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新能源汽车:屹立全球潮头,追逐强国梦想

2020-04-14    浏览:1513    来源:方德信基金

 

方德信坚持看好未来中国经济,与中国经济同呼吸共发展,并一直不断为经济动能转换提供智力和资金支持,新能源作为推动经济转型的重要支柱,也是方德信投资的重点领域之一。


中国新能源汽车产业化始于2009年的“十城千辆”工程,通过提供财政补贴,先公共交通、后私人消费,从城市试点、区域试点再到全国范围推广的步骤稳步推进。通过使用财政补贴撬动社会资本,驱动产业快速发展压缩行导入期;同时逐步降低金额,提升补贴门槛,标准持续细化,引导技术进步,产业升级并形成具备全球竞争优势的产业集群。


本文将对国内外新能源汽车做一个简单的梳理,在阐明新能源汽车发展背景及分类的基础上,结合国内外新能源发展现状,对其产销情况、技术路径、政策导向、未来趋势等方面进行简单归纳和整理,以飨读者。


第一部分 新能源汽车及其分类


一、新能源汽车发展背景


能源的安全性问题日益突出。据国际能源署和Eurostat Energy Balances统计,2016年,中国、澳大利亚、印度的石油对外依赖度分别达到67.59%、71.80%、81.80%,而日本、韩国及欧洲大部分国家(除了英国、丹麦、德国、罗马尼亚、意大利、俄罗斯六国)的石油几乎全部依赖进口,对外依赖度在90%以上。能源安全问题,特别是石油,已成为一个全球性的话题。2016年,石油在我国能源消费结构中占比约18%,仅次于煤炭(61.93%)。石油对外依赖度(净进口量/消费量)与日俱增,从1996年的10.56%提升至2016年的67.59%;煤炭虽在能源结构中占比最大,但对外依赖度仅6.42%。鉴于过高的石油对外依存度会给国家能源安全带来诸多问题,我国在2014年推出了《能源发展战略行动计划2014-2020》,提出以“煤基替代、生物质替代和交通替代并举”等方式科学发展石油替代,计划到2020年将石油在能源结构中的比重控制到13%以下。


工业化与环境恶化的矛盾日益严重。全球95%以上的空气环境严重污染地区都集中在亚洲、中东印度和非洲的发展中国家,这些地区空气中PM2.5含量大大超过了世界卫生组织第一阶段标准(35微克/立方米),属于严重空气污染。中国同样位于“重灾区”,其中空气污染最严重的地区又集中在工业化进程较快且人口稠密的大城市群。。工业化过程中排放的二氧化碳使得全球气候持续变暖。据《大气科学进展》研究显示,如果各国不减少温室气体的排放,地球温度将在50~80年内快速升高,本世纪气温上升幅度或达到4摄氏度,这将远远超过《巴黎协定》所设定的温度限制。为此,各国政府制定了相应法规限定二氧化碳排放量,中国也制定了未来几年的碳排放限值,总体趋势是逐步加大控制力度。


从能源的角度,汽车对石油的消耗约占石油总消耗量的三分之一;从环保的角度,汽车尾气既是造成大气污染的主要原因,又是二氧化碳的重要来源(汽车尾气在各项人类活动的二氧化碳排放量中占比约20%)。因此,汽车的节能减排对解决能源安全、减缓环境污染、实现社会经济可持续发展具有重要意义。


技术进步为新能源汽车快速普及提供有利条件。续航里程短是制约新能源汽车发展的瓶颈之一。传统燃油汽车加满油一般能跑到600~1000公里,而目前新能源汽车(以纯电动车为例)加满电平均只能跑两三百公里。因此未来新能源汽车能不能受到消费者认可,很大程度上取决于电池技术的发展。从趋势上看,近年电池的能量密度正在快速提升。据第一电动网统计,2018年第2批新能源汽车推广目录中纯电动乘用车的平均能量密度已达140Wh/kg,较2017年第1批的平均值提升约40%。根据2017年四部委发布的《促进汽车动力电池产业发展行动方案》,2020年电池能量密度应提升至260Wh/kg,与2017年平均140Wh/kg的能量密度相比,将有85.7%的提升。除了电池性能降低之外,其成本的下降也需要技术的推动。同时,氢燃料、生物燃料等能源技术小型化、高效化的不断推进,使得汽车的能源渠道更加多样丰富,燃料电池也随着储能技术一起逐步发展起来。


