劉福建

摘 要：在雙碳目標(biāo)的背景下，交通領(lǐng)域節(jié)能減排成為重點(diǎn)關(guān)注的對(duì)象，商用車低碳化發(fā)展尤為重要，商用車將逐步形成傳統(tǒng)能源內(nèi)燃機(jī)節(jié)能增效發(fā)展，新能源商用車以純電動(dòng)及燃料電池技術(shù)為主、混合動(dòng)力商用車階段性發(fā)展，多種零碳燃料內(nèi)燃機(jī)探索式發(fā)展的技術(shù)路徑，支撐商用車盡早實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰。

關(guān)鍵詞：碳中和 燃料電池 內(nèi)燃機(jī) 新能源商用車

中國(guó)從2030年的碳達(dá)峰到2060年的碳中和只有30年時(shí)間。歐洲國(guó)家從碳達(dá)峰到碳中和普遍花費(fèi)了60年左右，時(shí)間上是中國(guó)的兩倍，他們有足夠的時(shí)間通過(guò)技術(shù)迭代發(fā)展來(lái)解決碳排放問(wèn)題。但中國(guó)要在30年時(shí)間內(nèi)依靠技術(shù)進(jìn)步來(lái)達(dá)成雙碳目標(biāo)基本無(wú)法完成，所以中國(guó)雙碳目標(biāo)要在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)，就需要技術(shù)進(jìn)步和政策支持雙管齊下。交通領(lǐng)域中商用車碳中和有非常多困難需要解決，可通過(guò)技術(shù)進(jìn)步和政策支持來(lái)推動(dòng)商用車節(jié)能減排。

1 發(fā)展現(xiàn)狀

1.1 背景介紹

1.1.1 交通領(lǐng)域減排要求

交通領(lǐng)域與國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展息息相關(guān)，所以交通領(lǐng)域的節(jié)能減排備受關(guān)注。我國(guó)交通領(lǐng)域碳排放占整個(gè)碳排放的比例為10%左右，汽車運(yùn)行產(chǎn)生的碳排放占交通領(lǐng)域的85%左右，產(chǎn)生的碳排放總量超過(guò)9億噸；商用車碳排放量占汽車領(lǐng)域碳排放總量的60%左右，超過(guò)了汽車領(lǐng)域總量的一半，保有量在汽車中占比僅為12.5%。商用車與社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展密不可分，商用車的保有量將繼續(xù)增長(zhǎng)，同時(shí)碳排放的占比也繼續(xù)加大，碳排放壓力將繼續(xù)增加，所以汽車領(lǐng)域的節(jié)能減排首要解決商用車的碳排放問(wèn)題。

1.1.2 汽車產(chǎn)業(yè)低碳發(fā)展

汽車產(chǎn)業(yè)在交通領(lǐng)域中碳排放占了絕大部分，所以汽車產(chǎn)業(yè)低碳發(fā)展是交通領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)減排的關(guān)鍵。我國(guó)為達(dá)成雙碳目標(biāo)，國(guó)家和地方都出臺(tái)了一系列的政策和措施，《2030年前碳達(dá)峰行動(dòng)方案的通知》《減污降碳協(xié)同增效實(shí)施方案》等政策都提出了汽車產(chǎn)業(yè)實(shí)現(xiàn)新能源化的占比要求。交通領(lǐng)域也開展積極行動(dòng)，推動(dòng)以公路運(yùn)輸為主的交通運(yùn)輸?shù)吞及l(fā)展。

1.2 發(fā)展現(xiàn)狀

1.2.1 保有量持續(xù)增長(zhǎng)

十三五期間，受我國(guó)政策影響帶動(dòng)了我國(guó)商用車新車銷量規(guī)模不斷刷新紀(jì)錄，后續(xù)因經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)發(fā)展的需要，還將繼續(xù)保持一定的增長(zhǎng)。十四五以來(lái)，政策支持即將結(jié)束，商用車的發(fā)展需求將進(jìn)入調(diào)整周期，目前出現(xiàn)“車多貨少”的狀況，商用車銷量也處于低迷狀態(tài)，但保有量約為4000多萬(wàn)輛，占比約12.5%，創(chuàng)歷史新高，規(guī)模持續(xù)增長(zhǎng)。

