新能源汽車的未來：謹慎樂觀

文/能源基金會 龔慧明 陳健華 辛焰 趙芮

中國的新能源汽車（包括純電動汽車、插電式混合動力汽車、燃料電池汽車）發展經過持續的努力，隨著純電驅動路線的明確和聚焦，純電動和插電式混合動力汽車在輕型車領域，即將進入基本商業化和完全市場化階段，純電動在中重型車城市應用場景（比如公交）和政策激勵下，即將迎來快速發展，但燃料電池汽車和中重型純電動汽車中長途應用，仍需要時間驗證。

純電動汽車未來發展

電池技術不斷快速進步和市場接受度逐步提高，保障了純電動汽車的市場發展。電池作為純電動汽車最關鍵的零部件之一，是純電動汽車無論從成本角度還是功能角度與傳統燃油車競爭的關鍵。基于中國電池領軍企業寧德時代的相關數據（如圖1所示），從2014年到2018年的5年時間內，電池單體的能量提高了63%，而同期對應的成本則下降了51%。以100公斤電池為例，2018年相比2014年，由于技術進步促使車輛行駛里程提高了63%，而成本降低了21%。從市場情況來看，以純電動乘用車為例，盡管補貼退坡，終端市場銷售價格并未出現明顯增加，而車型的行駛里程則明顯提高。相比早期的100公里至200公里為主車型，當前新推出的車型已是以300公里至500公里為主。

基于技術發展，國家制定了更加宏偉的目標以反映并引導電池技術進步（如圖2所示）。如果這些目標得以實現，2025年的車型將比2018年的車型在里程上增加50%左右，而成本將基本保持不變。也就是說未來10萬元至30萬元的價格，將能夠購買行駛里程在500公里至800公里左右的純電動汽車。

圖1 電池比能量與成本變化

圖2 電池比能量和成本目標

電池的壽命和劣化是消費者普遍關心的一個重要問題，其不僅僅關系到車輛后期的性能，也影響到車輛的殘值，并進一步影響到新車的市場接受度。特斯拉的幾款車型全球累計銷量最大并且使用最久。研究發現，松下為其提供的的單體電池循環1200次后仍然可以達到出廠容量的95%，這大致相當于車輛行駛大約48萬公里的結果。這意味著以每年行駛2萬公里計算，特斯拉車主在連續開24年后電池容量也不會出現大幅下降。根據286位特斯拉Model S車主的實際使用情況統計數據，即使在行駛20萬公里之后，續駛里程還能保持初始續駛里程的90%至95%（如圖3所示）。也就是說，未來純電動乘用車在生命周期內并不需要更換電池，并且車輛淘汰報廢后留下的舊電池應該還可應用于儲能行業。

圖3 特斯拉Model S車型電池劣化

圖4 純電動與汽油乘用車綜合經濟性對比

從近中期的角度來看，固態電池技術的進步和商業化應用將是影響純電動汽車發展的關鍵因素。全固態鋰離子電池目前已經具有產業化前景，預期將在2020年前后，其能量密度技術上達到每千克400瓦時至500瓦時，并在2025年至2030年之間實現量產。個別公司的計劃甚至更早，豐田公司盡管一直在全球推進燃料電池汽車的發展，但最近也開始加強在純電動汽車方面的研發和投入，其全固態鋰離子電池預計在2022年開展商品化工作。全固態鋰離子電池在提高能量密度的同時，其壽命、安全性都有大幅提高，而成本依然可控制在每瓦時1元以下。這項技術的成熟和規模化應用，將奠定純電動汽車與傳統燃油車全面競爭的基礎。

基于中國汽車技術研究中心的研究，考慮制造（購買）成本、財稅、使用及便利性預期等因素后，純電動乘用車與汽油乘用車的綜合成本可在2025年至2030年間大致持平（如圖4所示）。澎湃新能源財經發布的2018年電動汽車展望，更是認為到2024年純電動乘用車即便沒有補貼也在購置成本上與傳統車輛實現競爭；并且隨著電池價格進一步下降，到2029年在更多細分市場純電動車輛將實現與傳統車輛的競爭。

以充電基礎設施為代表的關鍵障礙，將決定未來純電動汽車的發展。盡管從電池技術、成本、市場可選擇車型、消費者接受意愿等角度都發現純電動汽車未來發展比較樂觀，但是充電基礎設施是純電動汽車發展的根本保障。如果充電技術和基礎設施建設不能提供有效的配套保障，長期必然將影響到純電動汽車的發展。國家盡管制定了充電基礎設施發展目標（如圖7所示），但實際進展情況遠遠滯后于目標（如圖8所示）。截至2018年4月，私人充電樁建設相比目標僅僅完成了10%，公共充電樁方面盡管相對較好，完成了52%，但這和國務院要求的“以用戶居住地停車位、單位停車場、公交及出租車場站等配建的專用充電設施為主體”反差巨大。一方面，已經建成的公用充電樁利用率非常低，基本無法實現支持可持續發展的商業盈利。國家能源局副局長劉寶華表示，公共充電樁利用率僅為15%。另一方面，由于對長途出行中途充電的顧慮，開電動車長途出行的情況不會太多，這也降低了對公用充電樁充電的需求。此外，公用充電樁服務可靠性的問題，包括設備損壞不能及時維修、充電接口協議和支付方式不統一、被傳統車占位等，也很大程度影響到使用。

