韓志玉：重卡低碳轉(zhuǎn)型：混合動力與低碳燃料迭代發(fā)展

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重卡能源周期的二氧化碳排放

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重型卡車是公路運(yùn)輸?shù)闹髁?，同時(shí)也是交通領(lǐng)域的“碳排放大戶”。數(shù)據(jù)顯示，全球運(yùn)輸業(yè)約22％的二氧化碳排放來自重卡，中國重卡僅占汽車總量的3.1％，卻貢獻(xiàn)了近40％的行業(yè)碳排放。隨著國家“雙碳”目標(biāo)的推進(jìn)，如何推動重卡低碳綠色轉(zhuǎn)型已成為汽車工業(yè)的核心議題。目前，重卡低碳化路徑呈現(xiàn)多元化趨勢，純電驅(qū)動、混合動力和低碳燃料的應(yīng)用是主要發(fā)展方向。
　　混合動力：節(jié)能增效的“黃金方案”
　　當(dāng)一輛滿載49噸貨物的重卡駛過，或許難以想象，這樣的“鋼鐵巨獸”也能擁有家用轎車上應(yīng)用的混合動力技術(shù)。與依賴外部充電的混合動力乘用車不同，重卡的混動系統(tǒng)自帶“移動充電寶”，通過智能調(diào)節(jié)，將柴油與電能的優(yōu)勢相結(jié)合。

　　和傳統(tǒng)柴油動力相比，混合動力的優(yōu)勢是什么？這需要從節(jié)能、環(huán)保和經(jīng)濟(jì)效益等維度進(jìn)行評價(jià)，特別要考慮運(yùn)輸企業(yè)和個(gè)體十分關(guān)切的全生命周期擁有成本（TCO）。TCO包括購車成本、使用成本（如燃油、保險(xiǎn)、路橋費(fèi)等）、人工成本及報(bào)廢費(fèi)用，其中能源費(fèi)用占比約1/3。TCO的高低直接影響用戶的經(jīng)濟(jì)效益和新技術(shù)的落地。
　　以串并聯(lián)混動重卡為例，在中國標(biāo)準(zhǔn)循環(huán)工況（CHTC-TT）下，滿載49噸貨物時(shí)油耗降低6.1升／100公里，比傳統(tǒng)柴油車節(jié)省約15％的燃油。在實(shí)際山區(qū)道路上，混合動力車型的節(jié)能優(yōu)勢甚至可達(dá)20％。此外，混合動力重卡0～80公里／小時(shí)加速時(shí)間比柴油重卡縮短近50％，大幅提升爬坡能力和機(jī)動性。
　　盡管混合動力重卡的購車成本比柴油重卡高約8萬元，但運(yùn)行期間的節(jié)能特性使其百萬公里的使用總成本比柴油重卡低27萬元（即每公里節(jié)省0.27元）。同時(shí)，由于節(jié)省柴油，混動重卡在百萬公里運(yùn)行過程中，可減少163噸二氧化碳排放，相當(dāng)于種植2000余棵樹。

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　　具體的混合動力構(gòu)型技術(shù)孰優(yōu)孰劣？目前中國市場上的柴油混動重卡主要有3種構(gòu)型：串聯(lián)式、并聯(lián)式和串并聯(lián)式，它們在結(jié)構(gòu)上各具特色。串聯(lián)式混動結(jié)構(gòu)中發(fā)動機(jī)僅用于發(fā)電，車輛完全依靠電機(jī)驅(qū)動，帶來類似純電重卡的駕駛體驗(yàn)。其低速能效較高，但在高速行駛時(shí)，由于電能轉(zhuǎn)換損失較大，整體能耗偏高；并聯(lián)式混動結(jié)構(gòu)中發(fā)動機(jī)與電機(jī)均可直接驅(qū)動車輛，僅需在傳統(tǒng)車型變速器前加裝電機(jī)即可實(shí)現(xiàn)混動。其動力性更優(yōu)，但系統(tǒng)集成復(fù)雜，匹配難度較高，油耗控制相對困難；串并聯(lián)式混動結(jié)合兩者優(yōu)勢，低速時(shí)采用高效發(fā)電模式，高速時(shí)發(fā)動機(jī)和電機(jī)協(xié)同驅(qū)動，以實(shí)現(xiàn)最佳能效。
