天津大學(xué)堯命發(fā)：雙碳目標(biāo)下的車用內(nèi)燃機(jī)技術(shù)趨勢(shì)

2021年9月3日-5日，由中國(guó)汽車技術(shù)研究中心有限公司、中國(guó)汽車工程學(xué)會(huì)、中國(guó)汽車工業(yè)協(xié)會(huì)、中國(guó)汽車報(bào)社聯(lián)合主辦，天津經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)管理委員會(huì)特別支持，日本汽車工業(yè)協(xié)會(huì)、德國(guó)汽車工業(yè)協(xié)會(huì)聯(lián)合協(xié)辦的第十七屆中國(guó)汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展（泰達(dá)）國(guó)際論壇（以下簡(jiǎn)稱泰達(dá)汽車論壇）在天津市濱海新區(qū)召開。本屆論壇圍繞“融合•創(chuàng)新•綠色”的年度主題，聚焦行業(yè)熱點(diǎn)話題展開研討。

 

在9月5日 “前沿瞭望：‘雙碳’驅(qū)動(dòng)技術(shù)創(chuàng)新”中，天津大學(xué)講席教授堯命發(fā)發(fā)表了題為“雙碳目標(biāo)下的車用內(nèi)燃機(jī)技術(shù)趨勢(shì)”的演講。

 

實(shí)際上內(nèi)燃機(jī)現(xiàn)在面臨很嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。在2020年，基本上像包括國(guó)際能源署、美國(guó)、歐洲都宣布了2050年碳中和的目標(biāo)。國(guó)家提出的3060目標(biāo)，“60”的目標(biāo)國(guó)際上認(rèn)為是比較慢的，對(duì)我國(guó)的壓力還是比較大，我們從碳達(dá)峰到碳中和只有30年的時(shí)間，而且基于我國(guó)能源結(jié)構(gòu)，這個(gè)壓力還是很大的。

 

實(shí)際上過去一年，整個(gè)世界形勢(shì)發(fā)生了很大變化，最大的變化就是國(guó)際能源署發(fā)布的2050年碳中和目標(biāo)路線圖，因?yàn)閲?guó)際能源署都會(huì)發(fā)布對(duì)于未來能源的報(bào)告。有很大的變化，它計(jì)劃到2030年全球銷售的汽車60%達(dá)到電動(dòng)車，2035年50%的重型車也變?yōu)殡妱?dòng)，發(fā)達(dá)國(guó)家要實(shí)現(xiàn)凈零排放。

 

相對(duì)應(yīng)的，對(duì)于車用動(dòng)力的預(yù)測(cè)，路線圖也提出來，我們可以看到這里基本上找不到發(fā)動(dòng)機(jī)的影子，基本上就是由電動(dòng)、燃料電池來分擔(dān)?？梢詫?duì)比一下，在2020年彭博社對(duì)于未來車用動(dòng)力的發(fā)展預(yù)測(cè)。2020年的預(yù)測(cè)里，未來的內(nèi)燃機(jī)還有相當(dāng)?shù)臄?shù)量，尤其乘用車，像重型車、船、飛機(jī)。所以說，這里給我們的一個(gè)挑戰(zhàn)，也就是說我們整個(gè)內(nèi)燃機(jī)在未來車用動(dòng)力方面面臨著嚴(yán)酷的環(huán)境，去內(nèi)燃機(jī)化的思潮在國(guó)際上蔓延。完全電動(dòng)化還是有一些爭(zhēng)議，今年的G7會(huì)議，原來要把汽車行業(yè)的綠色轉(zhuǎn)型寫入到公告，但是最后沒有寫，只是承諾采用更多的措施實(shí)現(xiàn)交通運(yùn)輸?shù)碾姎饣?，并且沒有具體的日期和時(shí)間。

 

第二，今年六七月份，我們也參與了歐盟組織的全球專家給歐盟議會(huì)的一個(gè)建議，還是反對(duì)在2035年禁售內(nèi)燃機(jī)汽車。歐洲有一個(gè)特點(diǎn)，歐洲因?yàn)椴町惡艽?，比如說挪威，它的水電占了98%，所以它對(duì)降碳是最熱衷的。法國(guó)是核電占50%，德國(guó)政府還是堅(jiān)持要內(nèi)燃機(jī)汽車，這和國(guó)家的一些能源結(jié)構(gòu)、工業(yè)基礎(chǔ)是息息相關(guān)的。

