- 換道賽車:新能源汽車的中國道路
- 苗圩
- 10520字
- 2024-01-09 14:58:26
1.2 動力革命迫在眉睫
在世界汽車發展初期,蒸汽機、電動機、煤氣發生爐等都曾用作汽車動力系統。不過后來人們在使用過程中發現這些動力系統各自存在一些難以克服的障礙,比如,電動機要使用蓄電池作為電源,而蓄電池的能量密度不足,造成電池的體積大、質量大和車輛續駛里程短的棘手問題(直到今天,類似的問題還經常被提起)。與此相反,內燃機技術及相關產品獲得了長足進步,于是人們很快轉向選擇內燃機作為汽車動力系統。結果內燃機汽車“一統江湖”,占據了絕對主力地位。這一地位堅如磐石,延續了一百多年,一直到近些年才逐漸被動搖、削弱。
1.2.1 汽車普及帶來能源困境
以汽油、柴油為主要燃料的汽車在全球的廣泛普及,帶來了大量石油消耗的能源問題。
亨利·福特發明流水線大批量生產方式后,汽車的價格大幅度下降,T型車獲得了巨大的市場成功。福特的創新讓美國成為“車輪上的國度”,大批汽車制造工廠在底特律建立起來,汽車產業成為美國最大的產業之一,這是美國20世紀工業迅猛發展的象征。底特律雄厚的制造能力幫助美國取得了第二次世界大戰的勝利,也打下了美國在戰后占據全球經濟霸主地位的基礎。美國的汽車年產銷量在1965年就突破了1000萬輛,當年汽車保有量達到9100萬輛,到1970年其汽車保有量更是首次超過1億輛。在這一時期,歐洲、日本以及很多新興經濟體都在快速發展汽車產業。改革開放以來,我國經濟飛速發展,國民生活水平不斷提高,在21世紀之后,轎車開始進入普通家庭。
全球汽車保有量的增長,使得人類對石油的需求不斷上升,依靠大量消耗石油的“車輪上的世界”難以為繼。
美國自身就是石油生產大國,早在1920年,其石油產量就占了全球石油產量的近三分之二。但是由于汽車的大量普及,美國從20世紀50年代后期開始,就需要進口一部分石油以滿足本國急劇增長的需求。
在第二次世界大戰之后,由于中東地區石油的開采,全球石油供給充足,價格長期低迷。據統計,1950年到1973年期間,原油價格保持在平均每桶(約為159升)1.8美元上下,這個價格僅為同期煤炭價格的一半左右,甚至比很多地區的水還便宜。直到1973年1月,石油輸出國組織(歐佩克)傾力將原油價格推升到了2.95美元/桶。也正是在這一年,埃及和敘利亞發動了對以色列的進攻,而后美國向以色列提供武器,這惹惱了歐佩克阿拉伯國家代表團,它們決定對加拿大、美國、英國、日本、荷蘭五國實施石油禁運,同時逐月減少原油產量。美國等被禁運的國家雖然可以通過從非歐佩克國家進口原油來彌補從中東國家進口原油量的減少,但是中東地區原油減產使得全球原油價格大幅度上漲,僅僅兩個月,石油價格就漲到近12美元/桶,這引發了1973年到1974年的第一次石油危機,原油價格飆升也讓美國及其盟國的國際收支赤字擴大,對其經濟產生了巨大沖擊,這一時期美國不變價GDP同比增速從5.60%大幅降為-0.50%。
1979年伊朗爆發革命,推翻了巴列維政權,這使得該國原油生產陷入停頓,盡管其他歐佩克成員國努力增加產量,但仍然無法阻止原油價格的上漲。雪上加霜的是,一年后,兩伊戰爭爆發,原油產量進一步減少,國際油價超過30美元/桶。這就是現在經常提及的第二次石油危機。
