内燃机和蒸汽机有什么区别?

核心提示热机按照燃料燃烧场所的不同分为外燃机和内燃机,外燃机是指燃料在发动机之外的锅炉内燃烧的热机,蒸汽机是外燃机的一种,它通过燃烧木材、煤炭和石油,把锅炉内的水加热,随着热能的增加,水转化为蒸汽,蒸汽通过进气阀进入发动机,在那里蒸汽推动金属活塞。

热机按照燃料燃烧场所的不同分为外燃机和内燃机,外燃机是指燃料在发动机之外的锅炉内燃烧的热机,蒸汽机是外燃机的一种,它通过燃烧木材、煤炭和石油,把锅炉内的水加热,随着热能的增加,水转化为蒸汽,蒸汽通过进气阀进入发动机,在那里蒸汽推动金属活塞。这样,活塞就在一个被称为汽缸的筒内来回移动。
内燃机是指燃料在发动机汽缸内燃烧的热机。汽油机和柴油机都是内燃机。汽缸内活塞的上下运动,带动曲轴运动,曲轴的运动又带动了车轮的运动。
内燃机和蒸汽机都不是某一个人发明的,它们的出现经历了漫长的历史发展,有很多科学家的贡献在里面,对蒸汽机影响较大的是瓦特,对内燃机影响较大的是德国的奥托(汽油机)和狄赛尔(柴油机)。

为什么电动汽车替代内燃机汽车是必然趋势?

欧盟又吵起来了,这一次是因为内燃机禁售令。

2月14日,欧洲议会在斯塔拉斯堡以340票赞成、279票反对和21票弃权的票数,通过了欧委会和欧洲理事会达成的《2035年欧洲新售燃油轿车和小货车零排放协议》,决定将于2035年起在欧洲停售燃油车,亲手将欧盟的核心产业之一——汽车业送上了“绝路”。

然而,到了本月初,原本敲定于3月7日对此进行正式投票的欧盟却突然“跳票”,决定推迟投票,且没有给出新的投票日期。核心原因则来自欧盟内部的分歧,在上述协议通过后,德国联合意大利、捷克共和国等六个国家多次在公开场合表示对这项提案的反对。其中,德国是最大的“刺头”。

迫于这些国家的压力,欧盟不得已暂缓了投票,并于近日在提案内容上做出了一定程度的妥协。

日前,据外媒报道,欧盟委员会正在起草一份计划书,允许车企在2035年后销售带有内燃机的新车,但前提是这些车辆必须使用碳中和合成燃料(climate neutral e-fuels)。为此,欧盟将为装配内燃机、同时使用碳中和合成燃料的汽车划定一个新的类别,使其得以避过欧盟原定的内燃机汽车禁售令。

毫不夸张的说,这一计划的出现为已经身处“断头台”的内燃机汽车留出了一条生路。

很多人会疑惑,为什么被称为欧洲“三驾马车”之一的德国会带头反对?欧盟内部成员国之间围绕这项提案的分歧与争议为什么会在这临门一脚之时集中爆发?

事实上,德国、意大利等国对于禁售令的反对由来已久。早在去年6月,欧盟有关2035禁售燃油车的决议提出之后,德国就首先出现了公开的、政府层面的反对声音。去年6月22日,德国财长克里斯汀·林德纳(Christian Lindner)表示,“德国政府不会同意欧盟从2035年其禁止销售燃油车的计划。”

此外,包括德国汽车工业协会(VDA)在内的行业组织也曾经通过游说反对该协议,认为到2035年完全禁止销售新的燃油车还为时过早,并且一直呼吁欧盟为合成燃油提供豁免。

可以看到,无论是德国政府还是德国工业界,实际上对内燃机禁售令是持反对意见的,最起码反对禁售推进得如此之猛然和迅速。

此前,意大利环境和能源安全部也曾发布公告称,意大利将在布鲁塞尔举行的欧盟国家大使会议上反对最近欧洲议会通过的2035年起禁售燃料发动机车法令,认为应通过经济可持续和社会公平的过渡方式实现环境目标。

