如何應對洶涌而來的電動汽車革命

□ 張國昀

近年來，國家大力支持電動汽車發展，國內電動汽車產銷量和保有量快速攀升，純電動比例逐年提高。2017年，新能源汽車產銷量分別達到79.4萬輛和77.7萬輛，比上年分別增長53.8%和53.3%，市場占比2.7%。在2017年新能源汽車銷量中，85%左右為純電動汽車，比2016年提高4個百分點。2018年上半年產銷量分別為41.3萬輛、41.2萬輛，比去年同期分別增長94.9%和111.5%。截至2018年6月，全國新能源汽車保有量199萬輛，其中81%為純電動汽車。

這場電動汽車引發的熱潮，席卷汽車、能源、材料、互聯網各個行業，引發從政府到百姓各個層面的關注。其速度之快，范圍之廣，影響之深，人們把它看做一場“電動革命”。

這場革命不僅僅局限在中國。據IEA《Global EV Outlook 2018》統計，2017年全球電動乘用車銷量超過100萬輛，其中中國和美國分別銷售58萬輛和28萬輛，而挪威是電動乘用車銷量占比最高的國家，占2017年全國乘用車銷量的39.2%。截至2017年，全球電動乘用車保有量超過300萬輛。中國、美國是保有量最高的兩個國家。

電動汽車與燃油車的前世今生

實際上，電動汽車是汽車最早的模樣。最早的電動汽車出現在1834年，當時蘇格蘭人托馬斯·德文博特（Thomas Davenport）制造了第一輛電動三輪車，它由一組不可充電的干電池驅動。

1881年，法國人古斯塔夫·特魯夫（Gustave trouve）在巴黎國際電力博覽會上展示了第一臺可充電三輪電動車，它由1臺電機和6節鉛酸蓄電池組成，加上乘員后，總質量160千克，速度僅為12公里/小時。1891年，威廉·莫里森（William Morrison）制成了第一輛電動四輪車。1899年，德國人波爾舍發明輪轂電機。1899年4月29日，比利時人卡米樂·熱納茨（Camile Jenatzy）駕駛著一輛名為“永無止境號（La Jamais Contente）”炮彈外形電動汽車，以105.88公里/小時的速度刷新了由汽油發動機保持的世界汽車最高車速紀錄。

燃油汽車是由“汽車之父”卡爾·本茨于1886年發明的，比第一輛可充電電動車的出現晚5年，比第一輛不可充電電動車晚52年。

19世紀90年代到20世紀初是電動汽車的一個黃金時代。電動汽車廣泛成為美英德法等國家的私人車輛，占據了汽車的主要市場。根據1903年紐約《汽車時代》雜志統計，在美國4000多輛機動車中，電動汽車占38%。電動汽車在1912年達到全盛期，全美國注冊的電動汽車達到3.4萬輛，居各種機動車首位。

隨著內燃機汽車的發展，電動汽車逐步被內燃機汽車替代，1930年左右電動汽車基本從市場上消失了。內燃機汽車替代電動汽車的主要原因有三個。一是內燃機技術水平的提升。燃油汽車續航里程是電動汽車的3倍左右，且成本低。二是石油的大規模發現和汽油價格降低。三是外部環境有利于內燃機汽車發展。當時很多鄉村地區沒有電力供應，城市之間公路網絡逐漸發達，速度更快、行駛里程更長的汽油車比電動汽車更加適合作交通工具。

從20世紀30年代到20世紀末，電動汽車基本淡出了人們的視野。直到第三次石油危機之后，20世紀90年代末，美國通用和日本豐田各推出一款電動汽車——雪佛蘭EV1和豐田RAV4，但兩個車型銷量都很小，而且很快停產。當時制約推廣的主要因素是電池瓶頸問題，兩個公司的電池能量密度都比較低，汽車續航里程比較短，難以充分滿足人們的出行需求。

