我国新能源汽车产业发展现状及思考

李振宇，任文坡，黄格省，金羽豪，师晓玉



我国新能源汽车产业发展现状及思考

李振宇，任文坡，黄格省，金羽豪，师晓玉

（中国石油天然气股份有限公司石油化工研究院，北京102206）

作为当下的热点新兴产业，新能源汽车因其环境友好、技术密集，受到世界各国政府的大力支持，尤其是在中国，发展极为迅速。本文详细介绍了我国天然气汽车、电动汽车和燃料电池汽车的发展现状，着重分析了3种类型乘用车的综合成本、技术瓶颈、污染物排放、补贴、社会运营成本等发展要素，提出了我国新能源汽车产业发展的相关建议。新能源汽车产业要立足资源和地域特点因地制宜发展；改革电动汽车补贴方式、促其健康发展；同时要加快研究开发布局、抢占燃料电池技术制高点。

新能源汽车；电动汽车；燃料电池汽车；天然气汽车

传统汽车以汽柴油为燃料，在车辆行驶过程中不可避免地会排放硫氧化物（SO）、氮氧化物（NO）和二氧化碳（CO2），成为造成雾霾天气和空气污染的污染源之一。随着世界各国对环境保护的日益重视，近年来新能源汽车取得快速发展。尤其是在我国能源消费革命[1]的大背景下，发展新能源汽车既可有效控制环境污染物的排放，又可通过汽柴油替代有效降低对进口石油资源的依赖。2013年以来，国家发展与改革委员会、财政部、工业和信息化部以及科技部等各大部委相继出台了一系列鼓励和推广新能源汽车发展的政策，包括新能源汽车购置价格上的高额补贴以及不限行不限号等优惠政策。我国以电动汽车为主的新能源汽车发展迅速，成为主导全球新能源汽车发展的重要市场。未来十年，我国将继续加大新能源汽车的推广力度，新能源汽车产业将继续迎来一个快速发展期。

1 我国新能源汽车产业发展现状及未来需求

新能源汽车是指采用新型动力系统，完全或主要依靠新型能源驱动的汽车，包括插电式混合动力（含增程式）汽车、纯电动汽车和燃料电池电动汽车等。文章重点针对目前我国纯电动汽车、插电式混合动力汽车以及燃料电池电动汽车的产业现状进行分析研究。同时，由于我国天然气汽车发展很快，因此也将其纳入分析范畴。

1.1 天然气汽车

我国天然气汽车技术已经非常成熟，主要分为两大类：一是以城市出租车和家用车为代表的压缩天然气汽车，简称CNG汽车，设备相对简单，投资成本低；另一类以大货车和城市公交车为代表的液化天然气汽车，简称LNG汽车，续航周期长，适合长途运输[2]。

目前，我国已成为全球天然气汽车数量最多的国家。如图1所示，截至2015年年底，我国天然气汽车保有量突破500万辆，相比2010年的110万辆增长迅速，年均增长率超过40%[3]。其中，CNG汽车约为480万辆，LNG汽车约20万辆。无论CNG汽车还是LNG汽车保有量，我国均位于世界第一。在我国CNG汽车中，约有80%为“油改气”汽车，原装车占比仅约20%；在LNG汽车中，原装车占比为90%以上，改装车不到10%。目前，我国CNG汽车加气站为4700多座，LNG汽车加注站为2650多座，合计为7400多座[4]。

2015年，我国天然气汽车保有量增速骤降 至9%，新车产量甚至出现了负增长，由2014年的27.7万辆下降至2015年的19.1万辆。究其原因，主要是由于我国经济发展由高速增长步入中高速增长带来的产业结构调整及物流运输业的整体低迷。电动汽车产业的爆发式增长也是天然气汽车保有量增速下降的重要原因之一。

尽管目前国际油价低位运行，天然气汽车存在被逆替代现象，但在当前我国大力推进节能减排和环境治理的形势下，未来我国天然气汽车仍有巨大消费潜力。预计2020年我国天然气汽车保有量将达到（1050～1100）万辆，其中LNG汽车的保有量将达到（40～50）万辆，占当年全国汽车保有量的5%以上。CNG汽车加气站将达（0.9～1）万座，LNG加注站将达（0.45～0.5）万座，合计超过 1万座[5]。

