中國儲能網訊：本研究基于清華大學中國車用能源研究中心所開發(fā)的中國汽車保有量預測模型，對未來汽車規(guī)模進行預測，對車用能源和資源的利用現(xiàn)狀、技術發(fā)展水平、發(fā)展趨勢等進行研究，并提出相應政策建議。
研究結果表明，中國汽車保有量將持續(xù)增長，車用燃料供需矛盾將進一步凸顯，汽車材料所需礦產資源儲備、產品性能和技術水平有待提升。建議出臺相關政策，提前布局，積極應對未來汽車工業(yè)面臨的能源和資源方面的挑戰(zhàn)。
本文來自 2018 年 2 月 15 日出版的《 中國工程學科 》，作者是清華大學中國車用能源研究中心的彭天鐸、袁志逸、袁杰輝、歐訓民和清華大學公共管理學院的朱旭峰。
一、前言
目前，中國已成為全球汽車市場規(guī)模增長最快的地區(qū)之一，也已成為全球最大的汽車消費國和生產國，車用成品油等能源消耗規(guī)模逐年上升，近年呈現(xiàn)出快速增長的態(tài)勢，車用能源問題已成為中國汽車發(fā)展戰(zhàn)略、能源發(fā)展戰(zhàn)略中的一個重要問題 [1]。
在汽車生產過程中，關鍵部件、車體、電池、電機等制造需要消耗大量的礦產資源，以碳鋼、鎂、鋁、鋰、稀土、鉑等為代表的礦產資源儲備、產能、技術水平狀況對汽車產業(yè)發(fā)展的重要性將日益凸顯。
為了積極應對汽車工業(yè)快速發(fā)展所面臨的能源和資源問題，需要對中國車用能源和資源的利用現(xiàn)狀、未來面臨的挑戰(zhàn)及發(fā)展路徑等進行綜合研究。
二、中國汽車保有量現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢
隨著經濟的快速發(fā)展，中國人民生活水平已有了長足的進步，汽車普及率也一路走高，2016 年，汽車產銷量創(chuàng)歷史新高，分別達到 2811.9 萬輛和 2802.8 萬輛，連續(xù) 8 年位居全球第一，汽車保有量達到 1.94 億量 [2]，千人汽車保有量達到 142 輛。如果以人均國內生產總值（人均 GDP ）作為衡量經濟發(fā)展水平的指標，從世界各主要國家經濟發(fā)展水平與汽車保有量的發(fā)展走勢來看，隨著經濟發(fā)展，汽車普及率的上升是必然趨勢。相比于發(fā)達國家，中國的人均 GDP 和汽車普及率均處于較低的水平，家庭轎車（即私家乘用車）尚未大規(guī)模普及，千人汽車保有量僅約為 1921 年美國和 1975 年日本的水平，隨著人均 GDP 的提高，未來汽車保有量還將有較大的增長空間。
民用汽車可細分為乘用車、大型客運汽車和貨運汽車三類。一般來說，一個國家或地區(qū)的未來汽車保有量水平與社會經濟、人口和城鎮(zhèn)化密切相關。歷史數(shù)據(jù)和國際經驗表明，乘用車保有量與人均 GDP 的關系近似呈「 S 型」曲線的形狀，可以采用 Gompertz 曲線方程進行預測，大型客運汽車和貨運汽車的保有量主要和經濟總量相關，可采用彈性系數(shù)法對中國未來大型客運和貨運汽車保有量增長情況進行分析 [3]。
基于以上方法，清華大學中國車用能源研究中心開發(fā)了中國汽車保有量預測模型。該模型計算結果顯示：
我國民用汽車保有量將持續(xù)增長，乘用車保有量到 2030 年可達到 3.8 億 ~ 4.2 億輛， 2050 年達到 5 億 ~ 6 億輛；
大型客運汽車、貨運汽車保有量將在 2040 年分別達到 440 萬輛和 3750 萬輛的峰值水平，繼而有所下降，至 2050 年分別達到 430 萬輛和 3680 萬輛。
綜合以上預測結果，中國汽車保有量到 2030 年將達到 4.2 億 ~ 4.6 億輛，到 2050 年將達到 5.4 億 ~ 6.4 億輛（見圖 1）， 2030 年和 2050 年的千人汽車保有量分別約為 300 輛和 400 輛。
圖 1 我國汽車保有量預測（ 2015 — 2050 ）
注：帶狀圖表示汽車保有量預測范圍，由于未來經濟、人口和城鎮(zhèn)化率等驅動因素的不確定性，未來汽車保有量的預測存在一定變動范圍
