采取了针对性的管理策略，车队转型可节省近30%以上的燃料如果一个城市的DPGe没有明显低于该城市同等的汽油或柴油价格，转型可能会停滞不前，甚至石沉大海必须利用完善的电价设计、激励措施或其他机制来鼓励这种向电动车队的模式转变设计合理的国家和地方政策、激励措施和电价结构可以确保充电价格低于化石燃料，鼓励有针对性的清洁经济发展，并可被电网运营商用作优化和管理其网络的工具车队过渡带来的环境效益可以与经济效益相提并论，甚至可以超过经济效益，因为每次车队的转型都将大大减少碳排放每15辆车的车队转型到电气化，就能减少数十万公斤的二氧化碳当量但是，要实现这些经济和环境效益，就需要车队运营商，行业，公用事业和监管机构之间的合作2020年的焦点中型车队和重型车队我们采用FHA标准下的每种车型的年行驶里程指标，以及电动汽车“效率系数”，使我们能够得到每种车型每天的电量消耗然后，为了计算充电成本，我们将仅在用电高峰时段的“随机充电”与低谷时段的“有序充电”进行比较为了更好地理解电动汽车充电量需求，我们假设中型车队的电机功率为19kW,而重型车队的电机功率为120kW.根据以往的项目经验表明，对于中型和重型车队来说，有序充电策略可以减少约67%的充电负荷需求CONSUMPTION PROFILEASSUMPTIONSQo-

50.3/

1.00=

50.3MEDIUM-DUTYMILUTIAVEL£D/DAYa MILUTRAVtLED/kWhb»kWh^OHSUMED/DAYC■Vb125/

0.31=409MILTSTRAVELEtVDAY MllfSTWAVflEOAWhbMWh/COMSUMEO/DAYc«⑷HEAVY-DUTYDEMAND PROFILEASSUMPTIONS19kW120kwUNMANAGED UNMANAGED

6.27kw o匕05------------------©O

40.9kwAAANAGED MANAGEDHEAVY-DUTY表一:电动中型车和电动重型车的能耗假设和充电需求假设中型车和重型车的测算结果显示了汽车电气化和优化管理策略的强大力量我们发现，美国25大城市中，21个城市的中型电动车和22个城市的重型电动车节省了大量成本其中中型车的充电成本平均比汽油便宜41%,相比重型车的柴油成本则便宜47%美国电价体系入门复杂的电价结构加上混乱，相互矛盾的指标，是全球汽车车队向电动汽车过渡的根本障碍与汽油或柴油燃料价格不同（在美国，人们非常熟悉的是每一加仑燃油的固定价格），电价可以在电量（以kWh为单位）的基础上有很大的变化电费的3个基本组成部分电量电价电量电价以$/kWh为单位，计算你消耗了多少电就像汽油一样，这种收费纯粹是按消耗的电能来计算的（例如，要充满WOkWh的电池，你需要lOOkWh的电量）；然而，与汽油相比，大多数城市每千瓦时的价格会根据一天或一周中的不同时段而变化（即使用时段能源价格）在一些城市，负荷高峰时段能源收费（例如，在午后时段充电）的成本几乎是负荷低谷时段能源收费（例如，在凌晨2点充电）的6倍想象一下，晚上每加仑汽油要付3美元，但白天每加仑汽油要付12美元，而在大多数美国大都市，这只是其中的一个因素容量电价容量电价（单位美元/千瓦）指的是给车辆充电的瞬时功率，大部分25大城市通常采用一个月内最高的15或30分钟的〃峰值〃计算与其说电容电价是汽车的衍生品，不如说是充电基础设施的衍生品直流快速充电基础设施可以为车辆充电50千瓦以上，而2级充电器的最大功率通常在10千瓦左右，或者换句话说，直流快速充电器可以在更短的时间内为您的车辆提供更多的电量在30美元/千瓦的收费标准下，使用50千瓦的直流快速充电器充电15分钟需花费1500美元；但是，每月一次的费用可以分摊到当月所有的其他费用中就像电量电价一样，25大城市的收费标准通常也分峰时和谷时因此，制订一个充电策略来限制总体需求和峰时的需求是至关重要的固定费用固定费用（以美元/月）仅指监管机构批准的任何电费固定组成部分在大多数情况下，这些费用不受收费策略的影响，应在当月的所有费用中摊销地方电价结构在加利福尼亚和科罗拉多州，一些公有事业委员会提出了具体电价结构，以鼓励车队向电动汽车过渡该电价几乎不包含峰时电价，但包含相对较高的电量电价一般来说，该机制将实行五年，然后再逐步恢复，重新引入容量电价最佳的燃料管理战略对于驾驭这些不断变化的电价结构和利用这些机会至关重要了解从亚特兰大到旧金山的DPGe通过比较两个电价结构设计截然不同的城市（亚特兰大和旧金山），可以更好地理解25大城市的电价结构亚特兰大在大多数情况下，亚特兰大的定价结构很少提供激励措施全年电量电价约为

