新能源內燃機市場發展環境評估

摘要：盡管電動汽車市場發展迅速，但是內燃機行業仍具有發展潛力。中國內燃機市場規模在2022年達到約3 500億元人民幣，同比增長超過10%。技術創新是行業發展的關鍵，內燃機廠商正響應下游行業對多元化清潔燃料的需求，推動產品研發向燃料和動力多元化發展。內燃機行業正面臨轉型升級，通過技術創新和產業升級應對新能源汽車挑戰，新型內燃機技術如氫內燃機、電子合成燃料內燃機等將成為行業發展的重要方向。

關鍵詞：新能源內燃機；行業趨勢；應用分析

中圖分類號：U461 收稿日期：2024-12-02

DOI：10.19999/j.cnki.1004-0226.2024.12.003

1 行業發展背景

商用車作為國民經濟建設的運輸支撐以及交通領域節能減碳的關鍵力量，其低碳轉型一直是全國兩會備受矚目的議題。2024 年兩會期間，多位專家建言獻策：全國人大代表、全國政協委員、吉利控股集團董事長李書福表示“商用車的電動化轉型‘減碳’潛力較大，氫燃料技術與商用車低碳化緊密結合，正在為我國汽車產業提前實現‘雙碳’目標提供新動能”；全國人大代表、玉柴股份設備智能物聯技術高級主任工程師李海樺圍繞氫燃料內燃機研發提出“，建議設立國家級的氫燃料內燃機動力領域的科技研發專項，支持突破氫燃料內燃機的基礎技術和關鍵技術攻關”；全國人大代表、奇瑞控股集團黨委書記、董事長尹同躍圍繞建立碳足跡管理法規、推進E-fuel綠色合成燃料發展等熱點問題提出了意見。

綜上，新能源內燃機技術作為商用車低碳轉型的重要發展方向之一，將在政策扶持、技術研發、標準建設和示范運營等多方支持下，迎來難得的市場機遇和更廣闊的發展空間，為推動我國能源結構和汽車產業綠色轉型作出重要貢獻。

目前，全球主要國家對新能源內燃機相關界定較少，僅歐盟與美國基本明確將氫內燃機劃分為零排放范圍內，其余法規多止步于直接碳排管控，對應用碳捕獲等新興綠色技術制備的全生命周期內碳排近零的甲醇、天然氣、E-fuel等燃料的內燃機無優勢。然而，隨著各國對保障能源安全訴求的不斷提高和應對氣候變化工作的不斷深入，各類低碳、零碳燃料的鼓勵引導機制不斷完善，全生命周期碳排正逐步替代直接碳排成為衡量燃料對環境影響的核心參數。因此，圍繞新能源內燃機應用的減碳潛力，建立科學模型其市場潛力，成為爭取政策支持和行業發聲的重要前提。

2 研究主要方法

本研究旨在全面評估新能源內燃機的發展潛力，明確其定義、應用范圍及技術路線。研究邊界聚焦于燃用零碳燃料或全生命周期零碳排燃料的內燃機，包括氫內燃機、氨內燃機、甲醇內燃機和燃用e-Fuel的內燃機。通過多元回歸、LSTM神經網絡模型、多項Logit離散選擇模型、AHP層次分析法和TCO評估框架，結合專家訪談和用戶調研，構建了一個科學系統的評估體系，圍繞工業及日用品運輸、大宗商品運輸等10余類中重型貨車典型場景，預測2026—2030年新能源內燃機的市場規模、技術成熟度和經濟性，為新能源內燃機的商業化應用提供科學依據和政策建議。

新能源內燃機商用車應用潛力評估分三個步驟開展。a.新能源商用車發展規模的推導，基于《中國商用車市場預測模型體系及2035預測課題》中對商用車整體發展規模判斷的導入研究成果，結合國家“雙碳目標”等政策要求，以及基于市場發展情況的正向預測分別界定新能源內燃機商用車的發展區間；b.在技術路線選擇上，細化車型場景定義，以不同場景的新能源內燃機應用潛力聚合出整體結果；c.通過行業專家打分判斷，校驗評估結果。