　　在標(biāo)準(zhǔn)工況下，串并聯(lián)混動重卡的油耗最低，為33.79升／100公里，比并聯(lián)和串聯(lián)分別低0.78升和1.87升；但在實(shí)際道路工況下，并聯(lián)混動重卡表現(xiàn)更優(yōu)，油耗僅35.48升／100公里。累計(jì)至百萬公里生命周期，油耗差距可達(dá)1800升至1.46萬升。從經(jīng)濟(jì)性來看，串并聯(lián)構(gòu)型的TCO最低，百萬公里成本TCO約為698萬元，比并聯(lián)和串聯(lián)分別低2萬元和6萬元?；旌蟿恿夹g(shù)構(gòu)型在不同運(yùn)輸場景下的表現(xiàn)有所差異，因此運(yùn)輸場景差異需匹配最優(yōu)技術(shù)方案。 內(nèi).容.來.自：中`國*碳-排*放*交*易^網(wǎng) t a npai fa ng.com
　　總體而言，柴油混合動力重卡在動力性、油耗和碳排放等方面均優(yōu)于傳統(tǒng)柴油重卡，且經(jīng)濟(jì)效益顯著。更重要的是，其推廣無需大規(guī)?；A(chǔ)設(shè)施建設(shè)，適用于現(xiàn)有公路運(yùn)輸體系，能夠?qū)崿F(xiàn)政府、行業(yè)和用戶的多方共贏。
　　燃料選擇：能耗與成本博弈
　　目前，純電重卡已經(jīng)應(yīng)用于短距離運(yùn)輸場景，液化天然氣（LNG）重卡在長距離運(yùn)輸也有規(guī)?；袌觯状寂c氫燃料被視為未來潛力選項(xiàng)。面對如此眾多的重卡動力類型，需從能耗與成本雙維度開展評估。
　　為了方便比較，從重卡行駛百萬公里消耗的不同能源換算成電力度數(shù)（kWh）可以看出：第一，LNG和甲醇重卡的能耗約為400萬度，比柴油重卡高出15％左右。主要原因是現(xiàn)階段LNG和甲醇發(fā)動機(jī)的熱效率低于柴油機(jī)。純電重卡的能效最高，僅為柴油動力的37％，主要得益于電驅(qū)系統(tǒng)的高效性。由于氫氣發(fā)動機(jī)尚處于研發(fā)階段，其能效也低于柴油機(jī)。另外，無論采用何種燃料，混合動力技術(shù)都能顯著降低能源消耗，節(jié)能幅度達(dá)14％～20％，顯示出其廣泛適用性。
　　基于當(dāng)前能源價(jià)格的TCO計(jì)算（柴油7.5元／L，LNG 4.79元／kg，甲醇2元／L，氫氣25元／kg，電力1.1元／kWh），LNG和甲醇重卡的TCO處于最低位，優(yōu)于柴油和純電重卡。近年來LNG重卡銷量激增（2024年比2022年增加了377.7％）就是得益于其良好的經(jīng)濟(jì)性。
　　純電重卡的TCO低于柴油重卡，但受到混合動力技術(shù)的挑戰(zhàn)。純電重卡的初始購置成本和保險(xiǎn)費(fèi)用高。另外，由于電池重量大，導(dǎo)致純電重卡的運(yùn)載能力下降，削弱其經(jīng)濟(jì)效益。
　　能源價(jià)格的波動對重卡的TCO有一定影響。當(dāng)能源價(jià)格上下波動15％時(shí)，LNG重卡的成本波動最小，僅為3.3％。而氫氣重卡TCO最高，TCO波動幅度也最大，為5.7％，缺乏成本競爭力。當(dāng)氫氣價(jià)格降至21元／kg時(shí)，氫氣混動重卡經(jīng)濟(jì)性方可超越柴油混動。

