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行业新闻

舆论在手艺没有冲破前补助新能源汽车新疆时时

作者:admin 发布时间:2018-09-07 16:11

  刘科简介:南方科技大学洁净能源研究院院长、立异创业学院施行院长、澳大利亚国度工程院外籍院士;曾任美国通用电气全球研发核心气化平台担任人、首席科学家,北京低碳洁净能源研究所副所长兼首席手艺官,神华研究院副院长,国度千人打算联谊会化学化工专委会主任,现任国度千人打算联谊会副会长,中国与全球化智库常务理事兼副主任。

  我国高度注重新能源汽车的成长,将新能源汽车作为重点搀扶的计谋型新兴财产。在此种政策指导下,新能源车成长迅猛。据中国汽车工业协会统计,2017年新能源汽车(包罗纯电动乘用车、纯电动商用车、插电式夹杂动力乘用车、插电式夹杂动力商用车四类,亦可统称电动车)发卖市场持续连结较快增加态势,全年累计销量77.7万辆,较2016年添加了27.0万辆,增速达53.3%。中国新能源汽车的年产量已位居世界第一。

  国度对新能源车的财产补助始于2009年,其后连续出台大幅度政策支撑,例如,在北京采办新能源车不消摇号,在上海采办新能源车不消拍派司,还能获得国度和处所两级当局的现金补助等。跟着新能源汽车销量走高,当局就新能源车的补助收入也越来越高,2016年补助资金高达258亿。当局2017年起头收紧补助范畴并下调补助金额,此后新能源车能否能继续依托补助成长,能补助多久、补助哪些,将影响到新能源车财产的内部调整。

  关于新能源车的一些论调虽然积极,但部门概念仍具有争议。最受热议的一个论调是新能源汽车被寄予厚望要成为赶超西方汽车工业的冲破点,所谓实现“弯道超车”。但现实上,“弯道超车”起首要基于手艺无效、财产成长潜力庞大,并不是在什么道上都要超。新疆时时彩回首上世纪90年油价居高不下之时,美、欧、日等诸国接踵投入大量经费研发电动车电池,但至今仍未贸易化。考虑到这些国度的财产研发都有本钱家投入巨额资金,而本钱家的趋利赋性决定了他们发觉好的市场苗头会继续追加本钱投入。这些国度接踵放弃电动车作为国度计谋,这一现实发人深思。

  新能源车也占领了环保的道德高地。不竭有阐述称,利用电池能够削减汽车尾气排放,改善城市空气质量。然而这些阐述同样经不起推敲。虽然新能源车用电的现场污染物排放量较少,但产电阶段涉及较大量的污染物排放,且目前中国新能源车的产电大大都是燃煤发生。电池收受接管晦气形成严峻的情况污染还不在此阐述中,将鄙人文展开。

  2017岁尾,德国将在2030年全面禁售燃油汽车的动静在网上传得沸沸扬扬[3]。工信部官员外行业论坛上暗示,工业部也启动了相关研究,将协同相关部分制定我国的时间表[4]。此言激发热议。这一亮相似乎预示着这种可能性:新能源车将最终一家独大,成为汽车范畴独一通用车型,而燃油车则是掉队的、将被汗青裁减的。如斯政策导向,倘若失实,势必将影响中国汽车工业的全体结构与成长标的目的。然而,据考据,德国2030年全面禁售燃油汽车的禁令并不失实,现实上是德国参议院通过的“倡议书”,不具备法令效力[5],随后德邦交通运输部长当即否定了该项禁令的可行性,认为是“无稽之谈”。交通部长欠亨过的禁令,在国会不成能通过,故全面禁售燃油汽车是浩繁建议中的一纸空文罢了。至于中国禁售燃油汽车的相关研究,则环境更为复杂,更不克不及受虚假动静误导而盲目跟风。

  据国度能源局官员在2017第二届中国电动汽车充换电办事立异高峰论坛暗示,2020年我国新能源汽车总量规划达到500万辆,2030年将达到8000万辆。如许的新能源车成长方针,将带来的诸方压力——无论是成本上的、情况上的,仍是用电上的,都需要纳入评估范畴。

