影響中國(guó)客車業(yè)|陳全世:我國(guó)新能源客車動(dòng)力系統(tǒng)技術(shù)現(xiàn)狀與發(fā)展
2018年1月12日,“第十二屆影響中國(guó)客車業(yè)年度盤點(diǎn)活動(dòng)”在北京新世界酒店舉行,活動(dòng)由客車網(wǎng)和土木工程學(xué)會(huì)城市公共交通分會(huì)聯(lián)合主辦,12日下午,在“2017-2018年度中國(guó)客車行業(yè)成果報(bào)告與發(fā)展高峰論壇”上,清華大學(xué)教授陳全世發(fā)表了主題為“大中型客車動(dòng)力系統(tǒng)技術(shù)現(xiàn)狀與發(fā)展情況”的演講。
以下為演講實(shí)錄,經(jīng)客車網(wǎng)整理,陳全世本人審閱,發(fā)布如下:
各位領(lǐng)導(dǎo),各位專家,剛才聽了幾位的演講,我很受啟發(fā),我把我自己的觀點(diǎn)給大家講一講。我本身在清華大學(xué)汽車洗就是研究特種車的,在電動(dòng)汽車之前我研究沙漠車及一些其他車輛。1988年開始研究電動(dòng)汽車,到現(xiàn)在正好30周年,也做了一些事情,寫了兩本書,一本書《燃料電池電動(dòng)汽車》,1999年我是第一個(gè)研發(fā)出燃料電池電動(dòng)汽車樣車的。1998年我在美國(guó)當(dāng)訪問學(xué)者,很多人推薦我做燃料電池汽車。后來“十五”863的時(shí)候我們做燃料電池大客車,對(duì)燃料電池車本身我做了許多研究。一開始八五做純電動(dòng),九五做混合動(dòng)力,十五、十一五做燃料電池汽車,所以我寫了一個(gè)教材---《先進(jìn)電動(dòng)汽車技術(shù)》。這本書是2007年出版的,我在2016年底就把第3版的稿子交了,答應(yīng)我去年十一前出來,但是還沒有出來。
我今天講的是兩個(gè)問題,一個(gè)是我國(guó)有關(guān)電動(dòng)汽車的政策,另外是新能源汽車的技術(shù)路線,還有是大中型客車動(dòng)力系統(tǒng)技術(shù)如何做,我有自己的想法。我們國(guó)家整個(gè)來說汽車發(fā)展比較快,但是我們離全球目標(biāo)差的比較遠(yuǎn),我們千人保有量是140輛,全球平均水平158輛,美國(guó)是一千人有800輛,韓國(guó)有376輛,我們汽車還是有很大發(fā)展空間。但是有些城市發(fā)展過分了,中東部城市擠的一塌糊涂。從西部去看,90%路上根本沒有車,還不到10%,就是不均衡。
另外看一下能源的問題,有人說不講政治,我覺得還是要講政治的。我們?nèi)ツ赀M(jìn)口石油達(dá)到64.4%,進(jìn)口量對(duì)我們政治問題有很大的影響。從這張圖來看這是霧霾的問題,機(jī)動(dòng)車輛排放所占和比例哪個(gè)地方最多,深圳,為什么深圳最多,深圳沒有別的工業(yè),河北那么多污染嚴(yán)重的地方主要是工業(yè),北京、上海占30%左右,汽車排放對(duì)大氣環(huán)境還是有很大影響的。
你看奧運(yùn)會(huì)的時(shí)候,APCE開會(huì)的時(shí)候,北京一但單雙車號(hào)行駛,限制一半,單位的車基本不讓出行,這樣大氣環(huán)境比較好。
另外看我們國(guó)家石油64.4%是進(jìn)口的,三條道,一個(gè)是俄羅斯進(jìn)來到大慶,一個(gè)是過霍爾果斯到新疆,但是大部分是中東,非洲、南美等地過來的,最重要過馬六甲海峽,這個(gè)是非常危險(xiǎn)的地方,對(duì)我們石油運(yùn)輸過程確實(shí)造成了很大的威脅,一但把馬六甲海峽卡住,我們主要的石油運(yùn)輸通道就沒有了。我們?yōu)槭裁丛诎突固菇ㄔO(shè)港口,十年前新加坡說它建,就是卡中國(guó),后來巴基斯坦要過來我們才建的。