三、中國車用能源消費現(xiàn)狀和需求分析
汽車保有量急劇增加引起了車用燃料消耗量的快速增長，并逐步成為石油能源消耗的主體，除少量替代用燃料之外，目前中國車用燃料仍然來自于石油煉制的汽油和柴油。
2016 年，中國石油表觀消費總量約為 5.56 × 10^8 t，全年汽油消費總量為 1.19 × 10^8 t、柴油消費總量為 1.63 × 10^8 t [4]，交通領域石油消費占比接近 50 %，其中近 80 % 被汽車所消耗。
自產石油能力近年來保持在 2 × 10^8 t 左右。車用燃油隨著汽車保有量的增長而迅速增長，帶動了石油對外依存度持續(xù)上升， 2016 年石油對外依存度達到 64.4 % [4]。
未來中國汽車保有量將進一步提升，車用燃料供需矛盾將進一步凸顯。需要多渠道尋找和形成多元化的車用能源供應方式，降低汽車對汽柴油的依賴程度，保障石油安全。
（一）不考慮新能源汽車大規(guī)模發(fā)展和燃料替代的車用成品油需求預測
如果不考慮新能源汽車大規(guī)模發(fā)展和燃料替代的作用，假設未來汽車技術仍以傳統(tǒng)內燃機動力為主、電動化率并無顯著提升，那么即使考慮汽車燃油經濟性水平持續(xù)改善、乘用車使用強度降低、繼續(xù)優(yōu)化公共客運和大力改進貨運車隊管理等影響因素，短期來看，中國車用成品油需求量仍呈持續(xù)增長的趨勢。
未來道路交通中乘用車保有量的增長是汽油消費量增長的主要驅動力。 2020 年汽油消費將達到 1.88 × 10^8 ~ 1.98 × 10^8 toe （ tons of oil equivalent ，噸油當量），預計在 2030 年左右達到峰值 2.35 × 10^8 ~ 2.60 × 10^8 toe，在運輸結構優(yōu)化、強度降低及能效提高等共同作用下， 2050 年可降至 1.86 × 108 ~ 2.27 × 10^8 toe。
目前柴油主要消費在道路營運客車和貨運中，其需求與經濟轉型和產業(yè)結構調整之間關系密切。按當前的發(fā)展情況來看，增加的貨運周轉量所帶來的柴油消費增加，可被能效提高所補償，未來柴油的消費量增速放緩， 2020 年達到 1.62 × 10^8 ~ 1.70 × 10^8 toe ，預計 2030 年前后達到峰值 1.60 × 10^8 ~ 1.77 × 10^8 toe， 2050 年可降至 1.32 × 10^8 ~ 1.62 × 10^8 toe。
綜合以上預測結果， 2020 年、 2030 年、 2050 年中國車用成品油需求分別達到 3.50 × 10^8 ~ 3.68 × 10^8 toe 、 3.95 × 10^8 ~ 4.37 × 10^8 toe 、 3.18 × 10^8 ~ 3.89 × 10^8 toe。
（二）新能源汽車的發(fā)展和燃料替代對車用成品油替代效果
新能源汽車使用電機驅動，能量轉化效率高，能夠有效降低石油資源消耗量，是實現(xiàn)燃料替代、節(jié)約能源的有效途徑。在政策的大力推動下，中國新能源汽車發(fā)展形勢喜人， 2016 年年銷量已突破 50 萬輛，居世界第一位 [5]，根據(jù)《節(jié)能與新能源汽車產業(yè)發(fā)展規(guī)劃（ 2012 - 2020 ）》，力爭到 2020 年新能源汽車累積產銷量達到 500 萬輛 [6]。
隨著新能源汽車技術進步、成本下降及基礎設施的不斷完善，新能源汽車市場份額將快速增長，電動汽車將逐步替代部分乘用車和大型客車，燃料電池汽車將逐步替代部分乘用車和部分大型客運和貨運汽車。如果新能源汽車得到大力發(fā)展，根據(jù)模型測算結果， 2020 年、 2030 年、 2050 年將可分別替代成品油 9.33 × 10^6 toe、 5.71 × 10^7 toe、 1.87 × 10^8 toe 左右。新能源汽車大力發(fā)展時的占比，如表 1 所示。
表 1 新能源汽車大力發(fā)展時的占比
