新能源環(huán)衛(wèi)車的發(fā)展趨勢(shì)探討

摘要：相比傳統(tǒng)燃料環(huán)衛(wèi)車，新能源環(huán)衛(wèi)車在駕乘體驗(yàn)、操作性、節(jié)能減排、能量轉(zhuǎn)換效率等方面有著顯著優(yōu)點(diǎn)，這無疑是環(huán)衛(wèi)車發(fā)展的必然趨勢(shì)，也符合我國(guó)力爭(zhēng)實(shí)現(xiàn)2030年前“碳達(dá)峰”和2060年前“碳中和”的長(zhǎng)遠(yuǎn)目標(biāo)。然而，目前新能源環(huán)衛(wèi)車的普及仍存在諸多挑戰(zhàn)，如整車成本高昂、智能化水平較低、配套設(shè)施不完善、政府補(bǔ)貼政策滯后等。因此在行業(yè)內(nèi)，專用車生產(chǎn)企業(yè)必須不斷加大研發(fā)投入，切實(shí)降低車輛生產(chǎn)成本，推動(dòng)新能源汽車產(chǎn)業(yè)全面發(fā)展，打造更適合清潔環(huán)境的新型新能源環(huán)衛(wèi)車。

關(guān)鍵詞：新能源；“碳中和”；“碳達(dá)峰”；環(huán)衛(wèi)車

中圖分類號(hào)：U469.7? 收稿日期：2023-02-15

DOI：10.19999/j.cnki.1004-0226.2023.05.002

1 新能源環(huán)衛(wèi)車市場(chǎng)發(fā)展分析

公共領(lǐng)域服務(wù)車輛新能源化是“十四五”期間應(yīng)對(duì)氣候變化國(guó)家戰(zhàn)略的重要一環(huán)，而環(huán)衛(wèi)車成為環(huán)保領(lǐng)域的重要裝備之一，近年來國(guó)家有關(guān)部門相繼出臺(tái)了一系列相關(guān)政策，推動(dòng)環(huán)衛(wèi)車新能源化發(fā)展，進(jìn)而推動(dòng)了我國(guó)環(huán)衛(wèi)車行業(yè)的發(fā)展［1］。

2020年底，國(guó)務(wù)院正式印發(fā)的《新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃（2021-2035年）》中，提到了遠(yuǎn)景公共領(lǐng)域用車全面電動(dòng)化，燃料電池汽車實(shí)現(xiàn)商業(yè)化應(yīng)用。2023年初，工業(yè)和信息化部等八部門發(fā)布《關(guān)于組織開展公共領(lǐng)域車輛全面電動(dòng)化先行區(qū)試點(diǎn)工作的通知》，在全國(guó)范圍內(nèi)啟動(dòng)公共領(lǐng)域車輛全面電動(dòng)化先行區(qū)試點(diǎn)工作。2023-2025年，試點(diǎn)領(lǐng)域新增及更新車輛中新能源環(huán)衛(wèi)領(lǐng)域力爭(zhēng)達(dá)到80%。

環(huán)衛(wèi)車的相關(guān)數(shù)據(jù)（數(shù)據(jù)參考東吳雙碳環(huán)保研究數(shù)據(jù)表）如圖1～圖3所示。據(jù)資料顯示，2022年環(huán)衛(wèi)車?yán)塾?jì)銷量82 741輛，同比下降18.7%。主要受疫情和經(jīng)濟(jì)下行影響，部分地方財(cái)政壓力較大，環(huán)衛(wèi)車購(gòu)置資金減少，導(dǎo)致銷售數(shù)據(jù)連續(xù)三年下滑，但是2020-2022年新能源環(huán)衛(wèi)裝備逆勢(shì)增長(zhǎng)持續(xù)放量，2022年新能源環(huán)衛(wèi)裝備銷量4 867輛，同比增長(zhǎng)22.84%，然而滲透率僅5.94%，距離80%先導(dǎo)區(qū)目標(biāo)滲透率還有10倍以上差距。

