天津大学尧命发：双碳目标下的车用内燃机技术趋势

2021年9月3日-5日，由中国汽车技术研究中心有限公司、中国汽车工程学会、中国汽车工业协会、中国汽车报社联合主办，天津经济技术开发区管理委员会特别支持，日本汽车工业协会、德国汽车工业协会联合协办的第十七届中国汽车产业发展（泰达）国际论坛（以下简称泰达汽车论坛）在天津市滨海新区召开。本届论坛围绕“融合•创新•绿色”的年度主题，聚焦行业热点话题展开研讨。

 

在9月5日 “前沿瞭望：‘双碳’驱动技术创新”中，天津大学讲席教授尧命发发表了题为“双碳目标下的车用内燃机技术趋势”的演讲。

 

实际上内燃机现在面临很严峻的挑战。在2020年，基本上像包括国际能源署、美国、欧洲都宣布了2050年碳中和的目标。国家提出的3060目标，“60”的目标国际上认为是比较慢的，对我国的压力还是比较大，我们从碳达峰到碳中和只有30年的时间，而且基于我国能源结构，这个压力还是很大的。

 

实际上过去一年，整个世界形势发生了很大变化，最大的变化就是国际能源署发布的2050年碳中和目标路线图，因为国际能源署都会发布对于未来能源的报告。有很大的变化，它计划到2030年全球销售的汽车60%达到电动车，2035年50%的重型车也变为电动，发达国家要实现净零排放。

 

相对应的，对于车用动力的预测，路线图也提出来，我们可以看到这里基本上找不到发动机的影子，基本上就是由电动、燃料电池来分担。可以对比一下，在2020年彭博社对于未来车用动力的发展预测。2020年的预测里，未来的内燃机还有相当的数量，尤其乘用车，像重型车、船、飞机。所以说，这里给我们的一个挑战，也就是说我们整个内燃机在未来车用动力方面面临着严酷的环境，去内燃机化的思潮在国际上蔓延。完全电动化还是有一些争议，今年的G7会议，原来要把汽车行业的绿色转型写入到公告，但是最后没有写，只是承诺采用更多的措施实现交通运输的电气化，并且没有具体的日期和时间。

 

第二，今年六七月份，我们也参与了欧盟组织的全球专家给欧盟议会的一个建议，还是反对在2035年禁售内燃机汽车。欧洲有一个特点，欧洲因为差异很大，比如说挪威，它的水电占了98%，所以它对降碳是最热衷的。法国是核电占50%，德国政府还是坚持要内燃机汽车，这和国家的一些能源结构、工业基础是息息相关的。

 

所以，对我国来讲，我国未来内燃机降碳和碳中和的过程中将发挥什么作用？以及未来在碳中和方面，内燃机的技术趋势是什么？这个报告我主要阐述这两个问题。

 

第一个观点，内燃机在汽车实现碳中和中占主要的因素。尽管我国这两年，新能源、风能、太阳能装机量逐年增长，可能占到总装机量的30%-40%，但是装机量和发电量是不一样的，因为风和太阳能不是24小时发电，也不是全气候的发电，即使这样，可以看到2018-2019年的电力发布，我国在可再生能源增长很快的情况下，整个电力结构并没有发生根本性改变。也就决定了我国电网的碳排放水平远远高于世界的排放水平，这是国际内燃机组织提供的报告。德国一直是可再生能源电做得最好的一个国家。

 

整个新能源替代石化能源是一个漫长的过程，主要有几个原因。第一，水电和火电实际上是可以稳定的电网调节和无功调节能力是这个电网的基础。风、光电有随机性，必须有调节电源。即使电动车成为储能装置的话有一个条件，还要能够上网才能够存储。当然，如果有别墅是可以的，房顶上装太阳能板，装一个充电是可以的，但是集中的能源供给不太可能，首先要保证上面网的问题。如果不稳定电源超过20%，电网安全的风险很大。要解决这个问题，德国可再生能源用得很好，主要得益于可以充分利用北欧的水电，北欧的水电是可再生电的调节结构。美国大概有50%的调峰电源，主要是燃气，煤的火电调节难度差一点。所以要解决新能源的稳定性，一个是发展新能源的储能，另一方面要把现在的火力电功能进行转换，改造和扩容配套更多的调节电源，仍然为新能源服务。我听到一个人介绍，张家口做了很多风电场，同时相应建了好多火力发电厂，就是用来调峰的。