但是,当下个别国家的“砸场子”只是表象,而最核心、最根本的因素,是欧盟内部成员国之间有关全面推进电动化转型的深刻矛盾,以及欧洲在全面转型之中的现实困境。

其中,最为显著、声量最大的来自传统汽车工业庞大的上下游产业链。

不同于爱尔兰、瑞典、丹麦、荷兰等内燃机禁售令的忠实拥趸,以德国为代表的反对派国家在本土通常有着大规模的传统汽车工业。

以德国为例,作为现代汽车的发祥地,德国的汽车工业已经走过了120多年。据可考资料,目前德国是全球汽车品牌最多的国家,其中,仅大众集团一家就坐拥大众、奥迪、保时捷、劳斯莱斯等多个品牌,同时宝马和奔驰的总部也均设在德国。而反对派的另一“刺头”意大利,在汽车领域同样有着不俗的成绩,如法拉利、玛莎拉蒂、兰博基尼、菲亚特等汽车品牌均诞生于此。

因此,内燃机禁售令对于这类成员国的巨大冲击可想而知。

首当其冲,便是身处汽车上下游产业链的众多企业。不同于整车制造企业,即便面对内燃机禁售令,主机厂尚可以转型,生产电动汽车,而内燃机企业所遭遇则是“灭顶之灾”。

这样的变化传导至就业上,就更加直观了。此前法国的汽车游说团体La Platforme Automobile就曾指出,禁售将导致法国5万汽车产业工人失业,德国将有40万人失业。

要知道,在工业革命下壮大起来的欧洲国家,工人下岗并不是一个简简单单的问题。作为工人为维护自身的政治、经济利益而自愿结合的工人阶级群体组织,各国的工会代表着上下游产业链的利益。并且,在采取投票选举制度的西方国家,人数众多的工会也意味着巨大的选票份额,这决定了工会在政治上的影响力。因此,对待工人的下岗问题,政府必须有所考虑,也必须予以重视。

另一方面,目前欧洲的基础设施建设并不足以支撑全面电动化转型所带来的负荷。今年1月,欧洲汽车制造商协会会长、法国雷诺集团首席执行官卢卡·德·梅奥在一场记者会中指出,欧盟成员国电动汽车充电桩安装进度“远远不够”。

在以下几组数据中,我们可以清楚感知欧洲在电动汽车基础设施方面的匮乏:

截至2021年,欧洲公共充电桩保有量仅为334万,公共车桩比为164:1;

据测算,到2030年全欧盟需要建造680万个公共充电站,才能达到协议中的乘用车55%的二氧化碳减排目标;

2017年至2021年期间,电动乘用车销量增长了10倍以上,而同期欧盟公共充电桩的数量只增长了3倍;

在欧盟,近50%的电动汽车充电站(桩)集中在荷兰(9万个)和德国(6万个),仅德国、法国和荷兰三个国家的充电站点总和就占据欧盟的约69%。

可以看到,欧洲的充电基础设施建设不仅基数小、车桩比连年扩大,而且在地域分布上还十分不平衡,基础设施的建设道阻且长。

与此同时,欧洲在电动汽车原材料上也存在着“先天不足”。众所周知,锂、镍、锰、钴等元素是生产动力电池的核心原材料,动力电池对于这些元素的依赖从其“七上八下”的价格波动中便可见一二。然而,除了俄罗斯之外,欧洲大陆上几乎没有储量丰富的矿区,这与上世纪欧洲丰富的煤矿资源截然不同。

而且,由于地缘政治的原因,欧洲未来的原材料供应前景十分模糊。因为距离、成本等因素,俄罗斯向来是欧洲能源供应的重要来源地,但自俄乌冲突以来,欧盟与俄罗斯的对立程度与日俱增,欧洲的能源需求也因此落入严重短缺的窘境。因此,全面电动化转型之后,欧洲在电池原材料上的庞大需求能否得到解决还是一个未知数。

尽可能地抵制和拖延内燃机禁售令的实施,从而使得上下游的产业链能够实现平稳地过渡,最大程度上减缓全面电动化转型带来的社会动荡和经济损失,或许才是这些“反对派”最真实的诉求。