美國既是全球最大的汽車市場,又是全球最大的石油生產和進口國,兩次石油危機之前,其國內的汽油價格一直處于全球最低水平。而在石油禁運前后,美國零售汽油的價格從1973年5月的每加侖(近3.785升)38.5美分上漲到1974年6月的每加侖55.1美分,短短一年多的時間里漲幅居然超過40%。全美各個加油站外等待加油的汽車排起了長隊,一些州還實施了汽車分單雙號加油的規定。為了減少石油消耗,美國發布了《緊急公路節能方案》。1974年,全美公路汽車限速為每小時55英里(約每小時88.5公里)。
由于此前汽油價格低廉,美國的汽車用戶大多喜歡大尺寸、大排量、大功率的汽車。我國在改革開放之初進口了一些美國汽車,大家稱它們“大平正方”,這形象地描述了當時美國汽車的造型。在使用這些車的過程中,我國司機對其“油老虎”的稱號深有體會。
與美國汽車形成鮮明對照的是日本汽車。由于日本的一次能源幾乎全部靠進口,其汽油的市場價格一直比美國高得多,因而日本汽車以小尺寸、小排量、省油著稱。在兩次石油危機之后,省油也成了美國一般消費者的重要偏好,日本品牌的汽車借此機會大舉進入美國市場。經過多年發展,在美國汽車銷售市場,日本品牌汽車現在已經占據了將近40%的份額,此升彼降,美國品牌汽車在本土市場的份額僅剩不到30%了。
2009年,全球汽車保有量首次超過10億輛,而到2021年底,僅我國汽車保有量就超過了3億輛。在巨大需求的拉動下,全球原油價格呈現出總體上漲、大幅波動的趨勢。2008年7月,WTI原油創下每桶超過145美元的歷史紀錄,之后受國際金融危機的影響,當年年底又大幅下降到40美元以下,漲漲跌跌,直到現在,油價在大部分時間還維持在每桶超過80美元的水平。圖1-3展示了2000年1月—2022年1月的國際原油(WTI原油)價格走勢。

圖1-3 2000年1月—2022年1月的國際原油(WTI原油)價格走勢
如今全球每年大約消耗50億噸(約合350億桶)原油,成品油中汽油和柴油兩項總和的占比超過50%。事實上,石油供應量的變化,往往與世界經濟形勢、地緣沖突甚至戰爭的爆發息息相關。
全球汽車保有量仍在不斷增長,對石油的需求量仍在不斷增加,但是原油供給量卻跟不上需求量的增長。據相關統計,2018年,全球石油儲量約為1.651萬億桶(約合0.23萬億噸),按每年消耗50億噸計算,還可以使用46年。當然,由于人類還會不斷勘探發現新油田,原油的儲采比也會隨著科技的進步不斷提高,石油的實際使用年限應該會比46年長。但是,對有著幾千年歷史的人類文明來說,百年時間幾乎可以說稍縱即逝,即使再延續很多年,人類終究還是會面臨無油可用的局面,必須從根本上研究解決能源資源問題。
1.2.2 尾氣排放污染警鐘長鳴
隨著汽車工業的發展和汽車的普及,汽車尾氣排放帶來了大氣污染的問題。1943年洛杉磯發生的光化學煙霧污染事件,最早給汽車社會敲響了警鐘。
洛杉磯地處美國西海岸,三面環山,一面臨海,是一個氣候溫暖、景色宜人的地方。但是在這種地理環境下,空氣不易流動,人們發現每年夏季到秋季,在氣溫高、濕度低的晴天中午前后,城市上空總是彌漫著淺藍色的煙霧,整座城市變得渾濁不清,能見度極低,讓人眼睛發紅、咽喉腫痛、呼吸困難、頭昏頭疼。這就是人們所說的光化學煙霧污染。1943年后,這種情況不斷惡化,甚至連遠離城市100公里以外、海拔2000米的高山上都出現了大片松林枯死的現象。后來該市又發生了兩次光化學煙霧污染事件:1955年,因呼吸系統衰竭而死亡的65歲以上老人超過400人;1970年,有75%以上的市民患上了紅眼病。
