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节能减排是我国汽车工业应尽的责任,也是各国汽车工业的热门课题.面临全球石油价格长期上涨的趋势,各国都在为降低对石油的依赖而努力.随着我国经济持续发展,2010年我国汽车产销达1800万辆.位居全球第一位.我国每年因汽车增长而新增的石油消耗达3000万吨.2010年我国共消耗4.4亿吨石油,其中2亿吨由国内生产,另外2.4亿吨从国外进口.大量进口石油已经给国家能源安全带来较大压力.汽车消耗的燃油占我国燃油消耗总量的40％左右.2010年我国石油对外依存度已达到55.2％,超过美国对外依存度53％.2010年我国能源消耗量折合标准煤29.9亿吨,超过美国成为全球第一大能源消费国,但我国油气资源并不丰富.
为有效降低对进口石油的依赖,我国应大力提倡节约能源.汽车节能主要通过提高内燃机和汽车技术水平、发展新能源汽车等途径来实现.
一、现代内燃机技术和汽车技术的发展
在汽油机新技术方面,采用汽油直喷、涡轮增压、可变气门正时和升程控制、可变进气门长度控制、三元催化转化器等技术来实现.如大众涡轮增压燃油分层燃烧(TSI)、双离合器自动变速器(DSG)等技术,可实现燃油经济性提高20％、排放降低20％以上,已用于上海大众、一汽大众不少车型上.福特EcoBoost发动机采用汽油直喷、涡轮增压、气门正时技术,并已应用于福特金牛座和Fusion车型上,并将在中国生产的车型上应用；唯独日本本田、丰田等企业未将这类新技术应用在我国轿车市场上.
在柴油机新技术方面,采用直喷、涡轮增压、高压喷射(单体泵、泵喷嘴、共轨)、废气再循环(EGR)、氧化催化转化器、选择性催化还原(SCR)技术、微粒捕集器等技术,大大降低了燃油耗,提高了燃料经济性,降低污染物排放和C02排放.如玉柴采用上述技术,已开发出达到国II排放的柴油机.
在整车新技术方面,采用轻量化、降低空气阻力系数、采用低阻力轮胎等.以求降低汽车自重和汽车行驶阻力来达到降低整车燃油耗的目的.
根据财政部、国家发改委关于开展“节能产品惠民工程”的通知(财建[2009]213号),制定了《“节能产品惠民工程”节能汽车(1.6L及以下乘用车)推广实施细则》,对消费者购置节能汽车给予3000元,辆一次性定额补助.目前节能汽车占1.6L以下的汽车销量59％,列入推广目录自主品牌车型252个,目前推广了357万辆(至2011年8月底)节能汽车,实现年节油101万吨.
节能汽车是指达到或超过国家第三阶段乘用车燃料经济性限值的1.6L及以下乘用车.节能汽车国家已补贴107亿元(至2011年8月底).从2011年10月1日起,财政部、国家发改委、以财建[2011]754号文《关于调整节能汽车推广补贴政策的通知》,从2011年10月1日起,将节能汽车综合燃油耗限值提高.不同乘用车整备质量具有不同的综合燃油耗限值.现将2011年10月1日节能汽车综合燃料消耗量限值与原来实施的乘用车第三阶段综合燃料消耗限值进行比较(见表1).微型客车(具有三排及三排以上座椅)、双离合器自动变速器(DCT)、液力自动变速器(AT)、机械式自动变速器(AMT)和无级变速器(CVT)属于表1第3项和第4项,其燃油耗限值比普通车综合燃油耗限值要高.
从2010年6月1日实施节能汽车补贴以来,1―6批节能汽车(1.6L及以下乘用车)推广目录共有39家汽车制造企业427种车型享受国家3000元,辆补贴.但从2011年10月1日起,节能汽车综合燃料消耗量限值加严,只有41种车型(原427种车型)仍能享受3000元／辆补贴,其中自主品牌有20种车型,占享受车型48.8％.
为什么在介绍新能源汽车时,要介绍节能汽车主要由三方面原因.
(1)据博世公司报导,到2020年内燃机(汽油、柴油)汽车销售量仍占汽车总销售量的80％,采用新技术的内燃机汽车,其节能效果也可达到20％及以上.
(2)新能源汽车中的混合动力车(包括微混、轻混、中混、重混,不包括插电式混合动力车)作为节能汽车享受政府3000元／辆补贴.
(3)政府积极支持采用现有内燃机技术的汽车和采用新技术、新能源的汽车在“十二五”期间并行发展.
