中國車用能源需求和關(guān)鍵材料資源可獲性分析

彭天鐸 ，袁志逸 ，袁杰輝 ，朱旭峰，歐訓民

（1. 清華大學現(xiàn)代管理研究中心，北京 100084；2. 清華大學能源環(huán)境經(jīng)濟研究所，北京 100084；3. 清華大學中國車用能源研究中心，北京 100084；4. 清華大學公共管理學院，北京 100084）

一、前言

目前，中國已成為全球汽車市場規(guī)模增長最快的地區(qū)之一，也已成為全球最大的汽車消費國和生產(chǎn)國，車用成品油等能源消耗規(guī)模逐年上升，近年呈現(xiàn)出快速增長的態(tài)勢，車用能源問題已成為中國汽車發(fā)展戰(zhàn)略、能源發(fā)展戰(zhàn)略中的一個重要問題[1]。在汽車生產(chǎn)過程中，關(guān)鍵部件、車體、電池、電機等制造需要消耗大量的礦產(chǎn)資源，以碳鋼、鎂、鋁、鋰、稀土、鉑等為代表的礦產(chǎn)資源儲備、產(chǎn)能、技術(shù)水平狀況對汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要性將日益凸顯。為了積極應對汽車工業(yè)快速發(fā)展所面臨的能源和資源問題，需要對中國車用能源和資源的利用現(xiàn)狀、未來面臨的挑戰(zhàn)及發(fā)展路徑等進行綜合研究。

二、中國汽車保有量現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢

隨著經(jīng)濟的快速發(fā)展，中國人民生活水平已有了長足的進步，汽車普及率也一路走高，2016年，汽車產(chǎn)銷量創(chuàng)歷史新高，分別達到2 811.9萬輛和2 802.8萬輛，連續(xù)8年位居全球第一，汽車保有量達到1.94億量[2]，千人汽車保有量達到142輛。如果以人均國內(nèi)生產(chǎn)總值（人均GDP）作為衡量經(jīng)濟發(fā)展水平的指標，從世界各主要國家經(jīng)濟發(fā)展水平與汽車保有量的發(fā)展走勢來看，隨著經(jīng)濟發(fā)展，汽車普及率的上升是必然趨勢。相比于發(fā)達國家，中國的人均GDP和汽車普及率均處于較低的水平，家庭轎車（即私家乘用車）尚未大規(guī)模普及，千人汽車保有量僅約為1921年美國和1975年日本的水平，隨著人均GDP的提高，未來汽車保有量還將有較大的增長空間。

民用汽車可細分為乘用車、大型客運汽車和貨運汽車三類。一般來說，一個國家或地區(qū)的未來汽車保有量水平與社會經(jīng)濟、人口和城鎮(zhèn)化密切相關(guān)。歷史數(shù)據(jù)和國際經(jīng)驗表明，乘用車保有量與人均GDP的關(guān)系近似呈“S型”曲線的形狀，可以采用Gompertz曲線方程進行預測，大型客運汽車和貨運汽車的保有量主要和經(jīng)濟總量相關(guān)，可采用彈性系數(shù)法對中國未來大型客運和貨運汽車保有量增長情況進行分析[3]。

基于以上方法，清華大學中國車用能源研究中心開發(fā)了中國汽車保有量預測模型。該模型計算結(jié)果顯示，我國民用汽車保有量將持續(xù)增長，乘用車保有量到2030年可達到3.8億～4.2億輛，2050年達到5億～6億輛；大型客運汽車、貨運汽車保有量將在2040年分別達到440萬輛和3 750萬輛的峰值水平，繼而有所下降，至2050年分別達到430萬輛和3 680萬輛。綜合以上預測結(jié)果，中國汽車保有量到2030年將達到4.2億～4.6億輛，到2050年將達到5.4億～6.4億輛（見圖1），2030年和2050年的千人汽車保有量分別約為300輛和400輛。

三、中國車用能源消費現(xiàn)狀和需求分析

汽車保有量急劇增加引起了車用燃料消耗量的快速增長，并逐步成為石油能源消耗的主體，除少量替代用燃料之外，目前中國車用燃料仍然來自于石油煉制的汽油和柴油。2016年，中國石油表觀消費總量約為5.56×108t，全年汽油消費總量為1.19×108t、柴油消費總量為1.63×108t [4]，交通領域石油消費占比接近50%，其中近80%被汽車所消耗。自產(chǎn)石油能力近年來保持在2×108t左右。車用燃油隨著汽車保有量的增長而迅速增長，帶動了石油對外依存度持續(xù)上升，2016年石油對外依存度達到64.4% [4]。未來中國汽車保有量將進一步提升，車用燃料供需矛盾將進一步凸顯。需要多渠道尋找和形成多元化的車用能源供應方式，降低汽車對汽柴油的依賴程度，保障石油安全。

