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董扬:内燃机能不能废止?

  • 2018年01月02日 14:58
  • 来源:中国汽车报

在刚刚过去的2017年里,中国汽车产业实现了高质量的发展,突出的表现是新能源汽车发展良好,中国品牌汽车走出低谷,走上振兴之路。新能源汽车发展良好表现在:产销规模全球领先,创新能力持续提升,产业体系基本建立,配套环境日益优化。再看中国品牌汽车,不但市场占有率明显提高,并且在小型SUV、MPV领域表现出独特的比较优势和较强的竞争力,吉利、长城、传祺、宝骏等品牌提升明显。

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在中国电动汽车发展的带动下,世界各国的电动汽车发展也在加速,各大公司纷纷推出电动汽车产品。在此背景下,内燃机一统汽车动力天下的格局已经被打破,甚至部分国家政府和汽车公司,出于种种目的提出了停止研发、生产、销售内燃机汽车的时间表。因此,内燃机是否就此被颠覆、被终止,甚至石油工业是否敲响了丧钟,都作为问题提了出来,引起了行业内的激烈争论。
  笔者认为,汽车动力的选择,是一个复杂的、综合的技术、经济、资源的问题,应该进行认真分析,不宜随意作出结论。
    一、内燃机成为汽车的主要动力,是市场的选择
  业界都知道,1886年,德国人卡尔·本茨发明了第一辆以内燃机为动力的汽车。其实在这以前,已经有人将蒸汽机和电动机用于汽车。而电动机用作汽车动力,比内燃机还要早十年。有记载表明,1900年,欧洲保有电动汽车约1万辆,而内燃机汽车只有约1000辆。由于后来内燃机技术和石化工业的发展,使得内燃机动力的汽车在经济性、续驶里程、资源供应等方面都比电动汽车优越,才形成以内燃机为汽车动力主流的局面。但是,电动汽车并没有因此而灭绝,它作为工作场地的叉车以及特殊环境下的车辆,如机场、码头、车站、公园、矿山以及矿井下的特殊车辆而存在。

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上世纪70年代以后,环境污染与石油危机的出现,促使业界重新重视电动汽车的研究与使用。如上世纪90年代,美国通用汽车公司研发、生产了以铅酸电池为动力、全铝车身的EV-1,终因成本和性能不能满足要求而宣告失败。此后,随着镉镍电池在录音机等领域的成功应用,又有人以镉镍电池为动力发展电动汽车,但仍未能成功。进入新世纪以后,日本丰田汽车公司成功推出以镍氢电池为动力的混合动力汽车普锐斯,吹响了电动汽车发展的号角。而电动汽车真正的大发展,得益于锂离子动力电池。当前科学技术的发展证明,使用新一代锂离子电池的电动汽车已经可以在安全性、成本综合平衡的情况下,将续驶里程达到400公里左右,基本满足人们的出行需求。同时,电动汽车又具有在使用范围内不排放有害气体和温室气体,并且易于与智能网联技术结合及智能能源网络结合的优点。因此,电动驱动又有了成为汽车主要动力的可能性。
    二、禁售内燃机汽车时间表的报道有误读
    一段时间以来,关于停止开发、生产、销售内燃机汽车的报道很多,涉及多个国家政府和多家汽车公司,大有席卷全球之势。但是,经过仔细阅读和认真分析,笔者发现其中有很多误解、误读和故意误导之处。
    目前,涉及可能停止销售内燃机汽车的国家包括英国、挪威、荷兰、法国和印度,各国的情况有所不同。从报道的情况看,其中最靠谱的应该是英国,该国是由环保大臣正式宣布政府的决定,内容是到2040年英国停止销售内燃机汽车,但其中是否包括部分使用内燃机的插电式和增程式混合动力汽车,尚不得知。而法国是该国能源部长在一次讲话中提到,计划2040年停止销售内燃机汽车,不能断定这是否是法国政府的正式决定。挪威和荷兰的情况相似,是部分政党提出要推动立法,从2025年开始停止内燃机汽车的销售,但多长时间可以通过立法,还没有确切消息。而且,从2025年开始停止内燃机汽车销售,多长时间完成这一过程?如果这个过程是15年,则和英国一样,是到2040年停止销售。而在德国,仅仅是议会通过了绿党提出的有关2030年停止销售内燃机汽车的倡议,并未形成有约束力的决策。在印度,仅是某个有政府背景的智库提出了有关倡议而已。

