碳中和下商用車發(fā)展趨勢

劉福建

摘 要：在雙碳目標的背景下，交通領域節(jié)能減排成為重點關注的對象，商用車低碳化發(fā)展尤為重要，商用車將逐步形成傳統(tǒng)能源內(nèi)燃機節(jié)能增效發(fā)展，新能源商用車以純電動及燃料電池技術為主、混合動力商用車階段性發(fā)展，多種零碳燃料內(nèi)燃機探索式發(fā)展的技術路徑，支撐商用車盡早實現(xiàn)碳達峰。

關鍵詞：碳中和 燃料電池 內(nèi)燃機 新能源商用車

中國從2030年的碳達峰到2060年的碳中和只有30年時間。歐洲國家從碳達峰到碳中和普遍花費了60年左右，時間上是中國的兩倍，他們有足夠的時間通過技術迭代發(fā)展來解決碳排放問題。但中國要在30年時間內(nèi)依靠技術進步來達成雙碳目標基本無法完成，所以中國雙碳目標要在規(guī)定的時間內(nèi)實現(xiàn)，就需要技術進步和政策支持雙管齊下。交通領域中商用車碳中和有非常多困難需要解決，可通過技術進步和政策支持來推動商用車節(jié)能減排。

1 發(fā)展現(xiàn)狀

1.1 背景介紹

1.1.1 交通領域減排要求

交通領域與國民經(jīng)濟發(fā)展息息相關，所以交通領域的節(jié)能減排備受關注。我國交通領域碳排放占整個碳排放的比例為10%左右，汽車運行產(chǎn)生的碳排放占交通領域的85%左右，產(chǎn)生的碳排放總量超過9億噸；商用車碳排放量占汽車領域碳排放總量的60%左右，超過了汽車領域總量的一半，保有量在汽車中占比僅為12.5%。商用車與社會經(jīng)濟發(fā)展密不可分，商用車的保有量將繼續(xù)增長，同時碳排放的占比也繼續(xù)加大，碳排放壓力將繼續(xù)增加，所以汽車領域的節(jié)能減排首要解決商用車的碳排放問題。

1.1.2 汽車產(chǎn)業(yè)低碳發(fā)展

汽車產(chǎn)業(yè)在交通領域中碳排放占了絕大部分，所以汽車產(chǎn)業(yè)低碳發(fā)展是交通領域?qū)崿F(xiàn)減排的關鍵。我國為達成雙碳目標，國家和地方都出臺了一系列的政策和措施，《2030年前碳達峰行動方案的通知》《減污降碳協(xié)同增效實施方案》等政策都提出了汽車產(chǎn)業(yè)實現(xiàn)新能源化的占比要求。交通領域也開展積極行動，推動以公路運輸為主的交通運輸?shù)吞及l(fā)展。

1.2 發(fā)展現(xiàn)狀

1.2.1 保有量持續(xù)增長

十三五期間，受我國政策影響帶動了我國商用車新車銷量規(guī)模不斷刷新紀錄，后續(xù)因經(jīng)濟增長發(fā)展的需要，還將繼續(xù)保持一定的增長。十四五以來，政策支持即將結束，商用車的發(fā)展需求將進入調(diào)整周期，目前出現(xiàn)“車多貨少”的狀況，商用車銷量也處于低迷狀態(tài)，但保有量約為4000多萬輛，占比約12.5%，創(chuàng)歷史新高，規(guī)模持續(xù)增長。

1.2.2 排放量逐年提升

商用車碳排放量占汽車領域碳排放總量的60%左右，超過了汽車領域總量的一半，保有量在汽車中占比僅為12.5%。商用車預計到2025年碳排放達到峰值為5.5億噸左右，商用車碳排量占機動車碳排量超過60%。其中重卡在汽車中占比約3%，但碳排放量占商用車碳排放量的約84%，占交通領域碳排量約30%。重型中長途牽引運輸場景車輛保有量大、運輸強度高，為運行階段碳排放量最大的細分場景，占比商用車碳排放48%。

