新能源汽車(chē)正蓬勃發(fā)展,但能耗大、排放高的重型卡車(chē)的新能源之路卻充滿(mǎn)坎坷。前不久,美國(guó)勞倫斯伯克利國(guó)家實(shí)驗(yàn)室發(fā)布了《中國(guó)重型貨運(yùn)部門(mén)減油路徑評(píng)估》報(bào)告,(以下簡(jiǎn)稱(chēng)報(bào)告)該報(bào)告指出,中國(guó)是全球最大的重卡市場(chǎng),開(kāi)始鼓勵(lì)新能源重卡的發(fā)展。
不過(guò),從全球來(lái)看,新能源重卡發(fā)展仍面臨諸多瓶頸障礙,目前仍需要采用多元化的技術(shù)手段來(lái)減少重型貨運(yùn)部門(mén)二氧化碳排放量和柴油消費(fèi)量。
我國(guó)新能源重卡的未來(lái)在哪里?如何使新能源重卡“叫好又叫座”?
優(yōu)勢(shì)明顯 障礙待破
生態(tài)健康和能源安全要求重型卡車(chē)亟需清潔綠色化。
傳統(tǒng)燃油重型卡車(chē)作為大氣污染的重要來(lái)源,一直是城市治理的“心頭難”、藍(lán)天保衛(wèi)戰(zhàn)的“攔路虎”。據(jù)《中國(guó)機(jī)動(dòng)車(chē)環(huán)境管理年報(bào)2018》,僅占汽車(chē)保有量7.8%的柴油貨車(chē),其氮氧化物和顆粒物排放量分別占汽車(chē)排放總量的57.3%和77.8%。
此外,重型卡車(chē)還是我國(guó)石油的主要消費(fèi)對(duì)象,而我國(guó)原油對(duì)外依存度達(dá)到了70.8%,這嚴(yán)重影響國(guó)家安全、和經(jīng)濟(jì)社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展。上述報(bào)告也指出,重卡的能耗預(yù)計(jì)將在全球范圍內(nèi)持續(xù)增長(zhǎng),作為快速發(fā)展的經(jīng)濟(jì)體,中國(guó)更是如此。
“重卡行業(yè)的節(jié)能減排勢(shì)在必行。”北京交通大學(xué)機(jī)械與電子控制工程學(xué)院副教授劉杰告訴《中國(guó)科學(xué)報(bào)》。
以燃料電池、電力替代柴油作為驅(qū)動(dòng)力的新能源動(dòng)力系統(tǒng),成為實(shí)現(xiàn)重卡節(jié)能綠色化的重要路徑。
與其他新能源汽車(chē)一樣,新能源重卡也有著明顯優(yōu)勢(shì),劉杰以燃料電池重卡為例指出,其具有綠色環(huán)保,有“零排放”汽車(chē)之稱(chēng);能量轉(zhuǎn)換效率高;續(xù)駛里程長(zhǎng),燃料加注便捷;運(yùn)行平穩(wěn)、噪聲低以及燃料來(lái)源多樣化、優(yōu)化交通能源的構(gòu)成等優(yōu)點(diǎn)。
然而,遺憾地是,新能源重卡的市場(chǎng)始終溫而不火,根源在于其背后技術(shù)和成本問(wèn)題尚未突破。
清華大學(xué)車(chē)輛與運(yùn)載學(xué)院教授李亮告訴《中國(guó)科學(xué)報(bào)》,重型卡車(chē)多以大功率長(zhǎng)途運(yùn)輸為主,如果走純電動(dòng)發(fā)展路線(xiàn),那么其發(fā)展的一大制約因素是電池的過(guò)大體積與自重,以及由此帶來(lái)的過(guò)高成本;而就混合動(dòng)力技術(shù)而言,由于當(dāng)前車(chē)輛應(yīng)用總體規(guī)模不足,導(dǎo)致其成本偏高,制約了普及程度提高。