發(fā)展天然氣汽車，對改善目前交通部門的能源結構、實現(xiàn)汽車燃料結構的多樣化、低碳化轉型有著重要意義，《節(jié)能與新能源汽車技術路線圖》重點提出了適度推動以天然氣為主的替代燃料商用車穩(wěn)定發(fā)展 [7]。 2015 年，中國天然氣汽車保有量約為 500 萬輛，位居世界第一，替代了約 1.5 × 10^7 t 汽油和 8×10^6 t 柴油的消費 [4]。
隨著國家對天然氣汽車的逐步重視，未來天然氣汽車的成品油替代作用將愈加顯著。在這種情景下，預測 2020 年減少成品油消費量 4.4 × 10^7 toe 左右； 2030 年之后，受新能源汽車、其他液體燃料等發(fā)展的影響，天然氣汽車增長速度減緩， 2050 年其替代成品油消費量預計為 4.3 × 10^7 toe 左右。
其他液體燃料如燃料乙醇、生物柴油等生物燃料，燃料甲醇、煤制油等煤基燃料具有明顯的石油替代效應，能夠降低車用燃料對石油的依賴。 2015 年，液體燃料替代成品油約 8.45 × 10^6 t [4]，隨著替代燃料的使用范圍不斷拓寬，根據(jù)我國能源結構、國家相關能源發(fā)展規(guī)劃及鼓勵政策，結合各種替代燃料的發(fā)展態(tài)勢，近中期生物燃料、煤制油等將獲得進一步推廣，液體燃料使用量保持上升的趨勢不變。
圖 2 大力發(fā)展燃料替代與新能源汽車對汽車成品油需求削減量的貢獻
注：目標情景量即考慮新能源汽車的發(fā)展和燃料替代的效果后的成品油消費量
遠期來看，受技術、原料以及新能源汽車發(fā)展的影響，其消耗量增長趨勢變緩， 2050 年預計可替代成品油約 3.3 × 10^7 t。大力發(fā)展燃料替代與新能源汽車對汽車成品油需求削減量的貢獻情況，如圖 2 所示。
四、中國車用礦產資源利用形勢和發(fā)展趨勢
（一）車用鋼材供應充足，高強度鋼前景樂觀
未來一段時期內，鋼材仍將是中國汽車車體制造、零部件制造等方面的主要原材料。在汽車行業(yè)中，鋼材料在所有同類用途材料的使用率占比仍將保持在 60 %~ 70 %，就目前產能而言，車用鋼材供應充足。
隨著汽車輕量化趨勢的到來，高強度鋼材料也將成為汽車行業(yè)采用的主要材料，當前中國高強度鋼在汽車制造中的總體應用比例保持在 50 %左右，盡管應用比例與國外差別不大，但用鋼的強度級別與國外仍有一定差距，尤其是超高強度鋼用量很少 [7]。
隨著國內對高強度鋼需求的提高，相關廠商正加大研發(fā)力度，努力提升技術水平和產品性能，未來車用高強度鋼的應用比例和強度級別將逐步提升。
（二）車用鎂資源量較低，產品性能有待提升
鎂合金鑄件是汽車輕量化的一種關鍵材料。發(fā)達國家平均每輛汽車使用的鎂合金約為 10 kg，而中國平均不到 1.5 kg [7]。根據(jù)技術路線圖，中國單車平均用鎂量在 2020 年、 2025 年、 2030 年分別達到 15 kg、 25 kg、 45 kg，結合汽車產銷規(guī)模，預計當年在汽車產業(yè)上的鎂合金總量將分別達到 4.5 × 10^5 t、 8.8 × 10^5 t、 1.71 × 10^6 t。中國鎂合金加工產品在尺寸精度、內在質量及性能穩(wěn)定性方面相比國外仍有較大差距，性能仍有待提升。
（三）鋁資源對外依存度高，面臨多種挑戰(zhàn)
鋁合金是實現(xiàn)汽車輕量化的重要途徑。鋁是中國大宗緊缺礦種之一，截至 2015 年年底，查明儲量 4.71 × 10^9 t，僅居世界第 7 位，對外依存度超過 40% [8]，進口比例過大導致我國鋁制品有關行業(yè)易受出口國政策影響。
中國是鋁生產和消費大國，近年來鋁材的產量呈穩(wěn)定上升態(tài)勢，但與發(fā)達國家相比，平均每輛汽車的用鋁量為 105 kg，較之于發(fā)達國家 140 ~ 150 kg 的水平仍有不小差距，預計到 2030 年將超過 350 kg [7]。
此外，當前國內鋁行業(yè)能耗較高、排放較大、污染嚴重，鋁合金零部件技術性能有待提升，未來車用鋁合金的應用面臨許多挑戰(zhàn)。
（四）鋰資源供應不足，短期約束明顯
