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近年来,随着中国新能源(600617)汽车的快速崛起,汽车电动化势不可挡,几乎成了汽车绿色低碳之路的全部。人们言必称电动,而忽视汽车其他绿色低碳发展路径。一直以来,丰田以氢燃料、插电混动、油电混动、纯电等多条技术路线为抓手,做了大量工作。尤其在混动技术上,广汽丰田下足力气,“双擎混动”开始崛起。

天津大学内燃机燃烧学国家重点实验室姚春德教授向新京报贝壳财经记者表示:“今年以来电动车混动车和插电混全面发力,形成了势不可挡的发展趋势。使人误以为传统的内燃机可能要退出动力市场。其实这里存在较大的误解。一是电动车目前还不是完全市场化产品,还在国家和地方多方面政策保护之下。除了补贴之外,路权、牌照费、购置税,还有双积分和低价电费,这些都构成了非市场竞争的条件。如果完全市场化,电动车的安全性、充换电、行驶里程、冬季电池性能下降以及二手车残值等因素,都将是极大的挑战。”

文章通过分析不同的技术路径,采访有关专家学者,发现中国汽车低碳化发展不仅仅是纯电动和插电式混动等,还应该有更宽广的视角、更丰富的内容。在对“双擎混动”的浅析中,文章发现虽然不像纯电动那样能够实现行驶的零排放,但是如果拉长产业链条,从车周期、燃料周期,乃至全社会整体投入和排放来看,“双擎混动”却是一条经济、高效、节约、低碳的发展之路。况且,在目前的发展阶段,绿电还无法普及,电池生产还在排放温室气体,在气候严寒和山区地形等自然条件的限制下技术发展还有待时间。因此,必须走一条“继往开来”的现实路径。这正好是广汽丰田“双擎混动”的“用武之地”,有必要挖掘潜力,提升服务能力,为当下经济社会的高质量发展作出更大贡献。

广汽丰田在COP27的中国角边会上展示广丰车主碳账户案例。受访企业供图

一、新能源汽车发展迅速但无法撼动燃油车的地位

当前,我国汽车年销售超2500万辆,新车销售在全球占比超过30%,已成为全球最活跃的汽车市场。

据中汽协发布的数据,2021年中国汽车全年累计销量2627.5万辆,其中销售新能源汽车352.1万辆。①

据公安部统计,截至2022年6月底,全国机动车保有量达4.06亿辆,其中汽车3.10亿辆,新能源汽车1001万辆。②

中汽协数据显示,今年1至10月,国内新能源汽车累计销售528万辆。“今年前10个月我国新能源车渗透率达到了24%,已超过‘到2025年市场渗透率达到20%’的规划目标。”中国汽车工业协会副秘书长师建华表示,今年我国新能源汽车累计销量有望突破650万辆。③

虽然新能源汽车在中国的发展势头强劲,但就目前而言依旧无法撼动燃油车的地位,年销售量也仅仅是燃油车的大约四分之一。

是什么原因导致这样的结果?

就新能源汽车的快速增长而言,一方面,首先得益于国家政策的支持,购车补贴,购置税减免使得以纯电动为主的新能源汽车拥有较低的购车成本;另一方面,使用过程中的充电成本很低,对于大多数城市用户而言,是比较经济实用的;此外,绿色低碳环保意识在增强,对于普通消费者而言,能看见的只有车的使用周期,而在这个周期电动汽车具有绝对优势。

就燃油车的地位而言,首先,燃油车有今天的地位是世界汽车工业100多年发展的结果,由燃料燃烧产生动能,驱动活塞往复运动,从而输出动力,只不过到今天,发动机技术已经“登峰造极”;其次,新能源汽车也是近10年才逐渐兴起的,虽然发展迅速,但是技术的日趋成熟也是近些年的事,一下子就替代燃油车并不容易;最后,从中国大部分农村地区、山区、严寒地区来看,充电设施的配套、电驱动的爬坡能力、电池的耐寒能力还有待技术提升,因此其适应性与现实需求还有差距。

因此,以纯电动为主的新能源路径并无法完全满足全国不同区域,不同地理环境的发展需求,需要开辟多条绿色低碳发展路径。

2021年广汽丰田“双擎混动”销量翻倍。新京报贝壳财经制图

二、广汽丰田“双擎混动”成较现实的汽车低碳化发展路径之一

近十年来,随着电动化新能源汽车的发展,全社会对汽车电动化的绿色低碳路径坚信不疑。认为只要不冒烟(排放尾气),就一定是绿色低碳的,因此形成了一种定势思维,把汽车的绿色低碳与纯电动简单画等号。