“經(jīng)濟(jì)上不劃算。”中國(guó)汽車(chē)技術(shù)研發(fā)中心總監(jiān)胡辰樹(shù)也表示,與柴油貨車(chē)相比,新能源重卡無(wú)論是在采購(gòu)環(huán)節(jié)還是在使用環(huán)節(jié),都尚不具有成本上的優(yōu)勢(shì)。“純電動(dòng)重卡,每公里的電耗成本大約兩塊錢(qián),燃料電池重卡每公里氫耗成本則要6塊,而柴油重卡每公里燃油成本一般只需要1.5元。”
“另外,目前新能源重卡的市場(chǎng)雖在發(fā)展,但仍比較小。據(jù)我們的統(tǒng)計(jì),2019年我國(guó)新能源貨運(yùn)車(chē)輛總產(chǎn)量6.85萬(wàn)輛,其中新能源重卡(14t以上)2961輛,同期我國(guó)重卡總產(chǎn)量(全部燃料類(lèi)型)為114.2萬(wàn)輛,新能源重卡這遠(yuǎn)低于柴油重卡。”胡辰樹(shù)認(rèn)為,成本和市場(chǎng)問(wèn)題主要由新能源技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀所決定的,比如純電動(dòng)重卡,電池材料體系不突破,續(xù)航里程問(wèn)題難以解決,而這是重卡的關(guān)鍵所在。
在劉杰看來(lái),對(duì)于燃料電池重卡來(lái)說(shuō),除使用成本外,其制造成本也過(guò)高,這主要集中在雙極板、質(zhì)子交換膜和鉑金屬催化劑上;汽車(chē)啟動(dòng)性較差,其啟動(dòng)時(shí)間一般要超過(guò)3分鐘;燃料電池系統(tǒng)抗震能力較差,易引起氣體泄露,從而引發(fā)著火安全事故;此外,還有燃料電池的循環(huán)壽命較短、氫燃料的儲(chǔ)存技術(shù)較弱、稀有貴金屬的需求量較大,以及加氫站等基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)不足問(wèn)題。
“目前,新能源汽車(chē)完全替代傳統(tǒng)燃油汽車(chē)還為時(shí)尚早。傳統(tǒng)燃油汽車(chē)在可靠性、耐久性和燃料補(bǔ)充便捷性等方面要明顯優(yōu)于新能源汽車(chē)。總體來(lái)說(shuō),目前新能源重卡處于起步和示范階段。”劉杰說(shuō)。
多措并舉 協(xié)同發(fā)力
盡管困難重重,但從國(guó)家到科研單位、企業(yè)從未停止探索的腳步。專(zhuān)家們表示,新能源重卡主要包括純電動(dòng)和燃料電池兩條技術(shù)路線(xiàn)。
從國(guó)家政策來(lái)看,2015年以來(lái),國(guó)家給予了新能源重卡(包括純電卡車(chē)和燃料電池卡車(chē))諸多政策補(bǔ)貼和優(yōu)惠的交通政策。
今年4月,財(cái)政部等4部委聯(lián)合發(fā)布的《關(guān)于完善新能源汽車(chē)推廣應(yīng)用財(cái)政補(bǔ)貼政策的通知》明確推動(dòng)落實(shí)新能源汽車(chē)免限購(gòu)、免限行、路權(quán)等支持政策,加大柴油貨車(chē)治理力度,提高新能源汽車(chē)使用優(yōu)勢(shì);支持“車(chē)電分離”等新型商業(yè)模式發(fā)展。這為新能源重卡發(fā)展提供了新動(dòng)能。
劉杰介紹,在政策的推動(dòng)下,我國(guó)已有中國(guó)重汽、陜汽、一汽解放、東風(fēng)汽車(chē)等多家商用汽車(chē)企業(yè)布局了包括燃料電池整車(chē)、系統(tǒng)和電堆等在內(nèi)的燃料電池重卡研發(fā)工作。部分車(chē)型還入選了工信部公示的《道路機(jī)動(dòng)車(chē)輛生產(chǎn)企業(yè)及產(chǎn)品公告》。“目前,我們已初步掌握整車(chē)、動(dòng)力系統(tǒng)和核心零部件的匹配技術(shù),但部分企業(yè)的燃料電池汽車(chē)開(kāi)發(fā)平臺(tái)仍是由傳統(tǒng)燃油汽車(chē)平臺(tái)改裝而來(lái),尚未開(kāi)展燃料電池專(zhuān)用汽車(chē)底盤(pán)的開(kāi)發(fā)及匹配技術(shù)研究。”
