新能源汽車(chē)的未來(lái)：謹(jǐn)慎樂(lè)觀

文/能源基金會(huì) 龔慧明 陳健華 辛焰 趙芮

中國(guó)的新能源汽車(chē)（包括純電動(dòng)汽車(chē)、插電式混合動(dòng)力汽車(chē)、燃料電池汽車(chē)）發(fā)展經(jīng)過(guò)持續(xù)的努力，隨著純電驅(qū)動(dòng)路線的明確和聚焦，純電動(dòng)和插電式混合動(dòng)力汽車(chē)在輕型車(chē)領(lǐng)域，即將進(jìn)入基本商業(yè)化和完全市場(chǎng)化階段，純電動(dòng)在中重型車(chē)城市應(yīng)用場(chǎng)景（比如公交）和政策激勵(lì)下，即將迎來(lái)快速發(fā)展，但燃料電池汽車(chē)和中重型純電動(dòng)汽車(chē)中長(zhǎng)途應(yīng)用，仍需要時(shí)間驗(yàn)證。

純電動(dòng)汽車(chē)未來(lái)發(fā)展

電池技術(shù)不斷快速進(jìn)步和市場(chǎng)接受度逐步提高，保障了純電動(dòng)汽車(chē)的市場(chǎng)發(fā)展。電池作為純電動(dòng)汽車(chē)最關(guān)鍵的零部件之一，是純電動(dòng)汽車(chē)無(wú)論從成本角度還是功能角度與傳統(tǒng)燃油車(chē)競(jìng)爭(zhēng)的關(guān)鍵?；谥袊?guó)電池領(lǐng)軍企業(yè)寧德時(shí)代的相關(guān)數(shù)據(jù)（如圖1所示），從2014年到2018年的5年時(shí)間內(nèi)，電池單體的能量提高了63%，而同期對(duì)應(yīng)的成本則下降了51%。以100公斤電池為例，2018年相比2014年，由于技術(shù)進(jìn)步促使車(chē)輛行駛里程提高了63%，而成本降低了21%。從市場(chǎng)情況來(lái)看，以純電動(dòng)乘用車(chē)為例，盡管補(bǔ)貼退坡，終端市場(chǎng)銷(xiāo)售價(jià)格并未出現(xiàn)明顯增加，而車(chē)型的行駛里程則明顯提高。相比早期的100公里至200公里為主車(chē)型，當(dāng)前新推出的車(chē)型已是以300公里至500公里為主。

基于技術(shù)發(fā)展，國(guó)家制定了更加宏偉的目標(biāo)以反映并引導(dǎo)電池技術(shù)進(jìn)步（如圖2所示）。如果這些目標(biāo)得以實(shí)現(xiàn)，2025年的車(chē)型將比2018年的車(chē)型在里程上增加50%左右，而成本將基本保持不變。也就是說(shuō)未來(lái)10萬(wàn)元至30萬(wàn)元的價(jià)格，將能夠購(gòu)買(mǎi)行駛里程在500公里至800公里左右的純電動(dòng)汽車(chē)。

圖1 電池比能量與成本變化

圖2 電池比能量和成本目標(biāo)

電池的壽命和劣化是消費(fèi)者普遍關(guān)心的一個(gè)重要問(wèn)題，其不僅僅關(guān)系到車(chē)輛后期的性能，也影響到車(chē)輛的殘值，并進(jìn)一步影響到新車(chē)的市場(chǎng)接受度。特斯拉的幾款車(chē)型全球累計(jì)銷(xiāo)量最大并且使用最久。研究發(fā)現(xiàn)，松下為其提供的的單體電池循環(huán)1200次后仍然可以達(dá)到出廠容量的95%，這大致相當(dāng)于車(chē)輛行駛大約48萬(wàn)公里的結(jié)果。這意味著以每年行駛2萬(wàn)公里計(jì)算，特斯拉車(chē)主在連續(xù)開(kāi)24年后電池容量也不會(huì)出現(xiàn)大幅下降。根據(jù)286位特斯拉Model S車(chē)主的實(shí)際使用情況統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，即使在行駛20萬(wàn)公里之后，續(xù)駛里程還能保持初始續(xù)駛里程的90%至95%（如圖3所示）。也就是說(shuō)，未來(lái)純電動(dòng)乘用車(chē)在生命周期內(nèi)并不需要更換電池，并且車(chē)輛淘汰報(bào)廢后留下的舊電池應(yīng)該還可應(yīng)用于儲(chǔ)能行業(yè)。