“電動革命”注定會發生

電動汽車具有終端無污染、制車技術門檻低、更加適應未來的能源體系等優點，但真正要實現“電動革命”，主要依靠的還是它的兩個本征優勢——能量轉化效率高、反應速度快。

8月15日，河南鄭州首批自主研發氫燃料公交車投入運營。圖為乘客乘坐727路氫燃料電池公交車。東方IC 供圖

能量轉化效率高。電動汽車直接通過電機把電能轉化為汽車行駛所需的機械能，電機能量轉化效率高；燃油汽車首先要將燃料的化學能轉化為熱能，再將熱能轉化為機械能，在熱能轉化為機械能的過程中，熱能損失較大，能量轉化效率較低。總體來看，電動汽車的能量轉化效率是汽油車的3倍左右，是柴油車的2倍多。電動汽車能量轉化效率高意味著能量消耗少和燃料費用省；電動汽車能量轉化過程簡單，因此汽車結構更簡單，日常維護保養費用更省。

反應速度快。燃油汽車的啟動和加速要通過內燃機，有燃料加注過程；剎車和轉向要通過液壓系統。這些控制過程都有時間滯后問題。燃油汽車從收到指令到輸出的反應時間為400～500毫秒。電動汽車的電機、轉向系統、電磁剎車都可以直接由電信號控制。電動汽車從收到指令到輸出的反應時間為30毫秒左右，比燃油汽車小一個數量級。電動汽車比燃油車更適合于未來的自動駕駛。另外，電動汽車除了反應速度快之外，啟動性能也遠好于燃油汽車。

2008年至今，電動汽車進入了發展的第三個機遇期，電動汽車銷量和保有量快速增加。2017年全球電動乘用車銷量超過100萬輛，保有量超過300萬輛。與此同時，挪威、荷蘭、德國、法國、英國、印度等國家陸續宣布了禁止銷售傳統燃油汽車時間表。2017年9月我國工信部明確表示已經啟動相關研究。

積極出臺相關政策支持新能源汽車發展的國家，都是立足于本國的實際情況，出發點大致可以分為三種情況：一是國內石油不能自給自足，為了保障國家能源安全。如美國、日本、德國、中國。二是汽車產業升級，提高本國汽車工業競爭力。如美國、德國等。我國在傳統汽車產業方面，缺乏自主創新的核心技術，與國外差距較大。電動汽車的技術路線與傳統汽車的內燃機技術路線存在根本的不同，我們希望能夠實現“換道超車”。三是能源轉型，削減二氧化碳排放。如德國、挪威等歐洲國家一直是推動應對氣候變化的主要力量。我國目前也面臨著很大的溫室氣體排放壓力和嚴重環保壓力，機動車尾氣排放已經成為一些大城市的主要污染源。

鋰離子電池技術突破引發電動革命

電動汽車雖然有能量轉化效率高、反應速度快等本征優勢，但之前一直發展緩慢甚至停滯，其根本原因在于動力電池技術的制約。

最早的充電電池是鉛酸電池和鎳鎘電池，鉛酸電池于1859年由法國人普蘭特（G.Plante）發明，鎳鎘電池于1899年由瑞典人容格（Waldmar Jungner）發明，兩種電池的能量密度都比較低。除鉛酸電池、鎳鎘電池外，后來又陸續出現了鎳鋅電池、鎳鐵電池、鎳氫電池、鋅—氧化銀電池等，但能量密度都難以滿足電動汽車的需求。而鈉硫電池能量密度雖然較高，但其工作溫度高，電池工作時需要加熱保溫，用作電動汽車動力電池時在空間和安全性方面存在問題。目前關于鈉硫電池的研究和應用主要是在儲能方面。

鋰離子電池的發明和技術不斷成熟使得汽車的電動革命成為可能。鋰用于電池有三個優勢：一是相對原子量小，這就意味著在質量相同時，金屬鋰比其他活潑金屬能提供更多的電子。二是電池電壓高，電池電壓是和負極金屬活潑性密切相關的，作為非常活潑的堿金屬，鋰電池能提供較高的電壓。三是離子半徑小，鋰離子比其他大的離子更容易在電解液中移動，充放電時可以實現正負極間的有效、快速的遷移，使整個電化學反應得以進行。這三個優勢使鋰電池具有能量密度高、能夠快速充放電的優點。