2020年10月,由工业和信息化部装备工业一司指导,中国汽车工程学会牵头组织编制的《节能与新能源汽车技术路线图2.0》(以下简称“路线图2.0”)正式发布。

进一步研究确认了全球汽车技术“低碳化、信息化、智能化”发展方向,客观评估了技术路线图1.0发布以来的技术进展和短板弱项,针对新需求,提出面向2035年我国汽车产业发展碳达峰、电动化、智能化、核心技术产业链、智慧出行、技术创新等六大目标。

科学规划了“1+9”的技术路线图,即总体技术路线图和节能汽车、纯电动和插电式混合动力汽车、氢燃料电池汽车、智能网联汽车、汽车智能制造与关键装备、汽车动力电池、新能源汽车电驱动总成系统、充电基础设施、汽车轻量化9个细分领域技术路线图。④

国家新能源汽车创新工程项目专家组原组长王秉刚认为,用“全面电驱动计划”代替“禁燃时间表”更符合中国国情。王秉刚表示,全面电驱动化不仅将高度融合节能汽车与新能源汽车的产业链,还能消除传统汽车与新能源汽车的技术体系界限,有望构筑中国汽车产业新的整体技术架构与产业链布局。

业内分析人士指出,新版节能与新能源汽车技术路线图是对我国汽车电动化路线的合理修正,在汽车绿色低碳化的进程中,混合动力汽车的重要性显著提升。⑤

事实上,汽车绿色低碳发展是愿景和方向,而它的实现路径可以有很多条,包括纯电动、插电式混动、氢燃料电池都可以实现车辆在使用过程中的绿色低碳运行。近年来,随着甲醇技术的成熟,醇电混动汽车也开始出现。越来越多的专家学者认识到,不能狭隘地认为纯电动就是汽车绿色低碳发展的全部,而就现阶段而言传统燃料汽车的节能化发展也同样十分重要。

路线图2.0出台后,短短两年时间,已经形成良好的推动作用。一方面,让有燃油车需求但对此持怀疑态度的消费者吃了一颗定心丸,使其认识到只要燃油车能够有效节能低碳,也同样是被国家鼓励的;另一方面,让车企有了政策的指引,知道自己对传统发动机效能提高的投入是被认可和鼓励的。

也正是在这样的背景下,广汽丰田“双擎混动”再次进入大众视野。2020年,广汽丰田TNGA全新架构受到市场的认可。虽然彼时丰田混动已经有了23年的技术迭代,并且根植中国大地,经过了10年的专项发力,但还是成为那一年的黑马。就机构测算,第八代凯美瑞搭载2.5升混合动力发动机,实现了“全速域真混动”,可续航里程可达1000公里以上。⑥

因此,以节能降耗为目标的,以广汽丰田为代表的“双擎混动”应该成为一条汽车绿色低碳发展的路径被严肃对待。

三、“双擎混动”的绿色低碳实践

国际能源署(IEA)发布的《全球能源回顾:2021年二氧化碳排放》报告指出,2021年,全球能源领域二氧化碳排放量达到363亿吨,同比上涨6%,创下历史最高纪录,2021年飙涨的天然气价让燃煤发电强势复苏,成为能源领域碳排放量“强劲反弹”的主要原因。

2021年我国排放二氧化碳大约105亿吨。其中,地面交通排放量占7%。中汽数据有限公司出版的《面向碳中和的汽车行业低碳发展战略与转型路径(CALCP 2022)》指出,2021年我国乘用车车队全生命周期碳排放达 7亿吨CO2e(二氧化碳当量),其中燃料周期占比达 74%,商用车车队全生命周期碳排放达5亿吨CO2e,其中燃料周期占比达81%。

乘用车与商用车2021年累计二氧化碳排放量之所以达到12亿吨CO2e是因为车周期将车辆的生产制造、运输调配、保费回收的全过程包含在内,而燃油周期则包含燃油的生产、运输、使用的全过程。

国务院发展研究中心资源与环境政策研究所副所长常纪文研究员在接受新京报贝壳财经记者采访时表示:“汽车产业的绿色、循环、低碳发展不宜脱离现实,需遵循先立后破、循序发展的原则,其发展方向和发展规模需根据能源体系的阶段性发展和机动车发展技术的阶段性创新情况来不断优化和调整,而且要结合动力或者燃料周期和汽车周期算汽车的全生命周期综合账和整体账。”

