中國新能源汽車技術(shù)戰(zhàn)略是什么
我國新能源汽車技術(shù)路線經(jīng)歷了四個(gè)發(fā)展階段，2003年-2005年：國家中長期科技發(fā)展規(guī)劃確立了節(jié)能與新能源汽車戰(zhàn)略(低能耗與新能源汽車);2009年-2012年：科技部與工信部發(fā)展規(guī)劃確立了“純電驅(qū)動”技術(shù)轉(zhuǎn)型戰(zhàn)略;2014年：發(fā)展新能源汽車受到中央領(lǐng)導(dǎo)核心的重視，習(xí)近平總書記親自確立了發(fā)展新能源汽車的汽車強(qiáng)國戰(zhàn)略，開啟了中國新能源汽車產(chǎn)業(yè)化新階段;2018年11月：全國政協(xié)召開“促進(jìn)新能源汽車產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展”雙周座談會，一些委員建議研究制定面向2035年新能源汽車發(fā)展戰(zhàn)略規(guī)劃，盡快明確分類別、分地區(qū)的禁售燃油車時(shí)間表，穩(wěn)定產(chǎn)業(yè)發(fā)展預(yù)期，開啟了新一輪戰(zhàn)略討論的序幕。
中國科學(xué)院院士、中國電動汽車百人會執(zhí)行副理事長歐陽明高以親歷者身份回顧和展望了中國新能源汽車技術(shù)路線的探索、實(shí)踐與創(chuàng)新過程，希望能夠?qū)π履茉雌囅乱徊桨l(fā)展戰(zhàn)略的制定提供參考。本文是從作者即將由科學(xué)出版社出版的專著《汽車動力系統(tǒng)學(xué)——電控發(fā)動機(jī)系統(tǒng)、動力電池系統(tǒng)、燃料電池系統(tǒng)、混合動力系統(tǒng)》第一章：節(jié)能與新能源動力系統(tǒng)概論部分內(nèi)容改寫而成。力圖用盡可能通俗的語言，厘清與發(fā)展戰(zhàn)略和技術(shù)路線相關(guān)的發(fā)展理念、技術(shù)概念、論證邏輯、演變脈絡(luò)等，以便相關(guān)討論能夠在相互理解的思維方式和話語體系中順利展開，促進(jìn)我國新能源汽車更好更快發(fā)展，早日實(shí)現(xiàn)汽車強(qiáng)國目標(biāo)。
1.中國新能源汽車技術(shù)戰(zhàn)略選擇研究
2001年，經(jīng)過部門領(lǐng)導(dǎo)、行業(yè)專家、公司代表的論證，基于對電動汽車在科技制高點(diǎn)的重要地位及中國汽車自主創(chuàng)新的共同認(rèn)識，科技部啟動了《電動汽車重大專項(xiàng)》戰(zhàn)略規(guī)劃研究，這是中國新能源汽車技術(shù)戰(zhàn)略的始點(diǎn)。
為了探索中國節(jié)能與新能源汽車技術(shù)路徑，筆者及其團(tuán)隊(duì)以車用能源系統(tǒng)為方向開展了長期基礎(chǔ)研究，先后完成了國家自然科學(xué)基金、科技部科技計(jì)劃項(xiàng)目(863、科技支撐、國際合作)，重點(diǎn)研究了汽車保有量與能源需求、燃料全生命周期能效與排放、車輛出行特征數(shù)據(jù)庫構(gòu)建與利用等研究任務(wù)。取得了“基于復(fù)雜多變宏觀條件和車輛存活規(guī)律的中長期汽車保有量與能源需求分析模型”、“基于全生命周期物質(zhì)流與能量流跟蹤的我國氫能流動圖譜”、“基于GPS的車輛出行特征與插電式混合動力汽車能耗評價(jià)”等成果。以基礎(chǔ)研究為支撐，參與了一系列國家戰(zhàn)略研究與科技規(guī)劃工作并代表中國參加了聯(lián)合國氣候變化專門委員會IPCC第5次評估報(bào)告交通領(lǐng)域分報(bào)告撰寫工作。
