國家863計劃節能與新能源汽車重大項目監理咨詢專家組組長王秉剛
發展先進電驅動汽車有重大意義
隨著中國經濟的快速發展與人民生活水平的逐步提升，汽車進入中國普通百姓家庭已是不可改變的事實與趨勢，中國人也一樣要享受快速便捷的現代汽車文明，而且，汽車及相關產業的發展將成為中國的重要經濟支柱之一。2009年中國的汽車保有量已經達到6962萬輛，但按汽車人均普及率計算，中國(每千人54輛)還遠不及全球的平均水平(每千人140輛)。按照現在的發展勢頭，十幾二十年之后，中國汽車的普及率完全可能接近發達國家的水平。如果按歐洲的一半，即每千人300輛計算，總保有量就是4.5億輛。如果按每輛汽車年消耗燃油1噸的先進水平計算(目前歐洲水平為1.5噸，日本為1噸，中國為2.2噸)，4.5億輛車就需要4.5億噸燃油。據石油部門專家估計， 2020年國內的石油年產量可達到1.8億噸，考慮進口 2.7億噸，共計4.5億噸。如參考發達國家情況考慮，其中三分之二，即3億噸石油給汽車使用，可煉成燃油約2億噸。從2020年到2030年，我國石油產量繼續較大幅度增長的可能性不大，而價格會繼續攀升。要滿足4.5億輛汽車的能源需求將存在2億噸以上的巨大缺口。因此，如果依賴石油，中國人將不可能實現普及汽車的夢想，用不了多長時間，中國的加油站前將排起長隊，中國汽車工業也將不得不停滯發展的步伐。
因此，中國如要繼續發展汽車工業和普及汽車，一方面必須大幅度節省燃料消耗，實現每輛車年消耗燃油低于1噸的目標，另一方面必須尋找數量級與石油相當的燃料來源。而唯一能在數量級上與石油燃料相提并論的只有電力資源。電可以用各種能源來生產，除了煤發電以外，我國還正在大力發展核能、水能、風能、太陽能、各種生物質能和廢棄有機物等資源發電。電力部門預測， 2020、2030年我國年發電量將分別達到7.5和10.5萬億千瓦時左右。如果預測純電驅動(包括插電式)汽車2020、2030年保有量則分別達到3000萬輛和2億輛，按每輛電驅動車年耗電4000千瓦時(度)測算，則相應階段的年耗電量約為1200和8000億千瓦時(度)，分別占當年發電量的1.6%和7.6%，即只占電力供應總量的一小部分。而由于電動車多數在夜間充電，可以利用它來平衡電網的峰谷差，提高電網的效率，同時意味著，這樣數量的耗電量并不需要增加相應數量的發電能力。
發展電驅動汽車有助于緩解發展汽車工業所面臨的環境問題。由于發電過程較高的效率與電驅動汽車使用環節的零排放，使得電動汽車的全壽命周期總碳排放低于燃油汽車，更低于其他形式的煤制燃料(甲醇、二甲醚、煤制油)的碳排放。如果考慮其他的發電類型(核電和可再生能源發電)其碳排放將更低。同時，現代化的大型發電廠能最有效地提高能源利用效率，還有條件采用CO2集中存儲技術解決碳排放問題。隨著水力、風力、太陽能、生物質能發電的比例增長，電驅動汽車對降低CO2排放的意義將更加顯現出來。
這里還要強調，發達國家的汽車普及已經完成，他們面對的是“存量”問題，他們是在現有的總量基礎上如何往下減少能耗和排放，而我國的汽車普及還剛剛開始，我們面對的是巨大的“增量”問題，是在不斷快速增長的總量上努力節能減排，這個巨大的能源“增量”和排放“增量”所帶來的影響比任何國家都要嚴峻。可以說，發展電動汽車是解決我國汽車能源與環境問題的根本途徑，是唯一可選擇的解決方法，其重要意義超過任何國家。
發展創新型產業的良機
改革開放以來，我國汽車工業取得了顯著成績，但總體而言，無論是核心技術，還是產業化水平與國際先進水平仍存在較大差距。面臨著由電驅動汽車引發的巨大技術變革時期，中國絕不能錯過這個機會，在繼續快速提升傳統汽車產業自主研發能力的同時，應大力加強電驅動汽車的技術創新和產業化工作，爭取在電驅動汽車發展上占據有利位置，改變汽車工業在技術上依賴外國的被動狀況，同時建立起一個新興的創新型產業。