(4)插电式混合动力车、纯电动车、燃料电池车在“十二五”期间,市场化前景不大,新能源汽车仅有混合动力车才是近期发展方向且最有可能在“十二五”期间市场化.
二、新能源汽车
新能源汽车是指采用非常规的车用燃料作为动力来源(或使用常规车用燃料但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.新能源汽车包括混合动力车、纯电动车(包括太阳能汽车)、燃料电池汽车(FCEV)、氢发动机汽车、其他新能源(如超高效储能器、二甲醚)汽车等.
目前,世界各国都将发展新能源汽车作为解决能源危机的主要措施.日本丰田、本田汽车在混合动力车方面已走在世界前列,丰田普锐斯混合动力车已销售超过300万辆,日产、三菱等都以发展小型电动车为主.美国通用汽车公司近期积极推进沃蓝达(VOLT)串联插电式混合动力车(通用称其为增程式电动车)市场化,2011年底,该车型将引入中国市场.日产聆风(Leaf)电动车将于2012年在武汉进行示范运行.美、欧、日都对新能源汽车进行扶植,对新能源汽车及其关键零部件进行资助,对购置新能源汽车的消费者进行补贴.当然.各国发展新能源汽车的种类不同(如美国重点扶持插电式混合动力车),各国补贴力度也有差异(如美国对购置新能源汽车的消费者补贴7500美元／辆).
自2001年科技部“863”现代交通领域电动汽车专项启动以来,经过10余年努力,我国新能源汽车和关键零部件都取得了一定的进展.“十二五”863计划电动汽车重大项目已启动.目前.我国主要汽车制造企业都将新能源汽车作为其发展方向.
三、新能源汽车各项扶植政策相继出台并已实施
1.《汽车产业调整和振兴计划》
2009年2月9R,国务院出台了《汽车产业调整和振兴计划》,其中对新能源汽车提出“电动汽车产销形成规模,改造现有生产能力,形成50万辆纯电动、充电式混合动力和普通型混合动力车等新能源汽车产能,新能源汽车销量占乘用车销量5％左右”.该振兴计划实施日期到2012年底,但从目前实施情况来看,根本达不到振兴计划的目标.
2.《新能源汽车生产企业及产品准入管理规则》
2009年6月17日,发布《新能源汽车生产企业及产品准人管理规则》江产业[2009]第44号),从2009年7月1日起实施.对在我国使用新能源的汽车生产企业都要由指派的专家组进行认可.通过后才能生产.
该规则中提到“根据新能源汽车整车、系统及关键总成技术成熟程度,分为起步期、发展期、成熟期三个不同的技术阶段.
起步期产品是指技术原理的实现路径尚处于前期研究阶段、缺乏国家和行业有关标准、尚未具备产业化条件的产品.如采用锌空气蓄电池的混合动力乘用车、商用车、纯电动乘用车；采用镍氢蓄电池的纯电动乘用车；采用锂离子蓄电池和镍氢蓄电池的纯电动商用车；采用锌空气蓄电池、超级电容器的纯电动商用车；采用燃料电池的乘用车和商用车、氢发动机汽车和二甲醚汽车.起步期产品只能进行小批量生产,且只在批准的区域、范围、期限等条件下进行示范运行,并对全部产品的运行状态进行实时监控.
发展期产品是指技术原理的实现路径基本明确,国家和行业标准尚未完善,初步具备产业化条件的产品.如采用锂离子蓄电池、超级电容器、液压,气压储能装置的混合动力乘用车；采用锂离子蓄电池、镍氢蓄电池、铅酸蓄电池、超级电容器、液压／气压储能装置的混合动力商用车；采用锂离子蓄电池的纯电动乘用车.发展期产品允许进行批量生产,只能在批准的区域、期限和条件下销售、使用.并至少对20％的销售产品的运行状态进行实时监控.
成熟期产品是指技术原理的实现路径清晰,产品技术和生产技术成熟,国家和行业标准基本具备,可以进入产业化阶段的产品.如采用镍氢蓄电池、铅酸蓄电池的混合动力乘用车；采用铅酸蓄电池的纯电动乘用车和商用车.成熟期产品与常规汽车产品《车辆生产企业及产品公告》相同.
特别要指出的是,在准入条件中规定“至少掌握新能源汽车车载能源系统、驱动系统及控制系统三者之一的核心技术”.而目前,绝大多数整车生产企业的新能源汽车蓄电池、驱动电机是外购的,唯有整车控制必须由整车厂自行开发,或与高等院校、科研单位共同开发.整车控制系统开发难度相当高,包括发动机、变速器、底盘控制系统,还要与蓄电池、电机、电力电子控制的集成,如北汽福田混合动力城市公交车.全面采用伊顿混合动力系统,整车控制系统也与伊顿或其他合作方完成.