汽车电子和网联技术的发展促进了新能源汽车的普及。新能源汽车以“三电”为核心,汽车电子技术的飞速发展有助于其技术进步和推广普及。汽车电子由半导体器件组成,用以感知、计算、执行汽车的各个状态和功能。电子领域有一条“摩尔定律”,该定律指出,当价格不变时,集成电路上的元器件,每隔一年半到两年就会增加一倍,性能也将提升一倍。自上世纪50年代第一块集成电路诞生以来,汽车电子在整车价值中的占比不断提升,从50年代的1%提升至目前的30%左右。由于新能源汽车以“三电”为核心,电池、电机、电控都离不开“电”,随着电子技术的不断发展,电子元器件将在新能源汽车中得到更多的应用。而电子领域的“摩尔定律”则有望助力新能源汽车发展,使其进化迭代速度远远快于传统燃油汽车。


网联技术的发展将带来自动驾驶的智能时代,新能源汽车作为自动驾驶技术的最佳搭载平台,有望迎来加速推广普及。5G技术的发展使车辆可以与外界(V2X)进行大容量、高速度、低延迟的大数据传输,让自动驾驶成为可能。相比传统燃油车的发动机,新能源汽车通过电机控制电压电流的输入输出,与智能汽车中大量的线传电控技术融合性更好。在2017年电动汽车百人大会上,前科技部部长万钢表示:“安全、绿色、便捷、共享,是发展自动驾驶汽车的核心要素和最终目标,现代汽车上的探测器越来越多,有毫米波雷达、摄像头,有对外通信系统,有定位技术。与之相应的,刹车、油门、电子稳定系统、电助力转向等也在发展。而电动汽车,则是自动驾驶的最佳载体。因为电动汽车从电机、电池、电控开始,就是通透的动力驱动系统网络。”随着智能网联技术的不断发展,新能源汽车作为自动驾驶技术的最佳搭载平台,有望迎来加速推广普及。


二、新能源汽车分类


新能源汽车可以分为微混、混动、纯电、燃料电池四大类。


微混,烧油为主,电机辅助,汽车不能完全依靠电机驱动,能省油,但本质上还是燃油车。搭载了启动技术的车都具备能量回收功能,动能转化为电能储存回蓄电瓶里,这是新能源车型最基础的功能,在这个基础上进一步演化的就是增加48V辅助电机,在加速时提供辅助动力,达到节油的目的,但这个电机不能单独驱动车辆。这种电机提供的动力比较小,车辆行驶还是主要依赖发动机,依然需要加油,这种车跟传动意义上的燃油车区别不是很大。


混合动力汽车(HEV,也称插电式混合动力汽车)是指车辆驱动系统由两个或多个能同时运转的单个驱动系统联合组成的车辆,车辆的行驶功率依据实际的车辆行驶状态由单个驱动系统单独或共同提供。根据动力系统结构形式可分为以下三类:


串联式混合动力汽车(SHEV),车辆的驱动力只来源于电动机的混合动力(电动)汽车。结构特点是发动机带动发电机发电,电能通过电机控制器输送给电动机,由电动机驱动汽车行驶。另外,动力电池也可以单独向电动机提供电能驱动汽车行驶。


并联式混合动力汽车(PHEV),车辆的驱动力由电动机及发动机同时或单独供给的混合动力(电动)汽车。结构特点是并联式驱动系统可以单独使用发动机或电动机作为动力源,也可以同时使用电动机和发动机作为动力源驱动汽车行驶。


混联式混合动力汽车(CHEV),同时具有串联式、并联式驱动方式的混合动力(电动)汽车。结构特点是可以在串联混合模式下工作,也可以在并联混合模式下工作,同时兼顾了串联式和并联式的特点。


纯电动汽车(BEV)纯电动汽车顾名思义就是纯粹靠电能驱动的车辆,而不需要其他能量,如汽油、柴油等。它可以通过家用电源、专用充电桩或者特定的充电场所进行充电,以满足日常的行驶需求。


增程式电动车(EREV)与BEV相似,通过电池向电机提供动能,驱动电机运转,从而推动车辆行驶。然而,增程式电动车在车身中配有一个汽油或柴油发动机,在增程式电动车电池电量过低的情况下,驾驶员可以利用这个发动机为增程式电动车进行电量补充。