3 評估進展分析

3.1 國外新能源內燃機定義

內燃機/整車端，搭載氫內燃機整車多被認定為零排放車輛，其余新能源內燃機缺少相關定義。歐盟定義CO2排放量低于3 g/（t·km）或1 g/（p·km）的重型商用車為零排放重型車輛，氫內燃機可被視為零排放；CO2排放量低于重型車輛所屬車輛子組中的參考排放量的一半為低排放重型車輛。與歐盟類似，而美國EPA新提議的整車CO2排放標準基于性能劃分，不強制要求任何特定技術，故將氫內燃機汽車歸類為零排放車輛（仍需滿足EPA的NOx、PM和N2O限值）。而美國加州最為嚴格，零排放車輛（ZEV）定義為在任何可能的駕駛模式和駕駛條件下均不會產生溫室氣體排放和氣體污染物；近零排放汽車（NZEV）包括插電式混合動力汽車和可通過傳導或感應式充電源在車外對電池進行充電的混合動力汽車。

燃料端，多通過能源消費稅方式給予零碳、低碳車用燃料鼓勵。歐盟燃料分類定義包括以下類別：

a.零排放燃料：電、氫氣、氨氣。

b.可再生燃料：生物質燃料、由可再生能源生產的合成燃料。

c.不可再生替代燃料和過渡性礦物燃料：氣態天然氣（壓縮天然氣（CNG））和液化形式（液化天然氣（LNG）），以及液化石油氣（LPG）和不可再生能源生產的合成燃料。

零碳/低碳燃料鼓勵方式為能源稅（消費稅）。2021年，歐盟對能源稅進行調整，首先引入了全新的稅率結構，基于燃料和電力的能源含量和環境績效確定稅率而不是能源體積，其次，將更多產品與環節納入范圍。根據環境績效排名，傳統化石燃料，如柴油、汽油以及不可持續的生物燃料，在用作汽車燃料時將受到10.75歐元/GJ的最高最低稅率的約束，在用于取暖時將受到0.9歐元/GJ的最高最低稅率的約束。該比率也可作為其他類別的參考比率。第二類稅率適用于天然氣、液化石油氣和非生物來源的不可再生燃料等燃料。在10年的過渡期內，參考稅率的2/3將適用于這一類別，然后按與傳統化石燃料相同的稅率征稅。第三類稅率適用于可持續但不是先進的生物燃料，適用參考費率的一半；第四類稅率適用于電力（無論其用途如何）、先進的可持續生物燃料和沼氣，以及可再生氫等非生物來源的可再生燃料。低碳氫和相關燃料也將在10年的過渡期也享受相同的稅率。

美國燃料端的定義如下，從美國交通部的定義來看，替代燃料類別包含變性乙醇、電力、天然氣、液化石油氣、氫、源自生物材料的燃料（如生物柴油）、甲醇、其他酒類、煤衍生液體燃料。替代燃料鼓勵方式為CAFé積分優惠，計算CAFé積分時，使用替代燃料車型享受0.15的燃料除數獎勵。

3.2 國內政策規劃

中國政府高度重視氫能產業發展，通過“十四五”規劃和相關政策文件，明確了氫能產業的戰略地位和發展目標。中國氫能產業投資現狀顯示，行業融資以早期輪次為主，但隨著政策推動和市場需求的增長，大額融資項目逐漸出現，為產業發展提供了動力。

2023年5月，工信部公開征求對《工業領域碳達峰碳中和標準體系建設指南（2023版）》［1］的意見，指出重點制定氫燃料內燃機等氫能技術和裝備標準。

2023年8月，國家標準委等六部門聯合印發《氫能產業標準體系建設指南（2023版）》［2］，氫內燃機名列氫能應用之中。我國基本建立起甲醇車用燃料標準體系，車用氫燃料內燃機標準起草中。

2024年4月23日，十四屆全國人大常委會第九次會議對《中華人民共和國能源法（草案）》進行了審議，其中，氫能被正式列入，與石油、煤炭、天然氣等并列作為能源進行管理。“把氫能納入《能源法（草案）》［3］，標志著在法律層面對氫能作為能源的認可，氫能的能源屬性得到進一步明確，這也相當于為氫能產業修建了一條‘高速公路’，氫能將駛入‘快車道’。”業內人士表示，在頂層規劃設計引領下，各地在出臺針對氫能扶持政策過程中，有了更有力的依據。同時，氫能產業有望以更高的優先級獲得扶持與發展，在更廣泛的場景中得到推廣應用，加速對傳統化石能源的替代。

3.3 國內外產業鏈發展情況

新能源內燃機行業的競爭格局主要集中在氫內燃機和綠色甲醇技術。濰柴、玉柴等傳統內燃機企業在氫內燃機領域布局，吉利則深耕綠色甲醇整車研發。全球綠色甲醇項目集中在歐美、東亞，中國產能較少但規劃項目眾多。氫內燃機研發以低壓缸內直噴為主流，甲醇商用車市場主要由吉利占據，銷量增長迅速。整體上，行業競爭格局處于研發階段，尚未形成市場需求驅動的競爭態勢。