我國(guó)現(xiàn)在進(jìn)口石油,石油是我們的命脈,但是進(jìn)口石油有這么多美軍基地守著,尤其新加坡那兒必須過,日本、阿富汗那塊都有,因此這是政治問題,因此我們國(guó)家制定了一個(gè)方針,多用電少用油。
汽車產(chǎn)業(yè),去年發(fā)布了一個(gè)汽車中長(zhǎng)期規(guī)劃里邊,特別講了汽車產(chǎn)業(yè)是推動(dòng)新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革的重要力量,是建設(shè)制造強(qiáng)國(guó)的重要支撐,是國(guó)民經(jīng)濟(jì)的重要支柱,汽車不是夕陽產(chǎn)業(yè),是新的科技載體。我國(guó)新能源汽車和智能網(wǎng)聯(lián)汽車有望搶占先機(jī),成為發(fā)展的突破口。我們現(xiàn)在大而不強(qiáng),我們?nèi)狈诵募夹g(shù),怎么大而強(qiáng)找突破口,因此國(guó)家把智能網(wǎng)聯(lián)和新能源汽車作為先機(jī)。
來看一下我們的規(guī)劃,新能源汽車和智能網(wǎng)聯(lián)汽車在關(guān)鍵技術(shù)取得突破,力爭(zhēng)經(jīng)過十年持續(xù)努力邁入世界汽車強(qiáng)國(guó)行列。這是很重要的問題。我國(guó)對(duì)新能源汽車確實(shí)有很大的支持,我這兒歸納一下,第一條科技支持,大概一百多億到一百五十億左右,從十五一直到十三五。購車補(bǔ)貼四百億左右,另外公交車的運(yùn)行補(bǔ)貼,把油補(bǔ)換成電補(bǔ)等。另外對(duì)充電基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的補(bǔ)貼,國(guó)家補(bǔ)貼20%建設(shè)費(fèi)用,不算地皮。從科研、購車、運(yùn)行、充電這是比較全面的。
再看一看我國(guó)新能源汽車技術(shù)路線,這張圖大家都看過,我是參與了這個(gè)。1998年京都議定書簽訂以后,中國(guó)和日本兩國(guó)針對(duì)新能源汽車下一步如何發(fā)展做了一個(gè)長(zhǎng)遠(yuǎn)的規(guī)劃,當(dāng)時(shí)認(rèn)為燃料電池技術(shù)比較成熟,把燃料電池畫的很大,純電動(dòng)車畫的很小,后來鋰電池發(fā)展起來以后,現(xiàn)在純電動(dòng)車走在了前頭,這個(gè)路線是中日兩國(guó)制定的,歐洲有觀察員參與,美國(guó)沒有參加這個(gè)活動(dòng),因?yàn)槊绹?guó)沒有在京都議定書上簽字。
大家看一看這是不同技術(shù)路線的總能量效率,這是當(dāng)時(shí)同步啟動(dòng)研究的,純電動(dòng)汽車是27%-28%,柴油車是17%,汽油車是13%......等等,這是我們做了大量的工作。另外我們2002年左右接了國(guó)家的任務(wù),我們國(guó)家2030年汽車計(jì)劃發(fā)展到3億輛,相對(duì)2010年我們的總油耗量不要增加,采取了什么路線,一個(gè)是過渡戰(zhàn)略,就是節(jié)能汽車,另一個(gè)是轉(zhuǎn)型戰(zhàn)略,就是新能源汽車。這樣十一五國(guó)家出臺(tái)了節(jié)能與新能源汽車國(guó)家重大項(xiàng)目。發(fā)展高效內(nèi)燃機(jī)、混合動(dòng)力汽車、替代燃料,包括LNG,甲醇、乙醇都屬于節(jié)能汽車范疇。另外就是發(fā)展新能源汽車,包括插電式混合動(dòng)力,純電動(dòng)以及燃料電池等等。