1.2.3 新能源滲透率不高

商用車動力來源還是以化石能源柴油、天然氣等為主，新能源商用車目前在整個商用車市場中的占比僅11%，尚處于起步階段，滲透率遠低于新能源乘用車的滲透率達到了35%，新能源商用車主要應用于中短途場景如公交、牽引車短途運輸、城市物流車等，在中長途場景中受制于技術的原因無法實現(xiàn)大規(guī)模推廣，中長途運輸場景具有保有量大、運輸強度高的特點，新能源商用車要實現(xiàn)技術突破才能在能源結構調(diào)整的雙碳目標下實現(xiàn)市場突破，助力商用車雙碳目標的達成。

1.2.4 應用場景復雜多樣

商用車應用可分為特定場景和非特定場景使用，特定場景的新能源商用車電動化迅速，如物流、環(huán)衛(wèi)、城市客車等可以快速地實現(xiàn)電動化，有規(guī)定的路線和需求供應，市場化推廣應用快速。非特定場景的使用主要集中在重卡的使用，有運輸距離、載重需求等不同，同時環(huán)境條件及城市使用限制條件等的不同造成了應用場景的復雜多樣，所以非特定場景的重卡和普通貨車的商用車電動化進程緩慢，新能源滲透率較低。通過統(tǒng)計分析，行業(yè)將商用車的典型應用場景按照重卡、中卡、輕卡、微卡和大中型客車劃分為26類，約96%的現(xiàn)有商用車可以歸屬到此分類中，可通過這26種分類來研究商用車的節(jié)能減排問題。

1.2.5 技術路徑多元化

商用車經(jīng)過長時間的發(fā)展已經(jīng)實現(xiàn)了技術路線的多元化，現(xiàn)有的技術路線有內(nèi)燃機、混合動力、純電動、氫燃料等幾種。其中內(nèi)燃機以柴油為主流提供動力，市場占有率最大；天然氣和甲醇受地理位置的限制，在此兩種燃料豐富的區(qū)域有一定的應用；同時為響應低碳技術發(fā)展眾多企業(yè)在加快氫、氫氨內(nèi)燃機的研究，目前已實現(xiàn)點火成功，加快實現(xiàn)商用車的節(jié)能減排?；旌蟿恿ι逃密囍饕诔鞘形锪髦杏幸欢ǖ膽眯枨螅冸妱由逃密囋谥卸掏居幸欢ǖ膽脠鼍靶枨?，氫燃料將在商用車中得到大規(guī)模的應用，助力商用車實現(xiàn)綠色低碳發(fā)展。

2 發(fā)展趨勢

技術多元化助推商用車碳中和目標達成，商用車目前的技術路線有內(nèi)燃機、純電動、燃料電池。柴油、天然氣、甲醇內(nèi)燃機存在能耗高、碳排放高、污染物排放等問題，未來將以提升熱效率、節(jié)能低碳化為重點，這是近中期內(nèi)商用車節(jié)能低碳發(fā)展的主要技術路線；氫、氫氨等零碳燃料內(nèi)燃機具備零碳排放、低污染物排放優(yōu)勢，但處于研發(fā)及驗證階段，這是內(nèi)燃機向零碳轉(zhuǎn)型和可持續(xù)發(fā)展的重要路徑。純電動商用車具有零碳排放優(yōu)勢但購置成本高、運營效率低，未來將以成本降低、續(xù)航增加、性能提升為突破點，中短途領域全面電動化，并逐步向中長途拓展。燃料電池商用車具有零碳排放優(yōu)勢但綜合成本高、關鍵技術待提升，未來將以降成本、提質(zhì)量為重點，是重型商用車中長途領域電動化的主要技術路線。

