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张永伟:新能源汽车多元化技术路线的发展新趋势

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导读:近日,中国电动汽车百人会副理事长兼秘书长张永伟受邀出席2022中国汽车论坛,并就中国新能源汽车发展的技术路线问题发表演讲,以下为其发言内容整理。

中国新能源汽车产业已经取得了阶段性成果,市场销量和产能规模均居世界首位。回顾过去十几年的发展历程,中国在新能源汽车技术路线选择上积累的经验很有参考价值。展望未来趋势,不同技术路线呈现出各具特色的发展路径和轨迹。

一、中国新能源汽车技术路线选择的经验

第一,较好地处理了多元化技术路线之间的关系

在新能源汽车产业发展初期,一直存在有关不同技术路线如何取舍的争论。国家从战略角度很快确立了纯电驱动为主的技术路线,主管部门也出台了一系列纯电路线相关产业政策,坚持创新驱动的基本原则。但是,以纯电驱动为主,并不等于否定插电混动、燃料电池等其他创新型的技术路线。

当市场对创新型技术路线有需求时,政策给予了充足的发展空间,这就是庞大经济体在应对多种技术路线发展问题上所具备的独特优势。每个技术市场和产业市场都足以支撑起一种技术路线的发展,没有必要靠一种路线来“包打天下”。

第二,较好地处理了政府和市场的关系

在纯电技术路线发展初期,既缺乏产业基础,又缺乏市场需求。供需乏力的时候,政府的财政扶持政策就起到了激励供给、补助需求的“双轮”作用。通过公共采购、补贴扶持、路权政策、基础设施建设等政府驱动力,大大缓解了供需矛盾,政策和市场发挥了”一升一降”双向助推的作用。

在纯电路线发展过程中,通过对核心技术电池产业的扶持,2021年我国动力电池装车规模达到154GWh。产品技术进步,成本下降反向支撑纯电战略,2017-2021年动力电池成本下降40%,系统能量密度提升40%以上,政府的补贴也开始逐步退坡。另外,产业发展到一定水平时,行业也开始关注需求环境的改善,特别是基础设施建设、路权政策配置等。在整个技术路线发展过程中,并没有出现靠政府补贴培育出的“盆景型”技术,而是政府扶持与技术进步相互配合,共同促进了市场的环境改善与竞争。

第三,较好地处理了传统汽车力量和新造车力量间的关系

新能源汽车产业发展初期,以生产燃油车为主的企业对电动汽车的研发投入重视不足,双积分政策发挥了“胡萝卜+大棒”的作用,通过强制性积分规定,倒逼燃油车企业生产更多的电动汽车,推动了传统汽车主体向电动化方向的转型升级。另一方面,造车新势力企业带有很强的创新基因,其入局对电动车市场产生了有效的“鲶鱼效应”。政府从准入和相关政策层面给予了一定的支持,助力它们在行业创新上的探索。

这样的政策组合,既发挥了传统汽车原有的产业优势和作用,也发挥了新汽车势力的创新性,是中国新能源汽车产业发展的独特方式,与全球其他传统汽车大国完全不同。

二、从未来趋势看,不同技术路线将有各自的发展路径和轨迹

第一,长期来看,纯电技术路线会成为全球主流

全球纯电动汽车市场保持快速增长。2017年,全球纯电汽车销量占比不足1%,到2021年已达6.2%。在中、欧、美主流汽车市场中纯电动汽车已经占据了一席之地。2021年中国纯电汽车销售291.6万辆,占比达到11%;2021年欧盟纯电汽车占新车注册量的9%;美国纯电市场同样发展迅速,2021年销量同比增长近一倍。未来纯电技术路线将是全球主流。行业预测,到2030年,全球纯电车型销量占比将达到30%。

在中国,未来7-8年纯电汽车将进入加速普及阶段。假设2030年各种技术路线的新能源汽车保有量是一亿辆,激进情景下,预计纯电汽车将占80%,达到8000万辆。届时,纯电汽车销量预估会在1500万辆左右,渗透率有望接近40%。

纯电市场的快速发展取决于两个关键因素的支撑,一是电池技术的提升,二是新型充电技术的普及。电池的性能关乎车辆的续航里程,是影响消费者使用体验的关键;电池约占电动汽车近40%的成本,电池价格是决定电动汽车性价比的关键。未来随着电池材料体系与系统结构的不断创新,动力电池性能还有较大的提升潜力,成本还会进一步降低。行业判断,2025年电池的单体能量密度将超过350Wh/kg;2030年,电池的系统成本会降到0.5元/Wh以下。另一个要素是与解决里程焦虑密切相关的充电技术。多家车企正在布局高压充电车型。预计2025年前后,800V高压平台车型及大功率快充桩将实现大规模商业化应用,极大提高纯电汽车的使用体验。当前,在1-2C的充电倍率下,充电10分钟可实现续航里程200公里;到2025年,在4C的充电倍率下,充电10分钟可实现续航里程400公里。充电效率大幅提升,补能困境将得到显著改善。

