专论 || 杨裕生:电动汽车要为碳达峰、碳中和作贡献 | 中国汽车报

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2020年9月22日,国家主席习近平在第七十五届联合国大会一般性辩论上发表的重要讲话中宣布:“中国将提高国家自主贡献力度,采取更加有力的政策和措施,二氧化碳排放力争于2030年前达到峰值,争取2060年前实现碳中和。”对于汽车行业来说,这就是未来发展的行动指南。


产业发展规划主张技术路线多样化

去年11月,国务院办公厅印发了《新能源汽车产业发展规划(2021-2035)》(以下简称《规划》),明确提出:“以纯电动汽车、插电式混合动力(含增程式)汽车、燃料电池汽车为“三纵”,布局整车技术创新链。”名为“三纵”,实际是4条技术路线。

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1.技术路线多样化有助于技术进步。

技术路线多样化有利于创新,通过比较鉴别可以促进技术进步。比较鉴别的基准应该是发展新能源汽车的宗旨——节能减排。值得注意的是,必须要进行真正的、产品全生命周期的节能减排计算,而不是表面节油、实际重排放。通过技术路线比较,可筛选出最节能减排的电动汽车,鼓励其重点发展。

2.技术路线多样化,需要政府引导。

《规划》的基本原则之一是市场主导,要求“充分发挥市场在资源配置中的决定性作用,强化企业在技术路线选择、生产服务体系建设等方面的主体作用;更好发挥政府在战略规划引导、标准法规制定、质量安全监管、市场秩序维护、绿色消费引导等方面作用,为产业发展营造良好环境。”目前,我国政府是用补贴和积分与纯电续驶里程挂钩,来引导发展长续驶里程的电动汽车。

在《规划》执行中,政府要制定引导节能减排的政策。补贴取消后,积分将成为政府手中最有力的“指挥棒”。因此,积分必须与纯电动汽车的续驶里程脱钩,而应该与节能减排水平挂钩,才能引导各车企为2030年前碳排放达到峰值、2060年实现碳中和作贡献。

前两年,特斯拉在新加坡被判定不环保而罚款,就是因为追求车辆的长续驶里程而多装电池,导致车身加重、耗电增多,在发电过程中排放增多。笔者认为,新加坡政府的节能减排意识很强,且政策有力、法规得当。

各类电动汽车节能减排情况差异较大

关于不同类型电动汽车节能减排的计算,清华大学教授和其他学者都作过详细研究,也可用比较简便的方法,那就是直接与燃油车比较节能(油)和二氧化碳减排量。目前笔者对各类电动汽车的定性判断是:长续驶里程电动汽车并不节能减排;插电式混合动力车是假节能减排;燃料电池电动汽车很难节能减排;微小型纯电动车是真节能减排;增程式电动汽车很节能减排。

1.长续驶里程纯电动汽车不节能减排

纯电动汽车如果耗电量高,在电网的电能主要来自燃煤的情况下,是不能减少排放的。而且,电池生产链、废电池处置的耗能都很高。所以,纯电续驶里程越长,越背离节能减排的宗旨。此外,多装电池,比能量又高,大大增加了车辆燃爆的可能性。所以,发展长续驶里程的纯电动汽车必须消除里程、安全、充电、价格、电池这五大焦虑。

《规划》要求,到2025年“纯电动乘用车新车平均电耗降至12.0千瓦时/百公里”。这就要求车身减轻、电池量少、里程缩短。即使将来全部使用可再生能源,车辆也不该过多配装电池浪费能源。

2.插电式混合动力汽车假节能减排

说插电式混合动力汽车是假节能减排,理由有以下4点:一是这类车有纯电动与内燃机动力两套完整系统,导致车身重、耗能多;二是车辆在50公里内用电需要充电,远距离用内燃机,仍然是大马拉小马,并不节能减排;三是这类车虽然标榜“油耗很低”,实际上是现行油耗计算方法不合理造成的假象;四是不少用户买这类车不充电而是当燃油车使用,费油且排放有增无减。

笔者认为,发展插电式混合动力汽车的结果是:车企卖车得利,用户买车实惠,政府出了补贴等优惠政策却得不到节能减排的实际效果。所以,一定要实事求是真节能,不要追求数量上的假减排。

3.燃料电池电动汽车难节能减排

之所以提出这一观点,主要基于以下5个因素。一是燃料电池需用高纯氢做能源,而氢不是矿藏,且问题还很多:氯碱副产氢虽易纯化,但是其量太小;冶金副产氢含一氧化碳较高,纯化非常费能;电解水制氢发电能效太低:用电网10度电进行电解水制氢,经过电解损耗、氢储运及充氢耗能、燃料电池发电,最后给到电动机的只有3度电,仅相当于锂离子电池能量转换效率的1/3。二是氢的安全储存、运输(尤其是远距离)、充氢等方面不仅投资大,而且耗材多,耗材多也就意味着实际排放多。三是燃料电池及其部件质子交换膜、碳纸、气泵、高压储氢罐等价格高,生产制作耗能多。四是铂资源稀缺,无法支撑大规模发展燃料电池电动汽车,研究无铂催化剂还属于世界性难题。五是燃料电池必须与电池并用,只是起增程器的作用,从性价比、减少排放等各方面衡量,都难以与其他增程器竞争。

目前我国燃料电池和部件的国产化还没做好,何必用高补贴助力进口部件装车热?因此,有高纯副产氢的城市要量氢而行,综合考虑各方面因素。总而言之,要打牢基础稳步发展,将经济账算清、减排账核实。

