专家观点丨欧阳明高：零碳货运重卡技术路径分析与展望
- 2022/12/30 8:48:59
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- 来源：清华大学碳中和研究院ICON 欧阳明高
- 关键词:零碳货运氢燃料电池
发展零碳重卡是现阶段减少温室气体排放的重要路径之一。根据世界自然资源委员会(WRI)报告，2017年我国重型货车保有量仅占全国汽车总量的6.6%，但其碳排放量已达到道路交通行业排放总量的40%。相比其他车辆部门，重型货车电动化率仍然落后，基于销量预测2022年预期市场渗透率约为2.5%，我国零碳货运重卡行业进入加速发展阶段。
我国重卡常用于封闭(港口、矿场)、短倒运输(城市渣土运输、公路接驳)及干线中长途(公路)等场景。零碳重卡的需求主要来源于现有车辆更换，据预测，“十四五”期间我国每年约有50-100万辆重卡更换需求，而不同场景下零碳重卡的出行特征需求差异较大。国际上，美国、欧盟、日本等发达国家及地区均已逐步部署发展零碳重卡技术。现阶段，我国零碳重卡技术路线主要聚焦在纯电动、燃料电池与零碳混合动力重卡。
一 纯电重卡发展现状及展望
纯电重卡发展的关键在于补能技术路径，综合考虑经济性、技术标准、电网供电、场景多种因素影响，换电模式在我国发展潜力较大。按150万km寿命计算，相比于快充和超充，换电模式的补电时间最短，吨公里车辆运行成本最低。吨公里车站成本则随补电间隔的增加呈现先减小后增加的趋势，换电模式在补电间隔80-248km时吨公里成本最低，其最优补电间隔将随着电池性能的提升而延长，具有经济性优势。在站利用率高、平均车辆运行速度较高时，换电模式是电动重卡的最佳补能模式。
从换电重卡纯电动力系统研发及产业化角度，需要研发轻量化高耐久车载换电系统，以团队孵化的智锂物联公司为例，目前已达到重量最轻、锁紧力最大；并建立智能运维系统，打造数字化运营平台；推动中国重卡换电标准体系，发起成立中国换电重卡联盟，推动龙头企业互换性换电合作；最终实现光-储-充-换一体化互补型智慧能源系统，打造电动汽车时代的“加油站”。制定中国纯电重卡技术路线图，预计于2025年纯电重卡年销量达到10万辆、2030年达到35万辆，在经济续驶里程、电池技术等均有显著进展。
二 燃料重卡发展现状及展望
燃料电池重卡应用针对的场景具有长里程、低成本、高效率、长寿命等特点，例如重卡应用场景要求燃料电池发动机具备高功率(150-400kW)且具备优异的散热能力。氢燃料电池商用车是中国特色和优势，正在引领国际潮流：截止2022年6月，我国已在全国67个城市推广了1万辆以上的燃料电池商用车，并且“以奖代补”政策的落地将启动万辆级推广示范。
氢燃料电池商用车研发与产业化宜采用“剥洋葱”研发模式从动力系统-发动机-电堆-膜电极的步骤开展研发，如清华-亿华通团队已采用这一研发模式成功研发出全球首款200+kW单系统车用燃料电池发动机和全球首款长续航、高功率燃料电池重卡，为干线物流电动化提供零碳解决方案。此外，针对目前异地制氢不能充分利用低电价的情况下，海德氢能站内制氢能够有效降低用氢成本，进一步提升经济性、加速商业化进程。我国燃料电池重卡技术路径的核心是研发高效率、长寿命、大功率燃料电池发动机；降低电堆、高压储氢瓶成本；提升市场规模，拉动产业链建设，拓展各类重载交通工具；并针对关键的膜电极开展低温PEM膜电极的高温化、面向60%系统额定效率的研发。
三 零碳混合动力重卡发展现状及展望
“氨氢融合”有利于应对单一氢能利用在运输、存储、车载、安全、成本等方面的技术挑战，是重要的减碳途径之一。基于氨氢融合燃料成功研发的新一代零碳发动机混合动力实现了发动机高效燃烧与零碳排放，是能效最优的零碳新能源动力系统，使我国柴油机产业在碳中和时代获得新生。
零碳发动机混合动力的关键技术包括氨氢零碳内燃机的燃烧排放研究、混合电驱动技术研究：2021年清华大学氨氢发动机点火成功，成功研发“氨氢融合”碳中和发动机关键技术，迈入“氨=氢2.0”新能源内燃机的研究；常州易控汽车电子也研制出零碳内燃机混合电驱动技术，并同步建立社会化核心配套体系。今后，将从系统技术、底盘平台、产品推广出发，推进实现零碳混合动力的国产化应用。
从全球和我国实际情况展望，零碳重卡的发展转型已经成为必然趋势。当前，我国零碳重卡商业化运营正处于加速发展阶段。据研究团队预测，2025年我国零碳货运重卡市场渗透率预计可达18%，2030年有望达到50%。未来，我国零碳货运重卡领域应进一步优化技术路线，加快科技成果的转化与落地；推广动力系统数字化和智能化应用；完善基础设施建设，构建完整产业链；拓宽应用场景；加强政策引导和支持，开展城市试点工作，着力推动能源变革，助力实现碳达峰、碳中和目标。
零碳货运重卡市场展望(源自演讲者ppt)左纵坐标单位：万辆
发布日期：2022年12月29日
原标题：专家观点 | 欧阳明高：零碳货运重卡技术路径分析与展望
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