另外看一看世界上的問題,國(guó)際汽車產(chǎn)業(yè)的重大轉(zhuǎn)身。去年在法蘭克福汽車展,德國(guó)汽車發(fā)生了重大的變化,默克爾開幕式上講德國(guó)汽車必須盡快重新贏得信任,媒體總結(jié)法蘭克福汽車展,見證德國(guó)汽車“一場(chǎng)告別,一個(gè)開始,大象轉(zhuǎn)身,勢(shì)不可當(dāng)”,和燃油車告別,電動(dòng)化開始,大象轉(zhuǎn)身,德國(guó)汽車確實(shí)非常厚重,德國(guó)汽車工業(yè)豪華車在世界占有非常重要的地位,另外德國(guó)幾個(gè)汽車公司都在做電動(dòng)化計(jì)劃,電動(dòng)化是其今后發(fā)展的最大亮點(diǎn)。他們發(fā)展的路線圖是,汽油機(jī)/柴油機(jī)----生物汽油----燃料電池,我在巴塞羅那開國(guó)際電動(dòng)汽車會(huì)的時(shí)候,和歐盟制造商協(xié)會(huì)負(fù)責(zé)人對(duì)話,他們就講中國(guó)和日本人想象太豐富了,你現(xiàn)在搞的鋰離子電池連手機(jī)都有問題,驅(qū)動(dòng)汽車難度太大。我們德國(guó)人是比較實(shí)在的。為什么戴姆勒—奔馳公司要與比亞迪合作開發(fā)純電動(dòng)汽車,主要是電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的問題。寶馬汽車選擇了寧德時(shí)代的電池芯,中國(guó)在電動(dòng)化方面做的還是比較好的,這一點(diǎn)德國(guó)是認(rèn)可的,因此在中國(guó)選電池。
另外大眾公司公布了自己的電動(dòng)化計(jì)劃,各國(guó)提出禁售燃油車的令。挪威2025年,德國(guó)和印度2030年,法國(guó)、英國(guó)2040年禁售燃油車。有人說這是不是炒作,又稱說這是默克爾總理的競(jìng)選手段,根本無法實(shí)施。我們看行業(yè)老大,柯達(dá)照相倒下了,數(shù)字照相技術(shù)出來以后,它就不行了。手機(jī)原來諾基亞是行業(yè)龍頭,他們認(rèn)為手機(jī)就是手機(jī)打電話,認(rèn)為搞智能手機(jī)是沒有用的,后來喬布斯帶領(lǐng)蘋果公司搞智能手機(jī)以后,諾基亞倒下了。
去年12月31號(hào),2017年最后一天,豐田突然發(fā)力,它把所有高管進(jìn)行調(diào)整,技術(shù)路線進(jìn)行調(diào)整,原來重點(diǎn)發(fā)展混合動(dòng)力,燃料電池為長(zhǎng)遠(yuǎn)目標(biāo),突然調(diào)整目標(biāo)設(shè)了一個(gè)大聯(lián)盟,轉(zhuǎn)向研究純電動(dòng)汽車。原來豐田公司混合動(dòng)力已經(jīng)成熟了,燃料電池還比較遠(yuǎn),要不斷研發(fā),現(xiàn)在趕快發(fā)展純電動(dòng)了,成立很大的聯(lián)盟把自己公司和子公司合并起來做這個(gè)事。
另外,看中國(guó)是否需要設(shè)定燃油車禁售時(shí)間表,有人說有問題,有的企業(yè)已經(jīng)反映了,長(zhǎng)安汽車宣布在2025年停止燃油汽車生產(chǎn)和銷售,北汽集團(tuán)宣布2030年停止燃油汽車生產(chǎn)和銷售,在這之前吉利和沃爾沃在2025年左右停止燃油車銷售,是不是炒作我們拭目以待,誰也不會(huì)算卦,誰也無法預(yù)計(jì)這個(gè)問題到底什么時(shí)間實(shí)現(xiàn)?這是值得我們思考的。