目前.不少生产新能源汽车和关键零部件的企业还没有达到新能源汽车生产企业准入条件和审查要求.
3.财政部、科技部《关于开展节能与新能源汽车示范推广试点工作》(财建[2009]6号)、《关于扩大公共服务领域节能与新能源汽车示范推广有关工作》(财建[2010]227号)、《节能产品惠民工程节能汽车推广实施细则的通告》(财建[2010]219号)
2009年1月23日,第一批批准13个城市(北京、上海、重庆、长春、大连、杭州、济南、武汉、深圳、合肥、长沙、昆明、南昌),2010年5月31日第二批批准7个城市(天津、广州、海口、郑州、厦门、苏州、唐山),2010年7月又批准第三批5个城市(沈阳、成都、南通、襄樊、呼和浩特),明确要求25个示范运行的城市不低于1000辆新能源汽车规模.且示范运行车辆必须列入产品公告,国家对示范运行的车辆提出财政补贴政策.
到2010年底,我国新能源汽车生产7001辆.示范运行的新能源汽车6561辆,其中混合动力城市客车3681辆、混合动力轿车(作为出租车示范运行)750辆、纯电动轿车695辆(大部分作为出租车)、纯电动城市客车1042辆,其他为燃料电池车和纯电动专用车.
从示范运行新能源汽车来看.城市公交客车(包括混合动力和纯电动)74729辆,占总示范运行车辆72％.深圳市2011年8月12日举行的世界大学生运动会,有2011辆新能源汽车投入示范运行(其中混合动力城市大客车1370辆.含双层大客车20辆、纯电动城市大客车253辆、纯电动公交中型客车26辆、纯电动出租车300辆、燃料电池车62辆).2009-2012年示范运行的25个城市还将有一定数量的新能源汽车投入示范运No至目前为止,第二批、第三批12个示范城市中尚有不少城市还没有新能源汽车投入示范运行,投入示范运行的新能源汽车不足万辆.预计到2012年底,示范运行的新能源汽车不会超过3万辆.
对25个城市进行示范运行的车辆按节油率和最大电功率比享有不同补助标准.如混合动力车最少补助4000元,／辆(节油率≤20％)、最多补助5.0万元,辆(节油率40％以上,最大电功率比30％～100％).对纯电动车补助5.0万元,辆,对燃料电池车补助25万元/辆.
对10m以上城市公交客车补助为：混合动力车最少补助5万元,辆(节油率10％-20％,使用铅酸蓄电池),最多补助42万元,辆(节油率40％以上,最大电功率比50％以上)；纯电动车补助50万元／辆；燃料电池车补助60万元／辆.
最大电功率比是指新能源汽车电机峰值功率占总功率(发动机预定功率+电机峰值功率)之比.节油率是指新能源汽车燃油耗比基准车型燃料耗降低的比例.4,《国务院关于加快培育和发展战略性新兴产业的决定》(国发[2010J32号])
2010年.国务院将新能源汽车作为国家七大战略性新兴产业之一.战略性新兴产业是引导未来经济社会发展的重要力量.发展战略性新兴产业已成为世界主要国家抢占新一轮经济和科技发展制高点的重大战略,可见,新能源汽车是国家重点关注的战略性新兴产业之一.
5.《私人购买新能源汽车试点财政补助资金管理办法
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》2010年6月1日,财政部、科技部、、发改委发布财建[2010]230号《关于开展私人购买新能源汽车补贴试点的通知》.2010年7月6日,在深圳市召开私人购买新能源汽车试点工作会议,至今已有一年.
到目前为止,北京、杭州、上海、深圳、台肥、长春6个试点城市都制定了《私人购买新能源汽车补贴试点实施方案》,提出了除国家进行补贴外,地方也进行补贴.但至今上海、合肥、长春3个城市尚未由国家有关部门批准.上海市已于2010年10月上报,但至今未批复,主要原因是要求上海对私人购买新能源汽车的消费者在新车牌照上有一个说法(目前上海私车牌照费已达5.2万元).到2012年底,北京提出私人购置新能源汽车目标3万辆,上海、杭州、深圳、长春、合肥等提出2万辆目标.
