基于中國新能源汽車發(fā)展規(guī)劃的資源環(huán)境效應(yīng)分析

文博杰

(1.中國地質(zhì)科學(xué)院礦產(chǎn)資源研究所,北京 100037;2.國土資源部成礦作用與資源評價重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,北京 100037;3.中國地質(zhì)科學(xué)院全球礦產(chǎn)資源戰(zhàn)略研究中心,北京 100037)

基于中國新能源汽車發(fā)展規(guī)劃的資源環(huán)境效應(yīng)分析

文博杰1,2,3

(1.中國地質(zhì)科學(xué)院礦產(chǎn)資源研究所,北京100037;2.國土資源部成礦作用與資源評價重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,北京100037;3.中國地質(zhì)科學(xué)院全球礦產(chǎn)資源戰(zhàn)略研究中心,北京100037)

為了明確未來中國新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展的資源環(huán)境效應(yīng)，本文對中國汽車總產(chǎn)銷保有量、新能源汽車產(chǎn)銷保有量的歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，通過趨勢分析法預(yù)測未來變化趨勢，并對新能源汽車減少油料消耗、降低大氣污染物排放的效果進(jìn)行分析評價，還重點(diǎn)探討了新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展對未來我國鋰、鈷、鎳、石墨、稀土資源供需形勢的影響。結(jié)果顯示，2020年和2025年，中國新能源汽車產(chǎn)銷量分別為200萬輛和820萬輛；2020年和2025年，中國新能源汽車保有量分別為632萬輛和3262萬輛。短期內(nèi)(2025年之前)，新能源汽車保有量的增長對節(jié)約油料消耗、降低大氣污染物排放的作用不大。新能源汽車產(chǎn)量爆發(fā)式增長，將對未來我國鋰、鈷資源的供需形勢產(chǎn)生重要影響。我國有必要加強(qiáng)鋰、鈷資源的勘查與開發(fā)，并在全球?qū)︿?、鈷資源全產(chǎn)業(yè)鏈進(jìn)行提前布局，以支撐新能源汽車產(chǎn)業(yè)的穩(wěn)健發(fā)展，保障中國鋰、鈷資源的供應(yīng)安全。

新能源汽車；保有量預(yù)測；環(huán)境效應(yīng)；鋰；鈷

0 引 言

近年來，伴隨全球經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，全球能源消費(fèi)不斷加強(qiáng)。中國作為全球最為重要的新興經(jīng)濟(jì)體，經(jīng)濟(jì)發(fā)展取得了舉世矚目的成就，但是中國也面臨著巨大的能源安全問題以及環(huán)境壓力。2016年，中國原油對外依存度上升至65.5%，“霧霾”問題已經(jīng)成為困擾中國的一大難題。燃油車輛油耗在我國油料消費(fèi)結(jié)構(gòu)中占有較大比重[1]。新能源汽車是國家實(shí)施能源戰(zhàn)略調(diào)整和汽車產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級的重要抓手。大力發(fā)展新能源汽車，特別是電動汽車，以電代油，是保證中國能源安全、緩解資源環(huán)境壓力的戰(zhàn)略措施。

2017年4月25日，工業(yè)和信息化部、國家發(fā)展改革委、科技部聯(lián)合印發(fā)了《汽車產(chǎn)業(yè)中長期發(fā)展規(guī)劃》，規(guī)劃明確提出到2020年，新能源汽車年產(chǎn)銷達(dá)到200萬輛；到2025年，新能源汽車占汽車產(chǎn)銷20%以上。

新能源汽車主要分為三類：純電動汽車、插電式混合動力汽車和燃料電池汽車。純電動汽車是國家重點(diǎn)發(fā)展方向，也是我國新能源汽車一直以來的產(chǎn)銷主體。目前，新能源汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展已作為國家戰(zhàn)略強(qiáng)力推動，未來新能源汽車產(chǎn)量的增長必定帶來鋰、鈷、鎳等礦產(chǎn)資源消費(fèi)的快速增長，將對相關(guān)礦產(chǎn)資源供需形勢產(chǎn)生影響，因此值得密切關(guān)注，并及時采取必要的應(yīng)對措施。