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　　碳排放全景：從運(yùn)行階段到能源周期
　　分析碳排放時(shí)，劃定碳排放的邊界（或過程階段）非常重要。車輛在運(yùn)行階段的碳排放和生產(chǎn)其消耗的能源（燃料）過程中的碳排放，這兩個(gè)階段相加就構(gòu)成了“油井-車輪”全過程，或稱為能源周期。能源周期的碳排放占全生命周期總碳排放的絕大部分。
　　從運(yùn)行階段來看，純電和氫氣重卡的碳排放為零，甲醇重卡碳排放最高，其次是LNG和柴油重卡，但總體相差并不大。而混合動力技術(shù)可以減少重卡運(yùn)行階段二氧化碳排放，降幅為14％～19％。盡管理論上甲醇燃燒的單位熱值碳排放低于柴油，但實(shí)際上現(xiàn)有甲醇發(fā)動機(jī)的熱效率低于柴油機(jī)，從而導(dǎo)致甲醇重卡的碳排放稍高于柴油重卡。因此，提高甲醇發(fā)動機(jī)的效率是降低其碳排放的關(guān)鍵。
　　但是，當(dāng)把觀察的視角從車輛運(yùn)行階段移到能源周期的全局，情況就發(fā)生了巨大的變化（見圖1）。首先，純電重卡的碳排放不再為零，考慮了發(fā)電和傳輸，純電重卡的碳排放就變得很可觀，盡管它要比柴油低26.5％。
　　第二，燃用甲醇或氫氣是否減少碳排放取決于來源或生產(chǎn)方式。以甲醇為例，目前甲醇多由煤炭轉(zhuǎn)換，生產(chǎn)過程排出大量二氧化碳，重卡燃用煤制甲醇后總碳排放不減反增，是燃用柴油的4倍左右。同樣，燃用以煤為原料生產(chǎn)的氫氣同樣導(dǎo)致能源周期的碳排放增加，約為燃用柴油的2.6倍。采用水電、風(fēng)電等綠色可再生電力來電解水制氫，加上回收工業(yè)廢氣的二氧化碳來生產(chǎn)甲醇，就可以生產(chǎn)出“綠色氫氣”和“綠色甲醇”，重卡燃用這些綠色燃料就可以大幅（85％以上）減少二氧化碳排放，達(dá)到碳中性的效果。 本`文內(nèi).容.來.自：中`國`碳`排*放*交*易^網(wǎng) t a npai fan g.com
　　因此，氫氣和甲醇的生產(chǎn)過程低碳化決定了這些燃料是否低碳。其中，可以采用創(chuàng)新技術(shù)降低燃料生產(chǎn)過程的碳排放。例如，吉利汽車在安陽將煉焦廠排出的焦?fàn)t煤氣和石灰窯的二氧化碳排氣收集起來，經(jīng)催化反應(yīng)合成甲醇，讓原本污染環(huán)境的廢氣經(jīng)過轉(zhuǎn)化后成為可用的“負(fù)碳”甲醇。燃用這些甲醇的重卡有望比柴油重卡總碳排放降低23％。
　　總之，重卡減碳不僅要看使用表現(xiàn)，也要看能源（燃料）的生產(chǎn)運(yùn)輸?shù)拳h(huán)節(jié)。每個(gè)環(huán)節(jié)都需要低碳綠色升級。碳中性燃料的規(guī)?；瘧?yīng)用依賴基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)和能源產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整，是一項(xiàng)長期戰(zhàn)略。因此，重卡行業(yè)短、中期減碳技術(shù)路線應(yīng)該是長途運(yùn)輸采用柴油混合動力；在補(bǔ)能方便的場景使用純電和LNG；同時(shí)推廣重卡使用從工業(yè)廢氣生產(chǎn)的甲醇。
　　政策杠桿：技術(shù)落地的無形推手