1.2.2 排放量逐年提升

商用車碳排放量占汽車領(lǐng)域碳排放總量的60%左右，超過(guò)了汽車領(lǐng)域總量的一半，保有量在汽車中占比僅為12.5%。商用車預(yù)計(jì)到2025年碳排放達(dá)到峰值為5.5億噸左右，商用車碳排量占機(jī)動(dòng)車碳排量超過(guò)60%。其中重卡在汽車中占比約3%，但碳排放量占商用車碳排放量的約84%，占交通領(lǐng)域碳排量約30%。重型中長(zhǎng)途牽引運(yùn)輸場(chǎng)景車輛保有量大、運(yùn)輸強(qiáng)度高，為運(yùn)行階段碳排放量最大的細(xì)分場(chǎng)景，占比商用車碳排放48%。

1.2.3 新能源滲透率不高

商用車動(dòng)力來(lái)源還是以化石能源柴油、天然氣等為主，新能源商用車目前在整個(gè)商用車市場(chǎng)中的占比僅11%，尚處于起步階段，滲透率遠(yuǎn)低于新能源乘用車的滲透率達(dá)到了35%，新能源商用車主要應(yīng)用于中短途場(chǎng)景如公交、牽引車短途運(yùn)輸、城市物流車等，在中長(zhǎng)途場(chǎng)景中受制于技術(shù)的原因無(wú)法實(shí)現(xiàn)大規(guī)模推廣，中長(zhǎng)途運(yùn)輸場(chǎng)景具有保有量大、運(yùn)輸強(qiáng)度高的特點(diǎn)，新能源商用車要實(shí)現(xiàn)技術(shù)突破才能在能源結(jié)構(gòu)調(diào)整的雙碳目標(biāo)下實(shí)現(xiàn)市場(chǎng)突破，助力商用車雙碳目標(biāo)的達(dá)成。

1.2.4 應(yīng)用場(chǎng)景復(fù)雜多樣

商用車應(yīng)用可分為特定場(chǎng)景和非特定場(chǎng)景使用，特定場(chǎng)景的新能源商用車電動(dòng)化迅速，如物流、環(huán)衛(wèi)、城市客車等可以快速地實(shí)現(xiàn)電動(dòng)化，有規(guī)定的路線和需求供應(yīng)，市場(chǎng)化推廣應(yīng)用快速。非特定場(chǎng)景的使用主要集中在重卡的使用，有運(yùn)輸距離、載重需求等不同，同時(shí)環(huán)境條件及城市使用限制條件等的不同造成了應(yīng)用場(chǎng)景的復(fù)雜多樣，所以非特定場(chǎng)景的重卡和普通貨車的商用車電動(dòng)化進(jìn)程緩慢，新能源滲透率較低。通過(guò)統(tǒng)計(jì)分析，行業(yè)將商用車的典型應(yīng)用場(chǎng)景按照重卡、中卡、輕卡、微卡和大中型客車劃分為26類，約96%的現(xiàn)有商用車可以歸屬到此分類中，可通過(guò)這26種分類來(lái)研究商用車的節(jié)能減排問(wèn)題。

1.2.5 技術(shù)路徑多元化

商用車經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的發(fā)展已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了技術(shù)路線的多元化，現(xiàn)有的技術(shù)路線有內(nèi)燃機(jī)、混合動(dòng)力、純電動(dòng)、氫燃料等幾種。其中內(nèi)燃機(jī)以柴油為主流提供動(dòng)力，市場(chǎng)占有率最大；天然氣和甲醇受地理位置的限制，在此兩種燃料豐富的區(qū)域有一定的應(yīng)用；同時(shí)為響應(yīng)低碳技術(shù)發(fā)展眾多企業(yè)在加快氫、氫氨內(nèi)燃機(jī)的研究，目前已實(shí)現(xiàn)點(diǎn)火成功，加快實(shí)現(xiàn)商用車的節(jié)能減排?；旌蟿?dòng)力商用車主要在城市物流中有一定的應(yīng)用需求，純電動(dòng)商用車在中短途有一定的應(yīng)用場(chǎng)景需求，氫燃料將在商用車中得到大規(guī)模的應(yīng)用，助力商用車實(shí)現(xiàn)綠色低碳發(fā)展。

2 發(fā)展趨勢(shì)