目前，圍繞新能源汽車開展的研究主要包括以下幾方面：①新能源汽車產(chǎn)業(yè)政策[2-4]；②新能源汽車產(chǎn)業(yè)鏈架構(gòu)[5]；③中外新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展對比[6]；④新能源汽車產(chǎn)業(yè)財稅激勵機(jī)制[7-11]；⑤電動汽車與鋰離子電池[12-15]；⑥新能源汽車發(fā)展歷程、未來趨勢及建議[16-18]。僅有少量研究圍繞新能源汽車所需關(guān)鍵金屬原材料的資源現(xiàn)狀及需求預(yù)測開展[19-24]。中國新能源汽車產(chǎn)業(yè)的迅猛發(fā)展必然對環(huán)境和相關(guān)資源的供需產(chǎn)生重要影響，定量評價中國新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展的資源環(huán)境效應(yīng)具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。本文將定量化預(yù)測未來中國新能源汽車的保有量，核算其減排效果與對關(guān)鍵資源的需求趨勢，評價中國新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展的資源環(huán)境效應(yīng)。

1 中國汽車總產(chǎn)銷保有量、新能源汽車產(chǎn)銷保有量

1.1 歷史及現(xiàn)狀

近年來，中國汽車工業(yè)發(fā)展迅速，汽車產(chǎn)銷量以及保有量持續(xù)增長。同時，隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步以及中國政府一系列補(bǔ)貼措施的實(shí)施，中國新能源汽車的產(chǎn)銷量、保有量出現(xiàn)了爆發(fā)式增長。中國歷年汽車總產(chǎn)銷保有量、新能源汽車產(chǎn)銷保有量數(shù)據(jù)見表1。

1.2 變化趨勢

通過對中國汽車總產(chǎn)銷保有量、新能源汽車產(chǎn)銷保有量歷史數(shù)據(jù)的分析發(fā)現(xiàn)，各類數(shù)據(jù)都具有較好的變化規(guī)律，通過趨勢擬合分析可以對未來幾年中國汽車銷量保有量和新能源汽車銷量保有量關(guān)鍵數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)測(圖1～4，表2～3)。

表1 中國歷年汽車總產(chǎn)銷保有量、新能源汽車產(chǎn)銷保有量統(tǒng)計(jì)表

數(shù)據(jù)來源：汽車產(chǎn)銷量數(shù)據(jù)來自中國汽車工業(yè)協(xié)會；中國汽車保有量數(shù)據(jù)來自公安部；新能源汽車保有量數(shù)據(jù)通過計(jì)算獲得。

圖1 中國汽車總銷量

圖2 中國汽車總保有量

趨勢擬合得到相應(yīng)的曲線、方程及趨勢擬合程度指標(biāo)R2值。R2值的大小可以反映趨勢線的估計(jì)值與對應(yīng)的實(shí)際數(shù)據(jù)之間的擬合程度，擬合程度越高，趨勢線的可靠性就越高。R2值是取值范圍在0～1之間的數(shù)值，當(dāng)趨勢線的 R2值等于1或接近1時，其可靠性最高，反之則可靠性較低。本文所得四條擬合曲線R2值范圍為0.9955～0.9989，極為接近1，表明擬合度較好。因此，本文預(yù)測結(jié)果具有很高的可靠性。

預(yù)測結(jié)果顯示：2020年中國汽車的銷量為約3 400萬輛，全國汽車保有量為2.55億輛；2025年中國汽車的銷量為約4 100萬輛，全國汽車保有量為3.3億輛。

