中國電工技術(shù)協(xié)會電動車輛專業(yè)委員會技術(shù)服務(wù)中心郭自強(qiáng)

未來20年是我國交通能源動力系統(tǒng)轉(zhuǎn)型的戰(zhàn)略機(jī)遇期。通過分析動力系統(tǒng)發(fā)展的技術(shù)路線，提出了基于節(jié)能與新能源汽車的“過渡”與“轉(zhuǎn)型”的雙重發(fā)展戰(zhàn)略，探討了應(yīng)采取的科技對策。

一、我國面臨的挑戰(zhàn)和機(jī)遇

1、交通能源與環(huán)境問題是21世紀(jì)全球面臨的重大挑戰(zhàn)，對我國尤為嚴(yán)峻。

目前世界汽車保有量預(yù)計(jì)到2020年全球汽車保有量將達(dá)到12億輛，主要增幅來自發(fā)展中國家。國際能源機(jī)構(gòu)(IEA）的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明，2001全球57%的石油消費(fèi)在交通領(lǐng)域(其中美國達(dá)到67%）。預(yù)計(jì)到2020年交通用油占全球石油總消耗的62%以上。美國能源部預(yù)測，2020年以后，全球石油需求與常規(guī)石油供給之間將出現(xiàn)凈缺口，2050年的供需缺口幾乎相當(dāng)于2000年世界石油總產(chǎn)量的兩倍。與此同時(shí)，交通能源消耗也是造成局部環(huán)境污染和全球溫室氣體排放的主要來源之一。為此，全球已達(dá)成共識：交通能源轉(zhuǎn)型勢在必行。

近年來，我國汽車業(yè)迅猛發(fā)展。2005年，我國汽車產(chǎn)銷量均超過570萬，分別居世界第三位和第二位，自主品牌轎車和汽車出口均出現(xiàn)大幅增長。預(yù)計(jì)2020年前我國將成為世界上較大的汽車制造國和主要的汽車出口國之一。我國目前的汽車人均保有量還很低，2003年每千人汽車保有量僅為美國的2.5%(19輛），大約相當(dāng)于美國90年前的水平，是世界上汽車市場潛力較大的國家，預(yù)計(jì)2020年汽車保有量將達(dá)到1.3—1.5億輛。但是，當(dāng)我國剛剛到達(dá)汽車社會門檻，車用石油消費(fèi)在石油總消費(fèi)中的比例(1/3以下）還大大低于世界平均水平時(shí)(1/2以上），我們已經(jīng)感受到了石油供應(yīng)的日益緊張。同時(shí)，車用石油消耗所產(chǎn)生的空氣污染和CO2排放也正在變成愈來愈嚴(yán)重的問題，我國已經(jīng)成為世界上CO2排放大國，由此產(chǎn)生的國際政治和經(jīng)濟(jì)爭端將會愈演愈烈。這充分表明，我國所面臨的石油安全與交通能源問題將來勢更猛，影響更大，挑戰(zhàn)更加嚴(yán)峻。按傳統(tǒng)交通能源動力系統(tǒng)發(fā)展下去，不可持續(xù)，實(shí)現(xiàn)我國交通能源動力系統(tǒng)轉(zhuǎn)型是大勢所趨。

2、未來20年是我國交通能源動力系統(tǒng)轉(zhuǎn)型的戰(zhàn)略機(jī)遇期

歷史上，交通能源動力系統(tǒng)變革一直處于技術(shù)革命和經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型的核心位置。十九世紀(jì)，煤和蒸汽機(jī)火車引發(fā)了歐洲的工業(yè)革命，開創(chuàng)了人類的工業(yè)經(jīng)濟(jì)和工業(yè)文明；二十世紀(jì)，石油和內(nèi)燃機(jī)汽車促成了美國的經(jīng)濟(jì)騰飛，把人類帶入了基于石油的經(jīng)濟(jì)體系與物質(zhì)繁榮，也帶來了能源環(huán)境的巨大挑戰(zhàn)。進(jìn)入二十一世紀(jì)，以替代燃料和混合動力為代表的各種新型汽車能源動力技術(shù)迅猛發(fā)展，相互競爭，引發(fā)了一場新的技術(shù)變革，預(yù)示著人類將要進(jìn)入后石油時(shí)代過渡期和能源動力技術(shù)創(chuàng)新突破的機(jī)遇期。