4.微小型纯电动车真节能减排

笔者在10年前建议过电动汽车发展路线:纯电动汽车以微小型为突破口,大中型车主要发展增程式。

微小型纯电动车配装的电池少,安全性较高,能够满足城市、乡镇交通的普遍需求,价格低廉,容易推广。同时,车辆耗电量少(相当于<2升油/百公里),可以用电网的谷电夜间充电,是真正的节能减排。220V、5A的家用充电,不必扩容。此外,微小型纯电动车既可用较为安全的铅碳电池做低速车,也可用锂离子电池做高速车,这可由市场来决定。

笔者认为,交管部门必须切实管理好低速车的交通问题,不能怕麻烦;政府部门要尽快出台低速车标准。政策要顺应人民需求,避免成为节能减排和经济发展的绊脚石。

5.增程式电动汽车很节能减排

第一代增程式,是在电池的电量即将用完时,由发电机启动给电池充电;第二代增程式,是将发动机发电和电池两个电源并联,发动机排量减半,转速选取最经济点;电池量减少2/3,车身减轻,更节能;电池组不会过充过放,寿命延长;磷酸铁锂电池比能量合适,安全性提高;由于电池少,补贴退坡甚至取消后的影响也小,容易推广;增程行驶较燃油车节油50%以上,既省钱又减排;可以不在外面充电,免建充电桩,且能远距离行驶;在有充电条件的城市中行驶,百公里内节油率大于80%;可以继续使用燃油车生产及加油设施,便于发展。因此,在笔者看来,增程式并不是向纯电动过渡的车型,而是未来电动汽车的主力。

增程式电动汽车技术在不断发展

1.增程式电动汽车节油50%的“五大法宝”

增程式电动汽车节油要掌握“五大法宝”,其基础是“并联双电源”概念。一是电池与发电机并联互补,内燃机排量减少一半;二是内燃机转速恒定在最经济点,热效率高;三是遇到红灯或堵车时内燃机关闭,而燃油车此时效率为“0”或很低;四是可回收刹车、下坡的能量,节油率15%~20%;五是装有优化能效的电力电子控制系统。

增程式要进一步提高节油率,应加强以下技术:一是发展专用内燃机,不断提高热效率;二是发展快充电池,充分回收刹车减速的回馈能;三是发展高效电机;四是发展高水平的控制系统;五是未来的发动机可不烧油而烧生物乙醇,这样就不会增加二氧化碳排放。

2.四大因素制约增程式电动汽车发展

目前增程式电动汽车发展不快,主要制约因素有4点。

一是补贴政策过于向纯电动汽车倾斜,误导了企业的技术路线。甚至2019年补贴退坡后,反而提高长续驶里程电动汽车的补贴,引导企业发展这类车。出现这种情况的根源,是片面地将燃油车的里程当作电动汽车的发展目标,而忽略了节能减排的宗旨。

二是不恰当地支持了假节能减排、技术又简单的插电式混合动力汽车。不过,目前国家发改委在《汽车产业投资管理规定》中已将其列为“燃油车”。

三是部分专家干扰并影响政策的制订。有专家认为,内燃机发出的动力要经过机械能-电能-机械能两次转换,效率大打折扣,但他们并没有细想两次能量转换效率折扣仅是零头而已。其实,任何电动汽车用电均是两次转换,只是转换场合有别而已。

四是技术概念理解有偏差,表现为增程式节油率参差不齐。其原因是企业未完全掌握节油的“五大法宝”,设计概念仍停留在第一代增程式水平。例如,有人说:“增程式是串混”,而不承认电池和发电机并联。实际上,两个电源只有并联才能互补,设计才能正确——发动机排量才可减半,转速才能定在最经济点,电池用量才能少,车重才能减轻,这才是真正的节能。

3.增程式要努力拓展节能减排收效大的五个领域

领域一是增程式乘用车,要大力提倡紧凑型车辆,可用于出租车、家用车。

领域二是增程式商用车,商用车污染排放大,应用增程式后能有效节能减排。

领域三是军用装备动力增程化,车辆增程电动化,舰艇“全电驱动”,既可提高战斗力,又能减轻后勤供油负担。

领域四是农用机械增程化,这一领域目前还是空白。在我国,大中型拖拉机有600多万台,小型拖拉机有1700多万台,总动力11亿多千瓦,另有排灌柴油机近1000万台。农机的柴油消耗量约占全国总用量的35%,超过6400万吨。农业机械增程化,将对节能减排作出巨大贡献。

领域五是运输船只动力增程化。当前,我国内河船只超过16万艘、沿海船只有1万多艘,这些船只造成严重的排放污染;另外还有远洋船2500艘,总动力5400万千瓦。船只动力增程化后可一举三得:减排、降低运输成本和解决停船时生活用电问题。

有人认为,增程式车辆还是要烧油,但他们并没有看到能节省多少油。更何况,将来发动机可以做到不烧油而烧生物乙醇,这样就不会增排二氧化碳,有助于实现碳中和。生物乙醇有三个来源:一是秸秆,我国每年产7亿吨,可转化乙醇1亿多吨;二是甜高粱,可以在盐碱地、沙旱地种植,不与粮食争地。秸秆榨糖和高粱均可制乙醇;三是陈粮,可先将其淀粉发酵出乙醇,酒糟保留蛋白质是优良饲料,还实现了循环经济。

增程节能,绿色出行。对于企业,笔者的建议是,不必都去造整车,制造高能效的增程器更关键,希望能创建中国增程器世界名牌。对于政府,笔者的建议是制定鼓励电动汽车节能减排的政策;按节能减排水平确定电动汽车积分;将大力发展增程动力车、船、农机列入“十四五”规划,使节能减排上一个大台阶。

(作者系中国工程院院士杨裕生,王丹丹协助将原演讲PPT整理成文)

文:杨裕生 编辑:李卿 版式:刘晓烨

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