科學家對這類事件進行認真研究后得出結論,煙霧是由汽車尾氣和工業廢氣排放造成的,汽車尾氣排放的烯烴類碳氫化合物和二氧化氮是罪魁禍首。未完全燃燒的烯烴、氮氧化物被排放到大氣中,在強烈的紫外線照射下,吸收了陽光的能量,由此變得不穩定,產生劇毒光化學煙霧。洛杉磯當時擁有250萬輛汽車,每天大約消耗1100噸汽油,排放1000多噸碳氫化合物、300多噸氮氧化物和700多噸一氧化碳。除此之外,該市煉油廠、加油站等其他設施產生的廢氣排放也難逃干系。
從那時候起,美國率先關注起汽車尾氣排放問題,隨后該問題成為全球關注的重要議題。
1.2.3 變革之道:電動化蔚然成風
在不斷加大對燃油汽車尾氣排放限制的同時,人們還在研究有沒有完全不排放尾氣的汽車。于是,用電作為能源、用電動機作為動力系統驅動汽車前行的解決方案又重新回到業界視野中。事實上,電動機作為動力系統在汽車上的應用始于19世紀30年代,比內燃機早了半個多世紀。1828年,匈牙利發明家耶德利克·阿紐什發明了直流電機。1834年,美國人托馬斯·達文波特制造出世界上第一輛直流電機驅動的電動汽車,他還因此在3年后獲得了美國電機行業史上第一項專利。但是受限于工藝和成本,這些發明并沒有轉變為適合汽車的動力。1832—1838年,蘇格蘭發明家羅伯特·安德森發明了搭載一次電池(不可充電)的電動馬車。
世界公認的現代意義上的第一輛汽車是1886年面世的奔馳汽車,它采用內燃機作為動力系統,易揮發的汽油這才找到了用武之地。之后很長一段時間,歐洲各國對采用電動機還是內燃機作為汽車動力系統的爭論十分激烈。電動汽車的百米加速時間比內燃機汽車短,不少人堅持認為電動汽車是內燃機汽車強有力的競爭對手。1900年,在巴黎世界博覽會上,費迪南德-保時捷公司展出了由輪轂電機驅動的四輪電動汽車,但究竟是用內燃機還是用電動機作為汽車動力并無定論。
為世人熟知的發明大王愛迪生也曾經研究過電動汽車,他開發了可充電電池,但是可以想見,他曾面臨著電池容量不夠、續駛里程短的問題。而且由于電池能量密度不夠,為了增加續駛里程,他不得不給汽車裝載更多電池,造成車輛自重大幅度增加。一直在愛迪生身邊研究內燃機的亨利·福特開發出福特T型車,一舉成功,橫掃市場。由于汽車的大批量生產帶來成本的大幅度下降,內燃機相比電動機作為汽車動力系統的優勢進一步顯現。另外,煉油技術的改進使得汽油產量大幅增加,價格相對低廉。于是,內燃機成為汽車的主要動力,電動汽車的身影則逐漸在市場上消失了。
20世紀70年代初,石油危機在中東爆發,并迅速蔓延到全球。各國政府和科研機構開始尋找新的能源以及相應的載體。電動汽車重新進入了行業視野。然而,到20世紀80年代,能源危機和石油短缺的問題得到了緩解,于是電動汽車的商業化又失去了動力,當然內在的原因是蓄電池技術沒有大的突破,電動汽車的發展再次受阻。
從20世紀90年代開始,在能源和環境的雙重壓力下,電動汽車的研發又一次進入了新的活躍期,各大汽車公司紛紛推出各自的電動汽車產品。我記得大約在1994年,通用汽車公司將其開發的Impact電動汽車運到北京做過現場演示。為了顯示這款車的綠色環保,主辦方給所有參加現場演示活動的觀眾發了一件綠色風衣外披和一頂印有通用汽車公司標志的綠色棒球帽。那天天氣有點涼,我環顧左右,發現大多數人都把風衣披上了,卻幾乎沒誰把那頂“綠帽子”戴在自己頭上。