对于私人购置新能源汽车,财政补助的是插电式混合动力车、纯电动车和燃料电池车,混合动力车(微混、轻混、中混、重混)被排除在外而作为节能汽车考虑.
到目前为止,北京没有私人购置新能源汽车报道,合肥585辆纯电动车销售给江淮汽车和国家电网的职工,这批车除国家和合肥市补贴外.还以优惠价卖给职工；上海市至今只销售10辆,其中8辆是私人购置；深圳市比亚迪F3DM插电式混合动力车销售了365辆,E6纯电动车53辆作为出租车；杭州市众泰5008EV100辆整车租赁给消费者使用,同悦纯电动车30辆作为出租车；长春市没有私人购置新能源汽车.至今6个试点城市私人购置新能源汽车不足千辆.
长春一年中有5个月时间处于寒冷低温天气,由于蓄电池在低温时化学反应迟缓,造成低温时充电不足,影响续驶里程.目前,在市场上销售的纯电动乘用车不足10款车型,消费者选择余地太少.
6个试点城市所制定的至2012年底私人购买新能源汽车的目标都难以完成.国家推出私人购置新能源汽车补贴方案也由于各方面条件不成熟,如蓄电池技术不过关、充电基础设施不足、售价贵、消费者对电动车接受程度低等,私人购买新能源汽车短期内很难形成规模.
6.《电动汽车科技发展“十二五”专项规划》
科技部近期实施《电动汽车科技发展“十二五”专项规划》但未对外公布.“十五”、“十一五”我国都将电动汽车等新能源汽车列入国家“863”计划,并确立--了以混合动力车、纯电动车、燃料电池车为“三纵”,以多能源动力总成控制系统、驱动电机、动力蓄电池及燃料电池等关键零部件为“三横”的研发布局,以企业为主体、产学研合作,持续开展技术攻关和示范应用,积极推动产业布局和能力建设.在规划中提出大力发展以混合动力车为主的节能汽车,解决近中期的能源和环境问题.以原始创新和技术突破为主,加快以电动汽车为主体的新能源汽车发展,瞄准未来汽车竞争制高点,加速汽车能源动力系统转型.国家科技部“十二五”期间将投入30亿元,全面组织启动大规模电动汽车技术研发.
对动力蓄电池、驱动电机、控制系统都提出了技术创新、性能要求和成本要求,并提出下一展方向.对混合动力车、纯电动乘用车(微型、小型)、纯电动商用车、插电式混合动力车、燃料电池车等都提出性能要求,并提出下一展的性能指标.
7.《节能与新能源汽车产业发展规划(2011-2020年)》(征求意见稿)
于2010年7月公布《节能与新能源汽车产业发展规划(2011-2020年)》(征求意见稿),经征求汽车制造企业、汽车零部件企业、有关大专院校、科研单位、专家等意见后,经过适当修改上报国务院批准.
该《规划》(征求意见稿)提出了总体目标、阶段目标、主要任务、产业布局、财政补助等方面.总体目标提出：“2020年新能源汽车累计产销量达到500万辆,中／重度混合动力乘用车占乘用车年产销量50％以上.2015年新能源汽车初步实现产业化,动力蓄电池、电机、电控关键零部件核心技术实现自主化；纯电动车和插电式混合动力车市场保有量507辆以上；动力蓄电池系统能量密度达到120Wh／Kg以上,成本降到2元／w,寿命达到2000次或10年以上；电驱动系统功率密度达到2.5kW／kg,成本降到200元／kW.”
但从目前实施情况来看,2015年纯电动车和插电式混合动力车市场保有量507辆以上是根本不可能实现的目标.2020年新能源汽车累计产销量500万辆也不可能达到,这一目标不是实事求是的发展目标,因此总体目标有可能在正式稿中被取消或调整.
四、新能源汽车发展路线
温家宝总理在2011年第14期《求是》杂志上发表了《关于科技工作的几个问题》,在“加快培育和发展战略性新兴产业”章节中提出“部署战略性新兴产业,我们与西方发达国家几乎是同步的.从这点看,机遇是抓住了,但从实施进展情况看,问题比较突出.一是无序发展,一些地方热衷于铺摊子、重复投入、重复建设；二是缺乏核心技术,许多领域还处于起步和跟踪模仿外国技术阶段；三是条块分割,科技资源分散,产学研脱节.具体到一些领域或产品,技术路线、发展方向还不十分清楚.例如新能源汽车,发展方向和最终目标是什么,现在重点发展的混合动力车和电动车是不是最终产品,并不十分明确.混合动力车现在有了一些进展,但技术上与发达国家还有较大差距.电动车开发刚刚起步,总体上还处于初级探索和跟踪外国技术阶段,主要设备和材料都依赖进口,发展新能源汽车下一步要集中解决哪些问题,包括技术路线问题、关键核心技术问题、投入问题、政策支持问题,必须尽快明确下来.”