改革開放以來我國的汽車工業取得了長足進步，不但在產量上成為世界第一大國，而且在技術研發能力上也有了顯著進步，這些都為電驅動汽車的發展奠定了重要的技術經濟基礎。從“十五”開始，我國設立了國家“節能與新能源汽車”重大科技項目，在該項目引領下，我國電驅動汽車研發工作已取得初步成績，某些領域已居世界先進水平。在手機、筆記本電腦、電動自行車工業的帶動下，我國電池產業得到了快速發展，產量居世界第一，技術水平居世界先進行列。預計2010年我國車用鎳氫動力電池和鋰離子動力電池年生產能力將分別達到3.6億瓦時和40億瓦時以上。我國在鋰離子電池、永磁電機等電驅動汽車關鍵零部件的核心材料方面具有一定的資源優勢。我國已探明儲量的鋰資源居世界第二位，稀土資源居世界第一位。我國正處于城市化、工業化初期，已成為全球最大的汽車市場。我國電驅動汽車具有相對成本優勢，以鋰離子動力電池的價格為例，目前我國的價格為3-4元/瓦時， 而美、歐、日目前約10元/瓦時。另外，我國電力工業快速發展，未來電力供會相對盈余，這將保證電驅動汽車大規模發展的用電需求。
近年來，黨中央與國務院高度重視新能源和電驅動汽車的支持力度，先后出臺了《汽車產業振興規劃》、《關于開展節能與新能源汽車示范推廣試點工作的通知》、《汽車產業調整和振興規劃》等一系列政策，鼓勵和支持電驅動汽車的創新和發展，我國將新能源汽車作為后金融危機時期重點發展的戰略性新興產業之一。目前，我國成立了跨部門的以溫家寶總理為主任的國家能源委員會，研究擬訂國家能源發展戰略。我國目前正在實施的20個新能源汽車示范試點城市工作也將極大推動電驅動汽車技術研發和產業化進程。國家重視和政策支持將為我國電驅動汽車蓬勃發展帶來重大戰略機遇。
以上這些都說明了，我國在發展電動汽車上具備了許多有利條件，我們要充分利用這些有利條件，抓住機遇，加快發展步伐。
電池與充電式發展電驅動汽車的主要瓶頸
這里我只以純電動汽車為例。電動汽車發展還有許多實際的困難，包括車輛技術問題，基礎設施問題，生產與使用成本問題，消費者的接受問題。而其中的兩大主要瓶頸是電池與充電。其一，電池成本仍然較高，電池的能量密度較低，帶來電動車的價格高，整車重，充電后續駛里程短等問題；其二，充電時間長與尚未建立起便利的充電網絡。目前的電池價格與能量密度尚只能支持設計續駛里程較短的電驅動汽車，而每次充電還需要數小時。已經習慣幾分鐘加一次油便可以行駛數百公里的消費者能否接受需要每天充電的電驅動車？家庭只有一輛電動汽車的消費者如何解決長途出行問題？
較低車速的電動汽車一旦普及會不會對現有交通體系造成一定影響和沖擊？如何在擁擠的公寓式樓房居民區建立充電網線和充電樁？等等。這些都是需要面對的問題。
世界電動汽車推廣應用大致經歷過3次高潮，都沒有成功，最主要原因是電池太重與價格太貴，使之無法與燃油汽車競爭。
近一二十年，電池技術有了巨大的進步，鋰離子電池的出現，電池的能量密度比鉛酸電池提高了數倍，尤其是磷酸鐵鋰電池基本克服了鋰離子電池在安全性方面的不足。在分析了鋰離子電池的成本構成后認為，電池的成本將隨著批量化生產的實現，將可能大幅度降低。因此說，這次電動汽車產業化成功的可能性較以往要大許多。但仍應該看到，由于目前電池的比價格(3-4元/瓦時)仍然很高，比能量(80-100瓦時/公斤)仍然很低。如果要求電動汽車與內燃機汽車接近的動力性與續駛里程，電動汽車必將很貴和很重，將無法被市場接受，也無法推廣應用。
一個新的能源與驅動技術能否具有推廣優勢，總結起來主要有四個要素，即能源可獲得性、環境友好性、經濟性和使用方便性，即所謂的4E(Energy, Environment, Economy, Easy )。對于電動汽車，前兩項毋庸置疑，具有很大的優勢，而后兩項目前的問題仍然很多。電動汽車的使用不方便性主要表現在兩個方面：續駛里程短和充電時間長。由于不能指望電池的能量密度短時間內會再有重大突破，電動汽車可行的續駛里程也難以很快提高。在充電方面，即使有快速充電的技術，也遠達不到人們的期望。還有，在推廣的初期，充電的基礎設施很不完善。為了彌補使用不方便性給消費者造成的不想購買電動汽車的障礙，只有從提高經濟性想辦法，即消費者購買與使用電動汽車要比燃油車便宜很多。歸結起來，要使推廣電動汽車取得成功，必須大幅度降低消費者的購車與使用成本，盡可能改善充電方便性。這兩點能夠做好，電動汽車的普及就有指望。
電動汽車無法取代傳統汽車
這個問題問到了電動汽車推廣應用的關鍵點。正確的說，目前與今后相當長時間，受電池能量密度與價格的限制，同樣重量與成本的電動汽車達不到傳統燃油汽車的性能(動力性與續駛里程)。電池能量密度的繼續提高雖然有很大可能性，但同時將帶來安全性與成本的挑戰，具有實用性的新體系的動力電池開發不是短時間能夠實現的。因此，立足于目前電池的性能水平(包括可能的改進)，是我們考慮問題的實際出發點。根據初步計算分析，只有微型小型和較短續駛里程(約100公里)的電動汽車具有經濟可行性，即車輛重量與成本增加不多，在較短時間內節省的燃油費可抵消增加的汽車購入成本，這對于低收入群體或購買家庭第二輛汽車的用戶具有吸引力。