最早的商業化鋰離子電池是由索尼公司于上世紀90年代初發明的，正極活性材料為鈷酸鋰，負極活性材料為石墨，電解液為鋰鹽(如六氟磷酸鋰)的有機溶劑。之后陸續研發出錳酸鋰、磷酸鐵鋰、三元素等正極材料，目前磷酸鐵鋰、三元素是主流產品。鋰離子電池發展情況見圖1。

圖1 二十多年來鋰離子電池發展情況

1899年比利時人Camile Jenatzy駕駛炮彈外形電動汽車。

隨著電池技術的進步、汽車材料輕量化、整車裝配的優化，市場上主流的電動汽車續航里程已經由兩三年前的100～200公里，增加到目前的250公里以上。目前商業化車型中，特斯拉電動汽車的續航里程比較高。其采用鎳鈷鋁三元素材料，單體18650電池的能量密度250瓦時/千克左右。Model P100D載電量100千瓦時，汽車整備質量2100千克左右，續航里程572公里，百公里加速可以達到2.7秒。

鋰離子電池最初用于電動汽車動力電池時價格還比較高，隨著電動汽車規模的擴大和相關技術的進步，近年來動力電池成本價格下降很快。根據彭博新能源財經的調查統計，鋰離子電池系統的平均價格從2013年的599美元/千瓦時（其中電池價格411美元/千瓦時）下降至2017年的209美元/千瓦時（其中電池價格147美元/千瓦時），到2025年，電池組價格將降至100美元/千瓦時以下。100美元/千瓦時被業內認為是電動汽車競爭力全面強于燃油汽車，開始大規模替代的臨界點。

充電時間大幅縮短。一方面是提高電池本身的快充性能，另一方是采用非線性充電策略，來提高縮短電動汽車充電時間。特斯拉現有120千瓦超級充電站，采用非線性充電策略，20分鐘充50%，40分鐘充80%，80分鐘充滿。

自動駕駛技術是未來汽車發展方向。自動駕駛汽車（Autonomous vehicles；Self-piloting automobile ）是一種通過電腦系統實現無人駕駛的智能汽車。自動駕駛的三大技術基礎是感知、決策、控制。感知技術包括高清數字地圖、數碼相機、激光雷達、雷達、聲納、慣性測量單元等；決策技術包括自上而下的指令型人工智能和自下而上的數據驅動型人工智能；控制技術包括加速、剎車、轉向等底層控制，及路徑規劃、道路導航等上層控制。

電動汽車和燃油汽車的區別主要在底層控制，包括加速、剎車和轉向等。如前面所述，電動汽車的反應速度是燃油汽車的十倍以上，電動汽車在自動駕駛方面有先天優勢。未來自動駕駛技術的成熟會倒逼燃油汽車淘汰。

目前自動駕駛程度普遍采用NHTSA（美國國家高速公路交通安全管理局）和SAE（美國汽車工程師學會）分級標準，詳見表1。以SAE標準為例，從L0到L5，自動駕駛程度逐級提高，L0為完全人工駕駛，L5為在所有場景都可以完全自動駕駛。

近年來，谷歌、特斯拉、優步、百度等科技公司大力開發無人駕駛技術。同時，傳統汽車公司也積極加入無人駕駛的研發中。如奔馳、通用已經開展無人駕駛汽車路測；寶馬擬聯手英特爾近期開展無人駕駛汽車路測。目前無人駕駛技術整體處于L2到L3的階段。

與傳統燃油汽車不同，電動汽車雖然續航里程短、充電速度慢、一次性購車成本高，但其運行成本低，且更容易實現自動駕駛。根據電動汽車技術特點，進行商業模式創新，能夠有力促進電動汽車的發展，例如共享汽車模式。