Impact是一款概念車(如圖1-4所示),也是最近30多年來開發成功的第一款電動汽車。1990年,這輛車在洛杉磯車展上一亮相就引起了轟動。該車總重僅1.3噸,其中電池只占了382千克,可見這是一輛整車輕量化做得非常好的汽車。Impact從0到96公里/時的加速時間只有7.9秒,在高速公路上最高車速可以達到88公里/時,充滿電可以續駛200公里。通用汽車公司以Impact的核心技術開發出一款商用轎車——EV1,之后又開發出增程式混合動力電動汽車Volt,開創了一種不同于以往純電驅動的新模式。

圖1-4 Impact概念車(通用汽車中國公司供圖)
記得在2002年,東風汽車公司的老領導黃正夏曾將《參考消息》上刊登的一條消息剪報交給我,那上面介紹了通用汽車公司在電動汽車的基礎上,采用完整平坦的底盤“滑板式”汽車平臺的做法,給我留下了深刻印象。這樣的創新發展至今,當年的設想已經具備產業化的條件了。
不過很遺憾,通用汽車公司推出的上述車型都只是曇花一現,最終沒有在市場上取得成功。
進入21世紀后,動力電池技術有了新進展,特別是能量密度比較高的鋰電池的面世,使得發展電動汽車真正成為可行的一條道路。2006年,特斯拉與英國蓮花汽車共同打造并推出了Roadster電動跑車,從0到100公里/時的加速時間只有3.7秒。也是在這一年,比亞迪公司推出了F3e純電動汽車。此后,各大汽車公司推出了各種各樣的新能源汽車,使用電動機取代內燃機作為汽車動力蔚然成風。
如上所述,用電動機驅動汽車比用內燃機驅動汽車更早,電動機結構簡單,運行可靠,調速相對容易,之所以一直被市場冷落,主要還是因為受到動力電池的制約。直到今天,在同樣的續駛里程條件下,汽車油箱的體積和加滿一箱油后的質量都遠遠小于電池系統。盡管如此,比照當年通用汽車公司研發電動汽車時,動力電池還是取得了巨大進步,已經達到了基本可用的程度,其提升潛力和發展空間相當大。綜上所述,可以說汽車動力系統的改變是汽車產業百年未有之大變局中的第一大變化,這一變化不論在我國還是在其他國家都在發生著,差別只是時間上有先有后而已。
1.2.4 釜底抽薪:解決我國石油供需矛盾
我國的資源稟賦是多煤少油缺(天然)氣,人均石油資源水平只有世界平均水平的六分之一,石油資源短缺問題尤為嚴重。1949年中華人民共和國成立時,我國的原油年產量僅12萬噸。從1950年開始,我國從蘇聯進口原油以保障國內供給。之后很長一段時間里,為了省下汽油、柴油供更急需用油的機具使用,一些城市運營的公交車只能使用煤氣作為燃料(如圖1-5所示)。這些公交車早期曾使用過煤氣發生爐,公交車后面要牽引一輛掛車,掛車上有煤氣發生爐,通過填加煤炭生產的煤氣供汽車作為燃料,后期將煤氣制備改在工廠內完成,將煤氣送到公交車停車場供汽車使用。這些公交車車頂裝有一個大氣袋,出發之前充滿氣,可以跑一個來回,氣袋癟了就得再充氣。

圖1-5 大慶油田歷史陳列館陳列的煤氣驅動公交車模型
1959年,王進喜來到北京參加新中國成立10周年大慶,目睹北京的公交車車頂都裝著一個大大的煤氣包,深受刺激。那段時間,他正參加位于黑龍江薩爾圖的油田(后來被命名為“大慶油田”)開發會戰,他下定決心,“寧可少活二十年,拼命也要拿下大油田”,“把‘貧油’的帽子甩進太平洋”。