　　降低碳排放是當(dāng)前的國策，需要政策支持。例如，碳排放交易可以將企業(yè)二氧化碳減排量轉(zhuǎn)化為經(jīng)濟(jì)效益。如果在公路運(yùn)輸行業(yè)中推行該機(jī)制，則可以用經(jīng)濟(jì)杠桿來鼓勵重卡采用低碳技術(shù)。例如，以2024年中國碳排放權(quán)交易平均價(jià)格95.8元／噸計(jì)算，燃用含碳燃料的重卡（柴油、甲醇以及LNG）百萬公里運(yùn)行的碳排放權(quán)就接近10萬元。碳排放經(jīng)濟(jì)杠桿對含碳燃料重卡的經(jīng)濟(jì)性將構(gòu)成重大挑戰(zhàn)。因此，在向清潔能源過渡期間，引入碳排放交易將改變影響新技術(shù)落地的決策機(jī)制，從“成本優(yōu)先”轉(zhuǎn)向“綠色優(yōu)先”。運(yùn)輸企業(yè)在選擇重卡動力系統(tǒng)時(shí)就會更加青睞低排放技術(shù)，促進(jìn)行業(yè)的低碳可持續(xù)發(fā)展。
　　現(xiàn)階段，氫能重卡主要在示范區(qū)域內(nèi)運(yùn)行，其推廣應(yīng)用受到了加氫站等基礎(chǔ)設(shè)施限制，也受到了氫氣成本較高的約束。為了進(jìn)一步擴(kuò)大氫能重卡的應(yīng)用范圍，自2024年起，山東、四川等多個(gè)省份紛紛出臺氫能重卡補(bǔ)貼政策，這其中最亮眼的要數(shù)免除氫能重卡高速過路費(fèi)政策。免除高速通行費(fèi)后，氫氣混動重卡的TCO比柴油重卡低近200萬元。如此巨大的成本優(yōu)勢不僅能直接為企業(yè)節(jié)省開支，更有望帶動更多運(yùn)輸企業(yè)嘗試氫能重卡?？梢娬呤峭苿蛹夹g(shù)落地的“無形之手”。
　　結(jié)語：多元技術(shù)協(xié)同推進(jìn)綠色轉(zhuǎn)型
　　全面系統(tǒng)地評估新型動力及新燃料對重型卡車的技術(shù)、經(jīng)濟(jì)和環(huán)境影響很有必要?；旌蟿恿夹g(shù)的三重優(yōu)勢使之成為重卡節(jié)能、減碳和增效的“黃金方案”。推廣混合動力重卡可以形成國家、行業(yè)和用戶的多贏局面，且不需要基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)，應(yīng)予以優(yōu)先發(fā)展。
　　當(dāng)前，天然氣和甲醇重卡的全生命周期擁有成本最低，所以被用戶青睞，但需要進(jìn)一步提升發(fā)動機(jī)的熱效率。綠色氫氣和綠色甲醇可以大幅降低重卡行業(yè)的碳排放，并最終達(dá)到碳中性。但要清醒地認(rèn)識到，當(dāng)前燃用煤制甲醇和煤制氫氣所帶來的巨大二氧化碳排放量。
　　重型卡車綠色轉(zhuǎn)型是技術(shù)、經(jīng)濟(jì)與環(huán)境影響的綜合結(jié)果。轉(zhuǎn)型之路將是混合動力化與燃料低碳化相互交織的雙螺旋迭代演進(jìn)，依據(jù)運(yùn)輸場景和補(bǔ)能便利性，純電、天然氣、甲醇和氫氣燃料將展現(xiàn)各自優(yōu)勢，呈現(xiàn)多元動力的綠色進(jìn)化篇章。政府可以通過補(bǔ)貼綠色燃料、優(yōu)化稅收、推廣混合動力技術(shù)等措施，推動行業(yè)邁向“技術(shù)多元、場景適配”的碳中和未來。 內(nèi).容.來.自：中`國*碳-排*放*交*易^網(wǎng) t a npai fa ng.com
　?。ㄗ髡呦低瑵?jì)大學(xué)汽車學(xué)院教授）

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