依托國(guó)家的政策支持力度，新能源環(huán)衛(wèi)車的滲透率大致分為兩個(gè)階段：a.穩(wěn)定的滲透期，即政府采購(gòu)為主體，滲透率的提升來源于政策驅(qū)動(dòng)，具有優(yōu)勢(shì)渠道的環(huán)衛(wèi)裝備企業(yè)收益最大；b.快速的滲透期，即市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)為主，企業(yè)內(nèi)主動(dòng)實(shí)施新能源替代，成采購(gòu)主體，新能源產(chǎn)品力強(qiáng)的環(huán)衛(wèi)裝備企業(yè)持續(xù)收益最大，新興整車企業(yè)出現(xiàn)彎道超車的最佳時(shí)機(jī)。

2 新能源環(huán)衛(wèi)車產(chǎn)品

2.1 新能源環(huán)衛(wèi)車分類

a.純電動(dòng)環(huán)衛(wèi)車：以動(dòng)力蓄電池作為唯一動(dòng)力來源并用于城市作業(yè)的環(huán)衛(wèi)車[2]。純電動(dòng)環(huán)衛(wèi)車的供電系統(tǒng)由動(dòng)力電池、電機(jī)和電控系統(tǒng)三部分組成。一方面，動(dòng)力電池及大宗商品的價(jià)格趨勢(shì)決定了新能源環(huán)衛(wèi)裝備的價(jià)格趨勢(shì)；另一方面，沒有燃油發(fā)動(dòng)機(jī)和多齒比變速箱，純電動(dòng)環(huán)衛(wèi)車的使用成本遠(yuǎn)低于燃油環(huán)衛(wèi)車。

b.氫燃料環(huán)衛(wèi)車：以氫能源為動(dòng)力源。氫能被譽(yù)為21世紀(jì)“最潔凈的能量”，它是一個(gè)可持續(xù)的、潔凈的、高效的、安全的第二能源。氫能的可持續(xù)發(fā)展是實(shí)現(xiàn)“碳達(dá)峰、碳中和”的關(guān)鍵，也是走向低碳綠色發(fā)展的必由之路。與傳統(tǒng)的電動(dòng)汽車相比，氫動(dòng)力環(huán)衛(wèi)車加滿氫只需約15 min，并且氫燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)具有更高的功率密度和更強(qiáng)的續(xù)航能力，能量轉(zhuǎn)換效率高達(dá)60%。

c.插電式混合動(dòng)力環(huán)衛(wèi)車：運(yùn)行模式可油可電的環(huán)衛(wèi)車。既有傳統(tǒng)環(huán)衛(wèi)車的發(fā)動(dòng)機(jī)、變速箱、傳動(dòng)系統(tǒng)、油路和油箱等，又有純電動(dòng)環(huán)衛(wèi)車的動(dòng)力電池、電機(jī)和電控系統(tǒng)以及外接充電口，它將EV和HEV的優(yōu)點(diǎn)充分結(jié)合，既能純電動(dòng)、低排放行駛，又能利用混合動(dòng)力模式增加汽車的續(xù)航里程。

2.2 新能源環(huán)衛(wèi)車特點(diǎn)

新能源環(huán)衛(wèi)車的優(yōu)勢(shì)明顯，主要體現(xiàn)在應(yīng)用特點(diǎn)和經(jīng)濟(jì)性上。

a.應(yīng)用特點(diǎn)：①環(huán)衛(wèi)車的噪音小、排放低；②作業(yè)平均時(shí)速為30～40 km/h；③相對(duì)固定的行駛路線和時(shí)間，單車日行駛里程為50～160 km。這些特點(diǎn)使得新能源環(huán)衛(wèi)車更加符合現(xiàn)代化城市環(huán)保理念以及其不會(huì)受限于當(dāng)前電動(dòng)車?yán)m(xù)航里程的瓶頸，完全可以集中規(guī)劃充電設(shè)施。

b.經(jīng)濟(jì)性：相比傳統(tǒng)燃料環(huán)衛(wèi)車，使用成本可降低50%～80%。通過收集到的節(jié)油率、新增成本、油費(fèi)節(jié)約、新增電費(fèi)的數(shù)據(jù)推算出新能源環(huán)衛(wèi)車運(yùn)營(yíng)五年時(shí)間的使用經(jīng)濟(jì)性，小型、中型、大型純電動(dòng)環(huán)衛(wèi)車的使用經(jīng)濟(jì)性分別為15.6萬元、50.4萬元、79.7萬元。純電動(dòng)環(huán)衛(wèi)車的服役時(shí)間越長(zhǎng)，比傳統(tǒng)燃油車的經(jīng)濟(jì)性更加凸顯[3]。