國外已經有美國優步、法國Autolib、德國戴姆勒公司Car2go等共享汽車項目。國內近期也在上海、重慶、北京等城市陸續出現了共享汽車。目前國內市場上95%以上的分時租賃汽車均為電動汽車。

根據EVTank統計數據，截至2017年1季度，國內在運的共享汽車已經達到4.5萬（包括0.94萬輛微公交）。以北京的Gofun出行為例，共享汽車通常情況比出租車便宜一半左右。根據相關預測，每共享一輛汽車，可以減少13輛汽車的購買。目前北京市每輛共享汽車平均每天使用頻次為5.1次，平均每次行駛距離為20公里，每天行駛里程是普通私家車的4倍以上。

受人口、資源、環境等影響，中國難以像美國一樣依靠大量私家車來解決人們的日常出行，共享汽車今后或將成為解決人們日常出行的主要方式之一。今后汽車自動駕駛技術的不斷進步和汽車租賃共享商業模式的不斷成熟，會加速電動汽車對燃油汽車的大規模替代。

汽車共享商業模式目前仍然存在消費者接受程度、違章處理、租還車不便等問題，下一步還需要結合中國實際情況，深入分析研究自動駕駛+共享商業模式+電動汽車對現有交通出行方式的影響程度。

目前關于電動汽車的爭議主要是安全和環保問題。安全方面，人們對電動汽車擔心的主要問題是自燃和輻射。近年來，國內外發生了幾起電動汽車自燃事故，引起了人們對電動汽車安全性能的關注。根據調查，幾起事故問題都出現在電池上，主要原因包括電池裝配不當、電池過充、電池碰撞破損等。隨著技術的進步，電動汽車的安全性能不斷得到改善，目前已經能夠達到甚至超過燃油汽車水平。電動汽車的電磁輻射高于普通燃油汽車，輻射來源主要有大功率DC/DC變換器、電機、高壓線束等。輻射的影響包括人身安全和電器設備之間的干擾，目前國家標準中，電磁兼容的限值要求比人身安全的限值要求更嚴格。一般采用優化部件布置、線束走向，及屏蔽等措施，減少電磁輻射。目前電動汽車一般都能滿足電磁輻射限值要求。

環保方面，人們對電動汽車環保的爭議主要有兩點：一是認為電動汽車只是把污染物排放從消費終端轉移到了生產端，而中國的電70%左右來自燃煤發電，可能污染更大；二是認為廢舊電池處理不當會造成污染。

綜合來看，電動汽車并不存在污染物排放轉移問題。首先是電廠的污染物可以集中處理，治理難度遠小于上億輛燃油汽車在路上行駛時的污染物排放處理。其次，從全生命周期考慮，在我國現有電力結構（火力發電量占70%左右）下，電動汽車的氮氧化物、碳氫化合物、一氧化碳等污染物排放都遠小于燃油汽車；顆粒物排放略高于汽油車，但遠低于柴油車；二氧化硫排放高于燃油汽車；另外，二氧化碳排放低于汽油車，與柴油車接近。今后隨著可再生能源發電、燃氣發電比例的提高，污染物和二氧化碳排放還會進一步降低。

表1 美國NHTSA和SAE的自動駕駛分級標準情況

長遠來看，廢舊電池的處理并不會帶來額外的污染。國外發達國家已有成熟的技術和完善的回收體系。國內之前車用動力電池受規模限制尚未形成回收市場。從2018年開始，國內首批車用動力電池將陸續迎來退役期。針對這一情況國家陸續出臺相關文件，大力推進動力電池回收體系建設。