我自己的意見,有人說,陳老師你搞半輩子電動(dòng)汽車,你的意見是什么,我認(rèn)為中國(guó)需要設(shè)定燃油車禁售時(shí)間表,但是怎么做,中國(guó)地域這么大不能一刀切,我認(rèn)為中國(guó)應(yīng)該參考建設(shè)充電設(shè)施的目標(biāo)要求,把國(guó)家分三個(gè)地區(qū)推廣發(fā)展,到2030年推動(dòng)北京、上海、天津等十個(gè)東部地區(qū)城市,2040年是中部六個(gè)省,2050年是其他省,世界就跟著走。先大城市,先是乘用車,城市客車,后是其他車,要給使用者和生產(chǎn)者有一個(gè)預(yù)計(jì),大家有一個(gè)期望值,希望大家做好這個(gè)工作。
最后我講一下大中型客車動(dòng)力系統(tǒng)的技術(shù),我們國(guó)家純電動(dòng)車發(fā)展還是比較快的,今年大概七八十萬輛,公共充電樁也在發(fā)展。第二問題,新能源汽車發(fā)展的速度,估計(jì)2017年有55%的增長(zhǎng)率,我估計(jì)差不多,去年50萬輛,你增加了30萬輛,增長(zhǎng)50%以上了。按照這個(gè)趨勢(shì),2020年將達(dá)220萬輛年產(chǎn)量,總的量超過500萬輛,達(dá)到整個(gè)汽車銷售量的7-8%。
另外我們動(dòng)力電池技術(shù)有了很大的進(jìn)步,安全性在提高,產(chǎn)量也在進(jìn)一步增加,成本也不斷的降低,這是純電動(dòng)汽車提出有利的條件。另外大中型客車動(dòng)力系統(tǒng),純電動(dòng)系統(tǒng)有非常好的優(yōu)勢(shì),尤其動(dòng)力電池技術(shù)進(jìn)步比較快。另外充電樁技術(shù)進(jìn)一步加快,在運(yùn)行過程中不排放有害氣體,北京不給插電混合動(dòng)力發(fā)牌照,這個(gè)問題引起了很大的爭(zhēng)議,北京市是因?yàn)榭紤]霧霾和有害氣體排放的問題,純電動(dòng)汽車排放量是最少了,因此作為優(yōu)先發(fā)展目標(biāo)。
另外充電設(shè)施進(jìn)一步完善。下面看看混合動(dòng)力系統(tǒng)有很多優(yōu)點(diǎn),有節(jié)油效果,技術(shù)相對(duì)成熟。但是缺點(diǎn)基本使用內(nèi)燃機(jī)及化石燃料,尾氣排放對(duì)城市大氣有負(fù)面影響,不符合國(guó)家以電代油等等。后面我講一下燃料電池,國(guó)家有很多政策,2016年全球氫燃料電池汽車銷售為2312輛,與2015年相比增幅為225%,主要有三款車型,豐田,本田和現(xiàn)代,其中大部分是租售的。發(fā)展燃料電池做得最好的,世界公認(rèn)的是加拿大,但是加拿大現(xiàn)在有多少輛運(yùn)行,大概不到30輛在運(yùn)行。美國(guó)有多少輛,不到50輛,歐洲40幾輛,只有中國(guó)量比較大。
剛才也講了,本田是燃料電池做的最好的,可以實(shí)現(xiàn)全天零下20度無輔助低溫啟動(dòng),零下46度冷儲(chǔ)存及停機(jī)自動(dòng)保護(hù),車用燃料電池電堆壽命達(dá)到5千小時(shí)。奧運(yùn)會(huì)的時(shí)候,我們從德國(guó)進(jìn)口了三臺(tái)燃料電池大客車,到德國(guó)驗(yàn)收我去的,,那時(shí)候合同寫明燃料電池系統(tǒng)壽命2200小時(shí),由制造商-加拿大巴拉德公司的兩個(gè)專家負(fù)責(zé)全線維護(hù)和保養(yǎng),完成2200小時(shí)以后就把電池拆走了,現(xiàn)在燃料電池沒有了,就保證2200小時(shí),這不是車輛運(yùn)行時(shí)間,只要燃料電池一啟動(dòng)就開始算時(shí)間了,與車走多少里程沒有關(guān)系。我們國(guó)家當(dāng)時(shí)研發(fā)的燃料電池壽命大概是700小時(shí)左右,因此燃料電池壽命是很大的問題。
