新能源汽车,是指采用非常规的车用燃料作为动力来源(或使用常规的车用燃料,采用新型车载动力装置),综合车辆的动力控制和驱动方面的先进技术,形成的技术原理先进,具有新技术、新结构的汽车。与传统燃油车相比,新能源汽车以其独有的优势成为目前研究的热点以及汽车技术发展的重要方向。新能源汽车的优势主要包括:
① 新能源汽车全部或部分采用电力驱动,能源来源途径广。
② 可以改善能源结构,解决汽车的能源替代问题,改善电网系统峰谷负荷平衡问题。
③ 废气污染、噪声污染小,具有良好的环境保护效果。
④ 排放的废热少,可有效减轻城市“热岛效应”。
⑤ 实现了制动能量回收,结构简单,使用维护方便等。
从我国能源安全战略和汽车本身的节能环保以及我国的产业升级战略等角度来讲,新能源汽车(特别是纯电动汽车)的发展具有深厚的背景和重大意义。
(1)基于国家能源安全战略
世界能源主要包括石油、天然气、煤炭和核能等。据国际能源署(IEA)预测,目前全球已探明石油储量2254.6亿t,可开采57年;天然气已探明储量188.3万亿m3,可开采55年。石油作为交通领域的重要燃料,其生产量基本维持在每年38亿t的水平;而天然气生产量也维持在每年3万亿m3的水平。2012—2016年石油和天然气的年产量如图4-1所示。
图4-1 2012—2016年石油和天然气的年产量示意图
据美国汽车行业杂志Wardsanto的最新预测数据,按照目前的增长速度,预计到2030年全球汽车的保有量将突破20亿辆。伴随着汽车保有量的激增,未来能源短缺的问题将会越发严重,由此带来的能源短缺矛盾将会越来越明显。近十年以来,我国石油消费高速增长,而我国的石油产量经过10年的慢跑前进,2016年则开始呈现回落趋势。因此,我国能源供应量与日益增加的能源消耗量之间的矛盾在未来将会变得愈加突出。
考虑到原油的分布从总体上来看极端不平衡,我国虽然储量丰富,但自2009年起就有超过半数的石油资源依赖进口。而且能源进口的主要通道均存在一定的政治、军事风险以及不确定因素。
通过发展新能源汽车技术和推广新能源汽车的应用,可以减少石油燃料的总消耗量。首先,与传统燃油汽车相比,新能源汽车能量利用效率高。将原油提炼成汽、柴油并用于燃油汽车驱动时,平均能量利用率仅2%左右。纯电动汽车即使仅使用燃烧重油发的电,其能量经重油提炼、电厂热电转换、电力输配、电池充电和电机损耗等环节,在电机输出轴也可得到20%左右的能量,所以纯电动汽车从原油到汽车车轮驱动的能量转换效率比燃油汽车高约50%。
其次,推广新能源汽车还可以改变能源消耗结构。因新能源汽车不再纯粹依赖于化石能源,其不受石油资源的限制,可利用核能、煤炭、水力、太阳能、风能和地热等一切可以用来转化为电能的能量。如图4-2所示,推广新能源汽车拓宽了能源获取的渠道,有效缓解了我国的石油能源安全问题。据有关专家对石油有效利用情况的分析,若利用上述类型的电能,新能源汽车比燃油汽车节能70%左右,能源费用可节省50%左右。这对于我国这样一个人口众多、能源紧缺的国家是相当重要的。
图4-2 新能源汽车能源的多样化(www.daowen.com)
因此,出于破解潜在的石油危机考虑,基于国家能源安全战略角度,发展新能源汽车具有十分重要的价值和意义。
(2)基于国家节能环保战略
节能环保一直是世界各国人民致力于追求的目标。早在1997年,世界各国为了减少和限制CO2的排放,在日本京都召开的《联合国气候变化框架公约》第三次缔约方大会上通过了国际性公约《京都议定书》。2009年,作为《京都议定书》承诺到期的后续方案,在哥本哈根全球气候会议上,我国政府承诺2020年单位GDP碳排放比2005年下降40%~45%。对比美国承诺的15%和日本承诺的25%,我国无疑面临着极为严峻的减排压力。
从排放的角度来说,燃油汽车在行驶过程中会排放出大量的污染物,包括碳氢化合物、氮氧化合物、一氧化碳、二氧化硫、臭氧、铅、颗粒物等。此外,燃油车辆还会产生二次污染,例如排放的二氧化碳造成气候异常,排放的氮氧化合物和二氧化硫等造成酸雨等。此外,近年来日益严重的雾霾天气严重影响了人们的日常生活,根据中国环境科学研究院的研究显示,汽车尾气排放也是PM2.5的重要来源之一,这使得推广新能源汽车的应用迫在眉睫。低碳发展绿色城市,应用新能源汽车代替燃油汽车,从源头上控制对环境的污染,缓解日益严重的雾霾。
虽然我国的发电以煤为主,但新能源汽车的应用仍具有显著的减排效果。按照目前我国80%的高煤电比例,同等车重的新能源汽车与燃油汽车相比,降低CO2排放潜力可达30%。随着我国煤电发电水平的提高和电力来源的多元化、清洁化,新能源汽车的减排效果将会更加明显。2006年通过的《可再生能源法》明确可再生能源是我国能源优先发展的领域,提出大力发展可再生能源,到2020年使可再生能源消费量预计达到能源消费总量的15%,大批可再生能源技术达到商业化水平,努力使可再生能源占一次能源总量的18%以上;到2050年,可再生能源在能源消费总量中达到30%以上,成为重要的替代能源;到2100年,可再生能源在能源消费总量中达到50%以上,并基本消除传统利用方式,实现能源消费结构的根本性改变。我国将加快大型水电建设,积极推进风力发电、生物质能和太阳能发电等利用技术,将建设若干个百万千瓦级风电基地。
正是由于人们节能和环保意识越来越高,作为一项具有显著节能与环保特性的新技术,新能源汽车技术可以采用多种能源来源来减缓对石油的消耗。同时,由于近年来新能源汽车的燃料发展也呈现出越来越低碳化的趋势,这也对国家节能环保的战略具有重要的意义和价值。
(3)基于国家产业升级战略
十九大以来,我国正努力实现从制造大国向制造强国的转变。2015年,李克强总理在《政府工作报告》中明确将新能源汽车作为汽车产业发展的方向,列为战略性新兴产业,这标志着新能源汽车产业是国家产业升级战略中不可或缺的部分。
图4-3 2001—2016年,我国出台的新能源汽车相关产业政策数量柱状分布图
2001—2016年我国出台的新能源汽车相关产业政策数量柱状分布图如图4-3所示。可以看到,我国针对新能源汽车的相关政策从2001年起逐年增多,且2009年之后爆发性增长。从时间上来看,2009年处于“十一五”末期,正是在“十二五”期间,我国新能源汽车产业得到了政府的高度重视,迎来了前所未有的大规模政策扶持。而根据最新的“十三五”规划纲要,新能源汽车产业被列为国家实现产业升级的关键之一。
具体而言,新时期我国新能源汽车的经历了四个阶段,见表4-1。
表4-1 我国新能源汽车的经历的四个发展阶段
由表4-1可知,随着新能源汽车产业不断发展完善,新能源汽车产业在国家产业升级战略中也扮演着越来越不可或缺的关键角色。
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