  支撑新能源车的诸多言论,显示出鞭策新能源车迅猛成长的强烈志愿,但事关中国汽车财产全体成长与结构的决策,有需要将阐发扎根于更客观具体、合适科学纪律的论据之上。本文将连系在洁净能源范畴的持久研究,从电池能量密度、电池出产成本、电池情况污染三方面阐述成长新能源车具有的瓶颈和风险,以资参考。

  法国人普兰特于1859年发了然铅酸电池,以至比内燃机的发现时间(1880年前后)还要早。虽然近百年来,全球在各类电池的研发上投入了数千亿美元的巨资,但在手艺上和电池的性价比上并没有革命性的冲破,好比铅酸电池的体积能量密度仍只要100kWh/m3摆布(如图1及表1所示,部门数据源自文献[6])。目前,内燃机汽车里用的蓄电池大部门仍然是铅酸电池。目前即便是进口的高级轿车,其蓄电池也仍然大多用保守的蓄电池;这申明新一代电池的性价比仍然无法与保守的蓄电池合作。

  注:锂电池的模块与单体比拟,质量能量密度与体积能量密度均有必然程度的减损;整车使用关心的是锂电池模块的能量密度。按照已有行业数据,目前锂电池模块的密度值在1~2kg/L范畴,由此可根基确定锂电池模块的质量能量密度与体积能量密度的彼此关系。

  从上表看到,虽然人类在近百年来都不断在开辟新的电池,但花了千亿美元以上的研发费用,目前最好的电池在体积能量密度上与保守的铅酸电池比拟并没有革命性的冲破。现实上,有了铅酸电池和电动机后人类就等于曾经发了然电动车,但为何铅酸电池和电动机发了然这么多年,人类仍然用内燃机汽车而没有大规模利用电动车,其缘由安在?经研究总结如下。

  动力电池能量密度指的是必然空间或质量物质中储存能量的大小,是新能源车成长中的手艺重点,间接关系到电动车的机能和续航里程。现代汽车的布局设想比力固定,留给电池组的空间无限,电池数量被限制在某个区间内无法大幅提拔,因而添加电量的环节在于提高电池能量密度。2017年2月四部分结合发布的《推进汽车动力电池财产成长步履方案》提出“力争实现单体350Wh/kg、系统260Wh/kg的新型锂离子产物财产化和整车使用”的成长方针,显示出攻关提高动力电池能源密度的希望。

  然而限制性现实是,电动汽车所用的锂电池属于化学能,能量密度具有天花板。目前限制锂离子电池成长的次要要素是正极材料的能量密度,然而大大都正极材料都含有过渡金属元素,其摩尔质量较大,能量密度提高受限[7]。提高电池电压也可提高能量密度,但目前所利用的电解液在高电压下利用将面对分化,也难以操作。再加上可以或许满足锂离子电池诸多要求的材料极其无限,在不改变电池系统的环境下,锂离子电池能量密度很难继续提高。

  电池能量密度在汗青上不断是攻关难点且进展迟缓。自1992年索尼将锂离子电池贸易化后,锂离子电池曾经成长了近三十年,在能量密度方面虽有前进,但总体前进幅度不大。新能源汽车驱动系统2017年能量密度领先的圆柱形电池达到150Wh/kg,比2012年的120Wh/kg有小幅提拔,而软包和方壳电池的能量密度目前还在110-130Wh/kg摆布。手艺上领先的特斯拉采用的松下18650钴酸锂电池,能量密度也只达到233Wh/kg。

  在过去五到十年内,在全球各大公司投入大量资本和大笔研究经费的环境下,锂电池能量密度的提拔幅度仍然只要几十Wh/kg,能量密度最高达到230Wh/kg摆布,这比拟于汽油柴油的能量密度11000-12000Wh/kg,量级相差悬殊(详见表1)。虽然人类花了几十年和上千亿美元研发电池手艺,但迄今电动车的动力系统(电池+电动机)的能量密度迄今仍然远远低于内燃机的动力系统(汽柴油+内燃机),可差20~30倍。由图1可见,即便终极电池获得成功使用并能将出产成本降下来,其体积能量密度也只要汽柴油的1/8摆布。电池能量密度在将来十年内能否可能实现大幅冲破,受制于手艺研发的内部纪律,非仅凭客观志愿能够达到,不宜盲目乐观。