2003年，在《國家中長期科技規(guī)劃戰(zhàn)略研究》中筆者首次提出發(fā)展節(jié)能與新能源汽車的“過渡”和“轉(zhuǎn)型”并行互動的雙重戰(zhàn)略思路，如圖1所示，即優(yōu)化現(xiàn)有的車用能源動力系統(tǒng)，發(fā)展節(jié)能汽車;同時(shí)，開發(fā)新一代車用能源動力系統(tǒng)，發(fā)展新能源汽車，最終實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的汽車能源動力的目標(biāo)。2005年，該思路的具體建議被吸收在國家中長期科學(xué)與技術(shù)發(fā)展規(guī)劃的優(yōu)先主題-低能耗與新能源汽車和前沿技術(shù)-氫能與燃料電池中。
第一條技術(shù)路徑是液體燃料發(fā)展路線。發(fā)展先進(jìn)內(nèi)燃機(jī)技術(shù)，從而發(fā)展混合動力和可外接充電的混合動力;第二條技術(shù)路徑是氣體燃料發(fā)展路線。從天然氣內(nèi)燃機(jī)技術(shù)到燃料電池發(fā)動機(jī)，從燃?xì)饣旌蟿恿Πl(fā)展到氫能燃料電池汽車;第三條技術(shù)路線是電能源技術(shù)路線。發(fā)展電池/電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)，從而發(fā)展包括增程式在內(nèi)的融合可再生能源發(fā)電的純電動汽車。三條技術(shù)路線的能耗與排放比較(以家用中級轎車為例)見圖3，從中可以看出：從碳排放和能源消耗的角度看，純電動和燃料電池技術(shù)路線明顯優(yōu)于內(nèi)燃機(jī)和常規(guī)混合動力技術(shù)路線。而燃料電池和純電動技術(shù)路線的比較則取決于一次能源的來源。當(dāng)一次能源為天然氣時(shí)，燃料電池汽車效率高于純電動汽車，而當(dāng)一次能源為可再生能源時(shí)，純電動的效率顯著優(yōu)于燃料電池汽車。而且，燃料電池汽車和純電動汽車的碳排放也大大低于內(nèi)燃機(jī)汽車和常規(guī)混合動力汽車。只有基于可再生能源，才能實(shí)現(xiàn)近零碳排放。
以上三條技術(shù)路線中，純電動汽車動力系統(tǒng)相對是比較簡單的，混合動力系統(tǒng)更為復(fù)雜一些，燃料電池動力系統(tǒng)最為復(fù)雜。盡管其有很大差別，但這些動力系統(tǒng)具有共性核心技術(shù)，包括發(fā)動機(jī)、動力電池、電機(jī)驅(qū)動、和燃料電池發(fā)動機(jī)等，如圖4所示。因此，新能源汽車國家研發(fā)的核心目標(biāo)就是建立新能源動力系統(tǒng)共性核心技術(shù)平臺，為企業(yè)開發(fā)各類產(chǎn)品提供技術(shù)支撐。
上述思路是節(jié)能與新能源汽車研發(fā)的基礎(chǔ)共性原則。但是，如何形成中國新能源汽車產(chǎn)業(yè)競爭優(yōu)勢，還需要從中國國情和中國特色中探索中國新能源汽車獨(dú)特的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展道路。
筆者針對中國交通構(gòu)成情況開展了深入的研究，提出了中國交通體系的“點(diǎn)—線—面”模型。所謂“點(diǎn)”代表北京、上海等一線大城市，所謂“線”代表這些一線大城市之間相距200-300公里以上的線路，如京滬高速等，所謂“面”就是廣大的三四線城市、城鎮(zhèn)和中小農(nóng)村。