圖3 中國新能源汽車總銷量

圖4 中國新能源汽車總保有量

表2 不同機(jī)構(gòu)對2020年和2025年中國汽車銷量的預(yù)測/萬輛

年份本研究FOURIN公司高盛中國汽車技術(shù)研究中心國家信息中心汽車產(chǎn)業(yè)處中國汽車工業(yè)協(xié)會工信部202034003320-3300--300020254100387035003700400030003500

表3 不同機(jī)構(gòu)對2020年和2025年中國汽車保有量的預(yù)測/億輛

由于新能源汽車的消費(fèi)主要開始于近十年，并且最初幾年此類車的產(chǎn)銷量較少，近3～4年產(chǎn)銷量才有了較快增長，因此，2025年之前新能源汽車的報廢量將極少。對中國新能源汽車保有量的估算，將采用歷年數(shù)據(jù)的加和。根據(jù)汽車產(chǎn)業(yè)中長期發(fā)展規(guī)劃，2020年中國新能源汽車的銷量為200萬輛，預(yù)測全國新能源汽車保有量為632萬輛；2025年，新能源汽車銷量占總銷量比例達(dá)到20%，大約為820萬輛，預(yù)測全國新能源汽車保有量為3 262萬輛。

2 資源環(huán)境效應(yīng)分析

2.1 新能源汽車節(jié)約油量估算

林秀麗等[25]對中國機(jī)動車的年均行駛里程進(jìn)行了分析，結(jié)果顯示年均行駛里程約為26 910 km。2016年7月13日，工業(yè)和信息化部公布了2015年度中國乘用車企業(yè)平均燃料消耗量情況，乘用車平均油耗7.97 L/百km。根據(jù)上文的預(yù)測，2020年中國新能源汽車保有量為632萬輛，2025年為3 262萬輛。據(jù)此，可估算出對應(yīng)年份新能源汽車所節(jié)約的油量。2020年新能源汽車節(jié)約油量約1 043萬t，2025年新能源汽車節(jié)約油量約5 382萬t(1 t油料按1 300 L換算)。

2.2 新能源汽車污染物減排效果

鋰電汽車本身是零排放的，發(fā)展電動汽車可以大大減少有害氣體排放[13]。環(huán)保部公布數(shù)據(jù)顯示，2014年，全國機(jī)動車排放污染物4 547.3萬t，其中氮氧化物627.8萬t，顆粒物57.4萬t，碳?xì)浠衔?28.4萬t，一氧化碳3 433.7萬t。根據(jù)公安部發(fā)布的數(shù)據(jù)，2014年中國汽車總保有量15 400萬輛。

2020年，全國汽車保有量為2.55億輛；2025年，全國汽車保有量為3.3億輛。2020年，全國新能源汽車保有量為632萬輛；2025年，全國新能源汽車保有量為3 262萬輛。據(jù)此，可推斷出2020年，全國汽車的污染物排放總量約7 529.6萬t，其中氮氧化物1 040萬t，顆粒物95萬t，碳?xì)浠衔?09.4萬t，一氧化碳5 685.7萬t；新能源汽車可減少的污染物排放總量約186.5萬t，占全國汽車污染物排放總量的2.5%，其中氮氧化物25.7萬t，顆粒物2.4萬t，碳?xì)浠衔?7.6萬t，一氧化碳140.8萬t。2025年，全國汽車污染物排放總量約9 744.2萬t，其中氮氧化物1 345.3萬t，顆粒物123萬t，碳?xì)浠衔?18萬t，一氧化碳7 357.9萬t；新能源汽車可減少污染物排放總量約963.1萬t，占全國汽車污染物排放總量的9.9%，其中氮氧化物133萬t，顆粒物12.2萬t，碳?xì)浠衔?0.7萬t，一氧化碳727.2萬t。

2.3 新能源汽車產(chǎn)能及關(guān)鍵原材料需求趨勢

2020年和2025年，中國新能源汽車的銷量將分別達(dá)到200萬輛和820萬輛，是2016年銷量50.7萬輛的約4倍和16倍。由于歷年來新能源汽車的產(chǎn)量與銷量基本相等，所以2020年和2025年中國新能源汽車的產(chǎn)量也將是2016年產(chǎn)量的4倍和16倍。這意味著未來7～8 a，中國新能源汽車的產(chǎn)能要急劇擴(kuò)張到目前產(chǎn)能的約16倍。