（一）不考慮新能源汽車大規(guī)模發(fā)展和燃料替代的車用成品油需求預測

圖1 我國汽車保有量預測（2015—2050）

如果不考慮新能源汽車大規(guī)模發(fā)展和燃料替代的作用，假設未來汽車技術(shù)仍以傳統(tǒng)內(nèi)燃機動力為主、電動化率并無顯著提升，那么即使考慮汽車燃油經(jīng)濟性水平持續(xù)改善、乘用車使用強度降低、繼續(xù)優(yōu)化公共客運和大力改進貨運車隊管理等影響因素，短期來看，中國車用成品油需求量仍呈持續(xù)增長的趨勢。未來道路交通中乘用車保有量的增長是汽油消費量增長的主要驅(qū)動力。2020年汽油消費將達到 1.88×108～1.98×108toe（tons of oil equivalent，噸油當量），預計在2030年左右達到峰值 2.35×108～2.60×108toe，在運輸結(jié)構(gòu)優(yōu)化、強度降低及能效提高等共同作用下，2050年可降至1.86×108～2.27×108toe。目前柴油主要消費在道路營運客車和貨運中，其需求與經(jīng)濟轉(zhuǎn)型和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整之間關(guān)系密切。按當前的發(fā)展情況來看，增加的貨運周轉(zhuǎn)量所帶來的柴油消費增加，可被能效提高所補償，未來柴油的消費量增速放緩，2020年達到 1.62×108～1.70×108toe，預計 2030年前后達到峰值 1.60×108～1.77×108toe，2050年可降至1.32×108～1.62×108toe。綜合以上預測結(jié)果，2020年、2030年、2050年中國車用成品油需求分別達到3.50×108～3.68×108toe、3.95×108～4.37×108toe、3.18×108～3.89×108toe。

（二）新能源汽車的發(fā)展和燃料替代對車用成品油替代效果

新能源汽車使用電機驅(qū)動，能量轉(zhuǎn)化效率高，能夠有效降低石油資源消耗量，是實現(xiàn)燃料替代、節(jié)約能源的有效途徑。在政策的大力推動下，中國新能源汽車發(fā)展形勢喜人，2016年年銷量已突破50萬輛，居世界第一位[5]，根據(jù)《節(jié)能與新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃（2012—2020）》，力爭到2020年新能源汽車累積產(chǎn)銷量達到500萬輛[6]。隨著新能源汽車技術(shù)進步、成本下降及基礎設施的不斷完善，新能源汽車市場份額將快速增長，電動汽車將逐步替代部分乘用車和大型客車，燃料電池汽車將逐步替代部分乘用車和部分大型客運和貨運汽車。如果新能源汽車得到大力發(fā)展，根據(jù)模型測算結(jié)果，2020年、2030年、2050年將可分別替代成品油9.33×106toe、5.71×107toe、1.87×108toe左右。新能源汽車大力發(fā)展時的占比，如表1所示。

發(fā)展天然氣汽車，對改善目前交通部門的能源結(jié)構(gòu)、實現(xiàn)汽車燃料結(jié)構(gòu)的多樣化、低碳化轉(zhuǎn)型有著重要意義，《節(jié)能與新能源汽車技術(shù)路線圖》重點提出了適度推動以天然氣為主的替代燃料商用車穩(wěn)定發(fā)展[7]。2015年，中國天然氣汽車保有量約為500萬輛，位居世界第一，替代了約1.5×107t汽油和8×106t柴油的消費[4]。隨著國家對天然氣汽車的逐步重視，未來天然氣汽車的成品油替代作用將愈加顯著。在這種情景下，預測2020年減少成品油消費量4.4×107toe左右；2030年之后，受新能源汽車、其他液體燃料等發(fā)展的影響，天然氣汽車增長速度減緩，2050年其替代成品油消費量預計為4.3×107toe左右。