在“點(diǎn)”上，中國的新能源城市公交車在全球遙遙領(lǐng)先，到2017年底保有量已經(jīng)達(dá)到26萬輛，當(dāng)年市場份額超過70%，全球占比超過90%，交通部規(guī)劃目標(biāo)是2020年公交車將基本實(shí)現(xiàn)電動化;在“線”上，我國高鐵的覆蓋里程和應(yīng)用數(shù)量居世界第一位，截至2017年底，我國高速鐵路運(yùn)營設(shè)計(jì)速度最高為350-380公里/小時(shí)，運(yùn)營里程達(dá)2.5萬公里，約為世界高速鐵路運(yùn)營總里程的2/3，2020年還將繼續(xù)增建2.3萬公里;在“面”上，中國的電動自行車和電動摩托車(包括兩輪車、三輪車)等小型個(gè)人電動交通工具的保有量居全球首位，截至2017年底，中國輕型電動車(電動兩輪、電動三輪)保有量已經(jīng)超過2.5億輛，占全球90%以上。以上分析表明中國已經(jīng)形成電氣化交通的總體特色和優(yōu)勢。中國新能源汽車尤其是新能源乘用車的發(fā)展應(yīng)當(dāng)與中國電氣化交通體系相適應(yīng)。以此為基礎(chǔ)，發(fā)展形成中國新能源汽車的總體競爭優(yōu)勢。
在上述理念指導(dǎo)下，筆者提出了一系列戰(zhàn)略建議。2009年3月，筆者在全國“兩會”政協(xié)聯(lián)組會上向胡錦濤總書記匯報(bào)了新能源汽車的發(fā)展情況，胡錦濤總書記明確指出：新能源汽車代表了汽車工業(yè)的發(fā)展方向。筆者隨后在政協(xié)全體大會上發(fā)言：“抓住新能源汽車戰(zhàn)略機(jī)遇，促進(jìn)我國交通能源轉(zhuǎn)型與汽車產(chǎn)業(yè)振興”，并提出三點(diǎn)建議：以鋰動力電池為重點(diǎn)，掌握自主核心技術(shù);以小型純電動轎車為重點(diǎn)，推進(jìn)自主品牌新能源汽車大規(guī)模商業(yè)化;以電動汽車標(biāo)準(zhǔn)法規(guī)為重點(diǎn)，建立自主產(chǎn)業(yè)政策體系。2009年8月，在《北戴河電動汽車戰(zhàn)略研討會》上，筆者代表國家863《節(jié)能與新能源汽車》重大項(xiàng)目總體專家組向中央領(lǐng)導(dǎo)匯報(bào)了我國純電動汽車發(fā)展的若干關(guān)鍵問題。認(rèn)為在國際汽車業(yè)“轉(zhuǎn)移”與“轉(zhuǎn)型”的大背景下，電動汽車將成為中國汽車產(chǎn)業(yè)從大國向強(qiáng)國轉(zhuǎn)型的最佳選擇;在中國特色以煤為主的能源結(jié)構(gòu)下，汽車動力系統(tǒng)電動化將是煤基能源交通應(yīng)用的最佳方式;在能源可持續(xù)發(fā)展的前景下，汽車電動化將是新能源、可再生能源的最佳組合。并提出三點(diǎn)建議：在技術(shù)方面，動力電池的技術(shù)突破仍然需要國家給與科技專項(xiàng)支持，組織全行業(yè)產(chǎn)學(xué)研資源進(jìn)行技術(shù)攻關(guān);在產(chǎn)業(yè)方面：電動汽車仍然處于產(chǎn)業(yè)化的初期階段，需要政府給予科技和產(chǎn)業(yè)專項(xiàng)支持;在政策方面：需要國家對汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，尤其是純電動汽車領(lǐng)域有可能實(shí)現(xiàn)的超越，在產(chǎn)業(yè)政策規(guī)劃上給與支持。2009年9月筆者在國務(wù)院戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)專家座談會發(fā)言中又建議：電動汽車可以按照動力電氣化水平分為兩大類：一類是電氣化程度較低，由內(nèi)燃機(jī)提供絕大部分驅(qū)動功率的常規(guī)混合動力;另一類是動力電池容量較大、具有純電驅(qū)動功能的電動汽車，例如插電式電動汽車、純電動汽車、增程式電動汽車以及電-電混合燃料電池汽車等。