此外,德国对于禁售令的反对也在很大程度上与由本土车企保时捷牵头参与开发并成功落地的合成燃料(E-fuel,即电子燃料)的出现息息相关。

作为一家发展近百年的燃油车制造商,保时捷对于内燃机的执念不可谓不大。2021年起,保时捷便开始与美孚共同研究如何用e-fuel替代燃油为内燃机提供清洁能源。去年年底,保时捷位于智利的蓬塔阿雷纳斯工厂正式启用,试运行阶段计划每年生产13万升合成燃料。

什么是e-fuel燃料?资料显示,e-fuel燃料是由水、二氧化碳及风能三者共同制成的合成燃料,由二氧化碳和氢气在催化作用下产生甲醇为内燃机供能,从而减少二氧化碳的排放。保时捷与美孚的这套燃油替代方案通俗理解就是,排放的二氧化碳低于使用的二氧化碳,因此不会产生多余的排放,从某种意义上来说也是在减排。

基于这一技术,德国提出了针对禁售令的反对意见。3月3日,德国交通部长维辛(Volker Wissing)再一次重申,在2035年最后期限之后,应当允许使用再生燃料,而欧盟委员会虽然给出承诺,但关于如何实现这一目标的建议仍然缺失。

从某种意义上来说,这是德国在内燃机禁售令当中的一种“折中方案”,同时也是其在碳中和这条“开弓没有回头箭”的道路上抓住的“最后一根稻草”,犹如困兽之斗。

尽管全面电动化是一个必然的倾向,但现实是没有人愿意“率先”承受变革的代价。正如法国财长勒梅尔所言:“从经济上讲,它是不连贯的,从工业上讲,它是危险的,最重要的是,它不符合地球的利益。”

从去年欧盟有关2035禁售燃油车的决议提出,到今年年初国内燃油车降价潮的出现,有关“燃油车完了”的唱衰论调便从未停歇。但是,燃油车真的完了吗?其实未必。

有行业人士预测,未来的汽车市场中燃油车不会彻底消亡,而是进入一个多元并存的时代。从近百年前的风雨中穿梭而来的内燃机有着它独特的生命力,这一次,欧盟的妥协再一次印证了内燃机的“韧性”。

与此同时,必须承认的是,燃油车如何在当下新能源转型巨变的时刻恰当地付诸行动,守住自身基本盘?如何在电动化的大浪潮之下走出一条生路?这些摆在眼前的问题依然无比艰难和现实。

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内燃机走上断头台,德国刀下留人

太平洋汽车网国家发展的趋势,或者说是全球环境保护的需要,因为石油毕竟是不可再生的资源,用的越多,地球的存量越少,必须要限制它的使用,所以新能源汽车就是发展的趋势,不可阻挡的趋势。

首先对于动力系统而言,分为内燃机驱动,电机驱动,和电机内燃机协同驱动三个种类。在动力系统这一点上我认为电气化的趋势是十分明朗的,电机作为动力输出单元,相对内燃机有如下几个优势:成本优势:同一最大输出功率水平下,电机本身的成本非常低,这也是特斯拉性能爆棚但售价相对于性能车较低的原因。所以用电动机作为峰值功率输出,纯电动力系统是较低的效率优势:电机在输出过程中,单在这个过程中效率变化不大并且非常高(90%左右),非常适合频繁启停的任务要求。保养、寿命优势:优质电机的保养间隔时间在30,000小时左右,与内燃机有数量级上的差别。

但随着电池的改进,高速充电点变得越来越普遍和快速,电动汽车价格会下降,并能够满足大多数买家的驾驶需求。而且它们的运行成本更低,维护成本更低,更安静,更快速,并且具有内燃机的汽车响应速度更快。没有让人口密集区域的空气难以呼吸的奖励积分。

(图/文/摄:太平洋汽车网朱真嫡)

中国汽车行业的现状与发展趋势是什么

撰文 / 温 莎

编辑 / 张 南

设计 / 师玉超

“这项提议急需修改。” 3月13日,法国斯特拉斯堡的一场会议上,德国交通部长维辛(Volker Wissing)出尔反尔。

在欧洲禁燃法案即将通过的最后一刻,德国反水了。维辛指责之前法案不符合预期,言下之意是希望欧盟给予合成燃料(e-fuel)官方认证的身份,否则德国就要重新考虑法案。“当内燃机可以以气候中和的方式上路时,禁止对我们来说就是一种错误的做法。” 维辛说。