另外,大家看一看還有一個(gè)問題,就是燃料電池的類型,以及燃料電池的原理我就不講了。燃料電池實(shí)際不是電池,是發(fā)電機(jī)構(gòu),里面沒有電,先把氫氣和空氣通進(jìn)去以后反應(yīng)生成電,它確實(shí)是一個(gè)很好的動(dòng)力源,效率比較高?,F(xiàn)在一般系統(tǒng)效率達(dá)到45%-50%,我們國(guó)家認(rèn)定的有兩個(gè)燃料電池測(cè)試機(jī)構(gòu),上海同濟(jì)大學(xué)和清華大學(xué),清華大學(xué)是測(cè)試客車用的,轎車用的是由上海同濟(jì)大學(xué)測(cè)試。
我們國(guó)家對(duì)燃料電池補(bǔ)助確實(shí)比較高,燃料電池系統(tǒng)的大中型客車補(bǔ)貼50萬,額定功率不低于驅(qū)動(dòng)電機(jī)額定功率的30%,且不小于30W。燃料電池平均效率為50%,每產(chǎn)生1kWH電能氫氣消耗量為59.5%(666.45L),如果效率為45%,需要?dú)錃?6.12克/千瓦時(shí),折合740.50L,標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的氫氣。氫氣的價(jià)格3.3元/m3,每度電氫氣費(fèi)用2.44元,因此費(fèi)用很高。不是一般的氫氣可以用。用其它燃料,例如甲醇、天然氣、煤氣等重整出來的氫氣,能夠?yàn)槿剂想姵赜玫?,代價(jià)是相當(dāng)高的,國(guó)外現(xiàn)在燃料電池用的氫氣基本上都是電解水用的。
燃料電池的價(jià)格,日本的數(shù)據(jù)每公斤一千日元(是折合60元人民幣,10L油)。燃料電池價(jià)格,東風(fēng)特汽今年生產(chǎn)燃料電池物流車300臺(tái),(FC30千瓦,國(guó)鴻公司提供的電堆),價(jià)格1萬多塊錢。另外一家機(jī)構(gòu),進(jìn)口大概是1.5萬元/kW,賣出去將近2萬/kW,大家看看它的成本。
建加氫站更是天文數(shù)字,因?yàn)闅錃馐强扇夹晕镔|(zhì),壓力又很大,需要周邊很大大的面積,而且要遠(yuǎn)離其它建筑。因此我覺得燃料電池技術(shù)并不成熟?,F(xiàn)在國(guó)家對(duì)燃料電池是要進(jìn)實(shí)驗(yàn)室,進(jìn)行關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān),有很多問題,例如,交換膜、極板、催化劑、水管理,熱管理等需要我們解決。我的結(jié)論是,我們目前主要以純電動(dòng)為主,混合動(dòng)力車一部分可以用,燃料電池是小范圍的示范。我在三年前燃料電池汽車應(yīng)該重點(diǎn)進(jìn)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行技術(shù)攻關(guān),沒有完成之前不要大范圍示范。我們2008年從德國(guó)進(jìn)口的燃料電池大客車車,那是德國(guó)戴姆勒—奔馳公司和加拿大巴拉德公司共同研制的,負(fù)責(zé)在第一線運(yùn)行技術(shù)支持的是清華大學(xué)燃料電池汽車研發(fā)的團(tuán)隊(duì)。因此希望大家對(duì)這個(gè)問題有所認(rèn)識(shí)。
以上是我的觀點(diǎn),謝謝大家。?
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