技術(shù)多元化助推商用車碳中和目標(biāo)達(dá)成，商用車目前的技術(shù)路線有內(nèi)燃機(jī)、純電動(dòng)、燃料電池。柴油、天然氣、甲醇內(nèi)燃機(jī)存在能耗高、碳排放高、污染物排放等問(wèn)題，未來(lái)將以提升熱效率、節(jié)能低碳化為重點(diǎn)，這是近中期內(nèi)商用車節(jié)能低碳發(fā)展的主要技術(shù)路線；氫、氫氨等零碳燃料內(nèi)燃機(jī)具備零碳排放、低污染物排放優(yōu)勢(shì)，但處于研發(fā)及驗(yàn)證階段，這是內(nèi)燃機(jī)向零碳轉(zhuǎn)型和可持續(xù)發(fā)展的重要路徑。純電動(dòng)商用車具有零碳排放優(yōu)勢(shì)但購(gòu)置成本高、運(yùn)營(yíng)效率低，未來(lái)將以成本降低、續(xù)航增加、性能提升為突破點(diǎn)，中短途領(lǐng)域全面電動(dòng)化，并逐步向中長(zhǎng)途拓展。燃料電池商用車具有零碳排放優(yōu)勢(shì)但綜合成本高、關(guān)鍵技術(shù)待提升，未來(lái)將以降成本、提質(zhì)量為重點(diǎn)，是重型商用車中長(zhǎng)途領(lǐng)域電動(dòng)化的主要技術(shù)路線。

2.1 內(nèi)燃機(jī)節(jié)能低碳趨勢(shì)

在雙碳目標(biāo)的牽引下，內(nèi)燃機(jī)向綠色低碳轉(zhuǎn)型發(fā)展為大勢(shì)所趨，現(xiàn)有內(nèi)燃機(jī)的動(dòng)力來(lái)源主要為柴油、天然氣和甲醇，目前柴油內(nèi)燃機(jī)的熱效率最高為47%，隨著技術(shù)的突破未來(lái)可能到50%左右；天然氣內(nèi)燃機(jī)通過(guò)采用高壓直噴柴油微引燃技術(shù)，甲醇內(nèi)燃機(jī)通過(guò)燃燒系統(tǒng)優(yōu)化、換氣組織效率提升等途徑，實(shí)現(xiàn)熱效率快速提升，將與柴油內(nèi)燃機(jī)熱效率接近?；旌蟿?dòng)力技術(shù)將在2025年后逐步在市場(chǎng)中形成規(guī)模效應(yīng)，根據(jù)不同的路況和工況需要，將形成適應(yīng)發(fā)展需要的新能源商用車混合動(dòng)力技術(shù)。根據(jù)商用車現(xiàn)有情況可知，我國(guó)的產(chǎn)量和保有量都是最大的，在很長(zhǎng)的一段時(shí)間內(nèi)以柴油為主要能源的傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)仍是主流技術(shù)路線，所以商用車要實(shí)現(xiàn)雙碳目標(biāo)，提高效率、減少碳排放是重要的研究方向。

2.2 氫內(nèi)燃機(jī)商用車路線

近些年為滿足動(dòng)力系統(tǒng)的轉(zhuǎn)型發(fā)展需要，各汽車廠商和內(nèi)燃機(jī)企業(yè)實(shí)現(xiàn)了氫內(nèi)燃機(jī)的研發(fā)突破和裝機(jī)應(yīng)用，重點(diǎn)企業(yè)的入局加快了氫內(nèi)燃機(jī)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，有效地推動(dòng)了氫內(nèi)燃機(jī)技術(shù)的迭代，為實(shí)現(xiàn)雙碳目標(biāo)找到更多有效的路徑。氫內(nèi)燃機(jī)要實(shí)現(xiàn)批量化生產(chǎn)還面臨諸多問(wèn)題需要解決，當(dāng)下比較突出的問(wèn)題有基礎(chǔ)設(shè)施不足、氫氣運(yùn)輸和儲(chǔ)存困難、氫氣供應(yīng)成本較高等，這些問(wèn)題的解決需要技術(shù)的進(jìn)步和產(chǎn)業(yè)規(guī)模、效益的增長(zhǎng)。氫內(nèi)燃機(jī)的推廣應(yīng)用將為重型商用車的節(jié)能減排提供一個(gè)有效的解決方案，有研究表明，氫內(nèi)燃機(jī)實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)大概在2025年前后。

2.3 純電動(dòng)商用車路線

新能源汽車保有量已超過(guò)2000萬(wàn)輛，其中純電動(dòng)乘用車占絕大部分，純電動(dòng)商用車的市場(chǎng)滲透率還比較有限，目前重點(diǎn)應(yīng)用為公共服務(wù)領(lǐng)域，如公交車、市政環(huán)衛(wèi)等中短途場(chǎng)景，交通領(lǐng)域雙碳目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)極大地取決于有效的商用車減排，特別是中長(zhǎng)途場(chǎng)景應(yīng)用的實(shí)現(xiàn)。技術(shù)方面要解決動(dòng)力電池和超級(jí)充電技術(shù)的突破，成本方面要解決純電動(dòng)商用車本身和使用成本的降低，實(shí)現(xiàn)大規(guī)模應(yīng)用的基礎(chǔ)設(shè)施等。

