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面對石化資源不斷減少和環境污染日益加劇,從2012年起,中國開始大力推廣和應用新能源汽車。短短五年內,中國新能源汽車行業實現了質的發展。為了進一步推動新能源汽車產業的發展,2017年中國新能源補貼政策加大了對高能量密度動力電池的支持,2018年新發布的政策延續了鼓勵高續航里程這一思路。但這某種意義上的“燃油車”思路,強推高續航里程的發展,對新能源汽車產業的發展產生了一系列副作用。
追求高續航里程與能量密度,對汽車安全性造成了威脅
因為政策對高續航里程汽車的鼓勵,中國動力電池市場格局發生了改變。三元電池等高能量密度電池受到了市場的青睞,2017年其裝機量陡增了10GWh,而磷酸鐵鋰等能量密度較低的電池市場需求萎縮,裝機量呈現下降趨勢,跌幅為2.5GWh。2018年這種趨勢被延續下來,三元電池裝機量在上半年占比較去年年底增加了11個百分點,達到了56.4%,而磷酸鐵鋰電池市場則明顯萎縮。
依照目前市場的需求,三元電池中鎳鈷錳的比例由安全尚可的333逐漸向523、622、811轉變。鎳量的增加,可以提升材料比熱容,但同時電池的安全性和熱失控溫度也會隨之下降。在特斯拉所用的一種鎳鈷鋁三元電池中,鎳的占比為80%,類似的問題也同樣存在。同時,大量企業為了實現新能源汽車續航里程的提升,在使用高能量密度電池的基礎上,還竭力多安裝動力電池。在各種因素的疊加影響下,新能源汽車起火等安全事故概率明顯增加,其安全性面臨著更大的威脅。
從根本上來說,目前,新能源汽車的安全性和高能量密度還無法兼得。參考鋰離子電池在手機中的應用,電池安全問題的耗費了行業 十余載的時間去研究和解決,但安全事故仍然不時發生,如2016年的三星Galaxy Note 7發生的電池安全事故。而新能源汽車的發展時間僅為5年,實際使用檢驗時間和相關測試驗證時間均不具說服力。另外,由于絕大多數單個汽車搭載的鋰離子單體電池數量均以千為單位,這意味著由電池引發的安全事故率也會隨之上升。
目前,對于鋰離子電池來說,能量密度越高,單位體積內活躍的鋰離子也就越多,引發的安全事故概率也會呈幾何倍數增長。因此,應將電池的安全性放在第一位,再考慮提高電池能量密度,而不是一味追求動力電池的高能量密度。另一方面,對于聚合物電解質或者液態的鋰離子電池來說,要想實現動力電池高能量密度和電池安全性兼備,要么采用固態電解質的鋰離子電池,要么采用鋁空氣電池、金屬燃料電池等新興電池,但不管是鋁空氣電池、金屬燃料電池還是固態電池,大部分都停留在實驗室階段,規模化生產才剛剛開始起步,其距離大規模在新能源汽車中廣泛的應用還有相當一段時間。
對高續航里程的追求在很大程度上背離了節能減排的初衷
2016年,特斯拉就曾經因為碳排放超標被新加坡政府處以罰款。新加坡全部是化石能源發電,會產生二氧化碳,而汽車耗電會排放二氧化碳。該輛特斯拉在接受新加坡政府車輛碳排放(CEVS)標準檢測時,被告知該車每公里要消耗444瓦時電量(百公里44.4度電),而LTA規定,對于所有電動車輛,電能源消耗標準是每瓦時0.5克二氧化碳,換算下來,Model S二氧化碳排放量為每公里222克,而一個百公里耗油7L的普通燃油車的碳排放量是189,所以特斯拉屬于超標排放。因此特斯拉Model S被新加坡陸路交通管理局認定為“非環境友好車型”,車主也被罰款15000美金。中國發電能源的70%為石化能源,非石化能源或可再生能源占比為30%,盡管碳排放因子相較于新加坡略低,但新加坡的算法對中國新能源汽車有一定的借鑒意義:看似“零排放”的電動汽車,在發電和電池裝備等過程中仍然存在著大量間接的排放和污染。