新能源汽車最關(guān)鍵的三個部件為動力電源、電機(jī)和動力轉(zhuǎn)化裝置，而動力電源又被稱為新能源汽車的“心臟”，這也是其與普通燃油汽車最大的區(qū)別。雖然現(xiàn)在市場上動力電源種類繁多，但是鋰電池由于體積小、質(zhì)量輕、循環(huán)壽命長、無污染等優(yōu)點(diǎn)逐漸在新能源汽車動力電源領(lǐng)域勝出。在新能源汽車發(fā)展的早期，電動汽車處于示范階段，安全性極為重要，主流產(chǎn)品通常采用LiFePO4作為正極材料。隨著對電動汽車?yán)m(xù)航里程要求的不斷提高，Li(NiCoMn)O2三元正極材料將會越來越多的被采用。

未來新能源汽車產(chǎn)量的急劇擴(kuò)張必然導(dǎo)致制造鋰電池所用原材料需求的迅猛增長，如鋰、鈷、鎳、石墨、稀土等。由于我國稀土儲量巨大，產(chǎn)能充足，可以有效應(yīng)對未來稀土需求的增長。因此，下面將重點(diǎn)分析新能源汽車對鋰、鈷、鎳、石墨的需求趨勢。假定新能源汽車全部采用鋰電池。

2.3.1 碳酸鋰

2015年，中國鋰資源儲量383萬t，消費(fèi)量為7.4萬t(表4)。以特斯拉為例，一輛新能源汽車用動力鋰電池的碳酸鋰用量大約在50～70 kg，據(jù)此計(jì)算，對應(yīng)2020年和2025年新能源汽車動力電源用碳酸鋰的需求量將分別達(dá)到10萬～14萬t和41萬～57萬t。

2.3.2 鈷

2015年，中國鈷資源儲量68萬t，消費(fèi)量為4.45萬t(表5)。三元正極材料中的三元指“鈷”、“鎳”和“錳”元素，鈷酸鋰電池的正極材料是鈷酸鋰LiCoO2，三元材料則是鎳鈷錳酸鋰Li(NiCoMn)O2。單車鈷消耗量在5～12 kg水平。據(jù)此計(jì)算，對應(yīng)2020年和2025年新能源汽車動力電源用鈷的需求量將分別達(dá)到1萬～2.4萬t和4.1萬～9.84萬t。

表4 2015年鋰資源儲量、產(chǎn)量、消費(fèi)量關(guān)鍵數(shù)據(jù)

數(shù)據(jù)來源：全球及中國產(chǎn)量、消費(fèi)量數(shù)據(jù)來自2016～2020年全球及中國碳酸鋰行業(yè)研究報告；中國儲量數(shù)據(jù)來自2015～2020年中國鋰礦市場運(yùn)行態(tài)勢與投資前景評估報告。

表5 2015年鈷資源儲量、產(chǎn)量、消費(fèi)量關(guān)鍵數(shù)據(jù)

數(shù)據(jù)來源：全球、中國產(chǎn)量數(shù)據(jù)來自世界金屬統(tǒng)計(jì)；中國消費(fèi)量數(shù)據(jù)來自中國有色金屬工業(yè)協(xié)會；中國儲量數(shù)據(jù)來自中國礦產(chǎn)資源報告2016。

2.3.3 鎳

2015年，中國鎳資源儲量1 116.6萬t，消費(fèi)量為96.45萬t(表6)。三元鋰電池的正極材料鈷鎳錳酸鋰同樣少不了鎳元素，由于鎳元素與鈷元素原子量相當(dāng)(鎳元素為58.69，鈷元素為58.93)，因此，根據(jù)鈷鎳在不同電池型號分子式中的占比，可以估算出一輛三元汽車所需要的鎳約為12～14 kg。我國當(dāng)前三元電池產(chǎn)品以333型為主。2015年上半年，我國主流電動車型中，約50%采用了三元鋰電池。