新华社2011年8月5日报道,、科技部、发改委等多部门经反复论证后,明确了新能源汽车范围为插电式混合动力车、纯电动车和燃料电池车,混合动力车作为节能汽车.
根据讲话,笔者以为如下问题值得我们研究.
1.新能源汽车发展方向和最终目标
我国新能源汽车发展方向一直是非常明确的,是科技部提出的“三纵”和“三横”.虽然三部委提出插电式混合动力车、纯电动车、燃料电池车,但近期发展方向主要是混合动力车.我国主要汽车制造企业近期都以混合动力车作为可产业化主要方向,混合动力车是过渡产品而不是最终产品.最终产品是纯电动车和燃料电池车、氢发动机汽车,插电式混合动力车只是混合动力车的一种形式.因此,2010年底在我国25个城市进行示范运行的新能源汽车中72％是混合动力车.但需指出的是,有些示范运行的混合动力城市客车其节油率尚未达到20％.目前,由于纯电动车存在续驶里程短、基础设施建设不足、动力蓄电池技术不过关、消费者对电动车不认可、价格贵、重量重等缺点.使我国纯电动乘用车没有优势.虽然产品公告上新能源汽车有上百种车型,但真正上市销售的纯电动乘用车不到10种,上汽、一汽、东风三大企业集团还没有纯电动乘用车上市.
纯电动车是新能源汽车的发展方向.但在非产业化阶段,燃料电池车是比较理想的新能源汽车,但目前燃料电池车存在价格高、燃料电池堆性能不够理想、燃料电池堆使用寿命短(只有2000～3000h)、加氢站建设费用昂贵、运输不便等不足.制约了燃料电池车的发展.尤其是我国燃料电池堆采用鼓风机低压进气方式,而国外都采用高压进气(进气压力大于1大气压),因此,国外燃料电池堆功率密度比我国要大得多.目前,同济大学加氢站没有制氢装置,而是采用石化工业的副产品――氢气.此外,该加氢站只能使氢气压力达到35Mpa,而国外都已达70Mpa.因此.我国燃料电池车与国外存在较大差距.
2.新能源汽车关键核心技术问题
目前,电动车发展的瓶颈是蓄电池技术未过关.近来,杭州市众泰朗锐电动出租车和上海825公交线路电动(蓄电池+超级电容器)城市公交客车自燃事件都暴露出蓄电池安全问题.此外,我国蓄电池在生产一致性、国产蓄电池批次稳定性、蓄电池生产工艺水平方面与国外存在较大差距.
我国现在生产的锰酸锂离子蓄电池和磷酸铁锂离子蓄电池,其单体电池能量密度只有100―120Wh／kg,而国外已达到160Wh／kg.要达到电动车驾驶里程300km(开空调),蓄电池能量密度必须达到210Wh／kg以上.而比亚迪E6纯电动车采用多装蓄电池单体电池的方法.采用能量为63kWh的蓄电池,才达到驾驶里程300km要求,日产聆风电动车蓄电池能量只有24kWh,因此E6电动车蓄电池价格非常高(高达30万元),重量非常重.因此t6电动车只能作为出租车进行示范运行.电动车要达到与燃油车同样行驶里程,要求蓄电池能量密度达到500Wh/kg.目前的锂离子蓄电池无论如何进行改进也达不到这样的能量密度.目前,国外都在研发下一代的蓄电池,而我国蓄电池生产企业还没有进行此项工作.
3.对新能源汽车政策支持
目前,25个示范运行城市中,“十城千辆”计划正在实施.至2011年底,预计投入示范运行的新能源汽车近万辆,都会得到国家补贴.但私人购置新能源汽车的财政补贴政策未能紧密结合中国目前新能源汽车发展的实际情况,显得有些不合时宜.笔者认为,这项政府补贴政策至少应推迟3-5年为好.而且,国家应加大对新能源汽车关键核心技术的支持,尤其对有条件、技术力量强的蓄电池企业进行重点扶持,研发下一代蓄电池.对现有锂离子蓄电池性能、安全等应有创新的技术来保证.现有100多家蓄电池企业应进行兼并重组,集中优势兵力进行研发,解决蓄电池技术的瓶颈问题.