自从我国汽车产业碳排放将于2028年先于国家碳减排承诺提前达峰的目标确定后,如何实现汽车的绿色低碳发展就备受关注。

就“双擎混动”而言,从以下三个维度来看,都足以成为汽车绿色低碳发展的重要路径。

“双擎混动”在不同行驶状态下的驱动组合。受访企业供图

1.“双擎混动”汽车全生命周期碳排放

据新京报贝壳财经联合中汽数据公司发布的专题报告显示,从2021年乘用车全生命周期(以15万公里来计算)CO2e的排放来看,1辆纯电动乘用车为22.4吨,1辆汽油乘用车为39.7吨,而1辆普通混动乘用车为33.1吨,略高于1辆插电式混动乘用车的32吨。纯电动乘用车相较于汽油乘用车,可以实现减排约43.6%,而普通混动乘用车相较于汽油乘用车,可以实现减排约16.7%。⑦

由此可见,每辆纯电动乘用车比普通汽油乘用车可以减少17.3吨CO2e,而每辆普通混动乘用车这个数据为6.6CO2e,那么3辆普通混动乘用车则可以比燃油车减少19.8CO2e。

丰田于1997年就推出了世界上第一款量产油电混动汽车(HEV)普锐斯。截至之前的数据,丰田的HEV的累计销量已达约2000万辆。如果前所分析,3辆HEV的CO2e排放量减排效果就优于1辆纯电动汽车,那么相当于丰田减少了相当甚至多于660万辆纯电动汽车的CO2e排放量。⑧另外,因为对电池驱动里程要求的不同,会使得“双擎混动”极大地节约了电池的配置,从而降低了电池源头的污染与消耗,也避免了废旧电池处理的消耗,从而降低碳排放。

西安交通大学能源与动力工程学院、动力工程多相流国家重点实验室黄佐华教授在接受新京报贝壳财经记者采访时表示,“对传统油气汽车――包括汽油、柴油和天然气――而言,它热效率提高以后,碳排放就会降低,这也是对燃油汽车碳减排发挥作用。”

值得注意的是,在人们的观念中,纯电动汽车因为用电驱动而没有任何碳排放,是零碳产品。事实上,这是一种错觉。电本身就意味着排放,在我国煤电的比例超过六成。纯电动乘用车,车辆使用阶段碳排放量占全生命周期的61.6%,汽油乘用车使用阶段碳排放量占整车生命周期的83.9%,而普通混动乘用车使用阶段碳排放量占整车生命周期的79.1%。在材料使用和整车生产上,纯电动乘用车、汽油乘用车和普通混动乘用车,占各自生命周期碳排放量分别为35.9%和2.5%、14.7%和1.4%、19.2%和1.7%。因此,纯电动乘用车在生产过程中的碳排放量比重较高,这也意味着同等级别的车辆,生产中碳排放量更高。具体到碳排放上,生产一辆纯电动乘用车的碳排放量达到8.59吨CO2e,而普通混动乘用车的碳排放量仅仅为6.9吨CO2e。

综上所述,尽管广汽丰田“双擎混动”汽车在使用中无法取得纯电动汽车所达到的低碳功效,但是从其投放量上来看,依旧取得了应有的绿色低碳效果。如果考虑其在不同地区的普及率及适用性,计入生产因素,从整体来看,具有突出的绿色低碳价值,其贡献值得肯定。

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混动乘用车全生命周期碳排放。新京报贝壳财经制图

2.“双擎混动”发动机功效的极致提升

丰田“双擎混动”是一套具备发动机和电动机两大动力源(600405)的混合动力系统。在丰田的混合动力系统中,电动机不是辅助装置,它可以单独用来启动和对车辆进行加速,因此,丰田的混合动力系统被称为“双擎”。⑨

混合动力系统是综合了不同的动力单元,以最大限度地发挥各自的长处,弥补其他方面的短处的新一代动力系统。一个典型的油电混合动力系统,能将发动机高转速下的高效率与电动机(无需外接电源)低转速下的大扭矩以最有效的方式结合起来,在保持低油耗的同时实现出色的行驶性能。⑩

广汽丰田TNGA的全称是Toyota New Global Architecture(丰田新全球架构),致力于为消费者提供更具有未来感设计的车辆以及更加优越的驾控体验,提高车辆的各项性能与更加智能化的安全配置。这项技术使得车辆动力性能提升大约10%;传统的燃油车节省20%的油,混合动力车也可以节省15%的油;发动机热效率高达41%。

对于一台燃油发动机而言,要想绿色低碳,就必须高效,而发动机的热效率就是发动机有效功率的热量与单位时间所消耗燃料的含热量比值。同等排量的发动机热效率高的自然能源转换成动能的效能就更高,其碳排放量就会更低。