0.06美元/千瓦时，加上采用非分时容量电价，车辆充电基本与充电的时段或电价结构无关经测算，亚特兰大公交车的DPGe为

1.54美元旧金山反观旧金山，则采用弹性电价机制根据旧金山新提出的商业电动车收费标准,峰时充电成本超过

0.30美元/千瓦时，而谷时充电成本低于

0.09美元/千瓦时，外加每月的订购费考虑到复杂的结构和多种优化途径，旧金山的DPGe在

0.72美元到

2.47美元之间，换句话说，这个价格区间可能亚特兰大的三分之二，也有可能是两倍，取决于车队如何管理充电！见解DPGe在美国25大城市的测算结果有显著的发现轻型车队经我们最新的评估，25个城市中有23个城市的数据表明有序充电的轻型电动车的充电价格比相应的燃油成本更低，23个城市充电价格平均比汽油费便宜47%O中型车队DPGe的研究表明，25个城市中有21个城市的数据表明有序充电的中型车充电价格比相应的燃油成本更低21个城市充电价格平均比汽油费便宜41%公交车25个城市中有24个城市的数据表明柴油车过渡到电动车可以节省成本24个城市充电价格平均比汽油费便宜64%重型车队25个城市中有22个城市的数据表明使用有序充电的重型车队可显著节约成本平均而言，在这22个城市中，充电价格比柴油便宜47%DPG表明，车队向电动化过渡是有实际价值的，但同时也取决于当地的管理策略在一些大都市，比如纽约，如果没有采用有序充电的管理策略，将轻型车队过渡到电动车则不合逻辑且成本高昂在电价相对便宜其他大城市，如西雅图，则面临着一个简单的困境无论是否对车队进行有序管理，车队电动化都有实际价值每个城市，车队管理战略可以为决定转型的组织节约更多的成本，并产生更大的价值数据表明，有序充电策略最多可以降低85%的燃油成本，而车队运营商必须真正了解城市的电价结构和充电量需求的动态为了节约成本，运营商必须完成详细的研究、分析、路线规划和评估，为利益相关者带来有意义的价值，并把关于车队转型的讨论从“成本高昂的可持续发展行动”转变到“必须采取的降低成本措施”详细方法AMPLY的分析旨在将复杂的电价体系和电动汽车能耗简化成单一的、可理解的数字，使消费者能够理解和日常使用为此，我们开发了DPGe的换算系数，并计算了美国25大城市的DPGe是指与内燃机汽车相比，驾驶一辆电动汽车（EV）行驶相同里程所需的美元，以每加仑为单位，并根据具体城市的电价结构和汽车能耗进行调整由于城市的电价结构可能很复杂，不同车队的充电量需求也可能相差甚远，因此，我们提供了一个随机充电场景（没有采用有序充电策略或采用次优的充电策略）和有序充电场景（采用优化的充电策略）之间的数字范围车队运营商应将这些数字视为潜在成本的范围；根据车队的运营需求，这些成本可能在高低情景下有所不同测算年度充电成本电价与电价结构每个城市的的测算都基于500千瓦商业负荷曲线的标准公用事业电价，即〃一般商业〃电价结构我们分别测算了电动车在洛杉矶、旧金山、河滨、圣地亚哥和丹佛的充电价格，因为这些地方的公用事业公司已经提出了为期五年的商业电动汽车充电价格优惠政策，以鼓励采用电动汽车在受管制或半受管制的市场，我们假设能源是通过当地公用事业公司以合理的价格购买的一我们不假设第三方或社区选择汇总（CCAs,如加州）降低能源成本对于完全放松管制的市场，我们采纳公开的电价结构的非分时充点电价因此，每个城市的DPGe应该根据具体情况而定，并且在某些情况下，可能会大大低估了车队过渡的价值如果一个车队的充电负荷能够由不同的电价等级或第三方能源供应商（通过CCA、能源零售商或可再生能源购买协议（PPA））提供服务，那么该车队的实际DPGe可能会大大降低-