總體來看，發展道路不平坦，但相關問題不斷得到解決，電動汽車正在逐步走向成熟，替代燃油車的規模也會越來越大。

沉著應對“電動革命”對石油石化行業的沖擊

回顧歷史，石油工業因汽車而興。今后電動汽車如果的大規模推廣，會直接影響汽車的燃油消費，進而影響石油開采、煉油化工、成品油銷售等。是否會“成也蕭何敗也蕭何”？

從上游看，電動汽車會影響石油供需平衡和油價。以2014年油價下跌為例，當時全球原油供大于求維持在略低于200萬桶／天的水平，即2%左右。根據相關統計，目前全球汽油消費量占石油消費量1/4左右，電動汽車如果替代10%的汽油車，就會引起石油消費需求減少2.5%以上。IMF在2017年5月發布的《Riding the Energy Transition》中預測，到2040年，全球93%的燃油車將被替代，屆時油價會降到15美元/桶。石油用途是多元化的，車用燃油只占40%多，其他需求的增加會一定程度上彌補車用燃料的萎縮，油價不一定會降到15美元/桶，但一旦大規模替代，則價格走低是大概率事件。

從中游（煉油）方面看，主要影響消費總量、消費結構和產業布局。電動汽車的大規模替代，會引起成品油消費總量萎縮，煉油的市場競爭將會更加激烈。電動汽車主要替代汽油。目前國內柴油消費低迷、汽油消費相對旺盛，電動汽車大規模商業化會加速汽油消費峰值的來臨。電動汽車發展較快的一類區域，包括京津冀、長三角、珠三角等，也正是煉油和成品油消費的核心區（一類區域煉油占全國70%，汽柴油消費占全國50%），電動汽車的推廣會逐步影響煉油、成品油銷售的布局，以及油品物流走向。

從下游看，電動汽車今后更傾向于在家庭車庫或公共停車場充電。即使在加油站建設充（換）電設施，大部分車也不會到加油站充電。一方面是因為經濟性，另一方面是因為便捷性。按近日剛被殼牌公司收購的荷蘭電動汽車充電公司NewMotion CEO SytseZuidema估計，今后80%的電動汽車充電將發生在家庭車庫或停車場等電動汽車長時間停靠的地點。

鑒于能源供應方式的差異，不能完全套用加油站模式來發展充（換）電業務，而應根據電動汽車和電力系統的特點來探索構建新的能源供給生態。國外，日產、奧迪等車企提出了整合家庭儲能（可采用梯級利用的動力電池）、太陽能發電以及電動汽車充電為一體的綜合解決方案，降低對傳統電網依賴，目前已經在試點。

除電動汽車外，氫燃料電池汽車也是另一種電氣化汽車。與純電動汽車相比，氫燃料電池的優勢是續航里程可以更遠，消除里程焦慮，而且加氫與加油相似，只需幾分鐘，遠快于電動汽車充電；其劣勢主要是經濟性差，不僅用氫成本高于用電成本，而且氫燃料電池汽車整車結構更復雜，購車成本相對更高。

氫燃料電池汽車和純電動汽車各自優勢不同，適合發展的領域也不同，今后將差異化發展：電動汽車主要在乘用車領域，替代汽油車；氫燃料電池主要在城際大巴車、中型物流車等領域替代柴油車，另外氫燃料電池汽車也適用于房車等長途出行且有用電需求的特種車型領域。

從長遠看，交通電氣化趨勢不可逆轉，目前動力電池、氫燃料電池、儲氫等技術還存在瓶頸問題，短期內難以實現根本性突破。預計2050年前，石油在交通運輸領域的主體地位不會動搖。因此，面對“電動革命”，我們既不能視而不見、無動于衷，也不能驚慌失措、自亂陣腳，要保持戰略定力，從容應對。一方面是應對新能源汽車發展對現有業務的挑戰，根據新能源汽車發展情況及其對石化產業的影響，從上中下游全產業鏈，提前謀劃現有相關業務的調整，選準方向，把握好節奏。另一方面是抓住新能源汽車為公司轉型發展帶來的機遇，結合公司自身的優勢，有所為有所不為，甄選重點發展領域，布局新能源汽車相關產業，培育公司新的效益增長點。

鏈接一

中國與全球2011～2017年電動汽車銷量