 

所以，對(duì)我國(guó)來講，我國(guó)未來內(nèi)燃機(jī)降碳和碳中和的過程中將發(fā)揮什么作用？以及未來在碳中和方面，內(nèi)燃機(jī)的技術(shù)趨勢(shì)是什么？這個(gè)報(bào)告我主要闡述這兩個(gè)問題。

 

第一個(gè)觀點(diǎn)，內(nèi)燃機(jī)在汽車實(shí)現(xiàn)碳中和中占主要的因素。盡管我國(guó)這兩年，新能源、風(fēng)能、太陽能裝機(jī)量逐年增長(zhǎng)，可能占到總裝機(jī)量的30%-40%，但是裝機(jī)量和發(fā)電量是不一樣的，因?yàn)轱L(fēng)和太陽能不是24小時(shí)發(fā)電，也不是全氣候的發(fā)電，即使這樣，可以看到2018-2019年的電力發(fā)布，我國(guó)在可再生能源增長(zhǎng)很快的情況下，整個(gè)電力結(jié)構(gòu)并沒有發(fā)生根本性改變。也就決定了我國(guó)電網(wǎng)的碳排放水平遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于世界的排放水平，這是國(guó)際內(nèi)燃機(jī)組織提供的報(bào)告。德國(guó)一直是可再生能源電做得最好的一個(gè)國(guó)家。

 

整個(gè)新能源替代石化能源是一個(gè)漫長(zhǎng)的過程，主要有幾個(gè)原因。第一，水電和火電實(shí)際上是可以穩(wěn)定的電網(wǎng)調(diào)節(jié)和無功調(diào)節(jié)能力是這個(gè)電網(wǎng)的基礎(chǔ)。風(fēng)、光電有隨機(jī)性，必須有調(diào)節(jié)電源。即使電動(dòng)車成為儲(chǔ)能裝置的話有一個(gè)條件，還要能夠上網(wǎng)才能夠存儲(chǔ)。當(dāng)然，如果有別墅是可以的，房頂上裝太陽能板，裝一個(gè)充電是可以的，但是集中的能源供給不太可能，首先要保證上面網(wǎng)的問題。如果不穩(wěn)定電源超過20%，電網(wǎng)安全的風(fēng)險(xiǎn)很大。要解決這個(gè)問題，德國(guó)可再生能源用得很好，主要得益于可以充分利用北歐的水電，北歐的水電是可再生電的調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)。美國(guó)大概有50%的調(diào)峰電源，主要是燃?xì)?，煤的火電調(diào)節(jié)難度差一點(diǎn)。所以要解決新能源的穩(wěn)定性，一個(gè)是發(fā)展新能源的儲(chǔ)能，另一方面要把現(xiàn)在的火力電功能進(jìn)行轉(zhuǎn)換，改造和擴(kuò)容配套更多的調(diào)節(jié)電源，仍然為新能源服務(wù)。我聽到一個(gè)人介紹，張家口做了很多風(fēng)電場(chǎng)，同時(shí)相應(yīng)建了好多火力發(fā)電廠，就是用來調(diào)峰的。

 

所以我國(guó)更適合能源動(dòng)力多元化的發(fā)展趨勢(shì)，這主要是我國(guó)能源稟賦決定的。我想煤炭能源在中國(guó)的主導(dǎo)地位沒有改變之前，油氣的高效清潔利用是對(duì)減排做出貢獻(xiàn)。因?yàn)槲覀儾荒苡妹弘姡覀円仓绹?guó)家最近電出現(xiàn)緊張了，為什么？限制煤了。上個(gè)月國(guó)家發(fā)改委剛剛又重新準(zhǔn)許了6000多萬噸煤的產(chǎn)能可以投入，說明什么？如果電不夠我們要用煤，用煤就有碳，碳肯定比油氣更高，這是我國(guó)的資源稟賦和電力需求特點(diǎn)決定的。

 