1.2 电动汽车

得益于国家密集出台的一系列鼓励政策，近几年我国电动汽车产销量呈现爆发式增长，成为汽车市场一大亮点。中国汽车工业协会数据显示，2016年我国电动汽车生产51.7万辆，比2015年同期增长51.7%，见图2。其中，纯电动汽车生产完成41.7万辆，比2015年同期增长63.9%；插电式混合动力汽车生产完成9.9万辆，比2015年同期增长15.7%。

目前，纯电动汽车是我国电动汽车的主力车型，比亚迪、奇瑞、北京汽车等公司都在积极研制，并生产出了自主品牌的产品。插电式混合动力汽车生产企业主要有比亚迪、上海汽车和奇瑞等。我国电动汽车快速发展的同时，也面临着一些发展难题，如充电时间长、续航里程短、存在电池过热和爆炸的安全性问题、整车成本高等。随着我国电动汽车推广使用数量的上升，部分动力电池开始进入报废期，动力电池的回收利用也是电动汽车产业发展的掣肘之一。政府高度重视动力电池的回收利用，已经开始研究制定相关政策和标准。2016年初，国家发展与改革委员会、工业和信息化部、环境保护部、商务部、质检总局五部委联合制定发布了《电动汽车动力蓄电池回收利用技术政策（2015年版）》，旨在引导电动汽车动力蓄电池有序回收利用，保障人身安全，防止环境污染，促进资源循环利用。

《中国制造2025》明确部署了我国电动汽车产业的未来发展计划。到2020年，自主品牌电动汽车年销量突破100万辆，在国内市场占70%以上；到2025年，与国际先进水平同步的电动汽车年销量300万辆，在国内市场占80%以上。同时要明显增强配套能力，到2020年，动力电池、驱动电机等关键系统达到国际先进水平，在国内市场占有率80%；到2025年，动力电池、驱动电机等关键系统实现批量出口。

1.3 燃料电池汽车

燃料电池汽车是指以氢气、甲醇等为燃料，通过化学反应产生电流，依靠电机驱动的汽车。目前，全球率先步入产业化的是氢燃料电池汽车，甲醇燃料电池汽车距离商业应用还有一定距离。与国外氢燃料电池相比，目前国内氢燃料电池技术还存在较大差距。国内氢燃料电池产品的最低工作温度 是–20℃，而日本丰田汽车公司的产品工作温度已经达到–35℃。在电池的耐久性方面，我国相关企业氢燃料电池的稳定寿命在2000h左右，而国际先进技术已经可以达8000h左右，而氢燃料电池设计寿命要达到5000h才能达到产业化目标要求[6]。

经过十多年的积累，我国已基本掌握了氢燃料电池汽车整车动力系统和关键零部件的核心技术。但与纯电动汽车相比，我国氢燃料电池汽车发展相对缓慢。从机动车整车出厂合格数据中可以发现，2015年国内的氢燃料电池汽车产量仅有10辆。目前，国内拥有氢燃料电池汽车技术的企业是上海汽车集团，2014年发布了荣威950插电式氢燃料电池汽车，搭载有动力蓄电池和氢燃料电池双动力源系统，以氢燃料电池为主，动力蓄电池为辅。此外，同济科技、长城电工、金龙汽车等多家单位都在研制氢燃料电池汽车。制约氢燃料电池汽车大规模商业化应用的因素主要包括生产成本高、基础配套设施（加氢站）不完善等。

与氢燃料电池相比，甲醇作为燃料电池化学燃料更加便于储存和运输，不需要耐高压储气瓶、不需要建设加氢站，推广成本较低。然而，甲醇燃料电池汽车除必备的氢燃料电池外，还需配置甲醇重整制氢系统，使得整车成本更高。此外，制氢设备小型化和微型化还需要攻克很多技术难题，包括重整制氢系统稳定运行控制难、氢气去除一氧化碳提纯难以及系统冷启动时间长等[7]。直接甲醇燃料电池汽车是目前研究的一个重要方向，其直接使用甲醇水溶液或蒸汽甲醇为燃料供给来源，而不需通过甲醇重整制氢以供发电。开发具有高催化活性和抗一氧化碳毒化性能的甲醇电氧化催化剂，是研制直接甲醇燃料电池所面临的两大挑战。总体来看，我国甲醇燃料电池汽车研究刚刚起步，明显落后于氢燃料电池汽车，远未达到工程化水平。