燃料电池汽车(FCV)是以燃料电池作为动力电源的汽车,其通过将燃料的化学能转化为电能,提供行驶所需的能量,并由电动机驱动汽车行驶。目前主要的燃料类型为氢。



第二部分 国外新能源汽车发展路程


电动汽车的历史其实由来已久,1900年美国制造的汽车中,电动汽车就有1.5万辆,而汽油式汽车不足千辆。1908年美福特汽车公司的T型车问世,因为采用流水线的生产方式,使汽油汽车开始普及,同时由于电动汽车行驶里程比较短、电池质量不过关、性能不稳定等一系列的问题,使得电动汽车的市场呈萎缩状态。


20世纪中后期,新能源汽车的技术研究逐步得到了各个国家的高度重视,但由于每个国家的出发点和汽车产业的发展水平的不同,形成了以美国、日本、欧盟为代表的三大发展方向和路线。


一、美国


美国新能源汽车的开发和应用是基于降低石油依赖、确保能源安全的战略需求。其新能源汽车技术研发和政策支持研究开始较早,技术水平和政策体系建设水平均处于领先地位。


美国是世界范围内较早研发并使用新能源汽车的国家之一,1834年世界第一辆电动汽车在美国诞生。在此之后,美国没有停止对新能源汽车的探索,愈发注重保护环境和节能减排,迫切发展并使用环保型的绿色汽车。美国相继出台了相关政策、法案和行业标准大力推广新能源汽车产业的发展,使美国的支撑政策体系、良好的市场环境一直处于世界领先地位。


20世纪60年代,美国汽车保有量骤增至1亿辆,尾气排放相继引发了雾霾和光化学烟雾等严重空气污染问题,引起了政府和学术界的高度关注与讨论。20世纪70年代的全球石油危机,又一次警醒美国开发低碳、节能的汽车应对能源危机和环保危机。1976年福特政府时期,美国政府发布了《电动汽车和混合动力汽车的研究开发与样车试用法令》,制定了以财政补贴为主的鼓励消费者购买政策,通过立法和财政资助的政策措施来促进新能源汽车的发展,标志着美国新能源汽车产业的研发正式开端,随后其他州或城市纷纷出台与大气相关的法案,推动了新能源汽车产业发展的进程。


20世纪90年代中期,美国克林顿政府主导合作开展“新一代汽车伙伴计划”(PNGV),确立了新一代汽车以轻质材料、混合动力和燃料电池为主要技术发展方向。2004年左右,美国的混合动力汽车进入商业化推广阶段。2005年,美国政府出台了《能源政策法》,根据重量不同确定不同的减税幅度,支持纯电动汽车发展,同时也鼓励其他新能源汽车的使用。2007年,美国总统布什签署名为“高科技车辆制造激励计划”(ATVMIP)的项目,提供高达250亿美元的低息贷款以支持新一代电动汽车研发生产。2007年5月初,美国调整环保车辆的税收优惠措施,规定消费者购买符合条件的混合动力汽车,可以享受到一笔可观的税收抵免优惠。2009年混合动力汽车销售29万辆,占美国汽车总销量的2.8%左右。2011年,奥巴马总统宣布,到2015年美国的电动汽车使用数要达到100万辆,同时提出2015以后,美国政府机构的公务用车全部采购新能源汽车。


2012年,美国政府开展了“EV Everywhere”电动汽车国家创新计划,将纯电动汽车作为主攻对象,短期内重点发展充电式混合动力汽车,攻坚插电式技术、电池技术及轻量化技术等难点,再次明确了新能源汽车研发的目标和方向。在一系列强有力政策的保驾护航下,2014年美国的新能源汽车销量领跑全球,突破10万辆大关,日产聆风、沃蓝达、特斯拉ModelS位列销量车型前三。


美国受化石能源和环保节能的驱动,新能源汽车产业的发展速度和规模均处于世界前列。2017年美国新能源汽车总销量为47.7万辆,增长率5.6%,其中纯电动车销量为16.8万,增长率为23%。从2012年至2017年,美国电动汽车销量的年平均增长率为32%。原本国内老牌竞争的汽车企业是通用、福特和克莱斯勒,但近几年以纯电动汽车为代表的特斯拉企业异军突起,是当今美国新能源汽车产业的领军企业。可见美国的纯电动汽车发展势头最猛,这主要归功于价格的降低、市场推广和基础设施的提升,例如特斯拉在美国大陆建成70多座“超级充电站”,减少消费者对充电及续航的担忧。