其他液體燃料如燃料乙醇、生物柴油等生物燃料，燃料甲醇、煤制油等煤基燃料具有明顯的石油替代效應，能夠降低車用燃料對石油的依賴。2015年，液體燃料替代成品油約8.45×106t [4]，隨著替代燃料的使用范圍不斷拓寬，根據(jù)我國能源結(jié)構(gòu)、國家相關(guān)能源發(fā)展規(guī)劃及鼓勵政策，結(jié)合各種替代燃料的發(fā)展態(tài)勢，近中期生物燃料、煤制油等將獲得進一步推廣，液體燃料使用量保持上升的趨勢不變。遠期來看，受技術(shù)、原料以及新能源汽車發(fā)展的影響，其消耗量增長趨勢變緩，2050年預計可替代成品油約3.3×107t。大力發(fā)展燃料替代與新能源汽車對汽車成品油需求削減量的貢獻情況，如圖2所示。

表1 新能源汽車大力發(fā)展時的占比 %

四、中國車用礦產(chǎn)資源利用形勢和發(fā)展趨勢

（一）車用鋼材供應充足，高強度鋼前景樂觀

未來一段時期內(nèi)，鋼材仍將是中國汽車車體制造、零部件制造等方面的主要原材料。在汽車行業(yè)中，鋼材料在所有同類用途材料的使用率占比仍將保持在60%～70%，就目前產(chǎn)能而言，車用鋼材供應充足。隨著汽車輕量化趨勢的到來，高強度鋼材料也將成為汽車行業(yè)采用的主要材料，當前中國高強度鋼在汽車制造中的總體應用比例保持在50%左右，盡管應用比例與國外差別不大，但用鋼的強度級別與國外仍有一定差距，尤其是超高強度鋼用量很少[7]。隨著國內(nèi)對高強度鋼需求的提高，相關(guān)廠商正加大研發(fā)力度，努力提升技術(shù)水平和產(chǎn)品性能，未來車用高強度鋼的應用比例和強度級別將逐步提升。

（二）車用鎂資源量較低，產(chǎn)品性能有待提升

鎂合金鑄件是汽車輕量化的一種關(guān)鍵材料。發(fā)達國家平均每輛汽車使用的鎂合金約為10 kg，而中國平均不到1.5 kg [7]。根據(jù)技術(shù)路線圖，中國單車平均用鎂量在2020年、2025年、2030年分別達到15 kg、25 kg、45 kg，結(jié)合汽車產(chǎn)銷規(guī)模，預計當年在汽車產(chǎn)業(yè)上的鎂合金總量將分別達到4.5×105t、8.8×105t、1.71×106t。中國鎂合金加工產(chǎn)品在尺寸精度、內(nèi)在質(zhì)量及性能穩(wěn)定性方面相比國外仍有較大差距，性能仍有待提升。

圖2 大力發(fā)展燃料替代與新能源汽車對汽車成品油需求削減量的貢獻

（三）鋁資源對外依存度高，面臨多種挑戰(zhàn)

鋁合金是實現(xiàn)汽車輕量化的重要途徑。鋁是中國大宗緊缺礦種之一，截至2015年年底，查明儲量4.71×109t，僅居世界第7位，對外依存度超過40% [8]，進口比例過大導致我國鋁制品有關(guān)行業(yè)易受出口國政策影響。中國是鋁生產(chǎn)和消費大國，近年來鋁材的產(chǎn)量呈穩(wěn)定上升態(tài)勢，但與發(fā)達國家相比，平均每輛汽車的用鋁量為105 kg，較之于發(fā)達國家140～150 kg的水平仍有不小差距，預計到2030年將超過350 kg [7]。此外，當前國內(nèi)鋁行業(yè)能耗較高、排放較大、污染嚴重，鋁合金零部件技術(shù)性能有待提升，未來車用鋁合金的應用面臨許多挑戰(zhàn)。

（四）鋰資源供應不足，短期約束明顯

鋰離子電池的正極材料由鋰的氧化物制造而成，電池能量密度高、壽命周期長，是電動汽車動力電池的核心材料。2015年中國鋰資源已探明儲量約5.1×106t，位列全球第5位，但鹽湖型儲量超過80%，開采加工難度大，長期以來年開采量只占世界總量的5%，關(guān)鍵鋰材料和產(chǎn)品依賴國外進口[5]。隨著新能源汽車產(chǎn)業(yè)的興起，鋰資源下游需求將大幅增長，而上游鋰礦開發(fā)卻受制于資源、技術(shù)等因素，短期內(nèi)無法快速擴產(chǎn)來擴大供給，鋰產(chǎn)業(yè)亟待突破。