在政策方面，我国将氢燃料电池汽车与甲醇燃料电池汽车一同纳入国家重点扶持领域。在产业化方面，《中国制造2025》首次明确提出了针对燃料电池汽车的国家层面的规划，即2020年实现燃料电池关键材料及零部件批量化生产的质量控制和保证能力，生产1000辆燃料电池电动汽车并进行示范运行；到2025年，制氢、加氢等配套基础设施基本完善，燃料电池电动汽车实现区域小规模运行。

2 对我国新能源汽车产业发展的形势分析

针对乘用车领域，以下重点对CNG汽车、纯电动汽车和氢燃料电池汽车的综合成本、技术瓶颈、污染物排放、补贴、社会运营成本等方面进行分析。

2.1 综合成本

综合考虑乘用车的购置成本和“燃料”成本，目前我国CNG汽车最优，其次是纯电动汽车，最后是氢燃料电池汽车。这与产业发展和相关配套的成熟度极其相关。我国CNG汽车产业及其配套成熟，纯电动汽车正处于商业推广阶段、充电桩配套尚不完善，而氢燃料电池汽车则处于发展初期，距离商业推广还有较长的路要走。

目前，纯电动汽车主要以动力锂电池驱动，包括三元锂电池和磷酸铁锂电池。动力锂电池成本约占整车成本的50%，而碳酸锂在锂电池原材料成本中占比超过50%。随着我国电动汽车产业的快速发展，碳酸锂价格一路高涨，从2015年初的（4～5）万元/吨涨至目前的十几万元/吨。随着动力锂电池的需求不断上涨，碳酸锂价格势必高位运行，将显著增加电动汽车的整车成本。我国电池生产企业和科研机构正在不断深入研究，以实现电池成本和性能上的改进。氢燃料电池通常采用贵金属铂（Pt）催化剂和质子交换膜，成本昂贵。氢燃料电池系统的成本约占整车成本的50%。氢燃料电池必须降低Pt用量或者开发非铂催化剂以及压缩质子交换膜的制作成本，才能做到商业化批量生产。

随着新能源汽车技术进步和产业配套的不断完善，未来纯电动汽车，尤其是氢燃料电池汽车生产成本存在极大的下降空间。国际能源机构（IEA）预测，到2050年纯电动汽车和氢燃料电池汽车生产成本将与汽油车基本相当，如图3所示。

2.2 技术瓶颈

2.2.1 能量密度

氢燃料电池汽车具有极高的能量密度，要优于纯电动汽车和CNG汽车，其能量密度取决于氢气装载量。Toyota公司官网数据显示，装载5kg氢气的氢燃料电池系统的能量密度超过350Wh/kg，续航里程达到650km。目前，动力锂电池系统的能量密度通常在80～160Wh/kg，高的能量密度以牺牲有效载荷为代价，续航里程约150～400km，然而目前300～400km并不具备普遍性。CNG汽车的能量密度同样取决于携带的燃料量，目前CNG汽车携带的燃料量较少，续航里程在200～300km。

研制“燃料”（H2和CNG）储量大、耐高压、轻量化的车载气瓶是氢燃料电池汽车和天然气汽车提升能量密度、增加续航里程的有效手段。尤其是针对氢燃料电池汽车，如何减小储氢系统的质量与体积，是技术开发的难点和重点。氢燃料电池汽车采用的储氢手段是高压气瓶储氢，储氢量受限。比较理想的方案是采用高压储氢与储氢材料复合的储氢新模式。与纯高压储氢相比，既可以提高储氢能力，又可以降低储氢压力[8]。此外，常温常压储氢技术具备储氢密度大、运输成本低、安全稳定等优势，受到科研人员的广泛关注，储氢材料（金属氢化物、有机液体等）作为氢气储存和运输的载体是当前研究的热点，需要突破氢气在常温常压下难以储存和释放的技术瓶颈。

