碳中和下商用车发展趋势

刘福建

摘 要：在双碳目标的背景下，交通领域节能减排成为重点关注的对象，商用车低碳化发展尤为重要，商用车将逐步形成传统能源内燃机节能增效发展，新能源商用车以纯电动及燃料电池技术为主、混合动力商用车阶段性发展，多种零碳燃料内燃机探索式发展的技术路径，支撑商用车尽早实现碳达峰。

关键词：碳中和 燃料电池 内燃机 新能源商用车

中国从2030年的碳达峰到2060年的碳中和只有30年时间。欧洲国家从碳达峰到碳中和普遍花费了60年左右，时间上是中国的两倍，他们有足够的时间通过技术迭代发展来解决碳排放问题。但中国要在30年时间内依靠技术进步来达成双碳目标基本无法完成，所以中国双碳目标要在规定的时间内实现，就需要技术进步和政策支持双管齐下。交通领域中商用车碳中和有非常多困难需要解决，可通过技术进步和政策支持来推动商用车节能减排。

1 发展现状

1.1 背景介绍

1.1.1 交通领域减排要求

交通领域与国民经济发展息息相关，所以交通领域的节能减排备受关注。我国交通领域碳排放占整个碳排放的比例为10%左右，汽车运行产生的碳排放占交通领域的85%左右，产生的碳排放总量超过9亿吨；商用车碳排放量占汽车领域碳排放总量的60%左右，超过了汽车领域总量的一半，保有量在汽车中占比仅为12.5%。商用车与社会经济发展密不可分，商用车的保有量将继续增长，同时碳排放的占比也继续加大，碳排放压力将继续增加，所以汽车领域的节能减排首要解决商用车的碳排放问题。

1.1.2 汽车产业低碳发展

汽车产业在交通领域中碳排放占了绝大部分，所以汽车产业低碳发展是交通领域实现减排的关键。我国为达成双碳目标，国家和地方都出台了一系列的政策和措施，《2030年前碳达峰行动方案的通知》《减污降碳协同增效实施方案》等政策都提出了汽车产业实现新能源化的占比要求。交通领域也开展积极行动，推动以公路运输为主的交通运输低碳发展。

1.2 发展现状

1.2.1 保有量持续增长

十三五期间，受我国政策影响带动了我国商用车新车销量规模不断刷新纪录，后续因经济增长发展的需要，还将继续保持一定的增长。十四五以来，政策支持即将结束，商用车的发展需求将进入调整周期，目前出现“车多货少”的状况，商用车销量也处于低迷状态，但保有量约为4000多万辆，占比约12.5%，创历史新高，规模持续增长。

1.2.2 排放量逐年提升

商用车碳排放量占汽车领域碳排放总量的60%左右，超过了汽车领域总量的一半，保有量在汽车中占比仅为12.5%。商用车预计到2025年碳排放达到峰值为5.5亿吨左右，商用车碳排量占机动车碳排量超过60%。其中重卡在汽车中占比约3%，但碳排放量占商用车碳排放量的约84%，占交通领域碳排量约30%。重型中长途牵引运输场景车辆保有量大、运输强度高，为运行阶段碳排放量最大的细分场景，占比商用车碳排放48%。

1.2.3 新能源渗透率不高

商用车动力来源还是以化石能源柴油、天然气等为主，新能源商用车目前在整个商用车市场中的占比仅11%，尚处于起步阶段，渗透率远低于新能源乘用车的渗透率达到了35%，新能源商用车主要应用于中短途场景如公交、牵引车短途运输、城市物流车等，在中长途场景中受制于技术的原因无法实现大规模推广，中长途运输场景具有保有量大、运输强度高的特点，新能源商用车要实现技术突破才能在能源结构调整的双碳目标下实现市场突破，助力商用车双碳目标的达成。