目前,多个产商的汽车发动机,热效率都在提升中,但是能够突破40%并不容易。如果把发动机的热效率优势和“双擎混动”优势结合起来,丰田的“双擎混动”则成为同类汽车中的佼佼者。当前,广汽丰田已经在凯美瑞、赛那、汉兰达等7款车系产品上使用这项技术。

作为一辆中型乘用车,按工信部公布的数据,凯美瑞的百公里油耗已经降到5.3升,这在同级别车中都是不小的成绩。

姚春德表示,“这类车电池用量不大,安全性显著提高。结合车上汽油内燃动力大量采用新技术和新结构以及新材料,耗油量大幅度减少。如此,碳排放自然就会减少。”

“双擎混动”发动机和电动机智能协同。新京报贝壳财经制图

3.广汽丰田的“双擎混动”低碳实践

值得高度关注的是,汽车是现代工业的集中载体,是全社会配套体系最为复杂的,汽车产业所带来的碳排放问题,并不局限在产业本身,而是传导到一系列的社会场景。

经过几十年的发展,中国已经建成完备的燃油汽车配套服务体系,加油站布局完备。如果再在全国大范围,尤其在偏远地区建设充电站,或者氢燃料加注站,则需要土地资源的投入和建设成本的投资,不是能够一下子完成的,而这个过程中又面临新的碳排放。

回到汽车本身,绿色低碳化发展,需要从多个维度进行努力。《面向碳中和的汽车行业低碳发展战略与转型路径(CALCP 2022)》指出,需要从电力低碳化转型、车辆电动化转型、燃料脱碳化转型、材料低碳化转型、生产数字化转型、交通智慧化转型、出行共享化转型、资源循环化转型、捕集利用和封存、产品生态化转型等十个方面推进。因此,汽车的绿色低碳发展,涉及生产材料的低碳化、车辆运行(燃料)的低碳化、废旧回收的低碳化,需要一套组合拳,大力推动供应链的低碳化发展,创建绿色工厂,进而生产出真正低碳的产品。

在“广汽丰田环境中期规划(2021-2025)”中,明确了到2025年,新车平均二氧化碳排放较2010年降低48%以上,工厂二氧化碳排放总量较2012年降低13%。为此,该公司在绿色生产方面持续发力,通过技术改善,风险排查等多种方式构筑绿色工厂。到目前,广汽丰田“双擎混动”车型在国内累计总销量已突破72万台。

广汽丰田已经销售72万辆“双擎混动”。新京报贝壳财经制图

据广汽丰田有关方面的资料:为更好地推动绿色出行,广汽丰田在产品研发领域不断降低二氧化碳排放,挑战2050实现新车二氧化碳零排放。现在已布局混动(HEV)、插电式混动(PHEV)和纯电动(EV)的节能环保产品矩阵,未来将会生产出更具有高动力、高能耗、低排放、低噪音的混合动力和纯电绿色产品。2020年,广汽丰田面向供应商首次开展二氧化碳排放调查,以把握供应商的二氧化碳产生量,并商讨供应商二氧化碳减低目标。同时,修订了环境奖项评价细则,将二氧化碳减排在表彰评价中的比重由30%提升至50%,以此激励供应商进一步减排CO2。还面向全体供应商发送《中国绿色采购指南》,并收集供应商的环境管理改善事例作为年度环境管理优秀供应商评选的重要依据,以此促进供应商节能减排。

从2004年在广州设厂,广汽丰田已经深耕中国18年。广汽丰田有关方面表示:在这机遇与挑战并存的18年里,广汽丰田经历着全球汽车产业的深刻蜕变、直面“双碳”目标之下的改革浪潮,始终秉持“为用户制造更好的汽车”,以全擎布局赋能低碳出行,同时加快推动行业新趋势与自身安全可靠的传统核心能力相结合。

广汽丰田“双擎混动”的油耗已经很低。新京报贝壳财经制图

四、油电同行,相互促进

综上,我们可以看到,在纯电的裹挟中,以广汽丰田为代表的“双擎混动”等汽车绿色低碳化发展路径的价值还无法让普通消费者看得更清楚。专家分析,抛开普及性、技术问题,单从产品而言,纯电是没有问题的,而问题在于电的“颜色”。

黄佐华表示,“电动化肯定是将来的一个趋势,现在关键是电从哪来。如果电主要从煤炭来,那在其生产端照样产生大量的二氧化碳;如果电从清洁能源来,比如从风能、太阳能(000591)、水能,那再用到电动汽车上,碳排放就非常少了。但是,我们国家现在煤炭发电量占六成以上,所以如果我们清洁能源的发电量上不去的话,那么我们电动车用得越多,二氧化碳排放可能就越高。”