這場能源動力系統(tǒng)變革的主要趨勢是汽車能源多元化、汽車動力電氣化和汽車排放潔凈化：基于可再生能源的生物燃料對于各種車輛具有良好的適用性，成為各國共同推廣的新型燃料。混合動力作為新型汽車能源動力技術(shù)共性平臺繼承了先進(jìn)內(nèi)燃機(jī)技術(shù)，結(jié)合高效潔凈的電力驅(qū)動方式，既充分利用現(xiàn)有燃料基礎(chǔ)設(shè)施，又能包容各種新型燃料，現(xiàn)已成為新型動力汽車產(chǎn)業(yè)化的里程碑；燃料電池作為一種新興能量轉(zhuǎn)換裝置，盡管目前還存在很多需要克服的技術(shù)障礙，但其作為新一代汽車能源動力系統(tǒng)的遠(yuǎn)期解決方案仍然被全球所看好。

汽車能源動力技術(shù)的變革是一個(gè)比較漫長的過程。混合動力有望在近中期逐步普及；燃料電池汽車的規(guī)模商業(yè)化大約在2020年以后。面向中長期的汽車技術(shù)發(fā)展，我國汽車所處的這一技術(shù)變革時(shí)期為我國交通能源動力系統(tǒng)變革提供了歷史機(jī)遇。

機(jī)遇之一：中國的資源和能源狀況適合發(fā)展新能源交通動力系統(tǒng)。中國缺油、少氣、多煤，這一結(jié)構(gòu)特點(diǎn)給交通能源可持續(xù)發(fā)展帶來了嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。基于各種資源特點(diǎn)的多種替代燃料可以充分發(fā)揮我國地域遼闊和資源多樣性的優(yōu)勢，因地制宜發(fā)展基于煤炭的燃料工業(yè)、基于生物質(zhì)的農(nóng)業(yè)能源和基于天然氣的各種氣體燃料技術(shù)，從而實(shí)現(xiàn)交通能源來源的多樣化。同時(shí)，從我國城鄉(xiāng)布局看，城市模式以大城市群為主要特點(diǎn)，汽車燃料基礎(chǔ)設(shè)施比較集中，有利于燃料清潔化管理和監(jiān)督。我國廣大農(nóng)村，隨地區(qū)不同，其一次能源資源特點(diǎn)也不同，這比較適合發(fā)展一次能源來源多元化、燃料制取和消費(fèi)當(dāng)?shù)鼗�的燃料供�?yīng)體系。

機(jī)遇之二：我國具有實(shí)現(xiàn)交通能源動力系統(tǒng)變革的后發(fā)優(yōu)勢。從我國汽車發(fā)展階段看，具有后發(fā)優(yōu)勢。盡管發(fā)達(dá)國家政府均大力推動各種代用燃料汽車的應(yīng)用和向氫能燃料電池汽車動力系統(tǒng)的轉(zhuǎn)型，但是其傳統(tǒng)汽車產(chǎn)業(yè)龐大，石油基礎(chǔ)設(shè)施完善，消費(fèi)習(xí)慣難以轉(zhuǎn)變，實(shí)施轉(zhuǎn)型社會成本高昂，轉(zhuǎn)型難度很大。而我國汽車工業(yè)剛剛發(fā)展起來，汽車普及率低，因而在汽車動力系統(tǒng)發(fā)展戰(zhàn)略選擇上，有更大的自由度。相對常規(guī)汽車而言，我國在新能源汽車研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化方面具有比較優(yōu)勢。如果政策得當(dāng)，可以在世界上率先實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)型。