正是大慶油田的成功發現和開發,以及以王進喜為代表的這一代中國石油拓荒者的奮發圖強,徹底改變了中國缺油、依靠進口的局面,中國汽車再也不用“背”著煤氣包運行了。王進喜率領大慶石油鉆井隊員人拉肩扛運送鉆機(如圖1-6所示)的一幕幕場景,成為一代中國人的共同記憶。

圖1-6 大慶“鐵人”王進喜率領鉆井隊員用人拉肩扛的方法把60多噸重的鉆井設備運往工地
“大慶”成為全國工業戰線學習的榜樣,而石油工業的代表“鐵人”王進喜身上體現出來的“革命加拼命”精神,成了大慶精神的核心特征。從1959年至2023年3月26日,60多年來,大慶油田一共生產原油逾25億噸,超過我國同期原油總產量的三分之一。其中,從1976年到2002年這27年里,大慶油田持續每年高產穩產在5000萬噸以上,創造了世界同類油田開發史上的奇跡,也為我國在相當長一段時間內的石油供給保障做出了很大貢獻。
但是,隨著時代的發展和社會的進步,特別是隨著汽車普及帶來的保有量持續迅速增加,從1993年開始,我國由石油凈出口國轉變為凈進口國,2020年進口原油5.4億噸[1],比上一年增長7.3%,進口量占全球石油消費總量的13%,原油對外依存度曾超過73%,成為全球最大的石油進口國。從近年我國原油進口情況(如圖1-7所示)可以看出,我國原油對外依存度已超過70%,對外依存度偏高成為我國能源革命面臨的重要挑戰。2021年,受新能源汽車保有量增長和新冠疫情的影響,我國原油進口量出現收縮,為5.1億噸,同比略有下降;2022年繼續微幅減少,同比再降0.89%。

圖1-7 近年我國原油進口情況
近年,我國每年約三分之二的石油來自國外,這些石油經過加工以后,一部分提供給汽車使用,一部分提供給其他的用油機具使用,還有一部分轉化為石油化工產品,例如塑料、化纖、人造橡膠等。
石油大量依賴進口給我國的能源安全帶來了潛在風險。作為世界上第一大能源消費國,國際石油市場的動蕩有可能會給我國的經濟社會發展造成相當程度的沖擊。尤其值得注意的是,我國所處的地理位置,加之內在的能源形勢,有可能會加劇這種沖擊,造成更大的負面影響。
當前,國際地緣政治沖突不斷,第二次世界大戰后形成的國際經濟貿易規則也面臨著重塑局面。未來,世界和局部地區的局勢存在非常大的不穩定性。我國石油進口來源和海上石油運輸安全的保障面臨嚴峻挑戰。
汽車動力從內燃機向電動機轉變的大變革,將釜底抽薪,對解決我國石油供需矛盾起到關鍵性作用,大大有利于保障國家能源安全。
1.2.5 尾氣減排:不斷加嚴排放標準
認識到大氣污染的危害之后,世界各國政府紛紛行動起來,制定限制汽車尾氣排放的技術法規,分階段不斷地加嚴汽車尾氣排放標準。
全球汽車尾氣排放標準大體上分為美國標準、歐洲標準和日本標準三大體系。
1966年,美國加利福尼亞州出臺了世界上第一項有關汽車尾氣排放的限制法規,之后其排放標準一直比美國聯邦的排放標準更嚴。美國1970年成立了國家環境保護局,并制定了第一項聯邦汽車尾氣排放標準,開始在全美范圍內限制一氧化碳的排放;1973年又針對氮氧化物的排放進行了限制,1976年進而限制碳氫化合物的排放。
1990年,加利福尼亞州制訂了零排放汽車計劃,要求從1998年開始,在加利福尼亞州銷售的汽車中必須至少有2%是零排放汽車。也是從這一年開始,美國執行排放標準Tier 0,之后每4~5年加嚴一次。到目前為止,美國仍是世界上排放控制標準種類最多、要求最嚴的國家。