43.5/

2.2=

19.8■aaJSTRAVCUMAV01MAXITIUmCOAWVb hWMCMMMD^AY..gUGnT-DUTT125/

0.31=409503/kOO=

50.3USTRAV€1£D/DAY MILfSTaAVBXDAWh-ZWC86UN£WAYC•SMIL£ST1AVEL£D4UY01・L£STWttfQ.EMWib MWWCONSlMED/DAY—StHEAVY-DUTY

93.3/

0.4=

233.2MMSTaA¥EL£D^AYUI MftXSTaAVtUDAWhbhmCON$UM£O/DAY|C•O表二:每种车型每天消耗的电量假设测算汽车电耗为了测算每辆车的电耗，我们采用FHA按车辆类型划分的年行驶里程的指标，用它来计算日均行驶里程通过应用电动汽车的“效率系数”，或每行驶一英里所消耗的电量，我们就能计算出每种车型每天消耗的电量假设和计算结果如表二所示计算车辆充电成本AMPLY分析的主要根据汽车的能耗情况，计算出每辆车的年度充电成本范围（如表二所示）换句话说，我们需要了解并计划每辆车的充电方式和充电时间为了得出充电成本，我们计算了一年中的两种极端情况（随机充电〃假设所有车辆只在峰时充电；

（2）有序充电〃假设所有车辆只在谷时充电，其中此分析中的〃峰时〃和〃谷时〃分别采用各电力公司能源价格最高和最低的时期（一般是白天与晚上）LIGHT-DUTY MEDIUM-DUTY HEAVY-DUTY CITYBUS10kW19kW120kW70kwUNAAANAGED DEAAAND7kW

6.27kW

40.9kw49kwAAANAGED DEAAAND表三:有序充电和随机充电下,每种车型充电功率需求假设对于〃次优〃充电策略，我们假设轻型车使用L2充电桩的充电功率分别为10kW,公交车使用大功率DC-Fast充电桩的充电功率分别为70kWo同样的，我们假设中型车车使用L2充电桩的充电功率分别为19k肌重型车使用大功率DC-Fast充电桩的充电功率分别为120kWo AMPLY的项目经验表明，有序充电策略可以将轻型和城市公交车队的所需充电功率减少约30%,中型和重型车队减少约67%（见表三）与能源一样，我们进一O步计算极端情况

（1）仅在峰时为所有车辆充电，

（2）仅在谷时期为所有车辆充电最后，为了完整起见，我们将一年中归属于该车的所有电费-电量电价，电容电价和固定费用相加要计算DPGe,我们首先要计算每kWh电量的平均成本一即简单的年充电成本除以当年每辆汽车消耗的总kWh接下来，针对每一类车，我们计算出〃电加仑〃燃料的成本，或者换句话说，将“电油箱”加至与一加仑汽油或柴油相同的能量所需的成本我们的方法是将每千瓦时的电量成本乘以一加仑汽油中的能量含量（以千瓦时为单位）一美国环保署规定，每加仑汽油的等效能量含量为