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涉及停止开发、生产、销售内燃机的汽车公司,国外有沃尔沃、丰田,中国有吉利、长安和北汽。其中,沃尔沃汽车公司正式的表态是,到2019年,每辆汽车上都会有一块动力电池。其准确含义是,到2019年,每辆沃尔沃汽车都有电动机参与驱动,而内燃机很可能仍然是其汽车产品的主要动力。丰田汽车的正式表态是,到2040年,不再销售以传统内燃机为动力的汽车,这同样表明,届时丰田生产的汽车,是纯电动、混合动力和燃料电池汽车,并不是完全不使用内燃机。同样,中国的吉利、长安和北汽,也是宣布到2025年不再销售传统内燃机为动力的汽车,其汽车产品由纯电动、混合动力和燃料电池汽车组成,并不是完全不使用内燃机。
    由此可见,各种关于停止开发、生产、销售内燃机的消息,或多或少都有一定的误解和误导。其要害之处,是将汽车产品发展电动动力的可能性置换为停止内燃机动力的必然性,将大规模采用电动机错以为全面禁止内燃机。这两者有巨大差别,而这一差别可能对产业的发展和政府的决策带来重大影响。
    三、电动机与内燃机动力优劣势对比在逐步转化
  内燃机作为汽车的主要动力是市场选择的结果,如今随着动力电池等技术的发展,电动机越来越具备成为汽车主要动力的可能。在此,笔者就有害气体排放、温室气体排放、成本等方面,将电动汽车与传统内燃机汽车进行逐一对比。1、有害气体排放。我国即将实施相当于欧Ⅵ和美国加州超低排放要求的国六阶段排放标准,如果标准能够严格实施,汽车内燃机排放对环境的影响已经很小,几乎可以忽略不计。而电动汽车虽然在使用阶段可以视为有害气体零排放,但在发电阶段仍然有一定的排放。因此,在有害气体排放方面,可以认为二者相当或电动汽车略优。
    2、温室气体排放即二氧化碳排放。对此,清华大学教授赵福全的团队曾进行过认真的研究。在对比分析各国专家研究结果的基础上,结合我国当前电力生产的实际情况,其结论是:在全生命周期,在我国当前煤电占电力70%的条件下,电动汽车二氧化碳排放略优于内燃机汽车。
    这里需要注意三点:一是当前我国煤电比例较高,电动汽车减排优势不明显,未来随着煤电比例下降,电动汽车的优势会更加明显。二是需要从全生命周期来对比,当前国际通行的将电动汽车视为零排放,以及对于插电式混合动力的碳排放计算方法,并不完全科学,这种方法有意低估电动汽车的二氧化碳排放,其用意在于鼓励电动汽车的发展。三是在我国煤电占70%的情况下,深度混合的混合动力汽车二氧化碳排放最低,既低于传统内燃机汽车,也低于纯电动汽车。这也是为什么笔者一直呼吁重视混合动力汽车的原因。
    3、制造成本。不考虑补贴,当前我国纯电动汽车制造成本比传统内燃机汽车高50%左右;到2020年,这一差别可望缩小到20%;2025~2030年,可做到成本相当。
    4、使用成本和方便性。考虑到当前的油价、电费、充电设施建设费用及运营费用,电动汽车的充电费用为油价的1/3左右,但是充电的方便性远比不上加油。因此,对于普通用户,可视为两者相抵;对于出租汽车等运营车辆,则是电动汽车成本优势明显。笔者希望,到2020年充电的方便性能明显提高,到2025年普通用户的成本优势能明显显现。
    5、能源灵活性。这是电动汽车真正的优势所在。由于电动汽车可以成为一个可移动的能源储存终端,所以它具备可以使用当前电网难以消纳的风电和光伏电的可能性,以及和智能电网配合调峰调谷的可能性。但是,电动汽车这一优势的发挥,有赖于智能电网的建设,十年之内很难具有真正的经济意义。
    6、资源因素。一是电动汽车所需要的锂、钴、镍等资源的供应与价格问题,从长期看应该没有问题,但在短期内产生供应短缺或价格剧烈波动是非常有可能的。二是电动汽车大比例增长后,石油价格可能大幅下降,将抵消电动汽车的使用成本优势。
    综上所述,简单用纯电动汽车和传统汽油机汽车(两者都限于乘用车)作对比:2025年前,内燃机汽车仍具有优势,电动汽车居劣势,这也正是笔者呼吁政府应制定有力、稳定、持续的政策支持电动汽车至2025年的原因;2025~2030年,两者优劣势相当,势均力敌;2030年以后,电动汽车优势将全面显现。但是,即使展望2030年以后,也并不能得出电动机作为汽车动力,对内燃机有压倒性优势,足以使内燃机消亡的结论。更何况内燃机技术还有很大的发展空间,特别是与电动机的融合发展。
    四、内燃机与电动机融合发展空间广阔
    经过100多年的发展,内燃机性能已得到充分发挥。虽然在理论上热效率还可以提高20%~30%,但业内工程界普遍认为,这种提高和发展须以明显提高成本为代价。但是,与电动机的融合发展,却给内燃机以崭新的发展思路和更广阔的发展空间:可以在保持严格排放指标的前提下同时降低油耗和成本。比如,兼具汽油机和柴油机优点、排放能耗俱佳的均质压燃内燃机(HCCI),由于难以适应宽转速、负荷范围,很难在传统汽车上应用,但在有电动机参与驱动的汽车上,作为增程机和串联式混合动力汽车的动力源,就具有良好的应用前景;再比如,为满足日益严格的排放法规,内燃机加装了很多装置,前端有增压及其冷却、废气再循环及其冷却等装置,后端有三元催化、尿素还原、颗粒捕捉装置,这些都大幅度提高了成本。而与电动机配合使用,可以大大简化内燃机的工作状况,减少这些前后端的附加装置,明显降低成本。因此,有很多专家认为,内燃机虽然走过百年,但生命仍未终止,它还有一百年寿命,未来这一百年正是与电动机融合发展的一百年。