  内燃机的规模经济性远好于电池。人类的第一条流水出产线是福特的汽车出产线。内燃机作为汽车的心脏,一旦已获知其设想制造方式,其出产成本次要表现为铸铁及铝合金等材料成本。福特研发出的内燃机出产流水线,大大提高了规模效益,使得汽油机跟着产量的增大而成本大幅降低。虽然出产第一台样机时投入较大,可一旦手艺成熟到量产阶段,当一条出产线年产一百万台内燃机时,每台内燃机的成天性够降低至2000美元摆布。

  比拟于内燃机遇跟着量产而降低成本,新能源车却很可能呈现相反的趋向。新能源车的出产成本中,电池驱动系统占了汽车成本的30-45%,此中动力电池又占了驱动系统75-85%的成本形成,成本尤高的是电池顶用到的锂、钴、镍等稀缺金属。一台新能源车的动力电池,要利用几十千克的锂、钴、镍等原材料,出产1万台和出产10万台,每台车的成本下降幅度无限。锂、钴、镍在地壳内储量中占比很低,钴仅占0.004%摆布,锂占0.003%摆布,属于主要计谋资本。目前我国80%的钴以及70%的锂、镍资本都依赖进口[10]。我国钴产量不到几千吨,新疆时时彩注册利用量却达几万吨,大量依托从非洲民主刚果等国进口,持续处于求过于供形态。过去两年钴、锂矿大幅跌价,比亚迪(42.500, -2.02, -4.54%)公司结构全财产链争买锂矿,曾经显示出动力电池减产可能给锂矿资本带来的挑战。

  现阶段新能源汽车占我国灵活车的比例还相对比力小,我国新能源车2016年产量为51.6万辆,2017年添加至79.4万辆,仅别离约占我国目前汽车年产量2900万辆的1.8%和2.7%。2017年新能源车产量比拟2016年仅有27.8万辆的添加,但2016岁首年月至今的两年多期间内,国际钴价钱翻到了约4倍程度(如图2所示)[11]、锂价钱上涨了近1倍。美国连结为电动车第二大市场,电动汽车发卖数量从2016年的16万辆增加到2017年发卖的仅28万辆[12],在汽车总发卖量中所占比例很是小。假设中国产量翻几番,按预期2020年达到500万辆,相当于翻到了7倍;全球范畴IEA估量到2020年,全球电动车总量可能翻三倍,达到1300万辆[12]。暂且非论原材料需求能否能完全满足,即便能满足,对锂、钴等重金属元素的大量需求带来成本的飞涨,可能将电动车出产成本推高到难以承受的范畴[13];除非有革命性的新手艺冲破。

  因而在短期之内,如没有严重的革命性的手艺冲破,用电动车在可见的将来完全代替内燃机汽车是缺乏根据的。虽然手艺的冲破又可能发生,但在未发生之前,不克不及盲目乐观。推进手艺革命的一条主要路子是加大研发支撑力度,而财产补助很可能与推进手艺革命的初志各走各路。

  电动车的一大卖点是在利用的处所局部排放少,这对其用于生齿稠密的市区里跑的出租车、公共汽车,有其优胜性。但中国电网里的电目前是67%靠煤,即便在2050年,中国仍然有50%的电靠煤来发;那么概况是我们是用电开车,现实上我们目上次要是用煤开车。加上电池在出产过程和将来收受接管的碳排放,电动车的碳排放量及污染物排放量与今天的燃油车比拟,是添加了而不是削减了。按照全生命周期阐发[14],在全球增温潜能影响方面,电动汽车的负面影响比汽油策动机汽车低24%,比柴油策动机汽车低10%-14%。但若是考虑到电动汽车所利用的电力来历,环境就分歧了:2017年煤电占全国发电量的67%,电动汽车利用煤电为主的电力,其对情况的负面影响以至超出跨越柴油策动机和汽油策动机17%-27%。按照清华大学研究团队于2017年颁发在国际出名期刊《使用能源》上的研究功效显示,中国的新能源汽车在其出产制造过程,所发生的温室气体排放量现实上比内燃机汽车超出跨越50%[15]。

