能源汽车产业发展
作者:张国宝
来源:《汽车与安全》2014年第03
        一、化石能源的使用催生了汽车产业,车用能源的革命关系到汽车产业的生存和发展
        我国能源供需状况及特点:
        1、我国石油资源相对短缺,但消费增长较快,对外依存度高,是能源安全的突出问题
        我国水能和煤炭较为丰富,蕴藏量分别居世界第1和第3位,而优质化石能源相对不足,石油和天然气资源的探明剩余可采储量目前仅列世界第13和第17位。我国人均能源资源拥有量在世界上处于较低水平,煤炭、石油和天然气的人均占有量仅为世界平均水平的67%5.4%7.5%
        我国能源消费以煤炭为主。世界主要发达国家的能源消费以石油为主,其占能源消费总量的比例一般在30%40%左右,其中煤炭消费占能源消费总量的10%20%左右。在我国一次能源消费中,煤炭所占比重接近70%,天然气消费量仅占5.4%左右,远远低于世界平均水平。
2011年我国能源对外依存度超过13%,其中石油对外依存度由本世纪初的32%上升到58%。不仅石油、天然气、铀资源为净进口,从2009年起煤炭也由净出口变成为净进口。
        2、我国汽车燃料消耗情况
        我国能源消费持续增长,消费总量跃居世界第一,约占世界总消费量的20%10年来我国累计消费增量占世界总增量的53%,年均增速为世界的3倍。特别是石油的消费从1993年成为石油净进口国后进口量逐年增加,2012年净进口达到2.7亿吨,2013年将达约3亿吨,石油对外依存度达60%,这与汽车的快速增长有一定关系。
        自改革开放以来,我国汽车产业迅速发展,尽管有人对在中国是否应鼓励汽车进入家庭曾有过异议,但汽车还是逐步普及,已成为重要的个人交通工具,以其便捷舒适吸引着人们,改变着人们的生活。但同时由于汽车使用的能源主要是石油资源,汽车保有量增加带来的石油消费量不断增加。至2012年底,我国不包括农用车在内的汽车保有量已达1.1亿辆,消耗汽、柴油1.6亿吨,平均每辆车每年油耗1.45吨。2012年我国汽车产量1928万辆,2013年产量突破2000万辆,仅此一项一年新增汽柴油消耗就达2900万吨,需新增原油3500万吨左右,对我国的原油供应造成很大压力。如果说化石燃料的应用催生了汽车产业,那么车用
能源的革命关系到汽车产业的生存和发展。为解决车用能源问题,全世界都在研发新能源汽车,倡导与鼓励发展新型动力系统及替代燃料汽车,并辅助以多种相关政策和措施,降低对石油资源的消耗乃至最终替代石油。一方面是节流,就是积极鼓励并大力推广节油技术和产品,另一方面是研发新能源汽车,以降低石油资源的消耗量。
        3、车尾气排放已成为大气的主要污染源之一
        在世人瞩目的雾霾中,汽车尾气和燃煤是两个最主要的污染源。因此可以说今后汽车工业的发展面临能源供应和环保的双重压力。
        二、汽车能源革命的努力方向
        汽车行业在汽车产品方面所做的努力主要有以下三个方面:
        1、推动传统燃油汽车节能技术进步与应用,有效降低单车燃料消耗量
        目前我国汽车单车油耗水平比欧洲、日本高20%,我国传统汽车节能潜力较大。首先我们应优化汽车产品结构,重点发展节能的小排量汽车,提高小型车市场份额;其次加大汽车
节能技术研发投入力度,加强高效动力总成、车身轻量化等节能技术研发及应用,进一步降低油耗和减少排放;三是发展清洁柴油乘用车技术,降低单车油耗水平;四是加快非插电式混合动力技术研发及产业化进程,尽快推进混合动力公交车普及。到2015年,国内大型汽车企业集团和骨干企业汽车关键技术争取达到国际水平,为节能减排做出应有的贡献。
        2、加快发展以纯电驱动为战略导向的新能源汽车
