新能源汽车的未来：谨慎乐观

文/能源基金会 龚慧明 陈健华 辛焰 赵芮

中国的新能源汽车（包括纯电动汽车、插电式混合动力汽车、燃料电池汽车）发展经过持续的努力，随着纯电驱动路线的明确和聚焦，纯电动和插电式混合动力汽车在轻型车领域，即将进入基本商业化和完全市场化阶段，纯电动在中重型车城市应用场景（比如公交）和政策激励下，即将迎来快速发展，但燃料电池汽车和中重型纯电动汽车中长途应用，仍需要时间验证。

纯电动汽车未来发展

电池技术不断快速进步和市场接受度逐步提高，保障了纯电动汽车的市场发展。电池作为纯电动汽车最关键的零部件之一，是纯电动汽车无论从成本角度还是功能角度与传统燃油车竞争的关键。基于中国电池领军企业宁德时代的相关数据（如图1所示），从2014年到2018年的5年时间内，电池单体的能量提高了63%，而同期对应的成本则下降了51%。以100公斤电池为例，2018年相比2014年，由于技术进步促使车辆行驶里程提高了63%，而成本降低了21%。从市场情况来看，以纯电动乘用车为例，尽管补贴退坡，终端市场销售价格并未出现明显增加，而车型的行驶里程则明显提高。相比早期的100公里至200公里为主车型，当前新推出的车型已是以300公里至500公里为主。

基于技术发展，国家制定了更加宏伟的目标以反映并引导电池技术进步（如图2所示）。如果这些目标得以实现，2025年的车型将比2018年的车型在里程上增加50%左右，而成本将基本保持不变。也就是说未来10万元至30万元的价格，将能够购买行驶里程在500公里至800公里左右的纯电动汽车。

图1 电池比能量与成本变化

图2 电池比能量和成本目标

电池的寿命和劣化是消费者普遍关心的一个重要问题，其不仅仅关系到车辆后期的性能，也影响到车辆的残值，并进一步影响到新车的市场接受度。特斯拉的几款车型全球累计销量最大并且使用最久。研究发现，松下为其提供的的单体电池循环1200次后仍然可以达到出厂容量的95%，这大致相当于车辆行驶大约48万公里的结果。这意味着以每年行驶2万公里计算，特斯拉车主在连续开24年后电池容量也不会出现大幅下降。根据286位特斯拉Model S车主的实际使用情况统计数据，即使在行驶20万公里之后，续驶里程还能保持初始续驶里程的90%至95%（如图3所示）。也就是说，未来纯电动乘用车在生命周期内并不需要更换电池，并且车辆淘汰报废后留下的旧电池应该还可应用于储能行业。

图3 特斯拉Model S车型电池劣化

图4 纯电动与汽油乘用车综合经济性对比

从近中期的角度来看，固态电池技术的进步和商业化应用将是影响纯电动汽车发展的关键因素。全固态锂离子电池目前已经具有产业化前景，预期将在2020年前后，其能量密度技术上达到每千克400瓦时至500瓦时，并在2025年至2030年之间实现量产。个别公司的计划甚至更早，丰田公司尽管一直在全球推进燃料电池汽车的发展，但最近也开始加强在纯电动汽车方面的研发和投入，其全固态锂离子电池预计在2022年开展商品化工作。全固态锂离子电池在提高能量密度的同时，其寿命、安全性都有大幅提高，而成本依然可控制在每瓦时1元以下。这项技术的成熟和规模化应用，将奠定纯电动汽车与传统燃油车全面竞争的基础。

基于中国汽车技术研究中心的研究，考虑制造（购买）成本、财税、使用及便利性预期等因素后，纯电动乘用车与汽油乘用车的综合成本可在2025年至2030年间大致持平（如图4所示）。澎湃新能源财经发布的2018年电动汽车展望，更是认为到2024年纯电动乘用车即便没有补贴也在购置成本上与传统车辆实现竞争；并且随着电池价格进一步下降，到2029年在更多细分市场纯电动车辆将实现与传统车辆的竞争。

以充电基础设施为代表的关键障碍，将决定未来纯电动汽车的发展。尽管从电池技术、成本、市场可选择车型、消费者接受意愿等角度都发现纯电动汽车未来发展比较乐观，但是充电基础设施是纯电动汽车发展的根本保障。如果充电技术和基础设施建设不能提供有效的配套保障，长期必然将影响到纯电动汽车的发展。国家尽管制定了充电基础设施发展目标（如图7所示），但实际进展情况远远滞后于目标（如图8所示）。截至2018年4月，私人充电桩建设相比目标仅仅完成了10%，公共充电桩方面尽管相对较好，完成了52%，但这和国务院要求的“以用户居住地停车位、单位停车场、公交及出租车场站等配建的专用充电设施为主体”反差巨大。一方面，已经建成的公用充电桩利用率非常低，基本无法实现支持可持续发展的商业盈利。国家能源局副局长刘宝华表示，公共充电桩利用率仅为15%。另一方面，由于对长途出行中途充电的顾虑，开电动车长途出行的情况不会太多，这也降低了对公用充电桩充电的需求。此外，公用充电桩服务可靠性的问题，包括设备损坏不能及时维修、充电接口协议和支付方式不统一、被传统车占位等，也很大程度影响到使用。