  电动汽车电池的出产也花费了大量的电力:初期制造一辆电动汽车和电池的碳排放量占到了电动汽车整个利用周期碳排放量的40%摆布,相当于制造一辆汽油策动机汽车碳排放量的两倍。

  更严峻的情况污染挑战大概还来改过能源车报废电池带来的污染。与我国规模复杂的动力电池市场相陪伴的是动力电池报废量的快速增加。电动汽车动力电池的利用寿命凡是为5-8年,从2017年起我国将迎来首批动力电池退役潮。据统计:到2020年,我国动力锂电池的报废量将达32.2GWh,约50万吨;到2023年,报废量将达到101GWh,约120万吨[16]。

  动力电池中所含的镍、钴、锰等重金属,以及电解液、含氟无机物都是重污染物。例如,钴金属是一种高致癌毒物,人接触钴金属可能导致肺、神经和呼吸道病变;动力电池电解液中的六氟磷酸锂在空气情况中容易水解发生五氟化磷、氟化氢等无害物质,对人体、动动物有强烈侵蚀感化;废旧动力电池中还含有300-1000V不等的高压,在收受接管、拆解、处置过程中操作不妥可能带来起火爆炸、重金属污染、无机物废气排放等多种问题。

  国度认识到电池收受接管的主要▓性,2016年国度发改委牵头制定了《新能源汽车动力蓄电池收受接管操纵手艺政策》,2017年国标委发布了国度尺度《车用动力电池收受接管操纵拆解手艺规范》,可是,这些政策和手艺尺度作为指点文件,对于运营规范的骨干企业有参考感化,对于犯警商业商来说则缺乏束缚效力。我国动力电池行业在收受接管方面面对的次要挑战包罗:我国在电池收受接管手艺方面较为亏弱,没无形成财产化供应链;国内汽车出产企业利用的电池多样,每家电池企业的手艺尺度分歧一,再操纵前检测难度较大;电池收受接管方次要以小作坊为主,工艺程度不健全,较难包管平安收受接管;没有运营许可的企业不法处置废旧动力电池收受接管,更会带来平安和环保隐患。

  电池中的重金属可以或许诱使人们收受接管电池吗?现实是,虽然锂、镍、钴等元素价钱很高,但要完成整套收受接管成取这些金属的收益,其成本高过开掘新矿——这势必会带来电池收受接管动力缺乏。如不收受接管,当几百万个剧毒的废旧电池分布在中国各地,当这些剧毒品泄露后,对土壤及地下水的污染将是情况的灾难。

  陪伴新能源汽车高速成长发生的大量动力电池报废,以及其背后的收受接管难题、污染要挟,现实已迫在眉睫。

  除以上电池能量密度、材料资本、环保要素,还需要关心以下几点与新能源车成长相关的手艺与市场要素。

  除汽柴油的能量密度远高于电池(见表1及表2)外,液体燃料的储运远比气体能源(如天然气)和固体能源(如电池或煤)便利易行。液体燃料在陆上能够管路输送,在海上能够通过邮轮大规模低成本输运。1加仑(合3.78L)汽柴油从休斯顿运到欧洲,其运输成本不到零售价的1%。这也是人类选择“液体燃料+内燃机”的次要缘由之一。

  液体燃料的加注设备已很是遍及并且加注用时短。比拟而言,电动汽车在相当持久间内,充电难和充电慢问题预期均无法获得无效处理。除少数一线大城市的充电设备配套政策与财力支撑相对到位,在全国范畴内扶植充电根本设备的投资需求量庞大,资金缺口也大,在规划结构、施工和用电等方面面对诸多挑战;社会公共充电设备、社区内充电设备扶植均面对好处主体多而分离、难以同一协调的难题,各方面要素导致充电设备不足,充电难。同时,充电慢的问题导致纯电动汽车的适用性和便当性遭到较着限制;以220V交换充电桩为例,在电池容量20 kWh摆布的环境下,一辆车要5-8小时才可以或许充满电。