近三年來，全球產業鏈在新能源內燃機領域正迅速發展。上游關鍵零部件供應商如博世集團和博格華納公司正積極研發氫能內燃機技術，中游制造商如濰柴動力和玉柴股份在氫內燃機技術上取得突破，國外企業如康明斯和Westport西港公司也在氫內燃機領域取得進展，下游整車制造商如中國重汽和東風柳汽已推出搭載氫內燃機的商用車型，國際企業如德國曼恩商用車和沃爾沃集團也在積極布局氫內燃機卡車市場。

整體來看，新能源內燃機技術正逐步成熟，產業鏈各環節均在積極推動技術商業化和市場應用。

3.4 學術層面減碳潛力研究總結

本文從甲醇和氫能兩個方面對學術層面減碳潛力的研究情況進行分析。

a.甲醇。使用環節碳排放優勢不明顯，全生命周期與甲醇來源高度相關。選取市場主銷同等質量的甲醇牽引車和柴油牽引車進行對比。按照車輛消耗1 L柴油產生2.6 kgCO2尾排，消耗1 L甲醇產生1.087 kgCO2尾排核算，其結果如表1所示，甲醇牽引車平均CO2排放要高出柴油車12%。從全生命周期來看，天大采用甲醇/柴油組合燃料（甲醇替代料35%～40%），采用生物質甲醇、焦爐氣和CO2制甲醇三種工藝的全生命周期碳排放要優于純柴油，而使用煙煤、合成氨聯產等方式全生命周期碳排放要明顯高于純柴油。

b.氫能。在使用環節為零排放，全生命周期使用光伏、水力發電制氫排放表現最佳。張碩等［4］研究表明，基于光伏電解水制氫路徑的FCHCV的節能減排效果較好，對環境產生的負面效益較低。到2035年，基于光伏電解水制氫的FCHCV的全生命周期碳排放較DHCV（柴油重型商用車）低79.09%；但基于混合電力電解水制氫的FCHCV的全生命周期化石碳排放量較DHCV高10.47%。ZijunYang［5］研究表明，使用水力發電制氫全生命周期碳排放要顯著低于使用國家電網電解制氫以及汽油、柴油和純電動等技術路線。

4 結語

在“雙碳”目標的推動下，新能源內燃機成為大勢所趨。尤其是對于重型商用車，通過電動化轉型難以覆蓋復雜多樣的場景需求，新能源內燃機將會扮演重要的角色。政策引領和技術革新是推動新能源內燃機產業發展的主要動力。氫能產業建設逐步完善，為氫能汽車加速推廣提供了有力條件。

現階段加氫站建設主要分布在城郊，首批氫能汽車將以城市短途車輛為主，優先發展城建自卸、攪拌、載貨、環衛等；隨著氫走廊的布局建設，中期內氫能汽車的運距將延長，可擴展中長途運輸車輛；現有政策、補貼僅圍繞氫燃料電池發布，北京市已計劃將氫內燃機車納入氫能汽車推廣車型。相關單位已啟動氫內燃機相關標準、政策的研討，將會陸續發布，氫內燃機汽車也將進入快車道。

參考文獻：

參考文獻：

[1]工業和信息化部辦公廳.工業領域碳達峰碳中和標準體系建設指南（2023版）[EB/OL].（2024-02-04）[2024-12-05].https：//www.gov.cn/zhengce/zhengceku/202402/content_6933519.htm.

[2]國家標準委、國家發展改革委、工業和信息化部等.氫能產業標準體系建設指南（2023版）[EB/OL].（2023-07-19）[2024-12-05].https：//www.gov.cn/zhengce/zhengceku/202308/content_6897986.htm.

[3]全國人民代表大會憲法和法律委員會.全國人民代表大會憲法和法律委員會關于《中華人民共和國能源法（草案）》審議結果的報告[EB/OL].（2024-11-08）[2024-12-05].http：//www.npc.gov.cn/c2/c30834/202411/t20241108_440874.html.

[4]張碩，張春梅，蔡旭，等.面向2035年的氫燃料與柴油重型商用車全生命周期環境影響預測研究[J].環境科學研究，2023，36（10）：1892-1904.

[5]Zijun Yang，Bowen Wang，Kui Jiao.Life cycle assessment of fuel cell，electric and internal combustion engine vehicles under different fuel scenarios and driving mileages in Chin[J].Energy，2020，198（5）：119-121.

作者簡介：

程明，男，1981年生，工程師，研究方向為汽車技術、動力工程、計算機科學與技術。