聯合國歐洲經濟委員會從1974年開始實施歐洲綜合法規ECE15,由此統一了歐洲各國汽車尾氣排放限值。歐Ⅰ排放標準從1992年開始實施,之后每隔4~5年加嚴一次。歐Ⅵ排放標準從2014年開始實施,該法規的實施分為兩個階段,從2014年開始第一階段的實施,從2017年開始第二階段的實施。與此相當的美國排放標準Tier 3也是從2017年開始實施的,實施過程中給予企業一段時間的過渡期。
比較歐洲排放標準和美國排放標準,二者在測試方法上有很大不同。歐洲采用的是穩態工況法,乘用車分為15個工況、商用車分為9個工況,在測試臺上,車輛按照規定的工況穩定地運行,加載也保持固定值。這個測試方法簡單易行,但是與實際使用情況相去甚遠,而且在熟悉檢測方法之后,設計人員可以在軟件上做文章,通過控制軟件,使得整車在每一個檢測點上的排放都能夠達標,即便其在實際使用工況中大幅度超標。這就是2015年德國大眾汽車集團“造假門”暴露出來的漏洞。而美國采用的是瞬態工況法,該方法對底盤測功機等檢測設備的精度要求較高,能夠精確地檢測每輛車在模擬行駛過程中每公里排放了多少污染物。
世界各國政府這樣做的根本目的,是在讓汽車方便人們出行的同時,減少汽車尾氣排放對大氣環境的污染。這種訴求在我國又有其特殊的現實意義。前些年,伴隨著我國工業化進程,我國的環境污染特別是大氣污染問題日益突出,很多城市出現霧霾天氣。北京市曾對霧霾形成的原因進行過分析,最后提出的報告結論讓人觸目驚心——汽車尾氣排放占北京大氣污染排放總量的30%左右,這說明控制汽車尾氣排放對減少霧霾天氣發生、保護大氣環境起著至關重要的作用。
由于改革開放后我國汽車產業更多的是引進歐洲技術的產品,所以包括汽車尾氣排放標準在內的國家汽車類產品的技術標準大多是參照歐洲標準。2000年,我國在全國范圍內開始實施《汽車排放污染物限值及測試方法》(GB 14761—1999),先在汽油車上實施國家排放標準。2001年4月,國家環境保護總局公布了《車用壓燃式發動機排氣污染物排放限值及測量方法》(GB 17691—2001),從這一年的7月1日開始在柴油車上實施排放標準,這標志著我國對汽車尾氣排放全面實施強制性國家標準,也就是我們常說的國Ⅰ排放標準。之后,我國在2004年7月1日、2007年7月1日、2011年7月1日和2017年1月1日先后在全國范圍內實施了國Ⅱ~國Ⅴ排放標準。
從國Ⅵ排放標準開始,我國將一直使用的新歐洲駕駛循環(New European Driving Cycle,NEDC)工況改為全球統一輕型車輛測試循環(Worldwide Harmonized Light Vehicles Test Cycle,WLTC)工況,測試條件與實際使用情況更加接近。WLTC工況測試體系原定2021年1月1日起在全國范圍內實施,后來考慮到新冠疫情的影響,推遲到2023年7月1日起實施。
圖1-8展示了我國汽車尾氣排放標準的演進過程。國Ⅰ~國Ⅵ排放標準的主要限值可參見表1-1。

圖1-8 我國汽車尾氣排放標準從國Ⅰ到國Ⅵ的演進過程
表1-1 國Ⅰ~國Ⅵ排放標準的主要限值

注:本表對比最大總質量不超過2.5噸的輕型汽車的污染物排放限值,PM在國Ⅰ、國Ⅱ中取非直噴壓燃式發動機限值,國Ⅲ~國Ⅴ中取壓燃式發動機限值,其他指標在國Ⅰ~國Ⅴ中取點燃式發動機限值,國Ⅵ中不作區分;CO為一氧化碳,THC為總碳氫化合物,NMHC為非甲烷碳氫化合物,NOx為氮氧化物,PM為顆粒物,PN為粒子數量。
