我国纯电动汽车发展现状及其环境效益研究(上)

我国纯电动汽车发展现状及其环境效益研究(上)
2017年11月21日 17:40 中债资信

作者:中债资信绿色债券研究团队

摘要

2017年年中以来,媒体陆续披露欧盟多个国家已经设置了传统能源汽车退出的时间表,我国工信部在2017年9月初亦指出,已经启动我国传统能源车退出时间表的相关研究工作,新能源汽车越来越受到各方的关注。我国工信部定义的新能源汽车,包括纯电动汽车、插电式混合动力汽车及燃料电池汽车;《绿色债券支持项目目录(2015年版)》新能源汽车的界定条件则为电动汽车、燃料电池汽车、天然气燃料汽车。

在国家出台包括免征购置税以及消费补贴的政策推动下,结合部分城市限购政策的影响,我国新能源汽车市场快速发展。2016年,我国新能源汽车产量51.7万辆,销量50.7万辆,基本实现了国家前期规划所设定的新能源汽车市场2015年达到50万辆的发展目标,但这一细分市场在全部汽车市场的占比尚不足2%。

本研究主要针对新能源汽车市场中的纯电动汽车展开,并整理了我国境内生产的主要纯电动汽车产品的技术数据,合计5,110个车型,包括纯电动乘用车、客车、专用车、货车和牵引车。整体上看,在续驶里程(km)、动力电池能量密度(Wh/kg)以及百公里电耗(kWh/100km)等指标上,现阶段大部分车型可以基本满足各类型车辆的基本应用需求。

纯电动汽车的环境效益主要体现在能源节约效益和大气污染物减排效益,尤其在其使用阶段无大气污染物的直接排放。以乘用车为例,结合市场主流技术数据,测算纯电动汽车在能耗水平、大气污染物和温室气体的间接排放水平,结果表明上述指标除二氧化硫间接排放之外,其他基本均显著优于传统燃油汽车,环境效益较为显著。此外,纯电动汽车在动力电池的生产和最终处理处置等环节的潜在环境影响,亦需要重点关注。

后续围绕纯电动汽车的间接排放、全生命周期的综合评价、不同城市的政策影响,我们将开展进一步的研究。

据公安部交管局统计,截至2016年底,全国机动车保有量达2.9亿辆,其中汽车1.94亿辆;私家车总量达1.46亿辆,每百户家庭拥有36辆。与此同时,城市拥堵日趋严重,而机动车尾气中的氮氧化物、挥发性有机物等一次污染物的直接排放,对于灰霾污染的高发亦有可观的贡献。机动车通常直接使用汽油、柴油、天然气等化石燃料,而我国又是贫油少气的国家,2016年中国原油产量跌破2亿吨,而原油表观消费量已达5.78亿吨,原油对外依存度已达65.44%;同时,2016年汽油表观消费量1.20亿吨,柴油表观消费量1.65亿吨,粗略看,成品油(汽煤柴合计)表观消费量占原油表观消费量的56.48%,很大一部分原油产品仅作为燃料燃烧也在一定程度上是种资源的浪费。

同时,我国目前正在大力推动碳减排工作,并争取2030年碳排放达峰。推广使用新能源汽车,亦是交通方式向着低碳化、环境友好化和能源节约化转变的重要手段之一,但现阶段受限于技术和经济性等多方面掣肘,因此总体上新能源汽车发展仍存在多方面的不足。

2017年7月~8月间,媒体陆续报道了欧盟多个国家已经设置了传统能源汽车退出的时间表,比如荷兰、德国、英国等国已经将退出时间定在了2025年、2030年和2040年。同时,我国工信部副部长在2017年9月的中国汽车产业发展国际论坛上亦指出,已经启动我国传统能源车退出时间表的相关研究工作。作为传统能源汽车未来的替代产品,新能源汽车越来越受到关注。

一、新能源汽车与电动汽车的定义

(一)概念的发展演变

新能源汽车和电动汽车的定义,我国在历年出台的相关国家标准和政策文件中均有提及,并呈现一定的发展变化。政策定义的梳理,详见表1。

结合上述政策的梳理,总体上新能源汽车可定义为:采用新型动力系统,完全或者主要依靠新型能源驱动的汽车;通常新能源汽车具体包括:纯电动汽车、插电式混合动力汽车及燃料电池汽车。