2.1 內(nèi)燃機節(jié)能低碳趨勢

在雙碳目標的牽引下，內(nèi)燃機向綠色低碳轉(zhuǎn)型發(fā)展為大勢所趨，現(xiàn)有內(nèi)燃機的動力來源主要為柴油、天然氣和甲醇，目前柴油內(nèi)燃機的熱效率最高為47%，隨著技術的突破未來可能到50%左右；天然氣內(nèi)燃機通過采用高壓直噴柴油微引燃技術，甲醇內(nèi)燃機通過燃燒系統(tǒng)優(yōu)化、換氣組織效率提升等途徑，實現(xiàn)熱效率快速提升，將與柴油內(nèi)燃機熱效率接近?；旌蟿恿夹g將在2025年后逐步在市場中形成規(guī)模效應，根據(jù)不同的路況和工況需要，將形成適應發(fā)展需要的新能源商用車混合動力技術。根據(jù)商用車現(xiàn)有情況可知，我國的產(chǎn)量和保有量都是最大的，在很長的一段時間內(nèi)以柴油為主要能源的傳統(tǒng)內(nèi)燃機仍是主流技術路線，所以商用車要實現(xiàn)雙碳目標，提高效率、減少碳排放是重要的研究方向。

2.2 氫內(nèi)燃機商用車路線

近些年為滿足動力系統(tǒng)的轉(zhuǎn)型發(fā)展需要，各汽車廠商和內(nèi)燃機企業(yè)實現(xiàn)了氫內(nèi)燃機的研發(fā)突破和裝機應用，重點企業(yè)的入局加快了氫內(nèi)燃機產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，有效地推動了氫內(nèi)燃機技術的迭代，為實現(xiàn)雙碳目標找到更多有效的路徑。氫內(nèi)燃機要實現(xiàn)批量化生產(chǎn)還面臨諸多問題需要解決，當下比較突出的問題有基礎設施不足、氫氣運輸和儲存困難、氫氣供應成本較高等，這些問題的解決需要技術的進步和產(chǎn)業(yè)規(guī)模、效益的增長。氫內(nèi)燃機的推廣應用將為重型商用車的節(jié)能減排提供一個有效的解決方案，有研究表明，氫內(nèi)燃機實現(xiàn)量產(chǎn)大概在2025年前后。

2.3 純電動商用車路線

新能源汽車保有量已超過2000萬輛，其中純電動乘用車占絕大部分，純電動商用車的市場滲透率還比較有限，目前重點應用為公共服務領域，如公交車、市政環(huán)衛(wèi)等中短途場景，交通領域雙碳目標的實現(xiàn)極大地取決于有效的商用車減排，特別是中長途場景應用的實現(xiàn)。技術方面要解決動力電池和超級充電技術的突破，成本方面要解決純電動商用車本身和使用成本的降低，實現(xiàn)大規(guī)模應用的基礎設施等。

純電動商用車實現(xiàn)滲透率的突破和大規(guī)模應用的時間預計在2030年前后。中長期來看，隨著純電動商用車百公里電耗在2030年下降10%，中長期下降15%以上實現(xiàn)續(xù)航里程增加；隨著技術的進步如兆瓦級快充技術應用，充電倍率達到2C，換電技術標準化應用實現(xiàn)補能效率提升，固態(tài)電池的應用有望使重卡電池壽命突破10年實現(xiàn)使用壽命延長等，將實現(xiàn)新能源商用車的應用場景由中短途向中長途領域拓展。

2.4 氫燃料電池商用車路線

目前，氫燃料電池商用車還處于示范運營階段，未來將是商用車實現(xiàn)雙碳目標的重要路線。氫堆系統(tǒng)功率250kW，壽命3萬小時是滿足在中長途場景推廣的技術條件；氫堆系統(tǒng)成本500元/kW，氫價25元/kg是實現(xiàn)經(jīng)濟性優(yōu)勢的關鍵；70MPa高壓氣瓶、液氫瓶的應用，助力FCEV車輛續(xù)航里程提升、成本下降；利用可再生能源發(fā)電電解水制氫是氫源的必然趨勢，管道與液氫運輸是突破大規(guī)模運輸?shù)年P鍵。擁有燃料電池自主核心技術、降低運輸和儲存成本、完善基礎設施等是實現(xiàn)燃料電池商用車產(chǎn)業(yè)化的關鍵途徑。與純電動商用車相比，燃料電池商用車具有加氫時間短、綜合成本低、轉(zhuǎn)換效率高的優(yōu)勢，是新能源汽車中長途運輸場景的主要路徑。