鎳在新能源汽車中的另一大應(yīng)用領(lǐng)域是鎳氫電池，鎳氫電池主要應(yīng)用在混合動力汽車(HEV)和消費(fèi)類電器產(chǎn)品兩大領(lǐng)域，在HEV領(lǐng)域占據(jù)90%以上的應(yīng)用份額。電動車時代網(wǎng)數(shù)據(jù)顯示，鎳氫電池中，鎳含量占55%，以豐田普銳斯為例，一輛混合動力汽車的鎳用量大約為8.5 kg。目前，我國混合動力汽車占新能源汽車的比例約為20%。

據(jù)此計(jì)算，對應(yīng)2020年和2025年新能源汽車動力電源用鎳的需求量將分別達(dá)到1.5萬～1.7萬t和6.3萬～7.1萬t。

2.3.4 石墨

2015年，中國石墨資源儲量2.6億t，消費(fèi)量為61.4萬t(表7)。自動力電池市場爆發(fā)以來，相比于其他關(guān)鍵材料而言，負(fù)極材料價格相對穩(wěn)定，技術(shù)路線以石墨類為主，不存在很大的爭議。目前負(fù)極材料主要以天然石墨和人造石墨為主，兩者性能有著各自的優(yōu)缺點(diǎn)，應(yīng)用領(lǐng)域也有所不同。中國電池網(wǎng)數(shù)據(jù)顯示，以動力鋰電池為例，一輛新能源汽車大約需要40 kg負(fù)極材料。據(jù)此計(jì)算，對應(yīng)2020年和2025年新能源汽車動力電源用石墨的需求量將分別達(dá)到8萬t和32.8萬t。

表6 2015年鎳資源儲量、產(chǎn)量、消費(fèi)量關(guān)鍵數(shù)據(jù)

數(shù)據(jù)來源：全球產(chǎn)量、中國產(chǎn)量及消費(fèi)量數(shù)據(jù)來自世界金屬統(tǒng)計(jì)；中國儲量數(shù)據(jù)來自中國礦產(chǎn)資源報告2016。

表7 2015年石墨資源儲量、產(chǎn)量、消費(fèi)量關(guān)鍵數(shù)據(jù)

數(shù)據(jù)來源：全球產(chǎn)量、中國產(chǎn)量及消費(fèi)量數(shù)據(jù)來自2016年中國石墨資源調(diào)查報告；中國儲量數(shù)據(jù)來自中國礦產(chǎn)資源報告2016。

3 綜合分析

我國能源資源的基本國情是“富煤、缺油、少氣”，我國是世界上第二大原油消費(fèi)國，并且最近已經(jīng)取代美國成為世界上最大的原油進(jìn)口國。目前國內(nèi)石油消費(fèi)市場對進(jìn)口石油的依存度已經(jīng)超過了60%。同時，我國煤炭資源豐富，儲量位列全球前茅，全國發(fā)電量又以“煤電”占主導(dǎo)地位，煤炭發(fā)電占總發(fā)電量的75%左右。發(fā)展新能源汽車(尤其是純電動汽車)可以解決“缺油、少氣”帶來的問題，加之電力來源立足煤炭，因此是國家“揚(yáng)長避短”考慮的結(jié)果，是應(yīng)對我國能源安全問題的明智之舉。因此，雖然新能源汽車目前面臨一些問題，但是國家推動新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展的大方向不會改變。

新能源汽車保有量的不斷增長，雖然可以一定程度減少我國油料的消耗，降低大氣污染物的排放，但是短期內(nèi)(2025年之前)其節(jié)約油料消耗、降低大氣污染物排放的作用不大。但從長遠(yuǎn)看，隨著太陽能、風(fēng)能、水電、核能、生物質(zhì)能等能源利用比重的逐步提升，新能源汽車的整體節(jié)能減排效果將逐步彰顯。