德国的临阵倒戈令欧盟官员有些措手不及,这件事在双方拉锯了两年多后,才刚有了实质性的进展。

2月中,经过长时间多轮次的辩论后,欧洲议会最终以340票赞成,279票反对和21票弃权的结果,批准了2035年欧洲停售新燃油汽车的议案。只等在即将举行的欧洲部长级会议上,将欧洲禁燃正式变成具有约束力的法律条文。

德国带头反复,令欧洲禁燃再起波澜。据悉,2035年燃油禁令立法最终能够落地,必须获得55%的成员国的支持票,且这些成员国代表了欧盟65%的总人口。德国已经和捷克共和国、斯洛伐克、意大利、波兰、罗马尼亚、匈牙利组成了“内燃机守护者联盟”。

当下,各个国家和汽车品牌纷纷发布了禁燃时间表,历史的车轮滚滚向前,电动化的未来看似势不可挡:新能源在全球创造着销量纪录,各大汽车公司将数百亿元投向工厂改造,全新的电动车产品令人眼花缭乱……

但古往今来,革自己的命从来都是最难的。欧洲人研究内燃机已经超过百年,作为汽车发源地,汽车业养活了80万德国人,每年贡献着 4110 亿欧元收入,是德国经济最大的组成部分之一。此外,与德国相关的汽车品牌多达上百个,让其与内燃机说再见的难度可想而知。

欧盟却已经不想再等了,2035 年的这条底线至关重要。新车平均寿命为 15 年,禁令的生效能保证欧盟在2050 年前实现零排放。科学家声称,这一全球里程碑将避免灾难性的气候变化,交通运输约占欧盟排放量的四分之一。

以准时著称的日耳曼民族使出“拖”字诀后,效果斐然。有消息称,就算欧盟答应了德国的“申请”,豁免了合成燃料,通过修订后法规所需的时间也意味着成员国可能要等到明年欧盟选举之后才能再次对禁燃令进行投票。

无论怎样,德国最后一刻的力挽狂澜,让在欧洲已经走上断头台的内燃机迎来一线生机。

一波三折的欧洲禁燃令

欧盟看内燃机不顺眼已经很久了。

2021年7月14日,欧盟委员会发布“Fit for 55”减排一揽子方案,涵盖能源、工业、交通、建筑等领域的多项减排举措,其中重要的一项,就是停止销售内燃机车。欧盟委员会提出,到2030年将新车的二氧化碳排放量较2021年减少55%,到2035年减少100%。

削减100%,意味着任何带有内燃机的新车在欧洲都不允许销售,汽油车、柴油车、48V轻混、混合动力,插电式混合动力,统统不行。在乘用车和轻型商用车范畴内,欧盟只接受纯电动汽车和氢燃料电池车。

这简直就是要将内燃机赶尽杀绝,自然会有利益相关方站出来反对。意大利、葡萄牙、斯洛伐克、保加利亚和罗马尼亚就呼吁将deadline再推迟5年,德国则提出了豁免合成燃料的条件。

与他们站在对立面的是以法国、西班牙、比利时、瑞典、丹麦、爱尔兰和荷兰等国为代表的激进派,他们强烈支持欧盟禁燃令。荷兰就表达:“我们不能接受任何条件。底线已经摆在桌面上,我们必须坚持。”

治大国若烹小鲜,国家大事和菜市场买菜的底层逻辑是一样的,就是大家摆明态度,讨价还价,各退一步。

最后,欧盟同意将中重卡、客车等大部分商用车不纳入2035年被禁售的范畴,还采纳了德国的建议,即到2026年再评估使用合成燃料的内燃机汽车在减排方面的进展,看能否对其豁免。

谈好条件后,2022年6月初,欧洲议会通过欧盟委员会提出的“2035年禁售燃油车”立法建议;同月底,欧盟27国环境部长达成共识,支持“到2035年实现汽车零碳排放”的目标。

根据欧盟立法流程,欧盟委员会提出法案,由欧洲议会和欧洲理事会双重确认后便正式生效。目前,议会已表决通过,待理事会也通过后,2035全面禁燃就将奏效。

本来一切按部就班,没想到德国临阵变卦了。

保时捷力捧的合成燃料,靠谱吗?