純電動(dòng)商用車實(shí)現(xiàn)滲透率的突破和大規(guī)模應(yīng)用的時(shí)間預(yù)計(jì)在2030年前后。中長(zhǎng)期來(lái)看，隨著純電動(dòng)商用車百公里電耗在2030年下降10%，中長(zhǎng)期下降15%以上實(shí)現(xiàn)續(xù)航里程增加；隨著技術(shù)的進(jìn)步如兆瓦級(jí)快充技術(shù)應(yīng)用，充電倍率達(dá)到2C，換電技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化應(yīng)用實(shí)現(xiàn)補(bǔ)能效率提升，固態(tài)電池的應(yīng)用有望使重卡電池壽命突破10年實(shí)現(xiàn)使用壽命延長(zhǎng)等，將實(shí)現(xiàn)新能源商用車的應(yīng)用場(chǎng)景由中短途向中長(zhǎng)途領(lǐng)域拓展。

2.4 氫燃料電池商用車路線

目前，氫燃料電池商用車還處于示范運(yùn)營(yíng)階段，未來(lái)將是商用車實(shí)現(xiàn)雙碳目標(biāo)的重要路線。氫堆系統(tǒng)功率250kW，壽命3萬(wàn)小時(shí)是滿足在中長(zhǎng)途場(chǎng)景推廣的技術(shù)條件；氫堆系統(tǒng)成本500元/kW，氫價(jià)25元/kg是實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)性優(yōu)勢(shì)的關(guān)鍵；70MPa高壓氣瓶、液氫瓶的應(yīng)用，助力FCEV車輛續(xù)航里程提升、成本下降；利用可再生能源發(fā)電電解水制氫是氫源的必然趨勢(shì)，管道與液氫運(yùn)輸是突破大規(guī)模運(yùn)輸?shù)年P(guān)鍵。擁有燃料電池自主核心技術(shù)、降低運(yùn)輸和儲(chǔ)存成本、完善基礎(chǔ)設(shè)施等是實(shí)現(xiàn)燃料電池商用車產(chǎn)業(yè)化的關(guān)鍵途徑。與純電動(dòng)商用車相比，燃料電池商用車具有加氫時(shí)間短、綜合成本低、轉(zhuǎn)換效率高的優(yōu)勢(shì)，是新能源汽車中長(zhǎng)途運(yùn)輸場(chǎng)景的主要路徑。

2.5 汽車與能源協(xié)同發(fā)展

能源制取趨向于綠色低碳方向發(fā)展，能源供給向可實(shí)現(xiàn)多種能源綜合供應(yīng)發(fā)展，商用車向智能新能源方向發(fā)展。能源從制、儲(chǔ)、運(yùn)、加、用全鏈條的數(shù)字化監(jiān)控實(shí)現(xiàn)了車輛與能源的協(xié)同發(fā)展，能源制取到供給站，儲(chǔ)運(yùn)方式的多元化，站與車輛之間的數(shù)字化運(yùn)營(yíng)，支撐了商用車向節(jié)能低碳發(fā)展，助力商用車碳中和目標(biāo)的達(dá)成。

3 發(fā)展建議

3.1 加強(qiáng)政策支持

新能源商用車的推廣應(yīng)用需要國(guó)家和地方政府給予政策和資源的支持，引導(dǎo)商用車加強(qiáng)商業(yè)化應(yīng)用，制定新能源商用車增時(shí)作業(yè)、擴(kuò)大路權(quán)、停車費(fèi)優(yōu)惠等專屬政策包；持續(xù)推進(jìn)鋼鐵、電力、焦化等重點(diǎn)污染治理行業(yè)的清潔化運(yùn)輸，將運(yùn)輸車隊(duì)車輛新能源化比例納入環(huán)?？?jī)效評(píng)級(jí)指標(biāo)。加強(qiáng)政策扶持，為交通運(yùn)輸行業(yè)綠色轉(zhuǎn)型提速。

氫能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展以五大示范城市為先導(dǎo)，推動(dòng)產(chǎn)業(yè)鏈和關(guān)鍵核心技術(shù)的攻關(guān)，加快燃料電池汽車的商業(yè)化應(yīng)用；多場(chǎng)景推廣應(yīng)用助力氫能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。制定試點(diǎn)示范城市氫、氫氨內(nèi)燃機(jī)商用車推廣應(yīng)用財(cái)稅支持政策、交通管理支持政策等相關(guān)支持措施，支持零碳內(nèi)燃機(jī)商用車的推廣應(yīng)用。開展零碳內(nèi)燃機(jī)商業(yè)化應(yīng)用，加速中長(zhǎng)途運(yùn)輸場(chǎng)景低碳轉(zhuǎn)型。