從培育新興戰(zhàn)略產(chǎn)業(yè)的角度看，這類電氣化程度比較高的電動汽車是新能源汽車的發(fā)展方向和重中之重。要在堅(jiān)持節(jié)能與新能源汽車“過渡與轉(zhuǎn)型”并行互動、共同發(fā)展的總體原則指導(dǎo)下，進(jìn)一步確立汽車動力電氣化技術(shù)轉(zhuǎn)型戰(zhàn)略，重點(diǎn)發(fā)展電氣化程度高的電動汽車。建議在5-10年內(nèi)實(shí)施“兩頭擠”的市場推進(jìn)戰(zhàn)略，即在城市公共交通用車和私人小型乘用車上優(yōu)先發(fā)展電動汽車，啟動大規(guī)模市場。然后滾動發(fā)展，逐步擠占中高檔乘用車這一市場空間。
2010年-2012年，國家863《節(jié)能與新能源汽車》總體專家組承擔(dān)了科技部“十二五”電動汽車科技發(fā)展規(guī)劃任務(wù)，進(jìn)一步研究了“純電驅(qū)動”技術(shù)轉(zhuǎn)型戰(zhàn)略的具體思路和實(shí)施方案。2012年3月，科技部正式發(fā)布《電動汽車科技發(fā)展規(guī)劃》，明確提出：從培育戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)的角度看，發(fā)展電氣化程度比較高的“純電驅(qū)動”電動汽車是新能源汽車的發(fā)展方向和重中之重(“純電驅(qū)動”電動汽車包括：純電動汽車、插電式混合動力汽車、增程式電動汽車以及電-電混合燃料電池電動汽車)。電動汽車科技發(fā)展“十二五”專項(xiàng)規(guī)劃目標(biāo)定位是：全面推行“純電驅(qū)動”技術(shù)轉(zhuǎn)型戰(zhàn)略，通過科技創(chuàng)新支撐汽車產(chǎn)業(yè)新型動力系統(tǒng)自主開發(fā)。隨后工信部發(fā)布《節(jié)能與新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃2012-2020》，再次重申實(shí)施“純電驅(qū)動”技術(shù)轉(zhuǎn)型戰(zhàn)略。從近年來戰(zhàn)略實(shí)施的實(shí)踐看，所謂“純電驅(qū)動”技術(shù)轉(zhuǎn)型戰(zhàn)略就是在常規(guī)的混合動力和純電驅(qū)動動力系統(tǒng)之間選擇后者作為發(fā)展新能源汽車產(chǎn)業(yè)化率先推進(jìn)的戰(zhàn)略突破口，率先實(shí)現(xiàn)純電驅(qū)動汽車，尤其是純電動和插電式混合動力汽車大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化，帶動動力電池等核心技術(shù)發(fā)展，形成具有技術(shù)競爭力的動力電池產(chǎn)業(yè)，并以純電動力系統(tǒng)為基礎(chǔ)平臺，帶動燃料電池汽車和混合動力汽車的全面發(fā)展，形成我國節(jié)能與新能源汽車的總體競爭優(yōu)勢。
2014年，在技術(shù)選擇的基礎(chǔ)上，新能源汽車發(fā)展戰(zhàn)略正式上升為國家戰(zhàn)略的政治選擇。這一年，習(xí)近平總書記發(fā)出號召：“發(fā)展新能源汽車是我國從汽車大國邁向汽車強(qiáng)國的必由之路”。這不僅正式確立了發(fā)展新能源汽車的國家戰(zhàn)略，而且把發(fā)展新能源汽車上升為汽車強(qiáng)國戰(zhàn)略。在此基礎(chǔ)上，中央各部委響應(yīng)習(xí)近平總書記號召發(fā)布了一系列對新能源汽車的鼓勵(lì)政策，開啟了實(shí)施新能源汽車強(qiáng)國戰(zhàn)略，推進(jìn)新能源汽車產(chǎn)業(yè)化的新階段。
2.中國新能源汽車戰(zhàn)略實(shí)施與國家研發(fā)歷程