  页岩气革命是数十年能源范畴最大的冲破,完全改变了十余年前因为油气价钱飞涨带给全球的发急。当油价在140美元/桶、天然气价钱高达17美元/百万英热值(约合0.56美元/立方米)时,人们遍及感应这个世界上油气资本将近耗完的发急。在天气变和缓油气即将耗完两大推手下,全球各类新能源手艺特别是各类新能源汽车研发在1995-2015年这大约20年内如火如荼,各都城投巨资开辟新能源汽车。但页岩气革命的到来,让世界俄然发觉有200年用不完的廉价天然气,美国的天然气价钱从最高约17美元/百万英热值一路狂降到1.5美元/百万英热值,目前均衡到2.5美元/百万英热值摆布;同样因为页岩气页岩油革命,世界上又不竭发觉大油田。仅美国德州一个二叠纪大油田的石油产量相当于全中国的石油产量,产油成本只要约16美元/桶。别的,在奥巴马担任美国总统期间,中美联手鞭策巴黎天气和谈的签订;但特朗普一上台,全面否定天气变暖。这些近年来成长电动车的多项根基前提假设,已发生了严重的改变,因而也要求我们在国表里能源的大变局下从头审视我们新能源特别是新能源汽车的计谋。

  内燃机手艺特别是欧洲的柴油机手艺近年来突飞大进。美日的汽油小轿车全数考虑在内,目前的平均里程是32英里/加仑汽油(合13.6公里/升);而欧洲的新型柴油轿车其里程数可高达80英里/加仑柴油(合34公里/升)。欧洲的燃料税很高,导致燃油成本昂扬,一辆轿车跑10年下来,其油钱远高于汽车本身。因而,欧洲的消费者很是注重汽车的燃油经济性。因柴油车效率高,目前欧洲市场一半的新车是柴油车(石油炼制只能产约一半的柴油产物,另一半汽油产物仍依赖汽油车利用)。现代先辈的柴油机不只其燃油效率大大提高,远好于汽油机,并且其污染排放(NOx、PM、HC等)和乐音水准也完全能够和最好的汽油机媲美。

  此外,甲醇代替柴油在柴油机(高压缩比内燃机)里燃烧的手艺已取得了相当的冲破,财产秒速赛车开奖官网化前景优良。甲醇不只比柴油廉价,并且因甲醇不含硫、燃烧过程无SOx排放、NOx排放远低于柴油等有益要素,可使得内燃机尾气排放会更清洁、尾气处置系统成天性够大幅度降低,甲醇将成为很是抱负的策动机洁净燃料。天然气制甲醇的手艺很是成熟,制甲醇过程的次要成本是天然气原料成本,因而可由页岩气革命带来的天量廉价天然气大规模地制得低成本的甲醇;同时,甲醇能够用低成本的煤来大规模洁净化制备。由此,无论从近期仍是中持久来看,甲醇燃料的大规模低成本供应是有保障的。由此可知,研发新型的甲醇基燃料的内燃机,能够让我们不只享受欧洲柴油机手艺革命带来的盈利,还能够享受页岩气革命带来的盈利。这条路不失为此后汽车的选择之一,其成本将远小于电动车。

  内燃机手艺特别是欧洲的柴油机手艺在近二三十年内获得了革命性冲破和成长,在交通运输动力次要依赖油气资本的很长一段时间内,将为人类供给高效、洁净的燃油车处理方案;对比察看同期内的电动车手艺范畴,已投入了大量的人力、研发资金与财产补助,其前进比力无限,仍具有动力电池能量密度受限、制形成本高及伴生情况污染等亟待处理的问题,其财产化及行业可持续成长具有瓶颈。

  家喻户晓,应把电动车与现有内燃机手艺进行比照,而不是与二三十年前的保守内燃机手艺对比,不克不及轻忽近些年来内燃机手艺范畴的革命性成长。电动车将是将来汽车的选项之一,在出租车、公共汽车等生齿稠密的处所有它的劣势,但说电池在可见的将来,完全代替内燃机,还有些太乐观;特别是在越野车、卡车、飞机、汽船等使用范畴,不成能在可见的将来被电池代替。反而,若是能在先辈的高压缩比内燃机里燃烧洁净、低成本、可由很是规天然气批量制备的甲醇,其排放将可在目前欧洲的排放尺度下进一步显著降低。