3.2 加大技術(shù)研發(fā)

加強(qiáng)內(nèi)燃機(jī)燃燒技術(shù)及材料創(chuàng)新，開發(fā)適用不同場(chǎng)景的高熱效率混動(dòng)專用發(fā)動(dòng)機(jī)，加快內(nèi)燃機(jī)向綠色低碳轉(zhuǎn)型。圍繞純電動(dòng)商用車產(chǎn)業(yè)發(fā)展痛點(diǎn)，加強(qiáng)下一代高性能動(dòng)力電池（如固態(tài)電池）研發(fā)投入，加快動(dòng)力電池技術(shù)創(chuàng)新。加強(qiáng)氫燃料電池關(guān)鍵部件及材料的研發(fā)，實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)運(yùn)等關(guān)鍵難題的攻關(guān)，加強(qiáng)車載儲(chǔ)氫共性關(guān)鍵技術(shù)的聯(lián)合攻關(guān)，加速國(guó)產(chǎn)化替代。加強(qiáng)車路融合環(huán)境感知，智能決策，數(shù)字化駕駛輔助等技術(shù)創(chuàng)新，推動(dòng)商用車數(shù)字化運(yùn)營(yíng)；持續(xù)優(yōu)化整車風(fēng)阻、輕量化、傳動(dòng)等低碳技術(shù)。

3.3 完善基礎(chǔ)設(shè)施

兆瓦級(jí)超充技術(shù)適度超前布局，支撐電動(dòng)商用車應(yīng)用場(chǎng)景多元化發(fā)展。開展換電設(shè)施一站式集約化系統(tǒng)、停車換電一體化裝備、自動(dòng)換電連接技術(shù)和智能機(jī)器人等領(lǐng)域研究；推進(jìn)動(dòng)力電池、換電接口、換電機(jī)構(gòu)互換標(biāo)準(zhǔn)化，實(shí)現(xiàn)多品牌、多車型可兼容的共享?yè)Q電模式，推動(dòng)換電站共享化發(fā)展。推動(dòng)加氫站的壓縮機(jī)、注氫機(jī)等關(guān)鍵設(shè)備國(guó)產(chǎn)化，加強(qiáng)站內(nèi)液態(tài)儲(chǔ)氫技術(shù)研發(fā)，發(fā)展站內(nèi)制氫和液氫加氫站；同時(shí)，開展加氫站、加油站合建模式，降低投資與運(yùn)行成本。積極探索零碳能源發(fā)展趨勢(shì)，構(gòu)建安全、綠色、高效、多元的能源供給體系。依托數(shù)字化技術(shù)，提升能源網(wǎng)聯(lián)化，構(gòu)建“車-站-網(wǎng)”協(xié)同發(fā)展的智能能源網(wǎng)絡(luò)建設(shè)。

基金項(xiàng)目：國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃（2023YFB4004500）。

參考文獻(xiàn)：

[1]王明赫.我國(guó)新能源汽車產(chǎn)業(yè)政策研究[D].長(zhǎng)春：吉林大學(xué)，2023.

[2]谷雨，宮寶利，黃德軍，等. 基于傳統(tǒng)動(dòng)力源的重型商用車減碳技術(shù)[J].汽車工程學(xué)報(bào)，2022，12（04）：466-477.

[3]孫宇.“雙碳”目標(biāo)下新能源汽車政府補(bǔ)貼政策研究[D].北京：北京工業(yè)大學(xué)，2022.

[4]何文韜，郝曉莉，陳鳳.基于生命周期的新能源汽車碳足跡評(píng)價(jià)[J].東北財(cái)經(jīng)大學(xué)學(xué)報(bào)，2022（02）：29-41.

[5]張寧.商用車節(jié)能技術(shù)研究與技術(shù)路線選擇[D].長(zhǎng)春：吉林大學(xué)，2019.

[6]邱彬，彭海麗.我國(guó)商用車低碳化發(fā)展環(huán)境研究與技術(shù)路徑分析[J].汽車工程學(xué)報(bào)，2022，12（02）：127-136.

[7]譚旭光，余卓平.燃料電池商用車產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀與展望[J].中國(guó)工程科學(xué)，2020，22（05）：152-158.