圖3 特斯拉Model S車(chē)型電池劣化

圖4 純電動(dòng)與汽油乘用車(chē)綜合經(jīng)濟(jì)性對(duì)比

從近中期的角度來(lái)看，固態(tài)電池技術(shù)的進(jìn)步和商業(yè)化應(yīng)用將是影響純電動(dòng)汽車(chē)發(fā)展的關(guān)鍵因素。全固態(tài)鋰離子電池目前已經(jīng)具有產(chǎn)業(yè)化前景，預(yù)期將在2020年前后，其能量密度技術(shù)上達(dá)到每千克400瓦時(shí)至500瓦時(shí)，并在2025年至2030年之間實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)。個(gè)別公司的計(jì)劃甚至更早，豐田公司盡管一直在全球推進(jìn)燃料電池汽車(chē)的發(fā)展，但最近也開(kāi)始加強(qiáng)在純電動(dòng)汽車(chē)方面的研發(fā)和投入，其全固態(tài)鋰離子電池預(yù)計(jì)在2022年開(kāi)展商品化工作。全固態(tài)鋰離子電池在提高能量密度的同時(shí)，其壽命、安全性都有大幅提高，而成本依然可控制在每瓦時(shí)1元以下。這項(xiàng)技術(shù)的成熟和規(guī)?；瘧?yīng)用，將奠定純電動(dòng)汽車(chē)與傳統(tǒng)燃油車(chē)全面競(jìng)爭(zhēng)的基礎(chǔ)。

基于中國(guó)汽車(chē)技術(shù)研究中心的研究，考慮制造（購(gòu)買(mǎi)）成本、財(cái)稅、使用及便利性預(yù)期等因素后，純電動(dòng)乘用車(chē)與汽油乘用車(chē)的綜合成本可在2025年至2030年間大致持平（如圖4所示）。澎湃新能源財(cái)經(jīng)發(fā)布的2018年電動(dòng)汽車(chē)展望，更是認(rèn)為到2024年純電動(dòng)乘用車(chē)即便沒(méi)有補(bǔ)貼也在購(gòu)置成本上與傳統(tǒng)車(chē)輛實(shí)現(xiàn)競(jìng)爭(zhēng)；并且隨著電池價(jià)格進(jìn)一步下降，到2029年在更多細(xì)分市場(chǎng)純電動(dòng)車(chē)輛將實(shí)現(xiàn)與傳統(tǒng)車(chē)輛的競(jìng)爭(zhēng)。

以充電基礎(chǔ)設(shè)施為代表的關(guān)鍵障礙，將決定未來(lái)純電動(dòng)汽車(chē)的發(fā)展。盡管從電池技術(shù)、成本、市場(chǎng)可選擇車(chē)型、消費(fèi)者接受意愿等角度都發(fā)現(xiàn)純電動(dòng)汽車(chē)未來(lái)發(fā)展比較樂(lè)觀，但是充電基礎(chǔ)設(shè)施是純電動(dòng)汽車(chē)發(fā)展的根本保障。如果充電技術(shù)和基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)不能提供有效的配套保障，長(zhǎng)期必然將影響到純電動(dòng)汽車(chē)的發(fā)展。國(guó)家盡管制定了充電基礎(chǔ)設(shè)施發(fā)展目標(biāo)（如圖7所示），但實(shí)際進(jìn)展情況遠(yuǎn)遠(yuǎn)滯后于目標(biāo)（如圖8所示）。截至2018年4月，私人充電樁建設(shè)相比目標(biāo)僅僅完成了10%，公共充電樁方面盡管相對(duì)較好，完成了52%，但這和國(guó)務(wù)院要求的“以用戶居住地停車(chē)位、單位停車(chē)場(chǎng)、公交及出租車(chē)場(chǎng)站等配建的專用充電設(shè)施為主體”反差巨大。一方面，已經(jīng)建成的公用充電樁利用率非常低，基本無(wú)法實(shí)現(xiàn)支持可持續(xù)發(fā)展的商業(yè)盈利。國(guó)家能源局副局長(zhǎng)劉寶華表示，公共充電樁利用率僅為15%。另一方面，由于對(duì)長(zhǎng)途出行中途充電的顧慮，開(kāi)電動(dòng)車(chē)長(zhǎng)途出行的情況不會(huì)太多，這也降低了對(duì)公用充電樁充電的需求。此外，公用充電樁服務(wù)可靠性的問(wèn)題，包括設(shè)備損壞不能及時(shí)維修、充電接口協(xié)議和支付方式不統(tǒng)一、被傳統(tǒng)車(chē)占位等，也很大程度影響到使用。