第二,插电混动和增程式向多电少油、高能效方向发展

插电式混合动力是重要技术路线,仍处在创新阶段。随着电动化程度的加深,插电式混动车型从与燃油车共平台转向与纯电共平台。岚图、长安等车企开发的新一代动力架构以纯电驱动为基础,兼容插混、增程等多种动力形式。随着动力电池技术的进步,成本的下降,新一代插电混动车型的带电量不再局限于补贴门槛,大电池纯电驱动的车型越来越多。2016年插电式混动车型的电池容量集中在20kWh以下,纯电续航里程紧靠50公里的补贴限值。2022年公告的插电混动乘用车中,30kWh以上的大电池车型占比超过了30%。长城、吉利、比亚迪等品牌新一代插混车型的纯电续航里程已经接近200公里。未来插电混合动力逐步向多电少油方向发展。

混动专用发动机技术突破,实现高能效发展。混合动力汽车运行工况特殊,对发动机的技术要求与传统燃油车不同,同时也带来了更大的热效率提升空间。2025年,混动专用发动机的热效率有望突破45%。

增程式路线是中国特色的技术路线。2019年后我国增程式电动车市场逐步兴起,2021年增程式电动车的销量已经达到10万辆。这一技术路线源自于市场,由消费需求拉动,作为纯电路线普及前的补充,未来发展值得关注。未来10-20年,预计增程式与插混两种技术路线仍有很好的发展空间,逐步进入相对稳定的发展期,并向纯电路线过渡。

第三,燃料电池技术进步与自主化将支撑产品降本与规模化

燃料电池技术是全世界,包括日本、美国、欧洲和中国在内的国家一直没有放弃而且高度关注的技术路线。美国是最早将氢能及燃料电池列入能源战略的国家。欧盟发布《欧盟氢能源战略》,计划到 2050年将氢能在能源结构中的占比提高到 12%-14%。日韩均从国家能源战略视角制定了本国氢能发展目标。2021年,我国也启动了燃料电池汽车示范工作,在京津冀、长三角、珠三角等地区率先推广。

近年来,我国车用燃料电池技术取得产业化突破。燃料电池功率密度、冷启动温度、寿命以及最高效率等指标上均有大幅度改善,例如2020年石墨双极板电池堆体积功率密度为2.2 kW/L,相比2015年的1.5 kW/L提升47%;2020年金属双极板电池堆体积功率密度为3.0 kW/L,相比2015年的2.0 kW/L提高了50%。随着产业规模的形成,燃料电池系统成本快速下降。商用车燃料电池系统成本有望由2020年10000元/kW,降至2025年的3500元/kW左右,2035年进一步降低至1000元/kW。随着燃料电池技术的提升和成本的快速下降,行业预计,2030年燃料电池汽车将进入商业化大规模发展阶段,当年的保有量将达到100万辆。

第四,新能源商用车技术路线演进取决于场景、技术与能源

商用车的新能源化已经成为继乘用车之后的第二主战场,也是汽车行业第二轮电动化的重点。商用车新能源技术路线仍呈现多元化发展的特征,主要取决于场景、技术、能源三方面的综合影响。

近期看场景。无论是纯电动路线、混动路线还是燃料电池路线,在近期内技术成本普遍居高的情况下,商用车的新能源化更加取决于场景因素。结合区域资源禀赋、产业发展方向,选择合适的技术路线在适宜场景开展规模化应用。比如,纯电动商用车有潜力在城市配送和封闭园区运输中稳步扩大规模,并配合基础设施布局的完善以及适宜的运输组织模式;燃料电池商用车在氢气产能富集区域的冷链运输中具有续航和功率优势,并在示范应用场景中打通商业化运行模式;插电式混合动力、增程式混合动力和甲醇商用车可发挥车辆灵活性较高、续航里程较理想的优势,在碳排放加严趋势下,在公路货运市场中加快燃油车替换进程。

中期看技术。哪种技术路线能够率先降低成本,满足商用车作为生产工具的经济性需求,就会被市场快速扩大规模。所以从中期来看,纯电、混动、换电和燃料电池各种技术路线,要看谁更能体现技术成本的综合优势。纯电动商用车需在电化学领域不同材料体系方面进行基础研究和技术开发,并开拓高度场景匹配的商业模式。氢燃料电池商用车处于技术验证期,在进一步验证不同场景下技术的可行性之外,仍面临技术国产化和规模化应用以及大幅度降低成本的要求。增程式混合动力、插电式混合动力、甲醇商用车的技术创新重点包括提升产品经济性和耐久性以及大力挖潜节能减碳水平。

长期看能源。商用车如何符合行业碳减排要求,实现低碳零碳发展,长期来看取决于能源的供给方式。在这个角度上,零排放是终极要求,纯电动和燃料电池技术路线是唯二选择,其他技术路线很难满足。由于商用车的能耗成本是公路运输成本的首要构成因素,有充分竞争力的氢气价格,将成为决定未来氢燃料电池和纯电动,在新能源商用车市场竞争格局中地位的关键因素。

第五,下一阶段智能化将成为核心竞争力

从现有新能源汽车产业的竞争格局来看,各技术路线已经进入相对平稳状态。汽车产品和企业的竞争重点不再完全取决于动力系统,而更多取决于汽车产业竞争的下半场,也就是在电动化基础之上的智能化发展阶段。哪个技术路线与智能化结合的深,结合的广,融合的早,哪个技术路线就会借助智能化有更好的发展。智能化会成为产业未来竞争力的核心,也将决定不同技术路线未来的命运。

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