“我不明白这场针对汽车的斗争从何而来,也不明白人们为什么要禁止某些技术。” 维辛明着表达出费解的态度,背后是摆明了要为合成燃料撑腰。

有分析认为,为了给德国一个台阶下,欧盟很有可能发给合成燃料一个合法身份。欧盟委员会发言人表示,“将考虑合成燃料对气候的潜在贡献。”

《欧洲汽车新闻》称,德国的保时捷和意大利的法拉利都处于争论漩涡中心,品牌在推动着政府改变他们在此事上的立场。

保时捷是合成燃料最积极的倡导者之一,这家2022年横扫376亿欧元的吸金王表示,911等跑车车型未来将使用这种新型燃料,为内燃机提供动力。为此,保时捷已经在智利买下了生产合成燃料的工厂,新工厂于2022年年底量产。法拉利表示也正在积极寻找替代燃料,以继续生产传统的内燃机汽车。

合成燃料是一种液体燃料,与传统燃料不同的是,并非来自化石能源,而是人工制造,通过特定技术将水和二氧化碳合成可以燃烧的燃料,以此来替代汽油,因此也被称为人造汽油。

这种听上去高大上的技术其实并不高深,其基础原理依赖于费托反应(Fischer-Tropsch reaction),这套工艺始于1925年,当时德国缺乏石油燃料,只能用这种方式大规模生产煤制油。整个二战中,德国约25%的汽车燃料是靠此法进行的人工合成。

和德国交通部长反水的同一天,保时捷首席执行官奥利弗·布鲁姆 (Oliver Blume) 很无奈的表示,电气化和扩大合成燃料生产之间没有冲突,“我们可以调整税收政策,让合成燃料更便宜……政策应该支持投资,使价格更具吸引力。这是值得的。我不知道还有什么办法可以让内燃机汽车脱碳。”

和保时捷一同坚守内燃机的,还有意大利的兰博基尼,后者官宣将在2030年以后推出由电动合成燃料驱动的混合动力超级跑车。此外,著名的F1比赛也正在研发一种即用型100%可持续燃料,为2026年赛事做准备。

全球有着超过 13 亿辆内燃机车型,这些车子在未来的数十年内都将会继续在路上行驶,合成燃料可以让这些车符合碳中和的要求。这是一个潜力巨大的市场,前提是合成燃料要足够环保,保时捷宣称,加注合成燃料可以减少85%二氧化碳排放量。

然而,欧洲交通与环境组织(T&E)曾先后发布两份报告,质疑合成燃料的经济性和减排效果。该机构警告称,与电动汽车相比,使用合成燃料的内燃机汽车可能会排放更多二氧化碳,而且成本更高。

按照T&E的测算,到2030年,无论是新车还是二手车,合成燃料汽车的总拥车成本将比电动汽车高43%,二氧化碳排放量也要比电动汽车高40%。

支持者和反对者各执一词,如今真相似乎已经没那么重要了,重要的是欧盟对禁燃令的渴望程度。

车企的小心思和“中国威胁论”

国家之间争得面红耳赤,车企也各怀小心思。

2021年年底苏格兰格拉斯哥举行的第26届联合国气候变化大会(COP26)上曾有过一次试水,主办方呼吁部分国家、城市以及汽车制造商在2040年以前终结燃油汽车,并进行了一次表决。

最终只有沃尔沃、福特、通用、梅赛德斯-奔驰、比亚迪和捷豹路虎等六家企业同意签署相关协议。毫不意外的,全球销量最大的两家车企大众和丰田不同意签字,宝马、现代、本田、日产和Stellantis等车企同样没有按下手印。

大众汽车发言人尼古拉·劳德(Nicolai Laude)的解释是,大众业务的全球性质意味着自己必须意识到,在不同速度发展的地区,结合不同的本地先决条件,需要不同的途径实现零排放。丰田则表示一直致力于混动和氢燃料电池技术,而这属于COP26相关协议的禁售范围。

对于欧洲的禁燃法案,同时担任欧洲汽车制造商协会(ACEA)主席和宝马集团董事长齐普策(Oliver Zipse)也曾发表过意见,他在2022年表示,鉴于全球范围内时刻存在波动和不确定性,目前这个阶段,任何2030年以后的长期监管计划都不成熟。需要在2025年进行一次彻底审查,再来决定2030年以后的目标。

2023年3月,宝马财报发布会上,齐普策在接受汽车商业评论采访时再次发出灵魂拷问,他说,即便是在今年需要全部转向纯电动车生产,宝马集团也是可以做得到的,但问题是,全球禁售燃油车是一件好事吗?