機(jī)遇之三：實(shí)施汽車動力系統(tǒng)變革，是多年來我國發(fā)展清潔汽車和電動汽車成功實(shí)踐的戰(zhàn)略總結(jié)和發(fā)展的必然要求。基于對我國能源安全、環(huán)境保護(hù)和實(shí)現(xiàn)我國汽車工業(yè)跨越發(fā)展的戰(zhàn)略考慮，“九五”期間，科技部會同有關(guān)部委組織實(shí)施了“清潔汽車行動”，取得了重大階段性成果。目前，全國已有燃?xì)馄��?2萬輛，加氣站700余座，年替代石油150萬噸。而且天然氣汽車呈現(xiàn)快速增長勢頭，預(yù)計(jì)今后幾年將進(jìn)入大規(guī)模推廣應(yīng)用階段。“十五”期間，科技部組織實(shí)施了“電動汽車重大科技專項(xiàng)”，國家投入8.8億元，是較大的科技專項(xiàng)之一。全國200余家單位、2000多名骨干科技人員直接參與實(shí)施，初步形成了官、產(chǎn)、學(xué)、研合作機(jī)制。目前，小型純電動車輛已經(jīng)開始小規(guī)模產(chǎn)業(yè)化，混合動力汽車已有多個(gè)車型通過國家認(rèn)證成為產(chǎn)品，燃料電池汽車已進(jìn)入示范考核運(yùn)行階段。自主開發(fā)的燃料電池、動力蓄電池、驅(qū)動電機(jī)和電子控制系統(tǒng)具備批量化生產(chǎn)能力。這為我國汽車動力轉(zhuǎn)型戰(zhàn)略的實(shí)施，奠定了堅(jiān)實(shí)的技術(shù)、人才和實(shí)踐基礎(chǔ)。

二、我國交通能源動力系統(tǒng)發(fā)展的戰(zhàn)略選擇

基于我國汽車能源動力系統(tǒng)面臨的挑戰(zhàn)與機(jī)遇，我國汽車能源動力系統(tǒng)發(fā)展目標(biāo)應(yīng)當(dāng)是立足轉(zhuǎn)型、盡快轉(zhuǎn)型。但是，新型汽車能源動力系統(tǒng)與現(xiàn)有汽車能源動力系統(tǒng)存在著千絲萬縷的聯(lián)系。同時(shí)，我國當(dāng)前汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展和節(jié)能環(huán)保問題還要靠現(xiàn)有汽車能源動力技術(shù)解決。為此，應(yīng)當(dāng)選擇一種“過渡”和“轉(zhuǎn)型”并行互動、協(xié)調(diào)發(fā)展的戰(zhàn)略。一方面，發(fā)展節(jié)能汽車解決近期的能源安全問題，另一方面，開展新能源汽車研究，瞄準(zhǔn)未來汽車競爭制高點(diǎn)。

1、節(jié)能汽車

優(yōu)化現(xiàn)有以石油和內(nèi)燃機(jī)為基礎(chǔ)的車用能源動力系統(tǒng)，發(fā)展節(jié)能汽車，重點(diǎn)發(fā)展直噴式內(nèi)燃機(jī)及其混合動力系統(tǒng)。利用現(xiàn)有液體燃料基礎(chǔ)設(shè)施，實(shí)施汽柴油清潔化戰(zhàn)略，逐步與國際燃油規(guī)范接軌；大力發(fā)展各種合成燃料，尤其是符合中國國情的煤基合成燃料，并與汽柴油混合，形成新型清潔燃料。