在技術(shù)進(jìn)展方面,目前使用的石墨、金屬和復(fù)合材料等雙極板材均有進(jìn)展。其中,石墨雙極板的技術(shù)已經(jīng)成熟,具有導(dǎo)電及導(dǎo)熱性好,但也具有較重、易碎和難加工的缺點(diǎn)。在膜電極研發(fā)方面,國(guó)內(nèi)的大連新源動(dòng)力等企業(yè)已初步具備了自主開(kāi)發(fā)及生產(chǎn)能力;在系統(tǒng)其他部件方面,目前國(guó)內(nèi)的35MPa高壓儲(chǔ)氫技術(shù)以基本掌握,目前正在積極研發(fā)70MPa儲(chǔ)氫技術(shù),但部分閥門(mén)、管路和傳感器仍依賴(lài)進(jìn)口。
“總體來(lái)看,我國(guó)燃料電池重卡產(chǎn)業(yè)初具規(guī)模。但關(guān)鍵材料和零部件,如催化劑、質(zhì)子交換膜、碳紙、空壓機(jī)、氫氣循環(huán)泵等國(guó)產(chǎn)零部件的可靠性和耐久性遠(yuǎn)低于國(guó)外產(chǎn)品,需加大技術(shù)投入。”劉杰說(shuō)。
在應(yīng)用車(chē)型上,根據(jù)《新能源汽車(chē)推廣應(yīng)用推薦車(chē)型目錄》(2020年第8批)所顯示的,目前國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的電動(dòng)重卡主要為運(yùn)輸車(chē)、城市客車(chē)、牽引車(chē),以及郵政、環(huán)衛(wèi)、冷鏈等相關(guān)車(chē)輛。
因“ 用”制宜 循序漸進(jìn)
受到續(xù)駛里程短、購(gòu)置成本高以及充電時(shí)間長(zhǎng)等問(wèn)題,目前新能源重卡的應(yīng)用仍受到較大限制。
可循序漸進(jìn)走向新能源。李亮認(rèn)為,重卡下一步首先應(yīng)成為“節(jié)能汽車(chē)” ,往清潔能源,提高動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)總體效率方向發(fā)展。“通過(guò)一步步提高發(fā)動(dòng)機(jī)到整個(gè)動(dòng)力系統(tǒng)的效率,從而推進(jìn)技術(shù)進(jìn)步。”
具體來(lái)說(shuō),一方面,實(shí)現(xiàn)變速箱多檔化,以充分發(fā)揮發(fā)動(dòng)機(jī)的效率。另一方面,做到輕度混合動(dòng)力化,用電機(jī)助力加速和制動(dòng)能量回收,減小發(fā)動(dòng)機(jī)后備功率,提升效率,實(shí)現(xiàn)整車(chē)輕量化和節(jié)能。
李亮建議,可給予一定的政策引導(dǎo),比如:當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)效率提升,油耗值滿(mǎn)足某一些限值后,可對(duì)汽車(chē)購(gòu)置稅或是汽車(chē)使用環(huán)節(jié)給予稅收減免或是政策鼓勵(lì)。但僅依靠補(bǔ)貼推動(dòng)重卡純電動(dòng)化是不可持續(xù)的。
劉杰也認(rèn)為, 強(qiáng)混或者增程式混合動(dòng)力技術(shù)的重型卡車(chē)沒(méi)有續(xù)航危機(jī)和充電難的問(wèn)題,同時(shí)還可通過(guò)柴油機(jī)和電動(dòng)機(jī)的優(yōu)化匹配,使得發(fā)動(dòng)機(jī)工作在高效區(qū),滿(mǎn)足整車(chē)油耗和排放法規(guī),是目前的最佳解決方案。