(二)新能源汽车与绿色债券支持范畴的一致性

中国人民银行2015年12月发布的公告第39号的附件《目录》中,在第四大类“清洁交通”中,列出了“4.6新能源汽车”,包括“4.6.1零部件生产及整车制造”以及“4.6.2配套设施建设运营”。

国际上的绿色债券准则(GBP)及气候债券标准(CBS)的支持项目类别里亦都有与新能源汽车相匹配的领域。GBP体系下,支持项目类型中有一大项为清洁交通项目。CBS体系下,其支持的项目中有一大类为低碳陆地交通项目。

工信部《规定》、《车型目录》与人民银行《目录》对于新能源汽车的界定略有差异:(1)插电式(含增程式)混合动力汽车已纳入工信部《规定》和《车型目录》的范围内,但《目录》中未明确;(2)天然气燃料汽车包含在《目录》内,但在工信部《规定》与《车型目录》中均未纳入。

由于新能源汽车包含了三种技术特点迥异的典型汽车类型,本研究现就新能源汽车下的“纯电动汽车”,进行相关的梳理、分析和研究,后续其他类型的新能源汽车研究将陆续开展。

二、我国纯电动汽车发展现状

(一)新能源汽车行业发展概况

1、相关政策梳理

除了宏观层面国家对于新能源汽车产业发展和消费引导的政策推动之外,近年来一些城市因治理拥堵和大气污染而推出的限购政策,以及同时对新能源汽车的鼓励,无形中成为了新能源汽车发展的政策利好。

2011年1月起,北京市实行小客车限购政策--《北京市小客车数量调控暂行规定》,通过控制每年的新增小客车的数量(小客车为新增机动车的主要增长点)控制市内机动车保有量。加上1994年起以拍卖方式获取小客车上牌资格的上海市,及采取类似北京的小客车摇号政策的广州、深圳、天津、杭州和贵阳,截至2017年11月,我国共有7个城市实施了小客车限购政策。具体情况梳理可参见表2。

新能源汽车相对更高的中签几率或可以直接上牌的便利,让一部分购车需求较为迫切的消费者转向购买新能源汽车,这在一定程度上推动了新能源汽车的购买需求。上述城市中,有配额限制的新能源汽车配置指标每年合计有10.2万个,加上部分城市符合要求的新能源汽车可以直接申请其他指标,因而新能源汽车的总体需求比较可观。

另一方面,工信部等三部委联合发布的《公告》规定,自2014年9月1日至2017年12月31日,对购置的新能源汽车免征车辆购置税,这也是通过税收的减免手段,推动新能源汽车市场的发展;同时中央财政补贴和部分地方政府的补贴,可以一定程度让目前价格较高的新能源汽车更容易被广大消费者所接受。目前,国家对纯电动汽车和插电式混合动力汽车的补贴以每年20%的平均速度退坡,燃料电池汽车补贴目前仍保持较大力度,并将一直持续到2020年之后。

2、成熟应用程度

目前来看,技术较为成熟且具有商业化应用能力的新能源汽车,主要为纯电动汽车和混合动力汽车,事实上新能源汽车的统计数据基本也围绕这两型车开展。而燃料电池汽车目前因受限于燃料获取和存储、车辆技术成熟程度等方面的实际限制,目前的实际应用非常少。

前期新能源汽车的快速发展,除了限购城市的购车刚性需求支撑以外,国家的减税和补贴政策带来的积极影响特别显著。然而,补贴退坡后的纯电动和插电式混合动力汽车行业,能否继续保持车辆的技术经济可行,同时产品价格上能否得到消费者的持续认可,将成为行业持续稳定增长的必要条件。在价格和成本因素之外,充电桩等配套设施的便利程度则特别受消费者关注。据中国电动汽车充电基础设施促进联盟披露的信息,截止到2016年底,公共类充电桩建设、运营数量14.1万个,相较于2015年末4.9万个净增2倍以上,中国充电基础设施公共类充电设施保有量全球第一。截至2017年9月,我国公共类充电桩建设、运营数量共19.06万个,其中交流充电桩74,783个、直流充电桩49,717个、交直流一体充电桩66,059个,比2016年底共计新增44,253个。截止到2017年9月,省级行政区域内所拥有的公共类充电桩数量超过2万的分别为:北京26,990个、广东26,340个、上海23,516个和江苏20,417个。国内新能源汽车的消费需求目前主要来源于限购城市,普通城市则需要更多配套的基础设施支持。