“十五”是我國新能源汽車打基礎(chǔ)的階段?！笆濉薄峨妱悠嚒分卮罂萍紝ｍ?xiàng)確立了“三縱三橫”矩陣式技術(shù)研發(fā)體系(“三縱”：燃料電池汽車、混合動力汽車、純電動汽車;“三橫”：電池、電機(jī)和電控)。
“十一五”是我國新能源汽車從打基礎(chǔ)到示范考核的階段，開展了863《節(jié)能與新能源汽車》重大項(xiàng)目，如圖6所示。在2008年北京奧運(yùn)會期間，參與重大項(xiàng)目的各個(gè)單位在科技部統(tǒng)一領(lǐng)導(dǎo)、總體專家組技術(shù)協(xié)調(diào)下，成功進(jìn)行了北京奧運(yùn)新能源汽車科技示范工程，共有500輛各類電動汽車(純電動、混合動力、燃料電池)投入示范運(yùn)行。在此基礎(chǔ)上，“十一五”863《節(jié)能與新能源汽車》重大項(xiàng)目總體專家組又提出了“十城千輛”示范工程的初步建議，并經(jīng)過科技部等五部委領(lǐng)導(dǎo)決策，于2009年正式啟動了“十城千輛”示范工程。
“十二五”是新能源汽車從示范考核進(jìn)入產(chǎn)業(yè)化的關(guān)鍵階段。開展了“十二五”《電動汽車》重大專項(xiàng)。在研發(fā)布局上，以「三縱三橫」為基礎(chǔ)，進(jìn)一步強(qiáng)化純電驅(qū)動技術(shù)轉(zhuǎn)型?！溉v」方面，純電動汽車、插電式混合動力汽車作為純電驅(qū)動汽車的基本類型歸為一個(gè)大類;燃料電池汽車作為純電驅(qū)動汽車的特殊類型繼續(xù)獨(dú)立作為一「縱」;混合動力汽車則主要為常規(guī)混合動力汽車。在「三橫」方面，電池包括動力電池和燃料電池;電機(jī)包括電機(jī)系統(tǒng)及其與發(fā)動機(jī)、變速箱總成一體化技術(shù)等;電控包括電轉(zhuǎn)向、電空調(diào)、電制動等在內(nèi)的電動汽車電附件與電子控制系統(tǒng)技術(shù)。同時(shí)，為了適應(yīng)從科技研發(fā)向產(chǎn)業(yè)化轉(zhuǎn)型的需求，增加了標(biāo)準(zhǔn)檢測、能源供給、集成示范等三大支撐平臺的開發(fā)，從而形成了以「三橫三縱三大平臺」為戰(zhàn)略重點(diǎn)的研發(fā)布局(圖7)。在組織實(shí)施上，根據(jù)「三縱」(混合動力、純電驅(qū)動、燃料電池)技術(shù)發(fā)展的不同階段，分別以「產(chǎn)業(yè)鏈」、「價(jià)值鏈」、「技術(shù)鏈」為紐帶，建立「三縱三鏈」技術(shù)創(chuàng)新聯(lián)盟開展研發(fā)活動。
“十三五”國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃《新能源汽車》重點(diǎn)專項(xiàng)是在新能源汽車進(jìn)入產(chǎn)業(yè)化后，實(shí)施新能源汽車技術(shù)升級戰(zhàn)略的重大科技行動計(jì)劃。面對全球汽車智能化新趨勢，“十三五”國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃新能源汽車重點(diǎn)專項(xiàng)進(jìn)一步將攻關(guān)目標(biāo)升級為建立新能源智能化電動汽車技術(shù)平臺。技術(shù)上強(qiáng)調(diào)動力深度電氣化、車身底盤輕量化、整車智能網(wǎng)聯(lián)化。其中，三“電”核心技術(shù)的內(nèi)涵進(jìn)一步豐富，“電池”更加強(qiáng)調(diào)電池系統(tǒng)、“電機(jī)”更加強(qiáng)調(diào)電力電子、“電控”則更新為電動汽車智能化技術(shù)。