1.2.4 应用场景复杂多样

商用车应用可分为特定场景和非特定场景使用，特定场景的新能源商用车电动化迅速，如物流、环卫、城市客车等可以快速地实现电动化，有规定的路线和需求供应，市场化推广应用快速。非特定场景的使用主要集中在重卡的使用，有运输距离、载重需求等不同，同时环境条件及城市使用限制条件等的不同造成了应用场景的复杂多样，所以非特定场景的重卡和普通货车的商用车电动化进程缓慢，新能源渗透率较低。通过统计分析，行业将商用车的典型应用场景按照重卡、中卡、轻卡、微卡和大中型客车划分为26类，约96%的现有商用车可以归属到此分类中，可通过这26种分类来研究商用车的节能减排问题。

1.2.5 技术路径多元化

商用车经过长时间的发展已经实现了技术路线的多元化，现有的技术路线有内燃机、混合动力、纯电动、氢燃料等几种。其中内燃机以柴油为主流提供动力，市场占有率最大；天然气和甲醇受地理位置的限制，在此两种燃料丰富的区域有一定的应用；同时为响应低碳技术发展众多企业在加快氢、氢氨内燃机的研究，目前已实现点火成功，加快实现商用车的节能减排。混合动力商用车主要在城市物流中有一定的应用需求，纯电动商用车在中短途有一定的应用场景需求，氢燃料将在商用车中得到大规模的应用，助力商用车实现绿色低碳发展。

2 发展趋势

技术多元化助推商用车碳中和目标达成，商用车目前的技术路线有内燃机、纯电动、燃料电池。柴油、天然气、甲醇内燃机存在能耗高、碳排放高、污染物排放等问题，未来将以提升热效率、节能低碳化为重点，这是近中期内商用车节能低碳发展的主要技术路线；氢、氢氨等零碳燃料内燃机具备零碳排放、低污染物排放优势，但处于研发及验证阶段，这是内燃机向零碳转型和可持续发展的重要路径。纯电动商用车具有零碳排放优势但购置成本高、运营效率低，未来将以成本降低、续航增加、性能提升为突破点，中短途领域全面电动化，并逐步向中长途拓展。燃料电池商用车具有零碳排放优势但综合成本高、关键技术待提升，未来将以降成本、提质量为重点，是重型商用车中长途领域电动化的主要技术路线。

2.1 内燃机节能低碳趋势

在双碳目标的牵引下，内燃机向绿色低碳转型发展为大势所趋，现有内燃机的动力来源主要为柴油、天然气和甲醇，目前柴油内燃机的热效率最高为47%，随着技术的突破未来可能到50%左右；天然气内燃机通过采用高压直喷柴油微引燃技术，甲醇内燃机通过燃烧系统优化、换气组织效率提升等途径，实现热效率快速提升，将与柴油内燃机热效率接近。混合动力技术将在2025年后逐步在市场中形成规模效应，根据不同的路况和工况需要，将形成适应发展需要的新能源商用车混合动力技术。根据商用车现有情况可知，我国的产量和保有量都是最大的，在很长的一段时间内以柴油为主要能源的传统内燃机仍是主流技术路线，所以商用车要实现双碳目标，提高效率、减少碳排放是重要的研究方向。

2.2 氢内燃机商用车路线

近些年为满足动力系统的转型发展需要，各汽车厂商和内燃机企业实现了氢内燃机的研发突破和装机应用，重点企业的入局加快了氢内燃机产业的发展，有效地推动了氢内燃机技术的迭代，为实现双碳目标找到更多有效的路径。氢内燃机要实现批量化生产还面临诸多问题需要解决，当下比较突出的问题有基础设施不足、氢气运输和储存困难、氢气供应成本较高等，这些问题的解决需要技术的进步和产业规模、效益的增长。氢内燃机的推广应用将为重型商用车的节能减排提供一个有效的解决方案，有研究表明，氢内燃机实现量产大概在2025年前后。

2.3 纯电动商用车路线

新能源汽车保有量已超过2000万辆，其中纯电动乘用车占绝大部分，纯电动商用车的市场渗透率还比较有限，目前重点应用为公共服务领域，如公交车、市政环卫等中短途场景，交通领域双碳目标的实现极大地取决于有效的商用车减排，特别是中长途场景应用的实现。技术方面要解决动力电池和超级充电技术的突破，成本方面要解决纯电动商用车本身和使用成本的降低，实现大规模应用的基础设施等。