減少設計續駛里程是降低電動汽車成本的主要途徑。如果我們能夠接受較短的續駛里程的電動汽車，困擾我們的經濟性問題就會迎刃而解。經過統計調查，發現90% 以上消費者每天的汽車日行駛里程不到50-60公里，也就是說續駛里程設計在100公里左右的電動汽車可以滿足大多數人出行的需要。按照這樣的理念來設計電動汽車，其成本與重量就可能與同級燃油汽車相當。而為了那些少數的遠途行駛，可以采取選購增程器或租用燃油車來解決。對于一個家庭有兩輛以上汽車的情況，保留一輛燃油汽車備長途之需也足夠了。
因此，我們可以認為，相當長時間里，電動汽車不具備全面替代燃油汽車的可能，而且沒有這種必要。合理的方案是，揚長避短，根據各種汽車的特點，構建出一個協調發展的格局。從而解決未來汽車能源與環境問題，實現我國汽車普及的美好理想。而選擇恰當的電動汽車的技術路線來起步，也將決定電動汽車發展成敗與快慢的關鍵因素。
按照這個理念，我們可以構思一個未來新的道路交通結構，例如：
活動范圍10公里以內—自行車、電動自行車、微型電動三輪車；
活動范圍50公里以內—微型或小型電動汽車；
活動范圍100公里范圍—插電式混合動力或增程式電動汽車；
活動范圍100公里以上—燃油汽車、燃料電池汽車、液化天然氣汽車。
混合動力汽車、純電動汽車與燃料電池汽車有許多共同的特點，即它們都要用到電機、動力電池和相應的控制系統，可以統稱為電驅動汽車。在我國863計劃“節能與新能源汽車”重大項目中并列為“三縱”，電機、動力電池和相應的控制系統是它們的共性技術，列為“三橫”，可見它們在技術上有著十分緊密的關聯。
混合動力技術與先進內燃機技術被作為現代汽車動力系統革新的兩個重要方向，都是為了達到節能減排的目的。混合動力的類型很多，從最簡單的起停式，到復雜的機電耦合系統，都有可能被作為傳統汽車技術升級的方案，逐漸被廣泛采用。混合動力汽車不改變汽車的使用習慣，不需要新的基礎設施，推廣起來比較容易。各類混合動力汽車能否在市場中具備競爭優勢，主要取決于增加的成本與燃料消耗減少的比例。起停式系統增加成本很少，在城市工況下有明顯的節油效果，很可能成為今后燃油汽車的標準配置。日本豐田的混合動力汽車采用較復雜的機電耦合重度混合系統，其節油效果可達到40%以上，生產初期需要政府補貼，而隨著大批量生產的實現，現在的成本已與傳統車接近，在全球的銷售量已超過100多萬輛。我國汽車企業應該加大對混合動力汽車的投入，盡快開發出具有競爭力的產品，投放市場。也同樣需要國家政策的大力支持。
燃料電池汽車在使用過程排出的是水蒸氣和少量未完全反應的無害的氫氣，燃料電池具有很高的能量轉換效率，燃料電池汽車總的碳排放量也很低，并主要與氫的生產方式有關。燃料電池技術也在快速進步，國際上先進的燃料電池壽命已經達到實用化水平。目前燃料電池價格相當昂貴，但隨著批量化生產的實現，也會大幅度下降。燃料電池能否投入規模化商業化應用，主要決定于能否找到大批量生產廉價氫氣的途徑。我國煉焦過程產生相當數量的副產氫，經過再加工有可能達到燃料電池的使用要求，有可能提供部分車輛使用。燃料電池汽車也需要建設專用的加氫站，氫氣的運輸、存儲也有一些難點，需要解決。作為未來的重要技術方向之一，燃料電池汽車應該繼續受到重視。在加大研發力度同時，開展小規模的示范運行，同時大力研究可再生制氫技術。
目前國家各有關部門正在制定進一步支持電驅動汽車發展的政策，我只提兩點建議：
1，制定發展電驅動汽車的國家戰略。電驅動汽車雖然已經受到高度重視，但是仍未制定統一的國家戰略，有了國家戰略，各相關政府部門將更能有效發揮各自的作用，企業、科研院所、高等院校也會有更加明確的方向；
2，高度重視示范城市的工作，示范工作的成效如何直接影響人們對發展電驅動汽車的信心，影響產業發展的進程。目前的情況較為粗糙，建議進一步明確示范的具體目的和各城市的重點，使示范工作更加貼緊總體目標，尤其對私人用電動汽車的示范要做出安排；宜采取逐步推進的方法，一邊示范，一邊總結，一邊改進，循序漸進，講究實效。
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