3、新能源汽车市场发展概况

我国的新能源汽车从2006年开始有统计数据,根据《节能与新能源汽车年鉴》所披露的2006~2010年统计数据,这五年间全国年均产量不足7,000辆,市场规模非常小。

由于新能源汽车所受到的政策倾斜、财政补贴和优先配置等实际便利,从2014年开始,特别以一线城市对新能源汽车的需求增长为契机,我国新能源汽车市场开始快速增长。如图1和图2所示的新能源汽车的产销情况,2011~2013年市场规模非常小,发展较慢;从2014年开始明显增快,到2016年,我国新能源汽车产量51.7万辆,销量50.7万辆,基本实现了前述《规划》所设定的2015年新能源汽车市场达到50万辆的发展目标,但相比同期我国汽车市场总体2,811.88万辆和2,802.82万辆的总产销量规模,新能源汽车这一细分市场的依然十分微小,占比不足2%。

4、纯电动汽车市场发展概况

新能源汽车中,纯电动汽车的产销占据绝对主体,2016年,纯电动汽车的产销分别占新能源汽车产销总量的80.66%和80.67%。

本研究将主要关注纯电动汽车。从不同的纯电动汽车类型看,如图3所示,纯电动乘用车的市场占有率最大,同时以部分城市大力推广电动公交、电动环卫车等举措的推动,纯电动客车和专用车的增幅也十分明显。到2016年,纯电动乘用车产量接近25万辆,占据新能源汽车市场的半壁江山;电动客车突破11万辆的产量,同时电动专用车超过了6万辆。

此外,中美两国的电动汽车市场销量情况对比也可以一定程度上反映中外新能源汽车市场发展的状态。根据可获得的从2012年开始的美国统计数据,美国的插入式电动汽车经历着较为快速的增长,年均增长幅度34.5%,2016年销量15.7万辆;同时期中国纯电动汽车的年均增长幅度,达到了171.1%,2016年销量40.9万辆。由于两国统计口径和汽车类型定义的差异,此对比仅作参考,如图4所示。

(二)纯电动汽车技术发展现状概述

工信部自2014年起,至今一共发布了十二批次的《车型目录》。目录中涵盖了:纯电动汽车、插电式混合动力汽车和燃料电池汽车。本研究主要关注披露的纯电动汽车的主要技术发展现状。

《车型目录》基本涵盖了我国境内生产的纯电动汽车产品,以及少量进口纯电动乘用车(十二批次《车型目录》合计仅有3款进口乘用车),因此根据《车型目录》所反映出来的核心技术指标,可以反映出我国纯电动汽车产品的主要技术发展状况。十二批次《车型目录》中,纯电动汽车共涉及了纯电动乘用车、客车、专用车、货车和牵引车共五个大类,计5,110个型号,涉及厂家数量共计332家。其中,电动客车的型号数量最多,共计3,112型;而专用车的厂家数量最多,共计124家企业。市场销量最大的电动乘用车方面,车型共有422型,来自67家企业。《车型目录》提及的纯电动专用车,主要是指运输车、垃圾车、邮政车、物流车、工程车等有专门用途的纯电动车辆。

表征纯电动汽车最主要的技术指标,主要包括:续驶里程(km)、动力电池能量密度(Wh/kg)以及百公里电耗(kWh/100km)。前述各类型的纯电动汽车的主要指标的统计结果,如图5~16所示。这也是反映作为旅客或货物运输的车辆,所需要关注的核心要点。

前述的国务院《规划》提出,到2015年,纯电动乘用车最高车速不低于100公里/小时,纯电驱动模式下综合工况续驶里程不低于150公里;动力电池模块比能量达到150瓦时/公斤以上,成本降至2元/瓦时以下,循环使用寿命稳定达到2000次或10年以上。到2020年,动力电池模块比能量达到300瓦时/公斤以上。