3 新能源環(huán)衛(wèi)車關(guān)鍵技術(shù)

3.1 動(dòng)力電池技術(shù)

動(dòng)力電池是新能源汽車的能量和動(dòng)力來源，作為新能源汽車的核心部件之一，主要負(fù)責(zé)儲(chǔ)存電能并將其傳輸給驅(qū)動(dòng)電機(jī)，從而轉(zhuǎn)化成驅(qū)動(dòng)汽車行駛的動(dòng)能。動(dòng)力電池成本約占整車成本的40%，其成本下降是進(jìn)一步提高電動(dòng)汽車滲透率的關(guān)鍵，主流應(yīng)用的動(dòng)力電池分別有磷酸鐵鋰電池、三元鋰電池、錳酸鐵鋰電池、鈦酸鋰（負(fù)極）電池。哈佛大學(xué)的研究人員在材料和電芯層面上進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)固態(tài)電池能量密度高達(dá)631.1 W·h/kg，固態(tài)電池的巨大潛力，將大大減緩續(xù)航焦慮[4]。

據(jù)資料可知，2021年我國(guó)動(dòng)力電池裝機(jī)量154.5 GW·h，其中磷酸鐵鋰電池約7.98 GW·h，三元電池約7.44 GW·h，而新能源專用車磷酸鐵鋰和三元鋰動(dòng)力電池裝機(jī)量分別為1.21 GW·h和0.03 GW·h，從安全性和經(jīng)濟(jì)性角度考慮，未來專用車底盤還是繼續(xù)搭載磷酸鐵鋰電池（圖4）。雖然氫燃料環(huán)衛(wèi)車已經(jīng)問世，整車應(yīng)用主要依靠政府項(xiàng)目招標(biāo)、集中區(qū)域運(yùn)營(yíng)的方式，但是整車售價(jià)高昂，加之全國(guó)各地加氫站極少，車輛的能源補(bǔ)給不便，全國(guó)范圍內(nèi)的推廣仍需很長(zhǎng)的時(shí)間，目前主要依托政府補(bǔ)貼的項(xiàng)目進(jìn)行應(yīng)用。

在現(xiàn)代化車企中，決定新能源汽車技術(shù)水平和質(zhì)量的主要因素包含動(dòng)力電池的技術(shù)水平和質(zhì)量。新能源汽車的銷量有賴于產(chǎn)品質(zhì)量、動(dòng)力電池能源密集程度、壽命、經(jīng)濟(jì)性、安全保障等[5]。

3.2 全自動(dòng)化技術(shù)

新能源汽車的核心技術(shù)不只有動(dòng)力電池和電機(jī)技術(shù)，還有其他的新能源汽車技術(shù)，如輔助駕駛技術(shù)，它是輔助駕駛員進(jìn)行駕駛的技術(shù)，為駕駛員帶來了更加安全、舒適的駕乘體驗(yàn)。在現(xiàn)代汽車行業(yè)中，自動(dòng)駕駛和車載人工智能技術(shù)已是重要的駕駛輔助手段，它們不僅提高了駕車者的安全性，而且改善了汽車的性能。通過利用先進(jìn)的通信、計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)和控制，自動(dòng)駕駛技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)汽車的實(shí)時(shí)監(jiān)控和遠(yuǎn)程控制[5]（圖5）。

SAE標(biāo)準(zhǔn)將自動(dòng)駕駛劃分為六個(gè)等級(jí)。a.L0：非自動(dòng)化，由人為直接控制車輛行駛。b.L1：輔助駕駛，特定功能自動(dòng)化，如定速巡航，自動(dòng)防碰撞。c.L2：半自動(dòng)駕駛，如自動(dòng)泊車。d.L3：自動(dòng)駕駛，特定條件下進(jìn)行自動(dòng)駕駛，但仍需駕駛員隨時(shí)準(zhǔn)備接管行駛的車輛。e.L4：高度自動(dòng)駕駛，除了特定道路環(huán)境外，其余可實(shí)現(xiàn)完全自動(dòng)駕駛。f.L5：全自動(dòng)駕駛，機(jī)器將完全控制當(dāng)前的工作環(huán)境，并不斷學(xué)習(xí)和改進(jìn)以適應(yīng)新的工作條件，從而實(shí)現(xiàn)完全無人駕駛[6]。

