電動化推動汽車動力源轉型

摘要：汽車從動力源來區分，主要分為燃油、電動兩大類。中國汽車動力源的發展，尤其在最近幾年，從最初的傳統燃油車主導轉換為新能源汽車占主導的新格局，一些國家和地區也出臺了明確的“禁燃”時間表。從能源戰略、產業效率、環保影響及市場銷售等多個角度進行分析，結果表明，電驅動是汽車當前及未來的主要動力模式。

關鍵詞：能源結構；可再生能源；井邊到輪邊；產業策略；乘用車市場

汽車經歷了一百多年的發展，其動力源模式由電動、燃油相互交替扮演著重要的角色。最初有蒸汽、內燃機——煤氣動力、柴油動力、汽油動力、電動車及氫燃料車等。

國外汽車發展歷程上，汽車動力源最初為電驅動。雖然電動汽車在不斷發展，然而，隨著燃油車的技術飛速發展，電驅動被替代，因而電動技術被擱置一邊。現在隨著環保意識的提高和新能源技術的快速發展，電驅動汽車再次成為熱門。

全球多個國家都制定了禁止燃油車的日期（見表1），我國也計劃在2050年全面“禁燃”。

新能源汽車是全球汽車產業轉型升級、綠色發展的主要方向，也是我國汽車產業高質量發展的戰略選擇。中國政府高度重視新能源汽車產業發展，黨的“十八大”以來，我國率先確立了發展新能源汽車的國家戰略，持續制定面向2020年和2035年的產業發展規劃。當前，全球主要汽車生產國紛紛加大政策支持力度，跨國車企也加大研發投入，這為全球新能源汽車產業發展注入了強大動力。當然，產業競爭也日趨激烈。

各發達國家及主流企業如此堅定地“禁燃”，如此明確地推動產品電動化，其動機和理論依據何在呢？本文將從能源策略、效率驅動及產業策略等方面逐一展開分析。

轉型因素分析

1.能源戰略

（1）中國的電力能源結構 中國2022年發電量為8.848萬億kW·h，其中火電（即煤電）仍居主要地位，水電、風電和太陽能等可再生能源發電量還處于較低水平，如圖1所示。但是從容量利用率方面來看，水電、風電以及太陽能等裝機容量之和已經接近于火電，然而發電量不到火電的一半，容量利用率還有很大的提升空間。

（2）德國的電力能源結構 作為對比，摘取了德國電力能源構成，作為理解后續兩國不同的產業政策的基礎支撐。從圖2所示可以看出，在2018年發電總量為0.65萬億kW·h的產出下，德國煤電、核電占比明顯下降，風電、生物燃油及垃圾焚燒發電、太陽能發電占比明顯上升。

（3）中德兩國一次能源安全對比 從上述可知，中國幾乎沒有石油發電，天然氣發電也非常少，每年近8億t石油消耗，相當大的部分用于交通運輸工具與非道路作業機械領域，而我國每年原油生產量僅為2億t，故每年約有6億t原油缺口，也就是75%的原油需要進口。解決對進口原油的依賴，顯得尤為重要。

另外，縱向調研國內一次能源的消費情況（見圖3）也可以看出，可再生能源的開發使用比例上升促使煤炭使用占比明顯下降，一方面可以淘汰落后產能，另一方面也可以降低碳排放。

從一次能源的消費來看，德國2018年有約65%的一次能源還需要進口，按照占比主要為石油、天然氣和煤炭，一次能源的進口比例如此之高，不能不有危機感。

2.效率驅動

車輛能源從井到輪邊WTW（Well to Wheel）的效率如圖4所示。

內燃機與純電動車型WTW效率構成見表2。

從以上三種驅動能源的轉換效率的比較發現，如果一次能源都是化石燃料，從井邊到輪邊，柴油車效率最高，可達37%；電動車次之，使用天然氣時最高可到31%；純汽油車最低，只到27%。