纯电动商用车实现渗透率的突破和大规模应用的时间预计在2030年前后。中长期来看，随着纯电动商用车百公里电耗在2030年下降10%，中长期下降15%以上实现续航里程增加；随着技术的进步如兆瓦级快充技术应用，充电倍率达到2C，换电技术标准化应用实现补能效率提升，固态电池的应用有望使重卡电池寿命突破10年实现使用寿命延长等，将实现新能源商用车的应用场景由中短途向中长途领域拓展。

2.4 氢燃料电池商用车路线

目前，氢燃料电池商用车还处于示范运营阶段，未来将是商用车实现双碳目标的重要路线。氢堆系统功率250kW，寿命3万小时是满足在中长途场景推广的技术条件；氢堆系统成本500元/kW，氢价25元/kg是实现经济性优势的关键；70MPa高压气瓶、液氢瓶的应用，助力FCEV车辆续航里程提升、成本下降；利用可再生能源发电电解水制氢是氢源的必然趋势，管道与液氢运输是突破大规模运输的关键。拥有燃料电池自主核心技术、降低运输和储存成本、完善基础设施等是实现燃料电池商用车产业化的关键途径。与纯电动商用车相比，燃料电池商用车具有加氢时间短、综合成本低、转换效率高的优势，是新能源汽车中长途运输场景的主要路径。

2.5 汽车与能源协同发展

能源制取趋向于绿色低碳方向发展，能源供给向可实现多种能源综合供应发展，商用车向智能新能源方向发展。能源从制、储、运、加、用全链条的数字化监控实现了车辆与能源的协同发展，能源制取到供给站，储运方式的多元化，站与车辆之间的数字化运营，支撑了商用车向节能低碳发展，助力商用车碳中和目标的达成。

3 发展建议

3.1 加强政策支持

新能源商用车的推广应用需要国家和地方政府给予政策和资源的支持，引导商用车加强商业化应用，制定新能源商用车增时作业、扩大路权、停车费优惠等专属政策包；持续推进钢铁、电力、焦化等重点污染治理行业的清洁化运输，将运输车队车辆新能源化比例纳入环保绩效评级指标。加强政策扶持，为交通运输行业绿色转型提速。

氢能产业的发展以五大示范城市为先导，推动产业链和关键核心技术的攻关，加快燃料电池汽车的商业化应用；多场景推广应用助力氢能产业的发展。制定试点示范城市氢、氢氨内燃机商用车推广应用财税支持政策、交通管理支持政策等相关支持措施，支持零碳内燃机商用车的推广应用。开展零碳内燃机商业化应用，加速中长途运输场景低碳转型。

3.2 加大技术研发

加强内燃机燃烧技术及材料创新，开发适用不同场景的高热效率混动专用发动机，加快内燃机向绿色低碳转型。围绕纯电动商用车产业发展痛点，加强下一代高性能动力电池（如固态电池）研发投入，加快动力电池技术创新。加强氢燃料电池关键部件及材料的研发，实现储运等关键难题的攻关，加强车载储氢共性关键技术的联合攻关，加速国产化替代。加强车路融合环境感知，智能决策，数字化驾驶辅助等技术创新，推动商用车数字化运营；持续优化整车风阻、轻量化、传动等低碳技术。

3.3 完善基础设施

兆瓦级超充技术适度超前布局，支撑电动商用车应用场景多元化发展。开展换电设施一站式集约化系统、停车换电一体化装备、自动换电连接技术和智能机器人等领域研究；推进动力电池、换电接口、换电机构互换标准化，实现多品牌、多车型可兼容的共享换电模式，推动换电站共享化发展。推动加氢站的压缩机、注氢机等关键设备国产化，加强站内液态储氢技术研发，发展站内制氢和液氢加氢站；同时，开展加氢站、加油站合建模式，降低投资与运行成本。积极探索零碳能源发展趋势，构建安全、绿色、高效、多元的能源供给体系。依托数字化技术，提升能源网联化，构建“车-站-网”协同发展的智能能源网络建设。

基金项目：国家重点研发计划（2023YFB4004500）。

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