石化行業(yè)應(yīng)對新能源汽車發(fā)展策略研究

魏志強

（中國石油化工股份有限公司煉油事業(yè)部，北京 100728）

發(fā)展新能源汽車是我國應(yīng)對氣候變化和推動綠色發(fā)展的戰(zhàn)略舉措，近年我國新能源汽車產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展，已經(jīng)成為世界新能源汽車大國。2020年發(fā)布的《新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃（2021-2035）》提出，到2035年電動汽車要成為新銷售車輛的主流，公共領(lǐng)域用車要全面電動化，燃料電池汽車要實現(xiàn)商業(yè)化應(yīng)用，將再次激發(fā)新能源汽車的發(fā)展熱潮。發(fā)展新能源汽車使得石化行業(yè)面臨嚴峻挑戰(zhàn)，一是影響汽柴油消費導(dǎo)致車用油品市場萎縮，部分煉油和銷售業(yè)務(wù)退出市場；二是化工材料需求提升，煉油企業(yè)向化工材料轉(zhuǎn)型，石化產(chǎn)業(yè)鏈或?qū)⒅厮?。科學(xué)研判新能源汽車對石化行業(yè)的影響，提出石化行業(yè)應(yīng)對新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展策略，為石化行業(yè)贏得轉(zhuǎn)型發(fā)展的關(guān)鍵窗口期，具有重要意義。

1 重視新能源汽車發(fā)展帶來的挑戰(zhàn)

1.1 新能源汽車產(chǎn)業(yè)高速發(fā)展

1.1.1 電動汽車

2020年，我國電動汽車保有量為451萬輛，居世界首位。2010-2015年，電動汽車處于市場培育期，2015年保有量和銷售量分別為32萬輛和25萬輛；2016年后，電動汽車進入市場的導(dǎo)入期，2020年的銷售量穩(wěn)定在110萬輛左右（見圖1）。

圖1 2009–2020年我國電動汽車保有量和銷售量趨勢

1.1.2 氫燃料電池汽車

2016-2019年，我國氫燃料電池汽車從629輛增至6 165輛，氫燃料電池汽車產(chǎn)業(yè)正在快速發(fā)展，與電動汽車相比，氫燃料電池汽車尚處于市場培育期。

1.2 新能源汽車對汽柴油消費的影響

2010-2020年，我國汽油消費以年均6.3%的增長率從約7 149萬噸增至13 200萬噸，其中柴油2015年達峰后呈下降趨勢，汽油增速也逐步放緩（見圖2）。

圖2 2010–2020年我國汽、柴油消費趨勢

2010-2016年，新能源汽車主要替代汽油消費，替代量從不足300噸增至42萬噸，之后逐步增長至2020年的202萬噸；柴油替代量2017-2020年分別為66萬噸、88萬噸、142萬噸和122萬噸（見圖3）。2018-2020年汽、柴油被替代的比例分別為1.0%、1.4%和1.1%。

圖3 新能源汽車對汽、柴油消費量的影響趨勢

2 正視新能源汽車發(fā)展中存在的問題

2.1 核心技術(shù)需要創(chuàng)新突破

整車一體化開發(fā)、核心零部件與關(guān)鍵技術(shù)提升是電動汽車需創(chuàng)新突破的核心技術(shù)，整車一體化開發(fā)的關(guān)鍵是研發(fā)電動汽車平臺[1]。大眾的MEB平臺、奔馳的EVA平臺是基于電動汽車特點全新開發(fā)，關(guān)注整車性能，具有長期競爭優(yōu)勢；而我國是基于燃油車平臺改造，更加關(guān)注車內(nèi)部空間和舒適性，但整體性和技術(shù)性相對落后[2-3]。核心零部件與關(guān)鍵技術(shù)提升主要是動力電池能量密度的提升，與美、德、日、韓等國相比，我國電動汽車電池的設(shè)計水平、電池生產(chǎn)設(shè)備、電池原材料技術(shù)水平、大規(guī)模生產(chǎn)控制能力、系統(tǒng)集成能力，以及電池包設(shè)計、電池系統(tǒng)熱管理、高壓電安全管理、故障判斷和預(yù)警等均存在提升空間[4-5]。

電動汽車的創(chuàng)新突破是產(chǎn)業(yè)化進程中縮小與國際先進水平的差距，燃料電池汽車則需要更多的是填補技術(shù)空白，我國基本不掌握氫能與燃料電池產(chǎn)業(yè)鏈的核心技術(shù)和知識產(chǎn)權(quán)，關(guān)鍵材料、零部件，如質(zhì)子交換膜、碳紙、催化劑、空壓機、氫氣循環(huán)泵等主要依靠進口。表1給出了國內(nèi)外氫燃料電池技術(shù)指標(biāo)對比數(shù)據(jù)。