制约动力锂电池能量密度的关键因素在于正负极材料。以磷酸铁锂和三元锂为正极、碳材料为负极的动力锂电池在能量密度上很难再有大的突破，只有通过新材料的开发才能进一步提高电池能量密度。以硅碳复合材料作为负极是目前主要的研究开发方向，需要重点解决材料体积膨胀和表面结构问题。近日，我国发布的《节能与新能源汽车技术路线图》中，2020年、2025年和2030年纯电动汽车续航里程将分别达到300km、400km和500km，对纯电动汽车电池能量密度的提升提出了更高的要求。

2.2.2 “燃料”加注时间

目前，CNG加气站各项技术已经非常成熟，CNG汽车加气只需2～3min。氢燃料电池汽车加氢也只需3min左右，均与汽油车加油时间相当。然而，纯电动汽车充电时间通常在6～8h（慢充，常规交流充电），即使采用快充（大功率直流充电），也需要1～2h才能充满电池80%容量。目前公认的快充是特斯拉的超级充电站，大约40min可以充满80%的电。电池充电达到80%以后，需要降低电流保护电池，充电速度下降，从 80%充到100%电量所需时间与充入前80%电量所需时间基本相同。不同型号的慢充桩输出功率各有差异，常见的慢充桩电压为220V、电流在32A左右、输出功率约7kW。快充桩以特斯拉超级充电站为例，电压380V、电流192A、输出功率125kW。

快充对充电系统和电池系统都有着更高的要求，家庭用充电桩难以实现快充所需的高电流要求。简单来说，快充对充电系统有电气和安全性的要求；对电池系统相关部件和热管理能力也有新的要求[9]。此外，快充由于是瞬间向电池输入大电流，会引发电池过热、带来安全性问题，而且经常使用快充也会降低电池的还原能力，减少电池循环 次数。

2.2.3 温度效应

当温度降至0℃以下时，纯电动汽车动力锂电池的能量密度大幅降低，行驶里程缩水；同时低温环境下电池损耗、充电困难。而氢燃料电池汽车抗低温性能出色，–30℃低温环境中起步、行驶都表现良好，与纯电动汽车相比优势更突出。CNG汽车同样具有优异的抗低温性能，低温环境下起步、行驶性能良好。

目前，国内外众多研究结构都在致力于改善动力锂电池低温性能。随着研究的不断深入，对动力锂电池低温机制的认识逐渐加深，不仅电池正负极材料本征影响重大，而且研究与之相匹配的低温用电解液也极为重要[10]。

2.3 污染物排放

以天然气-CNG-CNG汽车、煤-火电-纯电动汽车、天然气-氢气-氢燃料电池汽车的“井口”到“车轮”（WTW）过程进行温室气体、CO和SO排放的全生命周期分析（LCA）如图4所示，在温室气体排放方面，纯电动汽车最小，氢燃料电池汽车次之，其后是CNG汽车，均优于汽油车；若氢气来自风电、光电（不稳定、难以并入电网，弃电率较高；而利用储能技术充放电存在效率损失）电解水制氢，则氢燃料电池汽车的温室气体排放要低于纯电动汽车。在CO和SO减排方面，氢燃料电池汽车最具优势，纯电动汽车SO排放最高。

2.4 补贴

我国新能源汽车产业的快速发展离不开政府财政方面的大力支持，财政部和地方政府对消费者和车企都给于补贴，同时享受免征购置税、车船税以及不摇号、不限行车牌的特权，补贴车型包括电动汽车乘用车、客车、专用车、货车以及燃料电池汽车。财政补贴只是扶持产业政策的一个方面，还需依靠税收减免、政府采购等方面的引导。日前，我国新能源汽车补贴调整方案正式发布，除燃料电池汽车外，各类车型规定2019—2020年补贴标准在现行标准基础上退坡20%；补贴下发方式调整为每年初上报上年数据，部委核查后下发。

德国对电动汽车实施购车补贴、减免税款等一系列政策补贴，补贴对象为消费者，补贴车型是售价不超过6万欧元的电动汽车乘用车。补贴资金由政府和与政府达成一致的车企各付一半，且没有地方补贴。补贴金额共计12亿欧元，采取“先到先得”的原则，最晚持续到2019年6月30日。除了购车补贴外，2020年前购买纯电动汽车的消费者还将享受免缴10年汽车税的优惠政策。