“连氢动力、插电式混合动力也不考虑吗?我们认为不是的。如果要为气候保护作出最大贡献,那么各种技术路线都需要进行持续的改进。”

他同样认为,技术需要能够适应任何市场建,要考虑到充电基础设施,原材料供应、客户行为改变等方面,“到2035年,即使欧洲销售的新车有80%、90%都是纯电动车,世界上其他地区也不可能都是一样的电动化进程。如果有人没办法充上电,他依然要开燃油车。”

“在设计环保相关路线的时候,我们要考虑最行之有效的整体方案。”齐普策还不忘提醒,“如果只是依赖一种技术,就像是一条腿走路,很容易就摔倒。”他的态度,是相当一部分跨国大型汽车集团内心的OS。

COP26上,一些国家也曾经被要求表态,美国、德国和中国投了反对票。汽车发源地和全球前两大的汽车市场,三国的选择并不令人意外,但有意思的是,随着智能电动车的蓬勃发展,中国在欧洲禁燃令上所扮演的角色,开始尴尬了起来。

“我们需要快速制造更多的电动汽车。让我提醒你们,从2021年到2022年年底,中国已经在全球范围内推出了超过80款电动车型,这些物美价廉的产品会越来越便宜,我们必须跟进,不能把这个关键行业留给其他人”。欧盟委员会副主席弗兰斯·蒂默曼斯(Frans Timmermans)在欧洲议会上奋力呼吁小心中国,欧洲当自强。

他的反对者同样考虑到了中国,意大利交通部长马泰奥·萨尔维尼(Matteo Salvini)认为禁燃令没有经济、环境和社会意义,要蓝天白云并不意味着上万人下岗,数千家企业关闭。

他提醒,欧盟激进向电动汽车转型是一种“自杀行为”,而且更像是送给中国汽车业的一份大礼。言下之意,欧盟这是在为虎视眈眈想要进入欧洲的中国车企扫平障碍,清除对手,提供更广阔的市场。

欧盟”内战”禁燃,中国无辜躺枪。正反两面的中国威胁论,他们都考虑到了。

欧盟禁燃令未来的走向也许并不难揣测,无非是博弈后找到一个大家都能接受的中心点,双方握手言和。然而,从进程反反复复中我们可以得出一个结论,内燃机与电动发电机之间在足够遥远的未来将是替代的关系,但在一段不短的时间里,他们将长期共存。

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动力锂电池行业主要上市公司:目前国内动力锂电池行业的上市公司主要有宁德时代(300750)、比亚迪(002594)、孚能科技(688567)、亿纬锂能(300014)、国轩高科(002074)、澳洋顺昌(002245)、鹏辉能源(300438)、欣旺达(300207)。

本文核心数据:中国动力锂电池出货量与装机量、氢燃料电池汽车销量、中国加氢站数量

1、动力锂电池呈现快速发展,但仍存在诸多痛点待解决

——疫情影响下,动力锂电池需求保持增长

锂离子电池是当前动力电池的研发重点,具有能量损失小、转换效率高、加速快等显著优势。高工产研锂电研究所(GGII)调研数据显示,2021年我国动力电池市场供需规模较2019年大幅提升,2021年我国动力锂电池装机量为1545
GWh,同比增长1429%;出货量为220 GWh,同比增长175%。