一般情況下,普通電動汽車的碳排放比燃油汽車的碳排放明顯更低。參考新加坡的計算法則,從汽車的全生命周期來看(包括發電和使用汽車等等),燃油汽車每百公里油耗最低為5L油,SUV的油耗甚至可以達到15-18L,消耗每升油的排放二氧化碳約為3000g,排放的二氧化碳從15000克到54000克不等;而電動汽車每百公里的耗能盡在10度-30度,其僅僅排放5000-15000g二氧化碳。電動汽車的碳排放量比燃油汽車的碳排放量低,通常意義上的電動車是環保產品。
然而,電動車碳排放量會隨著每百公里能耗的上升而不斷增加,每百公里的能耗又與電動車的尺寸緊密相關,電耗與電動汽車的車身質量、尺寸或者續駛里程成正比。根據工信部發布的信息,電動汽車續航里程越高,給予的補貼越多。在實際情況中,如果電動汽車的續航里程越長,要求的電池能量密度也就越大,安裝的電池相應越多,其質量也就越大,百公里的耗能就隨之增高,碳排放量也越多,并不適合補貼和獎勵。換句話說,盡管從技術進步角度而言續駛里程的增長是值得肯定的,但其作為碳排放獎勵的依據并不恰當。
另外需要提到的是,區分是否符合新能源汽車的標準,涉及到能源的生產處理以及汽車的制造使用等全壽命周期,目前并不存在絕對意義上的新能源汽車,市面上的新能源汽車也只是相對的概念,節能就等同于減排。從這個角度來比較高耗能的電動汽車與燃油車發現,前者百公里的能耗超過30度,排放的二氧化碳超過15000g,而燃油汽車的低油耗款型排放的二氧化碳甚至小于等于15000g,實際上高耗能的電動汽車與低油耗的汽油車碳排放旗鼓相當甚至前者更多,高能耗電動汽車節油但不環保。
高續駛里程電動汽車性價比不高,不利于市場化
楊裕生院士曾經表示,高補貼推動發展起來的純電動汽車難以實現市場化。中國現在有百萬計的電動汽車,在2020年補貼停止后,過去補貼越高,續駛里程越長的車將越難賣。百人會執行副理事長歐陽明高也曾宣布,他不支持發展500公里以上續駛里程的純電動乘用車,主要原因并不是技術無法滿足,而是該系列電動汽車的性價比不高。
事實證明,過于追求高續航里程必然妨礙市場化,而且副作用相對較大。目前市面上補貼后高續駛里程車輛的售價并不高,如比亞迪秦EV450、帝豪EV450、比亞迪e5 450續航在400公里以上的車型,補貼后售價均在15萬人民幣左右拍換。但是需要引起注意的是,這三款車型的續航里程都是緊貼著補貼線,也就是說,是能夠得到高補貼下的最小續航里程,補貼的影響力可見一斑。尼爾森中華區副總裁張振華曾經警告,在長續駛里程和價格方面,消費者的選擇具有強烈的不確定性。從長遠來看,選擇長續航里程的發展方向無可厚非,但企業必須面臨成本問題,不能長期固執于長續航里程。2020年補貼全面退出在即,長續駛里程車輛的成本將對企業造成巨大的負擔,產品要成功市場化,就要“賣得掉”,否則就會沒有市場、形不成市場。目前政策鼓勵的高續航里程,未來補貼退波后,可能將對高里程新能源汽車的市場化造成極大的麻煩。
結語
動力電池的安全性始終排在第一位,不易爆、然,第二位是價格低廉、轉換效率高 ,而發展新能源汽車的主要目的就是為了節能減排。但補貼與新能源汽車里程掛鉤的政策,誤導市場過分追求能量密度和高續航里程,造成了“節油不減排”的尷尬局面的同時,更對電池的安全性造成了極大的隱患。補貼完全退波后,大量高續航里程的新能源汽車也極可能面臨難以市場化的尷尬境地。
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