33.7千瓦时，每加仑柴油的等效能量含量为

37.95千瓦时（参考文献1,请后台留言联系我们索取），此时值得注意的是一个鲜明的对比在美国25大城市中，充

33.7kWh（或

37.95kWh）的成本比相同能量当量（一加仑）的汽油或柴油要高得多*计算中不包括车辆购置费用为了得到DPGe的测算结果，我们将一电加仑的成本乘以一个〃车辆效率系数”--即一辆燃油车的MPG（miles pergallon）除以一辆电动车的MPGe（miles pergallonequivalent）对于燃油车辆类别，我们使用美国能源部（DOE）的MPG数字（参考文o献2,请后台留言联系我们索取）对于MPGe的计算，我们并没有采用制造商提供的〃MPGe〃，因为这些数据是基于理想驾驶条件的我们实际使用的是通过AMPLY的合作伙伴和客户所得到的更为保守的数据，将一些非理想的驾驶方式也考虑在内（例如，公共汽车每行驶一段距离就会制动再启动）最终，我们的MPGe数字是通过一加仑汽油（或柴油）所能产生的能量（kWh）乘以每kWh能行驶的里程来得到的，其中后者的数据来自于AMPLY的客户和合作伙伴虽然用意是好的，并且适当地认识到了电动汽车在效率上与内燃机汽车的显著差异，但我们认为汽车制造商提供的MPGe数字具有局部性和误导性MPGe不能提供任何关于区域特定成本方面的见解，因此，对于车队经营者而言，评估他们是否应将车队过渡到电动汽车，他们应进行哪些城市的车队过渡以及如何为该过渡进行预算，这对车队运营者提供的价值微乎其微C0VID-19事态发展我们还讨论了正在进行的C0VID-19大流行病及其对燃料费用的影响在这个不寻常的时代，我们赞赏车队经营者在全国各地提供必要的工人和供应必要的货物美国通过各种程序寻求减少对外国燃料资源的依赖当前的价格下跌表明国内汽油和柴油价格仍依赖于国际出口商价格下跌也可能迫使国内生产商无法以如此低的利润率运营，从长远来看，这可能会增加汽油和柴油的成本尽管电力成本也很不稳定，但AMPLY帮助了车队客户以丰富的经验和专业知识克服了这种不确定性我们使用2020年3月23日的汽油和柴油价格，AMPLY建模得出其最佳充电管理策略节省可为在美国前25大城市中，有23个城市的轻型车、21个城市的中型车、22个城市的重型车以及24个城市的公交车的数据都表明使用电动汽车可节省成本COVID-19也向我们展示了零碳排放的未来可能带来的环境和社会成果随着越来越多的城市鼓励使用电动车，社区可以持续地享受更清洁的空气结论电动车队的未来电动汽车车队的未来是光明的如今每个月都有新的电动车面世，电池成本不断下降，城市和公共事业部门也在投资和激励电动汽车车队，运营商考虑和投资车队电气化的确有充分理由管理一支电动车队是很复杂的，这一点从不同城市的DPGe差异中可以看出；但复杂的同时也创造了价值最佳的管理策略使车队运营商从全球发展带来的燃料价格和与燃料相关的运营成本飙升的不可预测性中解脱出来在先进的管理策略下，电动车队有了切实的方法来控制和降低运营成本，增加收入，并将企业推向下一个清洁交通时代车队转型所产生的社会和经济影响是惊人的一每转型一个15辆车的车队，就会从大气中消除大量的二氧化碳如果没有车队运营商、行业、公用事业和监管机构的奉献、远见和合作，我们就无法进入这个时代因此，AMPLY Power将我们的全球业务范围从轻型和城市公交车队扩展到中型和重型车队对于车队运营商来说应当接受这种复杂性，致力于电动车队过渡计划，并推动同行发现电动车队的真正经济价值，这些价值可以而且应该由他们的组织来实现对于公用事业公司和监管机构来说应当拥抱车队电气化所带来的非凡的金融、经济和环境机会，并认真制定政策和电价，使其成为降低成本的工具，并为社会带来更大的社会和环境效益建议参考加州的公用事业公司，如PGE、SCE和SDGE,以及科罗拉多州的Xcel能源公司，观察他们实施电动汽车专用费率的情况对于AMPLY的同行来说不仅需要销售硬件，更要设计业务，为客户，为能源系统，为社会创造真正的，有意义的，可持续的价值行业与其他利益相关者合作,是开启成本效益高、全球零碳排放运输转型的关键环节。