图5 中国新能源汽车产销量中纯电动汽车占比（2014年至2017年）

图6 上海新能源乘用车市场数据

图7 中国2020年充电基础设施建设目标

图8 中国充电桩建设进展（截至2018年4月）

影响纯电动汽车发展的设施因素

纯电动汽车发展需要结合智能电网和可再生能源的发展才能更加凸显其发展的重大意义。可再生能源（主要指风电和光伏发电）发电的波动性和时效性对电网的运行管理带来很大挑战，纯电动汽车充电如果不能得到有效管理，将进一步加剧对电网稳定的冲击。峰谷电价和更进一步的灵活动态电价机制，将有助于引导充电行为，在智能电网的支持下实现电动汽车的有序充电，降低电网冲击，吸纳可再生能源发电，并帮助电网实现削峰填谷的负荷管理，减少建设新的发电厂和降低低效高排放电厂的使用。但是，当前充电基础设施规划建设与智能电网、可再生能源发电、城市规划等方面的有机协调还需要大幅改进。

此外，大功率充电桩技术将很大程度上影响到未来私人在居住地、工作场所慢充为主，还是公共场所快充为主的充电商业模式发展。如果政府不能系统全面地大力推进居住地、工作场所充电桩建设，私人消费者将不得不选择公用、快速的大功率充电，这一方面将降低电动车的经济吸引力，另一方面由于大功率快速充电导致电动汽车不但无法作为电网的调峰调谷资源，反而会对电网的稳定性产生影响。当前在大功率快速充电方面，国际上主要国家已经开始迈向350千瓦以实现10分钟至15分钟的快充技术，我国主要在使用50千瓦的快充技术，并尝试建立120千瓦的快充服务。

由于技术特性，不同于传统汽车可利用内燃机燃烧排气高温余热即可有效供暖且不明显增加额外能耗，纯电动汽车需要专门配置电源热泵以保障冬季供暖，这将显著增加额外的电耗并降低行驶里程。此外，冬季电池低温化学惰性、制动能量回收降低也导致行驶里程减少。

纯电动技术在中重型车中长途运输的应用也还将比较困难。尽管增加电池即可提高里程，但由于电池重量的增加，整车装载能力、车辆能效、充满电所需时间、车辆价格都将带来制约。即便如特斯拉电动卡车Semi能实现实际行驶800公里，高达5吨的电池、350千瓦大功率充电长达30个小时的充电时间，也将妨碍其实际的市场推广和应用。这个方向的电动化仍需要时间等待电池技术的进一步突破和大功率快速充电技术的发展，这将是一个逐步替代的过程。

电动汽车的环境影响问题也备受关注。随着电池技术进步、电网的清洁化、传统车节能减排接近技术和成本瓶颈，纯电动汽车节能减排效果毋庸置疑。纯电动乘用车在替代石油、降低温室气体排放方面作用明显。尽管某些空气污染物（如二氧化硫）排放可能会增加，但考虑到人群密集区呼吸高度的汽车排放与远距离电厂的高空排放，从对人体健康影响的角度来看，纯电动汽车依然更加有利。电池报废和回收再利用可能带来的环境影响现在还很难分析，电池技术进步可能使纯电动汽车生命周期内不再需要更换电池；淘汰下来的电池还有很大梯次利用空间，但梯次利用的商业模式当前还不明确；电池最终报废和回收再利用也还存在管理、技术、商业模式的不确定性。

插电式混合动力和燃料电池汽车发展还存在较大不确定性

插电式混合动力汽车未来将更多交给市场。插电式混合动力同时具备内燃机和电池电机两套系统。由于系统复杂性，其成本很难降低，故往往应用在中大型中高端车型，对消费者而言可供选择的车型不多。另外，内燃机的存在也不能实现车辆的全部使用过程零排放。

从全国来看，大部分插电式混合动力汽车一方面获得了新能源汽车的补贴，但另一方面却在作为燃油车使用，没有实现节能减排的效果。考虑到未来空气污染防治将日益成为驱动电动车发展的动力，纯电动汽车竞争力日益提高，财政补贴逐步退出，插电式混合动力汽车由于上述技术和产品特点，以及实际效果的局限性，市场前景将完全交给消费者选择而不应再享受政策红利影响，其发展将出现很大不确定性。

燃料电池汽车仍需时间检验。燃料电池汽车今后10年左右仍然将获得稳定的财政补贴，同时由于纯电动汽车暂时在技术方面还面临一些应用上的瓶颈，其发展将会出现加速。为避免与纯电动汽车的竞争冲突，燃料电池汽车的发展将优先弥补当前纯电动汽车汽车发展面临的一些短板，比如低温环境和中重型中长途应用场景，并且可能出现燃料电池与纯电动双电混合系统应用。但燃料电池汽车面临的挑战将不仅仅是车辆技术本身，更关键的在于整个氢气能源系统，包括从氢气的生产、储存、运输、加注等多方面的技术和经济性挑战。理论上来说存在多种氢气的来源，包括工业副产氢、天然气重整制氢、煤化工制氢、电解水制氢等，但从供应规模和稳定性、成本经济性、环境效益和能源效率等多方面考虑，可能还会面临很多问题。

中国发展新能源汽车的有利与不利条件