他還表示,在發(fā)展策略方面應(yīng)根據(jù)不同地區(qū)的不同需求,推動(dòng)不同技術(shù)路線(xiàn)的實(shí)施。未來(lái)重卡將出現(xiàn)三條技術(shù)路線(xiàn)。比如,在北上廣等一線(xiàn)城市,推廣純電動(dòng)城建、環(huán)衛(wèi)重卡的應(yīng)用,在城際運(yùn)輸以及二三線(xiàn)城市推廣混合動(dòng)力重卡。在長(zhǎng)距離運(yùn)輸方面,未來(lái)燃料重卡將具備較大優(yōu)勢(shì)。
“在目前技術(shù)條件下,重卡汽車(chē)的發(fā)展一定要找準(zhǔn)其應(yīng)用場(chǎng)景,只有這樣才能真正產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益,逐步提升技術(shù)和產(chǎn)業(yè)化水平。”胡辰樹(shù)說(shuō)。
事實(shí)上,重卡的使用場(chǎng)景非常多樣化,只是每種應(yīng)用場(chǎng)景的技術(shù)要求都各不相同。比如,在城市內(nèi)行駛的渣土自卸車(chē),對(duì)環(huán)保要求高,路線(xiàn)相當(dāng)于固定,兩地之間距離相對(duì)較近,可以使用純電動(dòng)重卡。港口牽引運(yùn)輸車(chē)亦是如此,并且港區(qū)內(nèi)有一定條件建設(shè)充電樁等基礎(chǔ)設(shè)施。
此外,他還建議,可發(fā)揮龍頭企業(yè)的帶頭牽引作用,而龍頭企業(yè)不一定僅僅是車(chē)企,產(chǎn)品的應(yīng)用方(用戶(hù))也能發(fā)揮驅(qū)動(dòng)效應(yīng),比如大型物流、快遞企業(yè),甚至自身有較大物流需求的港口、廠礦企業(yè),當(dāng)其大規(guī)模應(yīng)用相關(guān)產(chǎn)品時(shí),市場(chǎng)足夠大,車(chē)企、零部件企業(yè)會(huì)自主積極開(kāi)發(fā)適合使用場(chǎng)景的產(chǎn)品。
當(dāng)前,在“智慧交通”的國(guó)家戰(zhàn)略和交通結(jié)構(gòu)優(yōu)化改變的大背景下,新能源重卡的未來(lái)或許可找到新的突破口。
劉杰指出,除了動(dòng)力系統(tǒng)的升級(jí)優(yōu)化,還應(yīng)注重智能駕駛技術(shù)的應(yīng)用。通過(guò)采用路徑規(guī)劃、駕駛員意圖識(shí)別、自適應(yīng)巡航以及主動(dòng)安全技術(shù)等智能駕駛技術(shù),充分提高整車(chē)的節(jié)能減排效果。
胡辰樹(shù)認(rèn)為,從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看,新能源重卡跟自動(dòng)駕駛相結(jié)合,更進(jìn)一步發(fā)揮新能源的優(yōu)勢(shì)。此外,交通部正著力優(yōu)化運(yùn)輸結(jié)構(gòu),將中長(zhǎng)距離的貨物運(yùn)輸由公路運(yùn)輸向鐵路和水運(yùn)轉(zhuǎn)移,打造綠色高效綜合運(yùn)輸體系。“當(dāng)貨車(chē)只用于臨近城市或者是城市內(nèi)的短距離運(yùn)輸時(shí),新能源重卡現(xiàn)有的劣勢(shì)可能就不復(fù)存在了。”
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