 

所以我国更适合能源动力多元化的发展趋势，这主要是我国能源禀赋决定的。我想煤炭能源在中国的主导地位没有改变之前，油气的高效清洁利用是对减排做出贡献。因为我们不能用煤电，我们也知道国家最近电出现紧张了，为什么？限制煤了。上个月国家发改委刚刚又重新准许了6000多万吨煤的产能可以投入，说明什么？如果电不够我们要用煤，用煤就有碳，碳肯定比油气更高，这是我国的资源禀赋和电力需求特点决定的。

 

另外对于氢能，我们还是可以看到，蓝氢还是绿氢是不确定的，会影响到基础设施的投入。另外氢的储运，下面这个观点是清华大学李震教授提到的，他说一个20吨的卡车只能装几百公斤的氢，运输能力还是一个很大的问题。另外一个，在终端的应用方面，我们还需要有很多探索。所以说，我们在新能源技术存在不确定性的时候需要探索降碳和碳中和的多种技术路线。

 

由于我国的能源特点，在2021年全球能源互联网组织发布的一个《中国2030年能源电力发展规划研究及2060年展望》，煤炭依然是未来10-15年力主要的一个来源，他们预计煤炭在2030年每年消耗25亿吨。我国的整个电力结构短期很难得到根本性改变。

 

基于我国电力的情况，可以看到这里面如果我们把一辆特斯拉汽车，大概百公里17度的耗电，折合为燃油，基本上在油箱到车轮的状态下为4.72L，左边这个图是我国的电力排放水平，可以看到，我国在燃油电动车的过程当中，远远高于欧盟的国家，这是目前基本的一个现实。

 

如果我们来比较一下，国内现在已经用的比较好的一款混动汽车，工信部的油耗是4.1L，综合工况油耗是5.37L，显然油箱到车轮在目前的状况下，电动车仍然是要比混动高，这是一个现实。

 

但是，如果把电动车在制造过程中的碳排放折算起来，电动车涉及到很多矿物质，按照中国的制造技术背景条件下，基本上它折合油耗大概是5.86L，也就是说如果要考虑全生命周期的话，实际上电动车仍然会比目前的混合动力汽车要高的碳排放。如果我们高效发动机的话，实际上结合混合动力，可以助力于汽车降低碳排放。实际上内燃机达到什么水平呢？如果目前用41%的热效率用在混合动力条件下，NEDC的循环基本可以达到4.2L，2025年相当于3.6L。意味着2030年之前，内燃机还是一个主流，但是到了2L以后，要不然就是用插入式混合动力，要不然和燃料结合。

 

今年4月份在维也纳召开的会议，对于氢的可再生燃料欧洲还是很重视的。另外还有小部分的生物质燃料，比如加了10%的乙醇，就是生物质燃料，从本质来讲就是碳中和的一种构成。

 

国际上普遍认为，内燃机本身不是碳排放产生的原因，是因为用了化石燃料，禁止内燃机不是一种解决方案，如果采用生物质燃料，它的碳排放水平可能比来自于风电的电动车还要低。禁止内燃机将关闭作为生物燃料和可再生燃料的几种可持续解决碳排放方案的大门。

 

在近十年来，提高效率和电气化，也就是混合动力化，可能是降低乘用车碳排放的一个重要技术途径。到2035年以后，随着技术的发展，那个时候新能源技术可能更加清晰了，电池技术也可能得到很大的一个突破，可能内燃机真要进博物馆了。也有可能燃料的制备技术作为储备，内燃机可能用更多的可再生燃料。 禸嫆@唻洎：狆國湠棑倣茭昜蛧 τāńｐāīｆāńɡ.ｃōｍ