美国加利福尼亚州是美国最大的新能源汽车市场，销量占到美国的一半以上。此前，加利福尼亚州对购买新能源汽车的消费者都给予补贴，如购买纯电动汽车直接补贴2500美元、插电式混合动力汽车补贴1500美元、氢燃料电池汽车补贴5000美元。目前，正式实施的新的补贴政策按消费者的年收入水平进行了划分，普通消费者（贫困线3倍，25万美元）的补贴额度不变；低收入者（贫困线3倍以内）的购车补贴分别提升1500美元；高收入者（如个人25万美元以上、家庭50万美元以上等）只享受5000美元的氢燃料电池汽车补贴。此外，加利福尼亚州对车企采用零排放车辆（纯电动汽车、燃料电池汽车等）积分制度，每年规定汽车销售总量中零排放车辆的比例，然后与汽车销售总量相乘，计算出这一年该车厂应达到的积分。对达不到的车企，每个积分按照5000美元进行处罚，车企也可选择从其他积分富裕的车企购买积分。

我国对新能源汽车实施财政补贴不仅刺激消费者购买新能源汽车，而且有助于提高车企研究开发、生产和销售新能源汽车的积极性。然而，由于车企是补贴收益方，发生了严重的车企作弊“骗补”现象，同时刺激了廉价小微电动车的发展，并未促进高端产品和核心技术方面的突破。未来我国新能源汽车产业的扶持政策可充分借鉴加利福尼亚州的零排放车辆积分制度，提高准入门槛，切实促进我国新能源汽车向高端、高性能化发展。

2.5 社会运营成本

是否有足够的“燃料”、是否能够方便快速地补充“燃料”是新能源汽车普及推广面临的社会配套的关键问题。CNG汽车、纯电动汽车、氢燃料电池汽车上路行驶需要配套相应的加气站、充电站、加氢站。加氢站建设成本要高于加气站、加油站，更高于充电站。据报道，普通的电动汽车充电站只需10万美元，特斯拉超级充电站建设成本约30万美元，而建设一个加氢站需要花费（100～200）万美元。

受限于电动汽车本身续航里程短、充电时间长以及小区安装个人充电桩困难等问题，广大民众还未真正接受和认可纯电动汽车。以北京为例，频繁出现“摇号热上牌冷”的弃号现象。小区安装个人充电桩受限，大部分电动汽车车主选择公共充电桩充电，需要支付电费、充电服务费以及停车费等费用，同时也耗费了时间成本。由于充电时间长，公共充电桩的社会化运营成本（主要体现在土地成本）也相对要高。

由于氢燃料电池汽车中短期内在我国难以大规模推广应用，现阶段我国主要面临着纯电动汽车动力锂电池的替换和回收利用问题。目前，动力锂电池的整个生命周期平均在5年左右，电池寿命到期后要更换电池。然而，由于动力锂电池在残余寿命预测、安全性能指标评价、回收处理再资源化等方面缺乏技术支撑，目前动力锂电池的梯级利用和安全回收还没有形成成熟的商业化运作方式，短期内难以有效实现低成本产业化运营。

2.6 综合比较

当前不同能源形式乘用车的综合比较见表1。与CNG汽车和纯电动汽车相比，目前氢燃料电池汽车购置成本和“燃料”成本最高，就消费者而言，并不具备经济性。然而，氢燃料电池汽车在续航里程、“燃料”加注时间和温度效应等方面综合性能最好，CNG汽车次之，纯电动汽车最差。在温室气体减排方面，纯电动汽车最优。相比氢燃料电池汽车，纯电动汽车率先取得了技术突破，正在实现普及推广，未来10～20年将继续高速发展。随着技术进步，预计未来3种类型汽车的续航里程都会显著增长，但氢燃料电池汽车续航里程依旧处于领先地位；3种类型汽车购置成本也将趋同。氢燃料电池汽车存在着巨大发展潜力，但需要解决廉价氢气来源、氢气储运及加氢站建设成本高等氢能源体系配套问题。