  以上几大类瓶颈要素及挑战,均是电动车财产成长所必需隆重考虑和想法子处理的,仅通过当局补助是很难扭转的。研讨及制定电动车的成长计谋,需要充实领会新能源车与内燃机车两大类手艺的汗青和现状。国度为成长新能源车给出大额财产补助,在鞭策新能源车财产急速强大的积极面以外,可能带来扭曲市场供需、推高新能源车价钱的负面后果,晦气于新能源车的久远成长。

  我们认为,新能源车作为将来汽车成长标的目的之一是值得激励的,在手艺研发上也值得投入,但没有需要做政策力推和大幅度财产补助。靠当局确认手艺的体例可能导致市场的扭曲,因供需不均衡而带来成本攀升,反而晦气于行业健康成长。中国的新能源汽车财产不宜靠着国度的支撑来拼烧,而轻忽手艺上的、成本上的、情况上的诸多客观前提的限制。

  液体燃料的加注设备已很是遍及并且加注用时短。比拟而言,电动汽车在相当持久间内,充电难和充电慢问题预期均无法获得无效处理。除少数一线大城市的充电设备配套政策与财力支撑相对到位,在全国范畴内扶植充电根本设备的投资需求量庞大,资金缺口也大,在规划结构、施工和用电等方面面对诸多挑战;社会公共充电设备、社区内充电设备扶植均面对好处主体多而分离、难以同一协调的难题,各方面要素导致充电设备不足,充电难。同时,充电慢的问题导致纯电动汽车的适用性和便当性遭到较着限制。

  需要强调的是,本文是在对迄今已公开辟表的功效进行分析阐发而得出的结论。作者一贯支撑国度加大对新能源汽车相关手艺研发的投入,由于手艺的革命性冲破无法预测,可能是一年,可能是十年,某些标的目的也可能永久没有冲破。若是俄然有革命性的功效呈现,也可能改变本文的结论,但只要这种冲破发生后,我们才能进行阐发;而不是预测什么时候手艺会有革命性冲破。财产补助不会发生手艺革命,只要加大研发力度,手艺革命才有可能发生。财产政策在手艺革命发生后才能制定,而不是期望财产补助发生手艺革命。

  新能源车在生齿稠密的城市作为出租车、公共汽车等有其劣势;若是没有革命性的手艺冲破,电动车很难在可见的将来成为支流;因而,本文建议加大包罗电动汽车、燃料电池汽车及甲醇车等多种汽车手艺的研发,但在手艺发现没有冲破之前,财产补助要隆重。在公允市场所作情况下让有市场所作力的手艺胜出,更利于行业持久健康成长。

  影响新能源车续航能力的动力电池能量密度具有多年未冲破的手艺天花板;制造动力电池所须的锂、钴、镍等金属大量依托进口,新能源车产量飙升带来上述金属材料价钱近期的大幅攀升,导致电池成本急速上升;新能源车虽然用电看似洁净,但产电过程涉及大量煤炭燃烧,全生命周期碳排放量不容小觑;更有甚者,报废电池中的锂金属、钴金属、工业溶剂城市导致严峻情况污染,收受接管手艺和轨制保障坚苦重重。

  从手艺、成本、环保这三方面来看,新能源车能否值得持续扩大出产,甚至成为汽车财产主导标的目的,还需要隆重的思虑决策。新能源车在生齿稠密的城市作为出租车、公共汽车等有其劣势;若是没有革命性的手艺冲破,电动车很难在可见的将来成为支流;因而,本文建议加大包罗电动汽车、燃料电池汽车及甲醇车等多种汽车手艺的研发,但在手艺发现没有冲破之前,财产补助要隆重。在公允市场所作情况下让有市场所作力的手艺胜出,更利于行业持久健康成长。

  处理石油供应不足与灵活车尾气污染问题的一条计谋成长可行路径是:第一步,实现高效的内燃机手艺和洁净醇醚燃料的连系,添加此类车的份额;第二步,逐步添加夹杂动力车的份额;几十年后,如电池手艺确实有革命性的前进,逐步过渡到纯电动车。



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