另外對(duì)于氫能，我們還是可以看到，藍(lán)氫還是綠氫是不確定的，會(huì)影響到基礎(chǔ)設(shè)施的投入。另外氫的儲(chǔ)運(yùn)，下面這個(gè)觀點(diǎn)是清華大學(xué)李震教授提到的，他說一個(gè)20噸的卡車只能裝幾百公斤的氫，運(yùn)輸能力還是一個(gè)很大的問題。另外一個(gè)，在終端的應(yīng)用方面，我們還需要有很多探索。所以說，我們?cè)谛履茉醇夹g(shù)存在不確定性的時(shí)候需要探索降碳和碳中和的多種技術(shù)路線。

 

由于我國(guó)的能源特點(diǎn)，在2021年全球能源互聯(lián)網(wǎng)組織發(fā)布的一個(gè)《中國(guó)2030年能源電力發(fā)展規(guī)劃研究及2060年展望》，煤炭依然是未來10-15年力主要的一個(gè)來源，他們預(yù)計(jì)煤炭在2030年每年消耗25億噸。我國(guó)的整個(gè)電力結(jié)構(gòu)短期很難得到根本性改變。

 

基于我國(guó)電力的情況，可以看到這里面如果我們把一輛特斯拉汽車，大概百公里17度的耗電，折合為燃油，基本上在油箱到車輪的狀態(tài)下為4.72L，左邊這個(gè)圖是我國(guó)的電力排放水平，可以看到，我國(guó)在燃油電動(dòng)車的過程當(dāng)中，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于歐盟的國(guó)家，這是目前基本的一個(gè)現(xiàn)實(shí)。

 

如果我們來比較一下，國(guó)內(nèi)現(xiàn)在已經(jīng)用的比較好的一款混動(dòng)汽車，工信部的油耗是4.1L，綜合工況油耗是5.37L，顯然油箱到車輪在目前的狀況下，電動(dòng)車仍然是要比混動(dòng)高，這是一個(gè)現(xiàn)實(shí)。

 

但是，如果把電動(dòng)車在制造過程中的碳排放折算起來，電動(dòng)車涉及到很多礦物質(zhì)，按照中國(guó)的制造技術(shù)背景條件下，基本上它折合油耗大概是5.86L，也就是說如果要考慮全生命周期的話，實(shí)際上電動(dòng)車仍然會(huì)比目前的混合動(dòng)力汽車要高的碳排放。如果我們高效發(fā)動(dòng)機(jī)的話，實(shí)際上結(jié)合混合動(dòng)力，可以助力于汽車降低碳排放。實(shí)際上內(nèi)燃機(jī)達(dá)到什么水平呢？如果目前用41%的熱效率用在混合動(dòng)力條件下，NEDC的循環(huán)基本可以達(dá)到4.2L，2025年相當(dāng)于3.6L。意味著2030年之前，內(nèi)燃機(jī)還是一個(gè)主流，但是到了2L以后，要不然就是用插入式混合動(dòng)力，要不然和燃料結(jié)合。

 

今年4月份在維也納召開的會(huì)議，對(duì)于氫的可再生燃料歐洲還是很重視的。另外還有小部分的生物質(zhì)燃料，比如加了10%的乙醇，就是生物質(zhì)燃料，從本質(zhì)來講就是碳中和的一種構(gòu)成。

 

國(guó)際上普遍認(rèn)為，內(nèi)燃機(jī)本身不是碳排放產(chǎn)生的原因，是因?yàn)橛昧嘶剂?，禁止?nèi)燃機(jī)不是一種解決方案，如果采用生物質(zhì)燃料，它的碳排放水平可能比來自于風(fēng)電的電動(dòng)車還要低。禁止內(nèi)燃機(jī)將關(guān)閉作為生物燃料和可再生燃料的幾種可持續(xù)解決碳排放方案的大門。

 

在近十年來，提高效率和電氣化，也就是混合動(dòng)力化，可能是降低乘用車碳排放的一個(gè)重要技術(shù)途徑。到2035年以后，隨著技術(shù)的發(fā)展，那個(gè)時(shí)候新能源技術(shù)可能更加清晰了，電池技術(shù)也可能得到很大的一個(gè)突破，可能內(nèi)燃機(jī)真要進(jìn)博物館了。也有可能燃料的制備技術(shù)作為儲(chǔ)備，內(nèi)燃機(jī)可能用更多的可再生燃料。 禸嫆@唻洎：狆國(guó)湠棑倣茭昜蛧 τāńｐāīｆāńɡ.ｃōｍ