        新能源汽车的全生命周期节能效果十分明显。传统汽车的能源转化效率只有17%,考虑燃煤发电的效率损失后,纯电动汽车总效率大于30%,约为传统汽车的两倍,并可视为无尾气排放,具有节能环保、使用成本低等优点,可以大幅度减少石油消耗,甚至不使用石油。发展新能源汽车能够降低对石油资源的对外依存度,对我国能源安全有现实意义。并且近10年来油价持续上涨,2003年,WTI和布伦特原油全年平均期货价格分别为每桶31美元和28.5美元,截至201393日,WTI和布伦特原油期货价格分别为每桶108.5美元和115.7美元,分别上涨了约 250%306%。这对消费者构成巨大压力,今后价格走势的总趋势还会上涨,发展新能源汽车从使用经济性考虑也有着现实意义,电动汽车的运行成本要低于燃油汽车,今后这一趋势可能更加明显。电动汽车使用煤炭、水电、核电和其他可再生能源生产的电力,
也能够促进智能电网的建设,我国能源消费结构向以电代油的转变有重大意义,有助于国家能源结构调整。简而言之,发展新能源汽车对实现能源产业与汽车产业协调发展意义深远,不仅能解决石化资源短缺问题,提高能源利用效率,而且能显著降低污染物排放和温室气体排放。我们应加快发展新能源汽车。但是纯电动汽车受电池技术的制约,现在还远未普及,人们还在探索其他的汽车能源的解决途径。
        3、发展替代燃料汽车
        天然气是优质高效的清洁能源,二氧化碳和氮氧化物的排放明显优于汽柴油燃料;而乙醇(非粮)、生物柴油等燃料可以替代部分汽柴油,是重要的车用替代燃料。因此在发展纯电动汽车的过渡期内应因地制宜地发展替代燃料汽车,天然气现在比汽柴油有经济优势和环保优势,鼓励天然气(包括压缩天然气)、生物燃料替代燃料汽车的发展,促进车用能源多元化也是当前一条现实的路子。
        如果技术能得以突破,发展以纯电动汽车为代表的新能源汽车是缓解燃油供求矛盾,减少尾气排放,改善大气环境的根本举措。
        三、美国电动汽车研发的最新动向
        在科技部等部门的支持下,我国从八五期间就开始重视电动汽车的研发,在多项政策的引导与促进下,我国新能源汽车产业发展取得了一些成绩。但由于我国汽车工业整体创新能力弱、基础研发和产业化能力尚显不足,我国新能源汽车仍存在规模化销售的成熟车型少、生产成本高、充电不便等突出问题,新能源汽车仍然难以得到普通消费者的青睐,步入寻常百姓家仍然任重而道远。而在大洋彼岸的美国,最近Tesla公司的Model S型纯电动车风头正劲,2013年一季度实现盈利,并成为同期北美电动汽车销量冠军。
        1Tesla三步走发展战略
        在发展战略上,Tesla提出三步走战略,即先生产面向小众的高端产品,再以中端中等价位使更多顾客可以接受,最后生产大众化的产品。2008年推出的纯电动跑车Roadster,定位高端,价格极贵,但其凭借着0-100km/h加速时间仅需3.7秒的优越性能成为全世界汽车行业的热点。2012年推出的Model S定位中端,售价较Roadster明显降低,销量也成倍提高。他们的目标是实现电池技术突破并大幅度降低成本后,第三代产品售价降至30000美金的平民价格。2014年将推出SUV电动汽车。三步走战略是Tesla在电动汽车性价比不具备与传统汽车竞争能力时采取的策略,在美国的创新土壤中,很多具有强烈环保意识和追求高科技的潮流人士对车辆价格不敏感,因此豪华、智能和高性能的特点使得Tesla作为第三辆或第四辆车进入很多美国富人家庭。
        2、创新产品设计与开发
        2012622日上市的Model S是一款跑车型高端纯电动汽车,外观圆润流畅,内部配置高端。车轴距长达2959mm、全长4978mm、宽1963mm,空间表现非常出,相当于宝马五系的水平。顶配车型搭载85kwh的镍钴铝锂电池,电动机最大功率310kw,最大扭矩600Nm,最高车速208km/h,续驶里程达482公里,0-100km/h的加速时间4.4秒(Tesla自己