——续航短、充电慢、安全问题为主要痛点

电气化是双碳愿景下交通动力的主要发展方向,电动汽车和混合动力汽车比内燃机汽车排放的废气更少,若电力来自可再生能源,电动汽车便是交通领域实现碳中和目标的重要途径。

然而,锂电池作为交通动力存在续航短的劣势。相较于燃油汽车而言,纯电动汽车存在的最大痛点便是续航里程,传统燃油车加满一箱油可以开到600公里乃至更多,但普通的纯电动汽车只能跑200-400公里,而续航里程可达到500公里以上的高性能纯电车则将面临价格难以下调的困境。在雨天或低温天气,动力锂电池受环境影响明显,纯电动汽车实际续航里程还会进一步下降。

其次,充能耗时较长也是动力锂电池的一项短板。对比来说,传统燃油车仅需几分钟便能将油箱加满,而纯电动汽车即使是快充,充电至满格也需耗费一个小时左右,慢充耗时更是长达6-8小时。大幅上升的充能时间使得纯电动汽车使用体验感降低,是抑制动力锂电池需求增长的一大阻碍。

此外,安全隐患使得消费者望而却步。根据电动汽车用户联盟的不完全统计,2020年一共发生过72起新能源汽车起火事故,至少涉及25个品牌车企,38款不同车型,包括乘用车、客车,货车等多个不同用处车型。除了电池的自燃隐患外,电动汽车的智能化技术应用也存在诸多事故风险,例如“智能化”核心技术的自动驾驶系统失灵及辅助驾驶功能过度营销带来的安全隐患不容忽视。

2、氢燃料电池技术难度大,与锂电池互补为最佳发展方向

——氢燃料电池汽车市场尚处于起步阶段

氢燃料电池在动力锂电池存在的续航短、充能耗时长、安全隐患等问题上均具有显著优势,而且氢燃料电池的回收不会对环境造成污染,因此,被认为是未来交通动力低碳化的一大发展方向。然而,氢燃料电池的商业化应用面临着技术难度大、催化剂成本高昂等问题。

氢燃料电池汽车是氢能在交通领域落地的重要载体。从目前的销量情况来看,截至2021年底,全国氢燃料电池汽车累计销量仅有9246辆。可见,氢燃料电池汽车在中国市场刚刚起步,市场仍不成熟,处于幼稚期。据工信部于2021年初发布的《节能与新能源汽车技术路线图20》预计,2025年我国氢燃料电池汽车保有量将达到10万辆左右。

——中国加氢站建设慢,规模化应用困难

2016-2021年,中国加氢站数量逐步增长,但整体建设规模仍然较小。截至2022年3月底,中国加氢站有180座在运营、18座已建成,85座正在建设,148座规划建设。我国现有加氢站中多数投资规模超过1200万元,上海驿蓝金山加氢站甚至耗资高达5500万元。高昂的建设运营成本和较长的投资回报期是我国加氢站规模化发展的最大障碍,现阶段多数加氢站还处于亏损状态,存在终端用户用氢难、用氢贵的问题,终端需求增长乏力必然又反过来制约加氢站的建设与扩张。燃料电池被认为是未来理想的清洁能源之一,但其配套基础设施规模化建设困难,也是氢燃料电池在交通运输领域应用的一大障碍。

注:饼图数据为截至2022年3月底最新数据。

——氢燃料电池在专用运输领域具备优势

分析发现,无论是动力锂电池还是氢燃料电池都存在自身的比较优势和痛点,如何解决或规避痛点、充分发挥比较优势,成为新能源交通动力发展的关键。寻找各自最合适的应用场景便是优势利用最大化的重要途径,从销量结构来看,目前商用车是氢燃料电池汽车的推广重点。2021年,中国氢燃料电池汽车新增销量1894辆,商用车为绝对主力,其中客车1042辆、重卡777辆。

与燃油相比,氢燃料电池具有零碳排放、转化效率高等比较优势;与锂离子电池相比,氢燃料电池具有续航里程长、充能耗时短、安全隐患可控等比较优势。这些比较优势决定了氢燃料电池在长距离、连续工作时间长、载重大等应用场景的适用性较高。而针对加氢站建设成本高的问题,氢燃料电池发展可从应用场景清晰、行驶路线固定的专用车入手(例如物流车、环卫车等),利于加氢站的布置和建设。

——氢燃料电池在航空运输领域大有可为

民用航空碳排放规模占交通运输排放总量的10%左右,而且航空排放是在高海拔地区释放气体,对环境的影响是类似地源排放的2-4倍。可见,航空是交通动力降碳减排的重要抓手。