鋰離子電池的正極材料由鋰的氧化物制造而成，電池能量密度高、壽命周期長，是電動汽車動力電池的核心材料。 2015 年中國鋰資源已探明儲量約 5.1 × 10^6 t，位列全球第 5 位，但鹽湖型儲量超過 80%，開采加工難度大，長期以來年開采量只占世界總量的 5%，關鍵鋰材料和產品依賴國外進口 [5]。
隨著新能源汽車產業(yè)的興起，鋰資源下游需求將大幅增長，而上游鋰礦開發(fā)卻受制于資源、技術等因素，短期內無法快速擴產來擴大供給，鋰產業(yè)亟待突破。
（五）稀土儲量豐富，供應能力充足
稀土是混合動力車和電動車所采用的電機和電池的關鍵原料，在新能源汽車制造過程中的作用無可替代。中國是世界稀土資源儲量大國， 2015 年總儲量約 5.5 × 10^7 t（以稀土氧化物 REO 計），占世界總儲量的 44 %，且具有礦種和稀土元素齊全、品位高及礦點分布合理等優(yōu)勢 [5]，就目前產能而言，完全可以滿足新能源汽車未來的發(fā)展目標。
按照稀土行業(yè)「十三五」規(guī)劃，未來合理開發(fā)、有序生產、高效利用、科技創(chuàng)新、協(xié)同發(fā)展的稀土行業(yè)新格局形成后，將為新能源汽車產業(yè)的發(fā)展提供有力支撐 [9]。
（六）鉑資源緊缺，長期制約凸顯
鉑族金屬主要應用于燃料電池和催化式排氣凈化器，是汽車產品中最昂貴的材料之一。中國是世界第一大鉑消費國，需求逐年增長， 2013 年消費量達 73.1 t，而中國每年鉑族金屬礦產量只有 2 ~ 3 t，遠遠不能滿足國內需求，除再生資源回收外，進口成為滿足鉑族金屬需求的主要途徑 [10]。鉑資源的匱乏和昂貴成本直接制約了燃料電池的大規(guī)模商業(yè)化應用，隨著中國汽車規(guī)模的不斷擴大，鉑使用量將不斷增加，鉑資源對外依賴程度將進一步提升。
五、政策建議
（一）明確技術路線圖，區(qū)分近中期和遠期戰(zhàn)略發(fā)展重點，分階段、多元化推進不同汽車技術路線
堅持發(fā)展電動汽車，兼顧高效發(fā)動機、混合動力汽車、替代燃料汽車、氫能和燃料電池方面的技術。同時，注重對技術交叉融合創(chuàng)新的引導，加強新能源汽車與可再生能源、智能電網、智能交通、智能互聯(lián)網的聯(lián)動和融合發(fā)展，進行較為系統(tǒng)性的政策設計。
（二）加強新能源汽車基礎設施建設，做好頂層規(guī)劃，完善政策支持體系
新能源汽車發(fā)展與新型城鎮(zhèn)化建設、智能電網建設、交通樞紐規(guī)劃、區(qū)域經濟規(guī)劃、通信網絡等互相融合。加快充電基礎設施建設，鼓勵中石化、中石油等油氣供應企業(yè)和社會資本進入充電基礎設施建設與服務領域。加大充電基礎設施建設財政補貼力度。
（三）著力進行輕量化材料制造領域產業(yè)升級，加大自主創(chuàng)新，提高產品性能
加快建立自主研發(fā)體系，采用產學合作的模式，加快開發(fā)新型的適合汽車輕量化需求的新產品。著力降低高強度鋼、鋁合金和鎂合金的生產制造過程中的污染物排放強度，提高產品應用的安全性，降低單位產品的生產成本。
（四）促進礦產資源的合理開發(fā)和有效利用，優(yōu)化相關礦產資源使用結構，最大限度發(fā)揮我國礦產資源的經濟和環(huán)境效益
「開源」與「節(jié)流」相結合，科學規(guī)劃國內資源開發(fā)利用，積極開發(fā)利用境外礦產資源，開展國際合作。以「一帶一路」為發(fā)展契機，深入推進礦業(yè)合作，加大合作勘查、礦業(yè)投資，充分發(fā)揮沿路各方互補優(yōu)勢和合作潛力，促進礦產資源的開發(fā)利用，實現(xiàn)互利共贏。建立戰(zhàn)略礦產儲存制度，保證汽車行業(yè)長遠平穩(wěn)發(fā)展。加大科技攻關，降低技術成本，開發(fā)車用替代性材料，減少單車稀缺礦產品種的使用量。
參考文獻
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