节能汽车网的人说仅需3.9秒)。该车型被评为2013年度汽车第一大奖(参评对象包括燃油汽车)。这款车采用的是镍钴铝锂电池一辆车的电池总重也有600公斤,谈不上比其他电池有突破性的优势。但在电力控制系统上有自己的独特技术。这样一款车应该承认是在追求性能卓越的设计理念指导下,融进了多种先进的技术。
        Tesla的主要创业人马斯克是电子支付软件PayPal的专利人,除了Tesla的电动汽车业务,他还经营火箭发射和太阳能发电业务,最近提出管道快运系统,是个创新奇才。
        Model S没有复杂的中央控制台按钮,中控操作均通过一块17寸的超大触摸屏来完成,汽车卫星导航、3G无线通讯等一应俱全。Model Sd动力电池系统集成了7000多节松下18650型号的镍钴铝锂电池单体来提供85kWh的电量,以支持2.1吨重的Model S行驶482公里。为解决数千个电池单体的集成难题,Tesla对这些电池采用了分层管理的设计,每69个电池单元并连成一个电池组,由9个电池组又串联成一个电池块,最后再串联成整块电池板。每个电池单元、电池组和电池方块都有保险丝,每个层级都会有电流,电压和温度的监控,一旦电流过大立刻熔断。先进的电池管理系统是保证如此复杂的电池板正常运作的关键,这也是Tesla最重要的商业机密。
        为了让有限的电池容量带来更长的续驶里程,Model S采用了高度集成的底盘和全铝合
金车身。Model S电池板重约600kg,提供了85kWh的电量(国内电池包一般为10kWh/100kg)。Model S的设计团队将电池、电机、控制系统几乎都集成在了车架上。车架成为了电池外壳的一部分,车体强度也得到增加,在增加安全性的同时,也降低了电池包本身的重量。
        3 体验式营销与电子商务销售模式
        与传统车的经销商网络不同,Tesla采用苹果式的体验店销售模式,这些体验店由Tesla直接管理,与经销商无关,在Tesla的体验店内,顾客只要缴纳5000美元订金,Tesla就会将汽车送货上门。Tesla在销售模式上是首个依托互联网销售的品牌,这些举措都将对传统的汽车营销模式造成冲击。
        4 充电网络建设与服务
        充电问题是电动车进入商业化的又一个重要问题,Tesla提供多种充电方案。其中包括家庭充电,充电速度由充电电压决定,Model S支持240伏和110伏两个电压充电。Tesla还为Model S开发了比单充电快一倍的双充电技术,充电1小时可行驶99公里。为满足用户长
途出行时的充电困扰,Tesla推出了超级充电站(Supercharger)计划。Tesla在它的超级充电站为车主提供了两种可选方案,第一种是免费充电,第二种是有偿更换电池。更换电池的方案过去我们也考虑过,甚至可以考虑电池从整车价格中剔除出去,由专门的电池供应商以租赁方式经营。Tesla承诺,超级充电站针对Tesla的电动汽车用户提供终身免费的充电服务。Tesla的超级充电站能在半小时内为Model S补充足够行驶240公里所需的电量。Tesla计划在2015年前建成100座超级充电站覆盖全美,使用户能够驾驶Tesla电动汽车周游全美。充电基础设施实现全覆盖,犹如无线通讯的实现全覆盖一样重要,消费者才能放心地使用。
        5 Tesla从加利福尼亚州的零排放额度交易中获益匪浅
        加州规定,所有在该州销售的大车企都要满足一定比例的零排放车额度,用分数计算。不达标的车企或者选择交纳,或者从其它车企购买分数,否则就会被逐出加州市场。Tesla每售出一辆电动汽车就能获得零排放车额度,并且作为销量小的车企,自身无需满足额度要求,因此成为零排放车额度的卖家。2013年一季度,Tesla在加州出售零排放车额度,收入约6800万美元。