姚春德表达了类似的担忧:“纯电动汽车目前使用的主要是煤炭发出的火电,碳排放也是高的。今后可再生电力和核电进一步发展可能会使纯电动汽车碳排放减少,是否能得到用户的完全认可还要看电池的性能改善程度,尤其是安全性和对季节的适应性。”

此外,来自电池的污染也引起忧虑。

黄佐华表示,电池生产中的污染处理,以及电池固体废弃物的污染处理,可能比传统燃油的气体污染物处理更难,现在电动车辆少,服役期短,不存在这个问题,将来废旧电池的处理的话是个问题――因为它是化学品。

也正是基于对纯电动汽车优缺点的科学认识,以“双擎混动”为代表的燃油且节能化发展的技术路线,就成了汽车绿色低碳发展不可或缺的一条路径。两者相互映衬,相互促进,成了今天经济社会高质量发展中的关键推动力量。

姚春德进一步表示,“碳达峰和碳中和目标的实现其实和车辆关系不十分关联。目前,汽油消耗已经基本达峰。数据表明虽然乘用车车辆保有量增加,但是汽油耗量不增反降。柴油车和工程机械农用机械以及船舶的油耗也基本没有增加。所以,减碳和碳中和对车辆来说任务不重。如果把钢铁建材发电的碳排放大头抓住,那就是执住牛耳。当然节能减排是永远的任务。内燃机行业减碳降耗也一直在路上。因此,多元化动力和多元化燃料一定是未来的方向。任何厚此薄彼的观点都是不合适的。”

黄佐华则认为,“混合动力有混合动力的优点,因为混合动力它是发动机和电机是同时在工作的,发动机热效率比较高的时候,是在它高转速高负荷的时候;发动机热效率比较低的时候是低转速低负荷的时候,而这时刚好用电动机驱动。所以两者组合起来以后,还是比较省油的,优势互补。另一方面,混动汽车不需要充电,这样的话它跑到高速公路上找不到加油站的话,可以靠电驱,没有任何加不到油的烦恼。纯电动车冲不到电的话,就会增加驾驶员的焦虑感。在电动车基础设施还没有大规模完善的情况下,混动应该比纯电动可能更适用。”

常纪文表示:“我国汽车产业的绿色、循环、低碳发展应与全国和各地运输安全保障、能源安全保供的需求和汽车技术创新发展的现状相适应,在算汽车的全生命周期综合账和整体账的背景下应有更宽广的视野,不宜‘一刀切’,宜走因地制宜、因时制宜的多元化发展路子,宜油则油、宜气则气、宜电则电、宜氢则氢、宜混则混。在多元化发展的进程中,要结合国家政策和法律的要求,相互比较技术优劣和绿色、循环、低碳化发展程度,然后作出评判,基于评判结果分类予以淘汰、优化或者升级。我相信,有国家政策的保障,有市场的检验,我国汽车产业的绿色、循环、低碳发展道路会越走越宽。”

新京报零碳研究院研究员 白华兵

参考资料:

①https://auto.ifeng.com/qichezixun/20220112/1692717.shtml

②https://www.caam.org.cn/chn/7/cate_120/con_5236008.html

③https://baijiahao.baidu.com/s?id=1750301799029427964&wfr=spider&for=pc

④https://news.bjx.com.cn/html/20201028/1112304.shtml

⑤https://www.scio.gov.cn/32344/32345/42294/44117/44124/Document/1691124/1691124.htm

⑥https://www.cdrb.com.cn/epaper/cdrbpc/202209/02/c103682.html

⑦https://m.bjnews.com.cn/detail/165828428014924.html?shareuser=163411355314502

⑧https://mbd.baidu.com/newspage/data/landingsuper?rs=1894777427&ruk=BfXF6MXgY8i62aZSJszsyQ&sShare=1&isBdboxFrom=1&pageType=1&urlext=%7B%22cuid%22%3A%22_a2Ui_ipHfgqivaD_Pvjig8QvaguiH89Yavaal8gHa_buv8BjO2iajt5HR0g9WPW6rtmA%22%7D&context=%7B%22nid%22%3A%22news_8794476997592230791%22%7D

⑨https://k.sina.com.cn/article_7033242816_1a336c4c000100p9nz.html

⑩https://baike.baidu.com/item/%E5%8F%8C%E6%93%8E/9323549?fr=aladdin

校对 陈荻雁

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