圖5 中國新能源汽車產銷量中純電動汽車占比（2014年至2017年）

圖6 上海新能源乘用車市場數據

圖7 中國2020年充電基礎設施建設目標

圖8 中國充電樁建設進展（截至2018年4月）

影響純電動汽車發展的設施因素

純電動汽車發展需要結合智能電網和可再生能源的發展才能更加凸顯其發展的重大意義。可再生能源（主要指風電和光伏發電）發電的波動性和時效性對電網的運行管理帶來很大挑戰，純電動汽車充電如果不能得到有效管理，將進一步加劇對電網穩定的沖擊。峰谷電價和更進一步的靈活動態電價機制，將有助于引導充電行為，在智能電網的支持下實現電動汽車的有序充電，降低電網沖擊，吸納可再生能源發電，并幫助電網實現削峰填谷的負荷管理，減少建設新的發電廠和降低低效高排放電廠的使用。但是，當前充電基礎設施規劃建設與智能電網、可再生能源發電、城市規劃等方面的有機協調還需要大幅改進。

此外，大功率充電樁技術將很大程度上影響到未來私人在居住地、工作場所慢充為主，還是公共場所快充為主的充電商業模式發展。如果政府不能系統全面地大力推進居住地、工作場所充電樁建設，私人消費者將不得不選擇公用、快速的大功率充電，這一方面將降低電動車的經濟吸引力，另一方面由于大功率快速充電導致電動汽車不但無法作為電網的調峰調谷資源，反而會對電網的穩定性產生影響。當前在大功率快速充電方面，國際上主要國家已經開始邁向350千瓦以實現10分鐘至15分鐘的快充技術，我國主要在使用50千瓦的快充技術，并嘗試建立120千瓦的快充服務。

由于技術特性，不同于傳統汽車可利用內燃機燃燒排氣高溫余熱即可有效供暖且不明顯增加額外能耗，純電動汽車需要專門配置電源熱泵以保障冬季供暖，這將顯著增加額外的電耗并降低行駛里程。此外，冬季電池低溫化學惰性、制動能量回收降低也導致行駛里程減少。

純電動技術在中重型車中長途運輸的應用也還將比較困難。盡管增加電池即可提高里程，但由于電池重量的增加，整車裝載能力、車輛能效、充滿電所需時間、車輛價格都將帶來制約。即便如特斯拉電動卡車Semi能實現實際行駛800公里，高達5噸的電池、350千瓦大功率充電長達30個小時的充電時間，也將妨礙其實際的市場推廣和應用。這個方向的電動化仍需要時間等待電池技術的進一步突破和大功率快速充電技術的發展，這將是一個逐步替代的過程。

電動汽車的環境影響問題也備受關注。隨著電池技術進步、電網的清潔化、傳統車節能減排接近技術和成本瓶頸，純電動汽車節能減排效果毋庸置疑。純電動乘用車在替代石油、降低溫室氣體排放方面作用明顯。盡管某些空氣污染物（如二氧化硫）排放可能會增加，但考慮到人群密集區呼吸高度的汽車排放與遠距離電廠的高空排放，從對人體健康影響的角度來看，純電動汽車依然更加有利。電池報廢和回收再利用可能帶來的環境影響現在還很難分析，電池技術進步可能使純電動汽車生命周期內不再需要更換電池；淘汰下來的電池還有很大梯次利用空間，但梯次利用的商業模式當前還不明確；電池最終報廢和回收再利用也還存在管理、技術、商業模式的不確定性。

插電式混合動力和燃料電池汽車發展還存在較大不確定性

插電式混合動力汽車未來將更多交給市場。插電式混合動力同時具備內燃機和電池電機兩套系統。由于系統復雜性，其成本很難降低，故往往應用在中大型中高端車型，對消費者而言可供選擇的車型不多。另外，內燃機的存在也不能實現車輛的全部使用過程零排放。

從全國來看，大部分插電式混合動力汽車一方面獲得了新能源汽車的補貼，但另一方面卻在作為燃油車使用，沒有實現節能減排的效果。考慮到未來空氣污染防治將日益成為驅動電動車發展的動力，純電動汽車競爭力日益提高，財政補貼逐步退出，插電式混合動力汽車由于上述技術和產品特點，以及實際效果的局限性，市場前景將完全交給消費者選擇而不應再享受政策紅利影響，其發展將出現很大不確定性。

燃料電池汽車仍需時間檢驗。燃料電池汽車今后10年左右仍然將獲得穩定的財政補貼，同時由于純電動汽車暫時在技術方面還面臨一些應用上的瓶頸，其發展將會出現加速。為避免與純電動汽車的競爭沖突，燃料電池汽車的發展將優先彌補當前純電動汽車汽車發展面臨的一些短板，比如低溫環境和中重型中長途應用場景，并且可能出現燃料電池與純電動雙電混合系統應用。但燃料電池汽車面臨的挑戰將不僅僅是車輛技術本身，更關鍵的在于整個氫氣能源系統，包括從氫氣的生產、儲存、運輸、加注等多方面的技術和經濟性挑戰。理論上來說存在多種氫氣的來源，包括工業副產氫、天然氣重整制氫、煤化工制氫、電解水制氫等，但從供應規模和穩定性、成本經濟性、環境效益和能源效率等多方面考慮，可能還會面臨很多問題。

中國發展新能源汽車的有利與不利條件