1、乘用车

乘用车方面,现阶段422型车的续驶里程从80km~450km不等,最多数的车型续航里程众数值155km,中数值160km,基本能达到《规划》的发展目标;仅有48型车的续驶里程在300km及以上。其中,有2型车续驶里程达到450km,该2型车的质量均为2,450kg,动力电池质量730kg,能量密度124.7Wh/kg。从动力电池的能量密度角度看,目前主要分布在50.5Wh/kg~199.4Wh/kg范围内,众数值94.4Wh/kg,中数值101.3Wh/kg,同时仅有7款车型的能量密度达到《规划》关于2015年达到150Wh/kg的目标,大多数车型的能量密度集中在80~120Wh/kg的范围。

2、客车

客车方面,现阶段3,112型车中,有3型客车采用超级电容作为动力来源,续驶里程分别仅有22km、10.3km和3km,基本不具备实际应用能力,其他车型的续驶里程从50km~892km不等,大多数的车型续航里程集中在250km左右;有48型车的续驶里程在500km及以上,782型车的续驶里程在300km及以上;众数值250km,众数值255km。

其中,最长续驶里程车型达到892km,该车整车质量14,900kg,动力电池质量达4,310kg,仅次于所有车型中4,500kg的动力电池最高质量,电池能量密度91.4Wh/kg。从动力电池的能量密度角度看,目前乘用车选用的动力电池分布在13.8Wh/kg~237.9Wh/kg范围内(不含采用超级电容的3型客车),同时仅有4款车型的能量密度超过150Wh/kg,众数值100.0Wh/kg,中数值92.0Wh/kg;大多数车型的能量密度集中在80~120Wh/kg的范围。由于客车可以容纳更大质量的动力电池,因而客车对于电池能量密度需求的范围弹性较大。

此外,3,112型客车中针对部分电池类型有专门备注,其中有96型车采用钛酸锂电池,平均续驶里程148km,电池平均能量密度46.9Wh/kg;有11型车采用磷酸铁锂快充电池,平均续驶里程127km,电池平均能量密度79.0Wh/kg;指标表现均低于客车整体情况。另有3型车采用超级电容作为动力来源。

3、专用车

专用车方面,车型多样,用途不一,类似环卫车、运输车等车辆亦可以容纳较大质量的动力电池。现阶段1,483型车中,续驶里程从80km~543km不等,众数值200km,中数值201km;有20型车的续驶里程在400km及以上,165型车的续驶里程在300km及以上。其中,最长续驶里程车型达到543km,该车整车质量2,980kg,动力电池质量达670kg,电池能量密度138.8Wh/kg。从动力电池的能量密度角度看,目前乘用车选用的动力电池分布在43.7Wh/kg~162.5Wh/kg范围内,众数值100.0Wh/kg,中数值106.5Wh/kg;同时仅有31款车型的能量密度超过150Wh/kg,大多数车型的能量密度集中在80~120Wh/kg的范围。

4、货车

货车方面,现阶段90型车中,续驶里程从100km~385km不等,众数值170km,中数值200km;有12型车的续驶里程在300km及以上,48型车的续驶里程在200km及以上。其中,最长续驶里程车型达到385km,该车整车质量3,450kg,动力电池质量达866kg,电池能量密度95.8Wh/kg。从动力电池的能量密度角度看,目前乘用车选用的动力电池分布在71.4Wh/kg~136.4Wh/kg范围内,众数值100.7Wh/kg,中数值104.0Wh/kg;无车型的能量密度超过150Wh/kg。

5、各类型车的能耗

从各型车的百公里能量消耗的角度,以中数评估主要的车型整体的评价表现情况,乘用车为14.6kWh/100km,客车为46.9kWh/100km,专用车为24.3kWh/100km,货车为27.8kWh/100km。

此外,12批《车型目录》中还有3型电动牵引车,由于车型数量少,尚不具有典型代表意义,本研究暂不作分析。

总体上看,现阶段市场上大部分纯电动汽车的技术水平上处于基本可以满足各种车型初步应用的状态。例如,国务院《规划》对纯电动乘用车提出的技术指标目标,现阶段众多车型的整体状态仅仅是基本达到续航目标,能量密度目标仅7款车型达到;而远期目标的实现需要依赖更多的技术研发和突破。

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