为了快速达到能源减排目标,美国政府在技术研发、产业化和推广方面积极实施了政策和资金扶持,以政府采购作为主要的支持手段。美国把新能源汽车技术创新和产品研发看作产业成功的核心。2008年6月,美国政府投入3000万美元促进通用汽车公司、通用电气公司和福特公司的插电式混合动力汽车的研发。2009年8月,奥巴马政府斥资24亿美元支持新能源汽车技术研发及生产。此外,美国也高度重视基础设施配套问题,加州对这一项目的重视程度最高,其计划提出到2020年,可建成容纳100万辆电动汽车的充电配备系统,到2030年,在南加州的商业地段将安装30万个充电桩。


特朗普上台后的一系列举措为美国新能源汽车的发展走向蒙上一层疑云。特朗普认为“气候变暖是削弱美国制造业竞争力的骗局”,于2017年6月1日宣布美国退出《巴黎协定》,这一举动立刻在世界引起轩然大波。不仅欧洲各国、全球发展中国家集体哀叹惋惜,美国国内的反对声音也层出不穷。美国纽约、洛杉矶等60多个城市表示继续执行《巴黎协定》。科技与新能源汽车领域的一些企业联合发声,阐明协定为美国带来的诸多好处与便利,但特朗普政府依然按意愿开展退出《巴黎协定》的行动。除此之外,特朗普偏爱传统的化石能源,对新能源的发展不够重视,未来美国的新能源战略虽不会有重大改变,但在特朗普任期内其增速会受到影响。


二、日本


日本坚持确保能源安全、提高产业竞争力的双重发展战略,重视新能源汽车的研究,制定国家目标引导新能源汽车产业的发展的国家战略。日本一直是传统汽车强国,发展新能源汽车具有汽车产业优势及较强的技术支撑。


早在1965年,日本政府就开始了电动汽车的研发,并将其列入国家项目。随后,日本政府相继推出《替代石油能源法》、《新阳光计划》等环保技术开发项目,并使得政府、企业和大学联合起来,共同克服在新能源开发方面遇到的难题。自1971年开始,政府在燃料电池方面的研发投入就超过200亿日元。日本环境省于2009年公布《新能源汽车普及战略》,在对2020-2050年的新能源汽车销量和保有量做出预测时称,2020年和2030年EV和PHEV乘用车销量将分别达到52万辆和90万辆。2010年发布的《新一代机动车战略2010》中明确指出,发展节能、高效的新能源汽车,继续保持电池技术的领先地位,并强调,日本企业在制定未来动力电池国际标准时要起到主导作用,同时该战略计划在2020年前在全国建成200万个普通充电站、5000个快速充电站。2012年,日本发布《日本再兴战略》提出重点投资节能环保等领域。2016年,日本经济产业省召集多位业内专家及车企代表召开研讨会,讨论未来五年电动汽车发展战略,并最终发布《EV/PHV路线图》,日本政府认为,2020年电动汽车市场处于飞速发展阶段,2030年会进入大规模普及阶段。


日本政府为推动纯电动和插电式混合动力新能源车的发展,出台了积极的刺激措施。与目前我国政府主要采取推动式的、面向新能源汽车生产和研发单位发放补贴的方式不同,日本则采取拉动式的、面向消费市场发放补贴,降低新能源汽车的售价和基础设施建设的投资。主要包括两方面:一方面是购车补贴,日本政府相继推出一系列购车补贴优惠政策,例如政府购买“低公害车”补贴、混合动力车补贴、换购补贴等。另一方面是充电设施建设:为了消除消费者对于当前电动汽车续驶里程有限问题的担忧,需要有充足的充电桩设施。日本政府曾于2013年宣布拨款1005亿日元(约合人民币60亿元),用于补贴基础充电设施建设。


在研发创新方面,加强产学官合作并促进跨越企业壁垒的开放性创新。日本成立新能源汽车综合开发机构(NEDO),负责构建“官民一体”协作机制和技术研发工作。同时,日本高校、科研院所加大电动化、智能化领域人才培养力度。


在智能网联方面,在“Society 5.0”的社会愿景下,日本政府积极开展《道路交通法》和《道路运输车辆法》的修订工作,目前修正案已递交国会审议。《道路交通法》修正案将允许具备高级自动驾驶(L3)功能的车辆在公共道路上行驶。《道路运输车辆法》修正案从制度建设角度保障自动驾驶汽车安全性,如指定由汽车技术综合服务机构NALTEC负责自动驾驶车辆信息安全的检查工作。


三、欧洲




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