表1 國內(nèi)外氫燃料電池技術(shù)指標(biāo)對比數(shù)據(jù)[5–7]

此外，國外氫燃料電池汽車用氫壓力為70 MPa，國內(nèi)是35 MPa，70 MPa涉氫裝備制造體系，包括儲氫瓶、氫燃料電池汽車及加氫站涉及的關(guān)鍵設(shè)備儀表等均暫不具備產(chǎn)業(yè)化能力，需全面創(chuàng)新突破。

2.2 減排優(yōu)勢需要重新評估

電動汽車使用過程無CO2排放是其替代內(nèi)燃機汽車的重要前提，越來越多的研究指出，應(yīng)從能源和汽車的全周期評價電動汽車的減排優(yōu)勢。油井到車輪全周期評價[8]、電動汽車排放指數(shù)評價[9]、汽車全生命周期評價[10]等研究認為發(fā)電能源構(gòu)成對電動汽車減排效果存在重要影響，化石能源占比越高，電動汽車減排優(yōu)勢越不明顯。

圖4是2019年全球、中國、美國、歐洲和日本發(fā)電能源構(gòu)成，其化石能源發(fā)電占比分別為62.8%、68.0%、63.0%、38.0%和70.8%。我國發(fā)電能源結(jié)構(gòu)具有化石能源占比高、煤炭發(fā)電占比高、天然氣發(fā)電占比低、發(fā)電排放指數(shù)高的特點。

圖4 2019年全球、中國、美國、歐洲和日本發(fā)電能源構(gòu)成

當(dāng)前發(fā)電能源結(jié)構(gòu)下，日本[10]電動汽車涵蓋材料制造、車輛制造、行車、維護、廢棄等全周期的NOX、PM、SOX等污染物排放高于汽油車；我國天津、上海、北京、山東、江蘇等化石能源發(fā)電占比超過90%的省市，電動汽車的碳排放量高于燃油車[11]。未來，隨著清潔電力比例提高，減排效果將會有所改善。

2.3 基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)相對滯后

內(nèi)燃機汽車形成了區(qū)域覆蓋面廣、產(chǎn)業(yè)完備的基礎(chǔ)設(shè)施，2020年我國汽車保有量2.59億輛，加油站10.66萬座，全國38 736個鄉(xiāng)鎮(zhèn)平均每個鄉(xiāng)鎮(zhèn)約3座加油站，每座加油站可為2 430輛汽車服務(wù)。電動汽車基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)處于起步階段，2019年電動汽車保有量334萬輛，公共和私人充電樁共121.9萬臺，每臺充電樁為2.8輛汽車服務(wù)，充電樁建設(shè)速度低于電動汽車的發(fā)展速度。電動汽車主要集中在江蘇、廣東、上海、北京、山東、浙江、安徽、河北、湖北、福建等10省市，基礎(chǔ)設(shè)施分布在上述省份的主要城市，短期內(nèi)電動汽車難以達到內(nèi)燃機汽車基礎(chǔ)設(shè)施的普及程度。

2.4 關(guān)鍵資源保障不容樂觀

發(fā)展電動汽車的關(guān)鍵資源鈷、鋰、鎳是我國的戰(zhàn)略性礦產(chǎn)資源，2019年對外依存度分別為95%、80%和80%[12-14]，高于2019年石油的對外依存度70.8%。

2.4.1 鈷資源

我國鈷資源消費居全球首位，對外依存度超過95%，其中進口資源95%以上來自剛果（金）。2019年全球陸地鈷資源儲量700萬噸，我國鈷資源儲量8萬噸，占全球總儲量的1.1%；全球鈷精礦產(chǎn)量14.3萬噸，我國0.2萬噸，占全球總產(chǎn)量的1.4%；全球精煉鈷精消費量13.4萬噸，我國僅6.9萬噸，占全球總消費量的51.5%；全球鈷消費結(jié)構(gòu)中電池消費占比62.5%，我國約81.6%[15-16]。