同時(shí)，按照全創(chuàng)新鏈設(shè)計(jì)原則將新能源汽車重點(diǎn)專項(xiàng)的總體布局劃分為基礎(chǔ)科學(xué)問題、共性核心技術(shù)、動力系統(tǒng)技術(shù)、集成開發(fā)與示范等4個(gè)層次。每層有3個(gè)模塊：三大基礎(chǔ)科學(xué)問題;「三橫」共性核心技術(shù);「三縱」動力系統(tǒng)技術(shù);面向集成開發(fā)與示范的三大支撐平臺(圖8)。將上述12個(gè)模塊通過串并聯(lián)組合形成從基礎(chǔ)研究、重大共性關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)到應(yīng)用示范的全鏈條貫穿的6個(gè)創(chuàng)新鏈條(動力電池與電池管理、電機(jī)驅(qū)動與電力電子、電動汽車智能化技術(shù)、燃料電池動力系統(tǒng)、插電/增程式混合動力系統(tǒng)和純電動力系統(tǒng))，共部署39個(gè)重點(diǎn)任務(wù)。
在國家科技研發(fā)計(jì)劃的帶動下，中國新能源汽車研發(fā)與示范考核全面展開，形成了中國汽車工業(yè)歷史上規(guī)?？涨暗募夹g(shù)創(chuàng)新運(yùn)動。
3.中國新能源汽車技術(shù)戰(zhàn)略實(shí)施效果
經(jīng)過幾個(gè)五年計(jì)劃的研發(fā)，中國新能源汽車技術(shù)取得重大突破。核心技術(shù)方面，以鋰離子電池為例，從2011年到2017年，7年間鋰離子電池比能量提升了近1倍，規(guī)模裝車應(yīng)用的動力電池系統(tǒng)比能量接近160瓦時(shí)/公斤，單體比能量接近250瓦時(shí)/公斤;價(jià)格下降了1倍多，三元鋰離子電池單體價(jià)格達(dá)到1.2元/瓦時(shí)，磷酸鐵鋰單體價(jià)格達(dá)到0.7元/瓦時(shí)(接近與燃油車性價(jià)比競爭的平衡點(diǎn));建成全球產(chǎn)業(yè)鏈最全、規(guī)模最大的動力電池產(chǎn)業(yè)，動力電池總體水平穩(wěn)居世界前三位。系統(tǒng)集成技術(shù)方面，普通純電動乘用車平均續(xù)駛里程，從剛開始的150公里普遍提升到300公里以上，以比亞迪全新一代唐、上汽榮威MARVELX等車型為代表的國產(chǎn)新能源汽車技術(shù)和品質(zhì)全面逼近國際頂級車型;純電驅(qū)動商用車總體技術(shù)水平在全球處于領(lǐng)先地位，產(chǎn)品規(guī)模出口。我國燃料電池汽車尤其是燃料電池商用車技術(shù)也取得重大進(jìn)展，在燃料電池與動力電池混合動力系統(tǒng)集成技術(shù)等方面創(chuàng)造了中國技術(shù)特色與優(yōu)勢。燃料電池汽車也正式開始商業(yè)化，2017年底燃料電池汽車保有量超過1千輛，加氫站12座。
2011年到2017年間，中國新能源汽車的年產(chǎn)量從不足5千輛發(fā)展到80萬輛，保有量從1萬輛提升到180萬輛，均占全球的50%以上，處于領(lǐng)先地位，如圖9所示。2018年產(chǎn)量超過了100萬輛。這是中國首次在全球率先成功大規(guī)模導(dǎo)入高科技民用大宗消費(fèi)品。2017年國際著名咨詢公司羅蘭貝格發(fā)布第三方評價(jià)：從市場、行業(yè)、技術(shù)三個(gè)方面來看，中國新能源汽車總體發(fā)展指數(shù)排名全球第一。2018年，習(xí)近平總書記在兩院院士大會上指出：在著力引領(lǐng)產(chǎn)業(yè)向中高端邁進(jìn)方面，新能源汽車與第三代核電“華龍一號”、掘進(jìn)裝備等躋身世界前列。
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