圖5 中國(guó)新能源汽車(chē)產(chǎn)銷(xiāo)量中純電動(dòng)汽車(chē)占比（2014年至2017年）

圖6 上海新能源乘用車(chē)市場(chǎng)數(shù)據(jù)

圖7 中國(guó)2020年充電基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)目標(biāo)

圖8 中國(guó)充電樁建設(shè)進(jìn)展（截至2018年4月）

影響純電動(dòng)汽車(chē)發(fā)展的設(shè)施因素

純電動(dòng)汽車(chē)發(fā)展需要結(jié)合智能電網(wǎng)和可再生能源的發(fā)展才能更加凸顯其發(fā)展的重大意義?？稍偕茉矗ㄖ饕革L(fēng)電和光伏發(fā)電）發(fā)電的波動(dòng)性和時(shí)效性對(duì)電網(wǎng)的運(yùn)行管理帶來(lái)很大挑戰(zhàn)，純電動(dòng)汽車(chē)充電如果不能得到有效管理，將進(jìn)一步加劇對(duì)電網(wǎng)穩(wěn)定的沖擊。峰谷電價(jià)和更進(jìn)一步的靈活動(dòng)態(tài)電價(jià)機(jī)制，將有助于引導(dǎo)充電行為，在智能電網(wǎng)的支持下實(shí)現(xiàn)電動(dòng)汽車(chē)的有序充電，降低電網(wǎng)沖擊，吸納可再生能源發(fā)電，并幫助電網(wǎng)實(shí)現(xiàn)削峰填谷的負(fù)荷管理，減少建設(shè)新的發(fā)電廠和降低低效高排放電廠的使用。但是，當(dāng)前充電基礎(chǔ)設(shè)施規(guī)劃建設(shè)與智能電網(wǎng)、可再生能源發(fā)電、城市規(guī)劃等方面的有機(jī)協(xié)調(diào)還需要大幅改進(jìn)。

此外，大功率充電樁技術(shù)將很大程度上影響到未來(lái)私人在居住地、工作場(chǎng)所慢充為主，還是公共場(chǎng)所快充為主的充電商業(yè)模式發(fā)展。如果政府不能系統(tǒng)全面地大力推進(jìn)居住地、工作場(chǎng)所充電樁建設(shè)，私人消費(fèi)者將不得不選擇公用、快速的大功率充電，這一方面將降低電動(dòng)車(chē)的經(jīng)濟(jì)吸引力，另一方面由于大功率快速充電導(dǎo)致電動(dòng)汽車(chē)不但無(wú)法作為電網(wǎng)的調(diào)峰調(diào)谷資源，反而會(huì)對(duì)電網(wǎng)的穩(wěn)定性產(chǎn)生影響。當(dāng)前在大功率快速充電方面，國(guó)際上主要國(guó)家已經(jīng)開(kāi)始邁向350千瓦以實(shí)現(xiàn)10分鐘至15分鐘的快充技術(shù)，我國(guó)主要在使用50千瓦的快充技術(shù)，并嘗試建立120千瓦的快充服務(wù)。

由于技術(shù)特性，不同于傳統(tǒng)汽車(chē)可利用內(nèi)燃機(jī)燃燒排氣高溫余熱即可有效供暖且不明顯增加額外能耗，純電動(dòng)汽車(chē)需要專門(mén)配置電源熱泵以保障冬季供暖，這將顯著增加額外的電耗并降低行駛里程。此外，冬季電池低溫化學(xué)惰性、制動(dòng)能量回收降低也導(dǎo)致行駛里程減少。

純電動(dòng)技術(shù)在中重型車(chē)中長(zhǎng)途運(yùn)輸?shù)膽?yīng)用也還將比較困難。盡管增加電池即可提高里程，但由于電池重量的增加，整車(chē)裝載能力、車(chē)輛能效、充滿電所需時(shí)間、車(chē)輛價(jià)格都將帶來(lái)制約。即便如特斯拉電動(dòng)卡車(chē)Semi能實(shí)現(xiàn)實(shí)際行駛800公里，高達(dá)5噸的電池、350千瓦大功率充電長(zhǎng)達(dá)30個(gè)小時(shí)的充電時(shí)間，也將妨礙其實(shí)際的市場(chǎng)推廣和應(yīng)用。這個(gè)方向的電動(dòng)化仍需要時(shí)間等待電池技術(shù)的進(jìn)一步突破和大功率快速充電技術(shù)的發(fā)展，這將是一個(gè)逐步替代的過(guò)程。