2.4.2 鋰資源

我國鋰資源相對緊張，鹽湖鋰礦的鎂鋰比高且多分布于交通電力不便利且生態(tài)環(huán)境敏感的地區(qū)，不利于大規(guī)模開采，礦石鋰主要分布于西部高海拔地區(qū)，開發(fā)利用困難。2019年全球鋰資源量8 000萬噸，我國450萬噸，占全球總量的5.6%；全球鋰儲量1 700萬噸，我國100萬噸，占全球總量的5.9%；全球鋰礦產(chǎn)量7.7萬噸，我國0.75萬噸，占全球總產(chǎn)量的9.7%；全球鋰消費量5.77萬噸，我國約3萬噸，占全球總量的52.0%，國內(nèi)消費結(jié)構(gòu)中69%的鋰用于電池生產(chǎn)[15-18]。

2.4.3 鎳資源

我國鎳資源儲量相對匱乏[16，18-19]，2019年全球鎳儲量約8 900萬噸，我國280萬噸，占全球總儲量的3.15%；全球原生鎳產(chǎn)量259萬噸，我國10.5萬噸，占全球的4.05%；全球精煉鎳消費量243萬噸，我國130萬噸，占全球的53.5%；我國鎳資源對外依存度超過80%[14]，目前我國電池消費鎳占鎳總消費量的4%左右。

3 科學(xué)研判新能源汽車對石化行業(yè)的影響

3.1 汽車保有量預(yù)測

2010-2017年，我國汽車年銷售量從1 805萬輛增至2 890萬輛，2018-2020年，汽車銷售量分別降至2 808萬輛、2 580萬輛和2 531萬輛。2010-2020年，我國汽車保有量從7 802萬輛增至25 915萬輛。2020年我國千人汽車保有量超過180輛，但遠低于歐美等發(fā)達國家。千人汽車保有量飽和值與人口密度、道路基礎(chǔ)設(shè)施、公共交通、燃油供應(yīng)和價格、人口年齡結(jié)構(gòu)、家庭規(guī)模等因素有關(guān)，預(yù)測我國的飽和值在300～400輛。綜合上述因素，據(jù)中國石化集團經(jīng)濟技術(shù)研究院有限公司預(yù)測，2025年我國汽車銷售量為2 830萬輛，汽車保有量為3.27億輛；2 035年我國汽車銷售量約為3 370萬輛，汽車保有量為4.39億輛。

3.2 新能源汽車保有量預(yù)測

《新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃（2021-2035）》提出，到2025年新能源汽車新車銷售量達到汽車新車銷售總量的20%；到2035年電動汽車成為新銷售車輛的主流（超過50%）。實現(xiàn)愿景目標(biāo)，2025年新能源汽車銷售量為476萬輛，新能源汽車保有量約為1 420萬輛；2035年新能源汽車銷售量為1 685萬輛，新能源汽車保有量約為9 610萬輛。

3.3 新能源汽車對車用油品消費的影響

綜合考慮新能源汽車發(fā)展中存在的問題、內(nèi)燃機技術(shù)的進步、油電混合動力汽車的發(fā)展，以及汽車保有量的提升，預(yù)計2025年新能源汽車對車用油品消費的影響為5.0%左右；2035年新能源汽車對車用油品消費的影響為20.0%～25.0%。

4 石化行業(yè)的應(yīng)對策略建議

4.1 煉油與汽車行業(yè)協(xié)同推進高質(zhì)量清潔油品開發(fā)應(yīng)用

煉油行業(yè)通過提升汽柴油質(zhì)量降低汽車污染物排放，目前國內(nèi)執(zhí)行國ⅥA標(biāo)準(zhǔn)，2023年1月1日執(zhí)行國ⅥB標(biāo)準(zhǔn)，汽柴油部分指標(biāo)已優(yōu)于歐盟、美國和日本現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)。汽車行業(yè)通過提高發(fā)動機熱效率降低汽車油耗實現(xiàn)低污染排放[8，20]，熱效率41%的汽油機已量產(chǎn)，實驗室汽油機峰值熱效率達51%以上，柴油機峰值熱效率達55%以上，國際內(nèi)燃機界把熱效率達到60%作為奮斗目標(biāo)。

煉油與汽車行業(yè)應(yīng)協(xié)同推進高質(zhì)量清潔油品的開發(fā)應(yīng)用[10]。一是研究內(nèi)燃機燃料燃燒機理，優(yōu)化燃料組成，創(chuàng)新內(nèi)燃機結(jié)構(gòu)，控制反應(yīng)路徑，防止爆震早燃等非正常燃燒，提高熱效率和減少排放，同時獲取燃料結(jié)構(gòu)和組成信息，指導(dǎo)燃油組成和餾程優(yōu)化；二是研究車用燃料組成與顆粒物排放關(guān)聯(lián)模型，預(yù)測燃油組成對顆粒排放的影響，關(guān)聯(lián)PM指數(shù)和餾程參數(shù)并實現(xiàn)指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)化；三是大幅度提高98#及以上汽油份額，同時配合汽油壓燃等先進燃燒技術(shù)生產(chǎn)新規(guī)格低辛烷值汽油。