（五）稀土儲量豐富，供應能力充足

稀土是混合動力車和電動車所采用的電機和電池的關(guān)鍵原料，在新能源汽車制造過程中的作用無可替代。中國是世界稀土資源儲量大國，2015年總儲量約5.5×107t（以稀土氧化物REO計），占世界總儲量的44%，且具有礦種和稀土元素齊全、品位高及礦點分布合理等優(yōu)勢[5]，就目前產(chǎn)能而言，完全可以滿足新能源汽車未來的發(fā)展目標。按照稀土行業(yè)“十三五”規(guī)劃，未來合理開發(fā)、有序生產(chǎn)、高效利用、科技創(chuàng)新、協(xié)同發(fā)展的稀土行業(yè)新格局形成后，將為新能源汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展提供有力支撐[9]。

（六）鉑資源緊缺，長期制約凸顯

鉑族金屬主要應用于燃料電池和催化式排氣凈化器，是汽車產(chǎn)品中最昂貴的材料之一。中國是世界第一大鉑消費國，需求逐年增長，2013年消費量達73.1 t，而中國每年鉑族金屬礦產(chǎn)量只有2～3 t，遠遠不能滿足國內(nèi)需求，除再生資源回收外，進口成為滿足鉑族金屬需求的主要途徑[10]。鉑資源的匱乏和昂貴成本直接制約了燃料電池的大規(guī)模商業(yè)化應用，隨著中國汽車規(guī)模的不斷擴大，鉑使用量將不斷增加，鉑資源對外依賴程度將進一步提升。

五、政策建議

（一）明確技術(shù)路線圖，區(qū)分近中期和遠期戰(zhàn)略發(fā)展重點，分階段、多元化推進不同汽車技術(shù)路線

堅持發(fā)展電動汽車，兼顧高效發(fā)動機、混合動力汽車、替代燃料汽車、氫能和燃料電池方面的技術(shù)。同時，注重對技術(shù)交叉融合創(chuàng)新的引導，加強新能源汽車與可再生能源、智能電網(wǎng)、智能交通、智能互聯(lián)網(wǎng)的聯(lián)動和融合發(fā)展，進行較為系統(tǒng)性的政策設計。

（二） 加強新能源汽車基礎設施建設，做好頂層規(guī)劃，完善政策支持體系

新能源汽車發(fā)展與新型城鎮(zhèn)化建設、智能電網(wǎng)建設、交通樞紐規(guī)劃、區(qū)域經(jīng)濟規(guī)劃、通信網(wǎng)絡等互相融合。加快充電基礎設施建設，鼓勵中石化、中石油等油氣供應企業(yè)和社會資本進入充電基礎設施建設與服務領域。加大充電基礎設施建設財政補貼力度。

（三）著力進行輕量化材料制造領域產(chǎn)業(yè)升級，加大自主創(chuàng)新，提高產(chǎn)品性能

加快建立自主研發(fā)體系，采用產(chǎn)學合作的模式，加快開發(fā)新型的適合汽車輕量化需求的新產(chǎn)品。著力降低高強度鋼、鋁合金和鎂合金的生產(chǎn)制造過程中的污染物排放強度，提高產(chǎn)品應用的安全性，降低單位產(chǎn)品的生產(chǎn)成本。

（四）促進礦產(chǎn)資源的合理開發(fā)和有效利用，優(yōu)化相關(guān)礦產(chǎn)資源使用結(jié)構(gòu)，最大限度發(fā)揮我國礦產(chǎn)資源的經(jīng)濟和環(huán)境效益

“開源”與“節(jié)流”相結(jié)合，科學規(guī)劃國內(nèi)資源開發(fā)利用，積極開發(fā)利用境外礦產(chǎn)資源，開展國際合作。以“一帶一路”為發(fā)展契機，深入推進礦業(yè)合作，加大合作勘查、礦業(yè)投資，充分發(fā)揮沿路各方互補優(yōu)勢和合作潛力，促進礦產(chǎn)資源的開發(fā)利用，實現(xiàn)互利共贏。建立戰(zhàn)略礦產(chǎn)儲存制度，保證汽車行業(yè)長遠平穩(wěn)發(fā)展。加大科技攻關(guān)，降低技術(shù)成本，開發(fā)車用替代性材料，減少單車稀缺礦產(chǎn)品種的使用量。

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