電動(dòng)汽車(chē)的環(huán)境影響問(wèn)題也備受關(guān)注。隨著電池技術(shù)進(jìn)步、電網(wǎng)的清潔化、傳統(tǒng)車(chē)節(jié)能減排接近技術(shù)和成本瓶頸，純電動(dòng)汽車(chē)節(jié)能減排效果毋庸置疑。純電動(dòng)乘用車(chē)在替代石油、降低溫室氣體排放方面作用明顯。盡管某些空氣污染物（如二氧化硫）排放可能會(huì)增加，但考慮到人群密集區(qū)呼吸高度的汽車(chē)排放與遠(yuǎn)距離電廠的高空排放，從對(duì)人體健康影響的角度來(lái)看，純電動(dòng)汽車(chē)依然更加有利。電池報(bào)廢和回收再利用可能帶來(lái)的環(huán)境影響現(xiàn)在還很難分析，電池技術(shù)進(jìn)步可能使純電動(dòng)汽車(chē)生命周期內(nèi)不再需要更換電池；淘汰下來(lái)的電池還有很大梯次利用空間，但梯次利用的商業(yè)模式當(dāng)前還不明確；電池最終報(bào)廢和回收再利用也還存在管理、技術(shù)、商業(yè)模式的不確定性。

插電式混合動(dòng)力和燃料電池汽車(chē)發(fā)展還存在較大不確定性

插電式混合動(dòng)力汽車(chē)未來(lái)將更多交給市場(chǎng)。插電式混合動(dòng)力同時(shí)具備內(nèi)燃機(jī)和電池電機(jī)兩套系統(tǒng)。由于系統(tǒng)復(fù)雜性，其成本很難降低，故往往應(yīng)用在中大型中高端車(chē)型，對(duì)消費(fèi)者而言可供選擇的車(chē)型不多。另外，內(nèi)燃機(jī)的存在也不能實(shí)現(xiàn)車(chē)輛的全部使用過(guò)程零排放。

從全國(guó)來(lái)看，大部分插電式混合動(dòng)力汽車(chē)一方面獲得了新能源汽車(chē)的補(bǔ)貼，但另一方面卻在作為燃油車(chē)使用，沒(méi)有實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排的效果。考慮到未來(lái)空氣污染防治將日益成為驅(qū)動(dòng)電動(dòng)車(chē)發(fā)展的動(dòng)力，純電動(dòng)汽車(chē)競(jìng)爭(zhēng)力日益提高，財(cái)政補(bǔ)貼逐步退出，插電式混合動(dòng)力汽車(chē)由于上述技術(shù)和產(chǎn)品特點(diǎn)，以及實(shí)際效果的局限性，市場(chǎng)前景將完全交給消費(fèi)者選擇而不應(yīng)再享受政策紅利影響，其發(fā)展將出現(xiàn)很大不確定性。

燃料電池汽車(chē)仍需時(shí)間檢驗(yàn)。燃料電池汽車(chē)今后10年左右仍然將獲得穩(wěn)定的財(cái)政補(bǔ)貼，同時(shí)由于純電動(dòng)汽車(chē)暫時(shí)在技術(shù)方面還面臨一些應(yīng)用上的瓶頸，其發(fā)展將會(huì)出現(xiàn)加速。為避免與純電動(dòng)汽車(chē)的競(jìng)爭(zhēng)沖突，燃料電池汽車(chē)的發(fā)展將優(yōu)先彌補(bǔ)當(dāng)前純電動(dòng)汽車(chē)汽車(chē)發(fā)展面臨的一些短板，比如低溫環(huán)境和中重型中長(zhǎng)途應(yīng)用場(chǎng)景，并且可能出現(xiàn)燃料電池與純電動(dòng)雙電混合系統(tǒng)應(yīng)用。但燃料電池汽車(chē)面臨的挑戰(zhàn)將不僅僅是車(chē)輛技術(shù)本身，更關(guān)鍵的在于整個(gè)氫氣能源系統(tǒng)，包括從氫氣的生產(chǎn)、儲(chǔ)存、運(yùn)輸、加注等多方面的技術(shù)和經(jīng)濟(jì)性挑戰(zhàn)。理論上來(lái)說(shuō)存在多種氫氣的來(lái)源，包括工業(yè)副產(chǎn)氫、天然氣重整制氫、煤化工制氫、電解水制氫等，但從供應(yīng)規(guī)模和穩(wěn)定性、成本經(jīng)濟(jì)性、環(huán)境效益和能源效率等多方面考慮，可能還會(huì)面臨很多問(wèn)題。

中國(guó)發(fā)展新能源汽車(chē)的有利與不利條件