相较于锂离子电池而言,航空运输也是氢燃料电池的优势领域之一。氢能源的质量能量密度远超其他能源,且一个完整的氢燃料电池推进系统可以比同等质量的电池电力系统多储存3-5倍的能量。要想提高电池系统的能量供应,除了通过技术研发提高能量密度外,一般还可通过扩大电池体积的方式实现,然而,飞机对动力系统的质量和体积均存在较大限制,动力电池在航空领域应用困难,而氢燃料电池系统的能量密度具有显著优势,可作为锂电池的有利互补。

总体而言,未来氢燃料电池将在长距离运输、专用车领域及航空领域发展较快,与锂离子电池形成良性互补。

3、燃油份额将逐步减少,但在短时间内难以被完全取代

——“碳中和”目标下,燃油动力份额下降为必然趋势

“双碳”愿景下,国家陆续出台了一系列“降碳减排”相关目标规划,对新能源汽车在新增交通工具中的比例做出了明确的规划,未来燃油作为交通动力的份额必然呈现下降趋势。

——同款燃油车指导价普遍低于同款新能源车补贴价

但新能源汽车的普及还存在诸多障碍,高生产成本带来的高售价便是其中之一。目前来看,从低价低端到高价高端,无论是纯电动汽车还是混动汽车,其补贴后的价格普遍高于燃油版同款车型的指导价。以长安逸动以及逸动新能源为例,燃油版逸动的指导价为729-1039万元,而逸动新能源(纯电)的补贴后指导价为1299-1499万元,即使政府对新能源车有补贴,新能源版的售价也比燃油版高出57万元。

注:指导价查询时间为2022年3月。

——煤电主导的大环境下,电车的真实环保效益有限

相较于燃油车而言,电动汽车的一大竞争优势为“绿色环保”。虽然纯电动汽车在排放上的绝对优势毋庸置疑,但值得思考的是,电能生产过程中的排放不可视而不见。数据显示,2021年我国电力格局仍以火力发电为主要途径,其中煤电发电量占比在六成以上。在煤电主导的大环境下,电动汽车的部分排放被转移到了上游。

此外,电池的循环利用寿命较低,大量废旧电池处理过程中也会对环境造成再度污染。根据绿色和平发布的《2030年新能源汽车电池循环经济潜力研究报告》中数据显示,2021-2030年,中国退役的动力电池将超过700
GWh,虽可通过有效地梯次利用减少部分碳排放,但电池回收端带来的污染仍不可忽视。

可见,电动汽车的清洁环保更多的只是在使用阶段,从整个生命周期来看,电车的真实环保效益有限。

——传统汽车厂商仍然在内燃机技术研发上持续发力

与此同时,内燃机技术也在不断地朝着高效化、低碳化方向进步,发动机热效率提升是燃油车减少碳排放的主要路径。目前,全世界主流发动机的热效率在30%-38%的范围内,少数发动机的量产热效率突破了40%。比亚迪推出的骁云-插混专用15L高效发动机的热效率达到了4304%,超越丰田、本田、马自达成为当前全球热效率最高的量产汽油发动机。热效率提升助力燃油车节能减排,未来随着内燃机技术的进一步发展,燃油动力与新能源的环保效益差距有望缩小。相较而言发展更为成熟和稳定的内燃机技术,或许仍会更受商业应用的青睐。

综上所述,未来传统燃油车可能会逐渐减少,但基于燃油车的价格优势和不断进步的内燃机技术,真实环保效益存疑的锂电动力在短期内难以完全取代燃油动力。

4、未来或将形成燃油、锂电、氢燃料“三足鼎立”的格局

基于以上分析,前瞻碳中和战略研究院认为,燃油动力基于其长久以来积淀的稳定需求及部分性能的不可替代性,短时间内不会被新能源动力完全取代。锂离子电池和氢燃料电池在各自的比较优势领域发展,可形成良性互补。未来几十年,交通动力市场或将由燃油、锂离子电池、氢燃料电池“三足鼎立”。

以上数据参考前瞻产业研究院《中国动力锂电池行业市场需求预测与投资战略规划分析报告》。

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