歐洲從1992年開始正式實施歐Ⅰ排放標準,到2014年開始實施歐Ⅵ排放標準,歷時20余年。我國則從2001年7月1日起開始實施國Ⅰ排放標準,到2020年7月1日開始實施國Ⅵ a排放標準,歷時20年,從進程上看比歐洲晚了9年。
在實施國Ⅳ排放標準之前,我國要求的排放限值大體與歐洲相應各階段要求的排放限值相同,不同的是,從國Ⅲ排放標準開始,我國要求新車三元催化轉化器的進口端和出口端必須安裝氧傳感器,配置車載尾氣自診斷系統。這樣做的目的是保證車輛能及時地對尾氣進行檢測,如果尾氣排放沒有達標,該系統就會自動報警,轉而進入系統默認模式,發動機將不能正常工作,車輛只能進入特約維修站進行檢查和維護。
目前我國的國Ⅵ排放標準分為兩個階段實施:從2020年7月1日起實施國Ⅵ a排放標準,從2023年7月1日起實施國Ⅵ b排放標準。國Ⅵ a排放標準的排放限值與歐Ⅵ排放標準的排放限值相當,但其要求比美國第3階段排放標準寬松。國Ⅵ b排放標準的排放限值基本相當于美國第3階段排放標準中規定的2020年的平均限值,高于歐Ⅵ排放標準的排放限值??紤]到測試方法的不同,可以說國Ⅵ b排放標準是目前世界上最嚴格的排放標準之一。
國Ⅵ與國Ⅴ排放標準相比,一氧化碳(CO)、總碳氫化合物(THC)、氮氧化物(NOx)、顆粒物(PM)的排放標準都進一步加嚴。對比國Ⅵ a與國Ⅰ排放標準的排放限值可以看出,20年間,汽車尾氣排放污染物限值的下降趨勢還是非常明顯的。
歐Ⅰ排放標準拉開了催化設備和無鉛汽油使用的序幕。歐Ⅱ排放標準將4種主要的排放物限值降低到了可接受的范圍。歐Ⅲ排放標準對發動機排放的碳氫化合物和氮氧化物引入了獨立的檢測要求。歐Ⅳ排放標準強制減少了柴油發動機排放的顆粒物和氮氧化物的排放量,同時引入了柴油顆粒過濾器(Diesel Particulate Filter,DPF),DPF能夠捕獲99%的排放顆粒物。歐Ⅴ排放標準強制所有于2013年1月1日及之后生產的柴油車輛必須使用DPF,同時對缸內直噴汽油發動機也做出了顆粒物排放的限制。歐Ⅵ排放標準強制規定了對柴油發動機所產生的氮氧化物減排67%的目標,同時對汽油發動機的顆粒物排放量做出了限制,允許所有汽車生產廠家使用兩種技術手段來適應嚴格的柴油車輛排放限制:其一,液態催化劑,它可將氮氧化物轉化成水分子;其二,尾氣回收裝置,以此減少氮氧化物的形成。
表1-2比較了歐Ⅰ~歐Ⅵ排放標準。表1-3則比較了歐Ⅵ排放標準和國Ⅵ排放標準排放主要限值。
表1-2 歐Ⅰ~歐Ⅵ排放標準的比較 單位:克/公里

注:對于汽油車,歐ⅤA、歐ⅤB排放標準分別于2009年9月和2011年9月開始實施;對于柴油車,歐Ⅴ排放標準于2009年9月開始實施。歐Ⅵ排放標準于2014年正式實施,但從2013年1月起,曾針對新型公交車和重型卡車先行實施。
表1-3 歐Ⅵ排放標準和國Ⅵ排放標準排放主要限值比較 單位:毫克/公里

注:歐Ⅵ排放標準采用M類車限值,國Ⅵ排放標準采用第一類車限值。
在不斷加嚴的汽車尾氣排放標準中,電子控制燃油噴射代替了傳統的汽油機化油器和柴油機噴油泵。它除了可以精確控制燃油的使用量外,還為車輛建立閉環控制奠定了基礎。隨著標準的加嚴,超稀薄燃燒技術、發動機缸內直噴燃油技術、尾氣顆粒物捕捉技術等大量應用于汽車上,對減少因汽車普及帶來的大氣污染問題也起了積極作用。