值得注意的是，新能源汽車產(chǎn)量爆發(fā)式增長，對未來我國稀土、鎳、石墨資源的供需形勢影響不大，但會對鋰、鈷資源的供需形勢產(chǎn)生重要影響。在國內(nèi)，有必要加強(qiáng)鋰、鈷資源的勘查與開發(fā)，加大科技研發(fā)投入，延長鋰、鈷深加工產(chǎn)業(yè)鏈，加大對鋰、鈷二次資源的回收利用；在國外，應(yīng)對鋰、鈷資源全產(chǎn)業(yè)鏈進(jìn)行提前布局，推動企業(yè)“走出去”拓展境外鋰、鈷資源基地，重視未來海洋鈷礦產(chǎn)開發(fā)，強(qiáng)化全球資源配置。

4 結(jié) 論

2020年和2025年，中國新能源汽車產(chǎn)銷量分別為200萬輛和820萬輛，保有量分別為632萬輛和3 262萬輛。雖然近年來中國新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，但是短期內(nèi)(2025年之前)，新能源汽車保有量的增長對節(jié)約油料消耗、降低大氣污染物排放的作用不大。新能源汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展將對未來我國鋰、鈷資源的供需形勢產(chǎn)生重要影響。我國有必要加強(qiáng)鋰、鈷資源的勘查與開發(fā)，并在全球?qū)︿嚒⑩捹Y源全產(chǎn)業(yè)鏈進(jìn)行提前布局，有效支撐新能源汽車產(chǎn)業(yè)的穩(wěn)健發(fā)展，保障中國鋰、鈷資源的供應(yīng)安全。

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AnalysisoftheresourceandenvironmenteffectbasedonChina’snewenergyvehicledevelopmentplan

WEN Bojie1,2,3

(1.Institute of Mineral Resources,Chinese Academy of Geological Sciences,Beijing 100037,China;2.MLR Key Laboratory of Metallogeny and Mineral Assessment,Beijing 100037,China;3.Research Centerfor Strategy of Global Mineral Resources,Chinese Academy of Geological Sciences,Beijing 100037,China)

In order to clarify resources and environmental effects of the future development of China’s new energy vehicle industry,this paper carries on the statistical analysis about the historical data of China’s automobile production and sales volume,the new energy vehicle production and sales volume.Then we predicts the future trend through trend analysis method,analyses the effect of reducing oil consumption and air pollutant emissions,and discusses the impact of the development of new energy vehicle industry on the supply and demand of Lithium,Cobalt,Nickel,Graphite and Rare Earth resources in China.The results show sales will be 2 million and 8.2 million in 2020 and 2025,respectively.In 2020 and 2025,the holdings will be 6.32 million and 32.62 million,respectively.The development of China’s new energy vehicle industry has little effect on saving oil consumption and reducing air pollutant emissions in the short term (before 2025).The explosive growth of new energy vehicles will have an important impact on the future supply and demand for lithium and cobalt resources in China.It is crucial to strengthen the lithium and cobalt resources exploration and development,and carry out advanced layout around the all industry chain of the global lithium and cobalt resources to support the steady development of new energy automotive industry and protect supply security of China’s lithium and cobalt resources.

new energy vehicle；car ownership prediction；environmental effects；lithium；cobalt

X820.6；F407.1

A

1004-4051(2017)10-0076-05

2017-06-10責(zé)任編輯宋菲

中國地質(zhì)調(diào)查局地質(zhì)調(diào)查項(xiàng)目資助(編號：121201103000150014；121201103000150015)

文博杰(1986-)，男，河北石家莊人，助理研究員，主要從事資源經(jīng)濟(jì)與資源戰(zhàn)略研究，E-mail：wenbj@cags.ac.cn。