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五、“禁燃”决策应慎之又慎
    目前讨论的发展电动汽车、停止销售传统内燃机汽车,主要指的是乘用车和用于城市内的客车与物流车,不包括绝大部分载货汽车和长途客车。这些车辆虽然占比不高,但由于车辆大而重、营运时间长,所消耗的燃料和排出的二氧化碳占汽车燃料总消耗量和排放量的一半左右。电动汽车特别是纯电动汽车,并不适合这些车型。笔者认为,对于载货汽车和长途客车,未来节能减排的方向应该是近期多发展天然气技术,远期发展燃料电池技术。除了在载货汽车和长途客车上还要继续应用内燃机,在航空和航海方面,内燃机和其他热机或许也将继续使用。
    汽车产业是国民经济重要的支柱产业,带动很多相关产业发展;汽车产品的应用,对基础设施建设、相关服务业发展有巨大影响。因此,汽车的动力系统能不能、该不该从内燃机全部切换为电动机,除研究其技术与经济方面的可能性、可行性外,至少还需考虑两点:一是对相关产业和社会各方面的影响,二是应给予足够长时间的转换周期和妥善的转换过程。

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综上所述,笔者认为,电动机作为汽车动力,具有良好的节能减排特性。科学技术的发展,使电动汽车的性能、成本、应用方便性等已接近传统内燃机汽车,并将继续进步,电动汽车已进入实用普及阶段,应该大力发展。而内燃机特别是融合了电动机的新一代内燃机,将在相当长一段时间内作为汽车的主要动力源。对此,全行业应有清醒的认识,切不可放松这方面的努力和投入。政府则应慎重作出停止销售、使用内燃机汽车的决定,因为这涉及技术、经济、资源、社会等多方面因素,必将产生重大而深远的影响。决策之前应充分论证,避免负面效应。

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