前面提到的汽車尾氣中含有的幾種主要排放物,并不是汽車尾氣排放的全部,一般把有排放限值要求的排放物稱為常規排放物。無論汽油車還是柴油車,其排放的尾氣當中還會有一些非常規排放物,包括烯烴類的物質,也包括甲醛等有害氣體。迄今為止,包括我國在內,世界各國對非常規排放物都還沒有提出限值要求。
1.2.6 環境友好:著眼全生命周期碳減排
汽車是碳排放量比較大的工業產品之一,汽車保有量龐大,且還在不斷增長,因而汽車是我們努力實現碳減排目標時必須認真對待和研究的一個領域。
汽車產品在生產和使用過程中都會排放二氧化碳,國際上一般都要計算汽車全生命周期的排放情況。
在生產環節,汽車行業雖然不屬于高碳排放行業,但是在減少排放方面還是有潛力可挖的。比如,在生產中往往要使用蒸汽,過去通常是利用燃煤鍋爐來得到蒸汽。燃煤過程中會產生大量二氧化碳,工業鍋爐一般燃燒1噸煤要排放2.6噸二氧化碳,而火力發電廠的鍋爐燃燒1噸煤只排放2.36噸二氧化碳,即如果能夠使用城市火力發電廠熱電聯供的蒸汽,就可以減少約0.24噸的二氧化碳排放。又比如,在一些地區,可以利用車間廠房的屋頂鋪設太陽能光伏電池,采用分布式清潔能源發電,其雖然不能全部替代外來電力供應,但是作為補充,也能有效減少碳排放。再比如,如果工廠內的物流運輸盡可能使用電動汽車、電動叉車,也可以達到減少碳排放的目的??偠灾?,從一點一滴做起,因地制宜,還是有很多減排工作可以做的。
早在2009年,歐洲、美國、日本等國家和地區就陸續開始對乘用車的二氧化碳排放提出限值目標。其中,以歐洲的要求最為嚴格,所有在歐洲國家銷售的乘用車2015年的二氧化碳排放要達到130克/公里以下,2020年要達到95克/公里以下,2025年要達到81克/公里以下。95克/公里的限值換算成百公里油耗,相當于汽油機的4.2升、柴油機的3.8升;81克/公里的限值換算成百公里油耗,則相當于汽油機的3.6升、柴油機的3.2升。屆時,達不到限值要求的公司將被處以罰款。
2017年,我國正式推出傳統燃油乘用車燃料消耗量限值和新能源乘用車占比的“雙積分”辦法,盡管其與國外的二氧化碳排放限值目標和實施方法不盡相同,卻是具有中國特色的乘用車節能降耗的有效手段。
電動汽車無疑是沒有尾氣排放的,既沒有非常規排放,也沒有二氧化碳排放。那為什么還有人質疑電動汽車的環保性呢?質疑者的論據有兩點:一是我國電力以煤電為主,在電力生產過程中仍然有二氧化碳排放;二是在動力電池生產過程中相比在內燃機系統生產過程中有更多的二氧化碳排放。從油井到“車輪”,究竟是燃油汽車排放量大還是電動汽車排放量大,尚無定論。
事實上,就拿我國來說,隨著這幾年電力行業大力發展清潔能源的成效日益顯現,質疑電動汽車電能來源環保性的聲音變得越來越小。據清華大學趙福全團隊的研究,以我國70%的煤電占比計算,純電動汽車仍可比燃油汽車減碳30%。只要我們繼續努力,不斷提高水力、風力、太陽能光伏等發電的清潔能源占比,電動汽車的全生命周期排放情況一定會比燃油汽車更為理想。將來,隨著新能源汽車保有量的不斷增長,還可以發展從電動汽車到電網之間存儲能源的功效,屆時每一臺新能源汽車就是一個儲能器,可以把儲存在車上的能源再回饋給電網,車主能夠以此獲得一定的收益,國家電網公司由此也可以減少過去建設抽水蓄能電站帶來的一系列問題。
加快發展新能源汽車,是推動能源轉型和實現綠色低碳的重要戰略方向。