2.5 汽車與能源協(xié)同發(fā)展

能源制取趨向于綠色低碳方向發(fā)展，能源供給向可實現(xiàn)多種能源綜合供應發(fā)展，商用車向智能新能源方向發(fā)展。能源從制、儲、運、加、用全鏈條的數(shù)字化監(jiān)控實現(xiàn)了車輛與能源的協(xié)同發(fā)展，能源制取到供給站，儲運方式的多元化，站與車輛之間的數(shù)字化運營，支撐了商用車向節(jié)能低碳發(fā)展，助力商用車碳中和目標的達成。

3 發(fā)展建議

3.1 加強政策支持

新能源商用車的推廣應用需要國家和地方政府給予政策和資源的支持，引導商用車加強商業(yè)化應用，制定新能源商用車增時作業(yè)、擴大路權、停車費優(yōu)惠等專屬政策包；持續(xù)推進鋼鐵、電力、焦化等重點污染治理行業(yè)的清潔化運輸，將運輸車隊車輛新能源化比例納入環(huán)?？冃гu級指標。加強政策扶持，為交通運輸行業(yè)綠色轉(zhuǎn)型提速。

氫能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展以五大示范城市為先導，推動產(chǎn)業(yè)鏈和關鍵核心技術的攻關，加快燃料電池汽車的商業(yè)化應用；多場景推廣應用助力氫能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。制定試點示范城市氫、氫氨內(nèi)燃機商用車推廣應用財稅支持政策、交通管理支持政策等相關支持措施，支持零碳內(nèi)燃機商用車的推廣應用。開展零碳內(nèi)燃機商業(yè)化應用，加速中長途運輸場景低碳轉(zhuǎn)型。

3.2 加大技術研發(fā)

加強內(nèi)燃機燃燒技術及材料創(chuàng)新，開發(fā)適用不同場景的高熱效率混動專用發(fā)動機，加快內(nèi)燃機向綠色低碳轉(zhuǎn)型。圍繞純電動商用車產(chǎn)業(yè)發(fā)展痛點，加強下一代高性能動力電池（如固態(tài)電池）研發(fā)投入，加快動力電池技術創(chuàng)新。加強氫燃料電池關鍵部件及材料的研發(fā)，實現(xiàn)儲運等關鍵難題的攻關，加強車載儲氫共性關鍵技術的聯(lián)合攻關，加速國產(chǎn)化替代。加強車路融合環(huán)境感知，智能決策，數(shù)字化駕駛輔助等技術創(chuàng)新，推動商用車數(shù)字化運營；持續(xù)優(yōu)化整車風阻、輕量化、傳動等低碳技術。

3.3 完善基礎設施

兆瓦級超充技術適度超前布局，支撐電動商用車應用場景多元化發(fā)展。開展換電設施一站式集約化系統(tǒng)、停車換電一體化裝備、自動換電連接技術和智能機器人等領域研究；推進動力電池、換電接口、換電機構互換標準化，實現(xiàn)多品牌、多車型可兼容的共享換電模式，推動換電站共享化發(fā)展。推動加氫站的壓縮機、注氫機等關鍵設備國產(chǎn)化，加強站內(nèi)液態(tài)儲氫技術研發(fā)，發(fā)展站內(nèi)制氫和液氫加氫站；同時，開展加氫站、加油站合建模式，降低投資與運行成本。積極探索零碳能源發(fā)展趨勢，構建安全、綠色、高效、多元的能源供給體系。依托數(shù)字化技術，提升能源網(wǎng)聯(lián)化，構建“車-站-網(wǎng)”協(xié)同發(fā)展的智能能源網(wǎng)絡建設。

基金項目：國家重點研發(fā)計劃（2023YFB4004500）。

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