表1 当前不同能源形式乘用车的综合比较

新能源汽车不仅在乘用车方面发展迅速，在商用车领域尤其是纯电动商用车方面的表现也极为出众。中国汽车工业协会数据显示，2016年我国纯电动商用车生产15.4万辆（占到纯电动汽车生产总量的36.9%）、销售15.2万辆（占到纯电动汽车销售总量的37.2%），比2015年同期分别增长50.2%和50.7%。近年，商用车企业相继推出了纯电动公交车、纯电动客车、纯电动物流车、纯电动环卫车、纯电动厢式运输车等多种产品，服务于通勤、商务、物流等领域。在《节能与新能源汽车技术路线图》部署中，我国纯电动公交客车的单位载质量电耗水平在2020年、2025年和2030年要分别达到3.5kWh/ (100km·t)、3.2kWh/(100km·t)和3.0kWh/(100km·t)。新能源商用车俨然成为我国商用车的发展趋势之一，在公共交通、物流等方面将会实现更大的发展。

3 建议

（1）立足资源和地域特点因地制宜发展新能源汽车产业。建议在公共交通、固定路线的物流和内河航运等地域重点发展天然气尤其是LNG动力形式的交通运输工具，陆上交通同时注重纯电动商业车的发展。在家用车和出租车方面，兼顾电动汽车和CNG汽车发展。电动家用车夜晚充电（慢充）实现低谷电利用；电动出租车则利用快充和换电技术实现“燃料”快速补充；同时继续布局加气站兼顾CNG汽车发展。氢燃料电池汽车在努力提升技术水平、实现规模推广的同时，要拓宽廉价氢气来源，一方面可以利用风电和光电电解水制氢；另一方面，随着未来炼化转型利用炼厂重油制氢。

（2）改革电动汽车补贴方式，促进健康发展。作为战略性新兴产业，建议继续扶持电动汽车产业发展，但需要改革我国电动汽车补贴方式。其一，中短期内持续实施消费者购车税收补贴，促进消费者购买电动汽车的积极性；其二，改变对车企的补贴方式，在全国范围内实施新能源汽车积分制度，提高准入门槛；其三，在充电设施建设、电池回收、技术创新方面给予补贴，促进我国电动汽车产业内涵式发展。

（3）加快研究开发布局，抢占燃料电池技术制高点。相比纯电动汽车，氢燃料电池汽车能量密度更高、行驶里程长、“燃料”加注时间更短，发展潜力巨大。然而，我国氢燃料电池汽车在燃料电池成本、寿命及储氢等方面还亟待技术突破。我国应加快氢燃料电池汽车整车动力系统、关键零部件等核心技术研究开发以及完善相应的工业体系，提早布局，缩小与国外技术差距，抢占燃料电池技术制高点。

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Development situation and thinking of China’s new energy vehicle industry

LI Zhenyu，REN Wenpo，HUANG Gesheng，JIN Yuhao，SHI Xiaoyu

（PetroChina Petrochemical Research Institute，Beijing 102206，China）

As current hot new industry，new energy vehicles are supported by governments around the world because of its environmentally friendly and technology intensive features. Especially in China，the development of new energy vehicle industry is very rapid. In this paper，the development situation of natural gas vehicle，electric vehicle and fuel cell vehicle was introduced in detail. Focusing on the analysis of comprehensive cost，technical bottlenecks，pollutant emission，subsidies and social operating cost of these three kinds of passenger vehicles，the development proposals were put forward. New energy vehicle industry should be developed based on local resources and regional characteristics. The subsidy way of electric vehicle needed to be changed to promote its healthy development. The development layout of fuel cell vehicle should be speeded up to preempt the zenith of fuel cell technology.

new energy vehicle；electric vehicle；fuel cell vehicle；natural gas vehicle

U469.7

A

1000–6613（2017）07–2337–07

10.16085/j.issn.1000-6613.2016-2224

2016-12-02；

2017-04-18。

李振宇（1974—），男，博士，高级工程师，主要从事炼油、石油化工、煤化工及新能源领域发展战略研究工作。E-mail：lizhenyu@petrochina.com.cn。

联系人：任文坡，博士，高级工程师。E-mail：renwenpo@petrochina.com.cn。