然而當純電動車的一次能源為可再生能源時，得益于一、二次能源之間的轉換效率成倍提升，電動車的WTW效率明顯提升，提升程度為2～2.5倍，最高可達72%。

3.產業策略

（1）特斯拉的計劃 如特斯拉在宏圖計劃3里面的計算，通過對能量的重新發掘和轉換，全球每年的一次能源使用量將從當前165.2pW·h（1p=1015）降至未來113.4pW·h，總量下降52pW·h，而且將全部用可再生能源取代當前每年所需的133.7pW·h的化石能源，解決了可持續發展的基礎問題，如圖5所示。

（2）德國政府的產業策略 由于占德國國內一次能源一半以上的石油和天然氣完全依賴進口，而核電又作為非安全性能源被全面禁止，所以德國政府就只能擴大風能、生物燃料作為替代，由于生物燃料受傳統資源限制并未達標，2023年3月，以德國為首的歐盟鼓勵開發“電子合成燃料”作為替代，而不是直接從2035年以后完全禁止燃油車。

中國汽車市場分析

1.總體市場

2019年以后，汽車市場總體呈平穩發展態勢，依據乘聯會統計數據，2019－2023五年的狹義乘用車國內零售量分別為2068.6萬輛、1929.2萬輛、2015.7萬輛、2054.2萬輛和2170.5萬輛（見圖6）。

2.新能源市場

同樣來自于乘聯會的數據，新能源汽車市場包括BEV和PHEV卻在最近四年有了跨越式發展。2019－2023五年的狹義乘用車國內零售量分別101萬輛、111萬輛、298萬輛、567萬輛和744萬輛（見圖7），滲透率從4.9%猛增至35.7%，至2024年6月已達到48.6%，市場已經全面轉型為新能源汽車產品。

從圖6和圖7可以很清晰地看出，在國內乘用車總量趨穩時，新能源車型銷量占比在逐漸提升，從發展趨勢來看，滲透率即將超過50%。

結語

1）從能源策略上來看，風電、水電和太陽能等可再生能源還有廣大的部署機會，進一步提升裝機容量；從轉化率上來看，通過加強電力上網、智能分析方式結合負載進行發電及建設儲氫、電池儲能等各類儲能電站，可再生能源容量利用率還有較大的提升潛力，以此可以實現能源結構重新部署。

按照2020年中國一次能源消費的數據，雖然相對于2015年可再生能源構成提升了近4個百分點，但是化石燃料消費依然占據了84.1%的比例。由于可再生能源裝置的生產效率遠遠高于化石能源，未來通過以上各種結構調整措施，如TESLA的構想，在實現主要一次能源構成由煤、石油和天然氣轉向風電、水電和太陽能等可再生能源的同時，總消耗量也將極大程度地降低，從而大大加速去化石燃料的步伐。

2）從能源使用端來看，以石油為例，國外發達國家除了交通出行，還有工業應用、集中發電和住宅取暖等使用場景，其一次能源使用中，石油占比約25%。對中國而言，由于沒有石油發電、家庭供暖等使用需求，大部分消費用于交通出行，在此方面，可再生能源驅動的電動車，效率可比當前內燃機車型提升2～2.5倍，也就是交通出行能源利用效率將有2～2.5倍的提升空間。驅動系統電動化以后，車輛能源總消耗量能夠下降，原來每年需要進口75%的原油總量，也將會隨著電動化的步伐逐步下降，最終完全擺脫對進口原油的依賴。

3）最后，國內汽車行業總量逐步趨穩，但是電動化在高速增長，BEV和PHEV合并計算的新能源車型滲透率即將超過50%。雖然近年來PHEV增長的勢頭遠高于BEV，但是隨著固態電池、熱泵系統及更多的能量回收技術的普及，純電動車還有較大的增長空間，即使是PHEV，其使用場景也是純電驅動多于混動模式，因此車端使用效率也會高達50%～80%，符合利用效率上升的預期。

結合智能駕駛在新能源車型更容易部署的這一因素，因此可以總結出：以汽車為代表的交通工具電動化，符合能源結構調整、環境污染控制、使用效率提升、消費者使用成本降低及成為更新技術的載體等各類需求，是汽車驅動系統發展的明確方向。