4.2 煉油企業(yè)全面植入清潔化基因

圖5是近年多個煉廠采用的“煉油自清潔總加工流程”，旨在通過溶劑脫瀝青＋脫瀝青油加氫＋脫油瀝青氣化替代延遲焦化流程，提升企業(yè)產(chǎn)品附加值和清潔化水平。某企業(yè)改進后可實現(xiàn)綜合商品率下降2.0%，98#汽油產(chǎn)量分別增產(chǎn)230%，增產(chǎn)Ⅱ＋及以上潤滑油，高附加值商品收率增加3.0%，盈利能力和清潔化水平有效提升。

圖5 煉油自清潔總加工流程示意

煉油企業(yè)應(yīng)全面植入清潔化生產(chǎn)基因。一是優(yōu)化總加工流程和裝置、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，提升企業(yè)的產(chǎn)品、能源、過程清潔化程度；二是開發(fā)煉油新技術(shù)，利用劣質(zhì)低值化產(chǎn)品生產(chǎn)清潔化燃料、高附加值產(chǎn)品；三是研究風(fēng)能、太陽能等新能源與煉油能量系統(tǒng)的耦合集成，整體提升企業(yè)能效。

4.3 圍繞汽車產(chǎn)業(yè)鏈拓展化工材料領(lǐng)域發(fā)展新方向

汽車輕量化發(fā)展使得塑料和復(fù)合材料在汽車行業(yè)的廣泛應(yīng)用，常見車用塑料見表2。

表2 車用塑料制品[21–22]

車用復(fù)合材料[23-24]主要包括玻纖增強熱塑性樹脂（如聚丙烯）、玻纖增強聚酰胺以及碳纖維增強復(fù)合材料。長玻纖增強聚丙烯材料多用于儀表板本體骨架、電池托架、前端模塊、控電盒、座椅支撐架、備胎盤、擋泥板、底盤蓋板、噪音隔板、后車門框架等。碳纖維復(fù)合材料可用于汽車車身、內(nèi)外飾、底盤系統(tǒng)、動力系統(tǒng)等。此外，橡膠及熱塑性彈性體也在汽車中廣泛應(yīng)用，主要包括汽車輪胎、管路、密封條、減震制品、傳動帶、防塵罩等[5，25]。

石化行業(yè)應(yīng)圍繞汽車用塑料、纖維增強復(fù)合材料、橡膠及熱塑性彈性體拓展化工材料領(lǐng)域發(fā)展新方向。如高熔體強度聚丙烯、工程塑料用PET樹脂、長玻纖增強聚丙烯材料、碳纖維及復(fù)合材料、綠色輪胎用溶聚丁苯橡膠、高性能橡膠彈性體發(fā)泡材料TPE等。

4.4 積極布局新能源汽車產(chǎn)業(yè)鏈

煉油企業(yè)具備發(fā)展氫能產(chǎn)業(yè)的優(yōu)勢條件：一是掌握天然氣制氫、液化氣制氫、煤制氫、電解水制氫等各種制氫技術(shù)；二是煉油企業(yè)氫氣的使用過程在臨氫管道、氫氣的壓縮、臨氫設(shè)施的檢驗、安全運行管理等方面有豐富的用氫經(jīng)驗；三是依托遍布全國的油氣儲運和銷售網(wǎng)絡(luò)建設(shè)油/氫合建站，可大幅度節(jié)約土地成本。

煉油企業(yè)應(yīng)積極布局新能源汽車產(chǎn)業(yè)鏈。一是向車用能源供應(yīng)轉(zhuǎn)型發(fā)展，依托加油站建設(shè)充電加氫加油合建站，初期培育充電加氫業(yè)務(wù)，中期充電加氫加油業(yè)務(wù)互補，遠期充電加氫替代維持加油業(yè)務(wù)；二是研究新能源、碳捕集與封存等與煉油過程耦合的“藍氫”“綠氫”制備技術(shù)，研究儲備充電加氫加油合建站設(shè)計建設(shè)運營技術(shù)和70 MPa碳纖維儲氫瓶制備技術(shù)。