2000年以來，我國汽車(包括農(nóng)用汽車）汽柴油年消費(fèi)約占全國汽柴油消費(fèi)總量的一半，石油消費(fèi)的1/3左右。這一數(shù)據(jù)說明三個(gè)問題：1）車用汽柴油消費(fèi)總量與石油消費(fèi)總量同步快速增長。考慮到汽車市場的持續(xù)升溫，石油安全風(fēng)險(xiǎn)很大。2）與國際平均水平相比，我國汽柴油消費(fèi)占石油總消費(fèi)的比例較低。通過石油消費(fèi)結(jié)構(gòu)調(diào)整優(yōu)化，可實(shí)施汽車燃料的間接替代。主要是通過置換方式將替代難度較小的工業(yè)燃料等用非石油產(chǎn)品先行替代，將其原先使用的石油燃料用于汽車。則在相同石油消費(fèi)總量下，車用燃料消費(fèi)總量大約具有20%以上的上升空間。3）我國目前車用燃油消費(fèi)總量與汽車保有量之比偏高，也即汽車油耗量偏大，節(jié)能的潛力巨大。2002年，我國計(jì)入農(nóng)用車和摩托車后的等效平均單車年耗油量約為1.5噸，接近美國2000年的平均單車年耗油量，而大大高于2000年的法國(1.2噸）和日本(1噸）。平均單車年耗油量取決于車輛技術(shù)、車型結(jié)構(gòu)和行駛里程以及運(yùn)行工況等因素，中長期均有較大的改善潛力。根據(jù)國家中長期科技規(guī)劃能源領(lǐng)域戰(zhàn)略研究結(jié)果，建議2020年我國汽車節(jié)能目標(biāo)為：在汽車保有量調(diào)節(jié)在1.5億輛以內(nèi)的前提下，平均單車年油耗量控制在1噸左右。與目前相比，節(jié)約1/3左右，節(jié)油潛力7000萬噸左右。汽車燃油消耗總量控制在1.5—2億噸。為了達(dá)到這一目標(biāo)，關(guān)鍵的節(jié)能汽車能源動力技術(shù)如下：

(1）高效柴油發(fā)動機(jī)技術(shù)

轎車柴油機(jī)節(jié)能效果與汽油混合動力不相上下。據(jù)國務(wù)院發(fā)展研究中心分析預(yù)測，如果2020年我國柴油轎車發(fā)展到乘用車的20%，則當(dāng)年可節(jié)約燃料1880萬噸。為此應(yīng)當(dāng)在我國發(fā)展先進(jìn)的柴油轎車，但是必須解決好排放控制關(guān)鍵技術(shù)問題。主要包括：柴油機(jī)電控技術(shù)，排氣后處理技術(shù)和清潔柴油與代用柴油技術(shù)；柴油機(jī)電控高壓燃油噴射系統(tǒng)和智能化發(fā)動機(jī)電子管理系統(tǒng)，是綠色高效柴油機(jī)核心關(guān)鍵技術(shù)，應(yīng)當(dāng)大力發(fā)展；柴油機(jī)排放控制可采取如下應(yīng)對策略：EGR(廢氣再循環(huán)）技術(shù)成熟，效果顯著，應(yīng)盡快推廣使用；DPF(微粒捕捉器）技術(shù)2010年前將會在歐洲柴油車普及，我國需加快應(yīng)用速度；NOx(氮氧化物）催化轉(zhuǎn)換器技術(shù)路線需要慎重選擇，深入研究；發(fā)展合成柴油和生物柴油對解決柴油的數(shù)量和質(zhì)量都具有重大意義，要大力發(fā)展代用柴油技術(shù)，力爭在2020年，將生產(chǎn)能力提高到1000萬噸以上。根據(jù)2002年統(tǒng)計(jì)，我國農(nóng)用車所消耗的柴油總量與常規(guī)柴油車的柴油消耗總量不相上下。開發(fā)節(jié)能、經(jīng)濟(jì)的新型農(nóng)用車并逐步采用農(nóng)業(yè)能源作為燃料對于汽車節(jié)能和發(fā)展農(nóng)村經(jīng)濟(jì)具有重大戰(zhàn)略意義。