一方面，環(huán)衛(wèi)服務(wù)中城鎮(zhèn)主干道、公園、校園、小區(qū)、高速路、國(guó)道的清掃、清洗，以及垃圾收轉(zhuǎn)運(yùn)等作業(yè)都按指定的時(shí)間和路線進(jìn)行作業(yè)。另一方面，新能源環(huán)衛(wèi)車內(nèi)部結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，速度低，易于駕駛和控制等特點(diǎn)，自動(dòng)駕駛技術(shù)完全可以優(yōu)先在環(huán)衛(wèi)車上進(jìn)行普及，國(guó)內(nèi)已有多家專用車企業(yè)發(fā)布了自動(dòng)駕駛環(huán)衛(wèi)車，這些車輛在示范區(qū)域內(nèi)作業(yè)的效果顯著，呈現(xiàn)良好的發(fā)展勢(shì)頭。

3.3 電機(jī)技術(shù)

驅(qū)動(dòng)電機(jī)部件是新能源汽車行駛必要前提。當(dāng)下專用車底盤廣泛應(yīng)用的驅(qū)動(dòng)方式是驅(qū)動(dòng)電機(jī)輸出扭矩，傳輸給車輛傳動(dòng)軸，并由傳動(dòng)軸反饋給車輪，這是直接替代燃油車發(fā)動(dòng)機(jī)和多級(jí)變速箱的方式。近年來，電機(jī)技術(shù)的持續(xù)發(fā)展，以車輛輕量化、高效節(jié)能的推進(jìn)，如逐步應(yīng)用的輪轂電機(jī)，提高了整車的傳動(dòng)效率和能耗。

4 結(jié)語(yǔ)

對(duì)于環(huán)衛(wèi)行業(yè)，純電動(dòng)環(huán)衛(wèi)車噪音小、碳排放少、運(yùn)營(yíng)成本低等優(yōu)勢(shì)有目共睹，若將我國(guó)現(xiàn)有的60萬輛環(huán)衛(wèi)車全部用純電動(dòng)車替代，每年可減排二氧化碳超1 300萬t，能為實(shí)現(xiàn)“碳達(dá)峰”“碳中和”做出重要貢獻(xiàn)，因此以純電動(dòng)為首的新能源環(huán)衛(wèi)車逐步取代燃油環(huán)衛(wèi)車是大勢(shì)所趨[7]。但純電動(dòng)環(huán)衛(wèi)車還存在生產(chǎn)成本高、充電設(shè)施不配套等問題，大量使用純電動(dòng)環(huán)衛(wèi)車后更換的電池處置問題也需要高度重視，但這并不影響未來幾年純電動(dòng)環(huán)衛(wèi)車輛的大規(guī)模推廣應(yīng)用。

新能源環(huán)衛(wèi)車是新時(shí)代的一種產(chǎn)物，大量投入新能源車輛也將面臨諸多問題，如購(gòu)車成本高、多數(shù)地區(qū)的充電配套不完善、退役車輛的電池回收技術(shù)等仍需業(yè)界高度重視。

參考文獻(xiàn)：

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[6]姜允侃無人駕駛汽車的發(fā)展現(xiàn)狀及展望[J]微型電腦應(yīng)用，2019，35（5）：60-64

[7]曾光，胡朝輝，徐英芝，等碳中和背景下純電動(dòng)環(huán)衛(wèi)車輛的應(yīng)用[J]建設(shè)機(jī)械技術(shù)與管理，2021，34（3）：62-64

作者簡(jiǎn)介：

甘育源，男，1994年生，研發(fā)經(jīng)理（二級(jí)），研究方向?yàn)榄h(huán)衛(wèi)裝備。