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2020.06执行摘要EXECUTIVE SUMMARY中国重型货运部门减油路径评估COMPREHENSIVE EVALUATION AND PROMOTION RECOMMENDATIONS FOR ASSESSMENT OF CHINAS HEAVY-DUTY FREIGHT SECTOR PATHWAYS FOR OIL REDUCTIONS劳伦斯伯克利国家实验室Lawrence Berkeley National Laboratory中国石油消费总量控制和政策研究项目( 油控研究项目 )中国是世界第二大石油消费国和第一大石油进口国。石油是中国社会经济发展的重要动力，但石油的生产和消费对生态环境造成了严重破坏；同时，石油对外依存度上升也威胁着中国的能源供应安全。为应对气候变化和减少环境污染，自然资源保护协会（ NRDC）和能源基金会中国（ EF China）作为协调单位，与国内外政府研究智库、科研院所和行业协会等十余家有影响力的单位合作，于 2018 年 1 月共同启动了“中国石油消费总量控制和政策研究”项目（简称油控研究项目），促进石油资源安全、高效、绿色、低碳的可持续开发和利用，助力中国跨越“石油时代”，早日进入新能源时代，为保障能源安全、节约资源、保护环境和公众健康以及应对气候变化等多重目标做出贡献。自然资源保护协会（ NRDC）是一家国际公益环保组织，拥有约 300 万会员及支持者。 NRDC 致力于保护地球环境，即保护人类、动植物以及所有生灵所倚赖的生态系统。自 1970 年成立以来，我们的环境律师、科学家和专家一直在为公众享有清洁的水和空气以及健康的社区而努力。通过在科学、经济和政策方面的专业知识，我们在亚洲、欧洲、拉美和北美等地区与当地合作伙伴一起共同推进环境的综合治理与改善。请登录网站了解更多详情 nrdc本报告是油控研究项目的子课题之一，由劳伦斯伯克利国家实验室撰写。劳伦斯伯克利国家实验室（ LBNL）是一家隶属于美国能源部的国家实验室，由加州大学负责管理和经营。劳伦斯伯克利实验室成立于 1931 年，主要从事各种科学学科的非机密研究。其能源技术团队（ ETA）致力于将基础科学发现转化为能源技术创新和部署，以及为政策制定提供经济分析和数据驱动政策分析。 LBNL 的研究着实立足于改变世界，拥有 13 个科学家及组织获得诺贝尔奖 、 15 项国家科学奖章获得者和 1 项国家技术和创新奖章获得者。系列报告中国汽车全面电动化时间表的综合评估及推进建议（ 2.0版 ）中国传统燃油汽车退出进度研究与环境效益评估中国城市公共领域燃油汽车退出时间表与路径研究中国重型货运部门减油路径评估中国石油消费总量达峰与控制方案研究中国石油消费情景研究（ 2015-2050）国际石油消费趋势与政策回顾中国石油消费总量控制的财税政策研究中国石油消费总量控制体制机制改革研究油控情景下杭州市碳减排路径研究中国石油真实成本研究石油开采利用的水资源外部成本研究中国石油消费总量控制的健康效应分析中国传统燃油汽车退出时间表研究下载以上报告请登录 NRDC 官方网站 nrdc 或扫描右方二维码i中国重型货运部门减油路径评估油控研究项目系列报告中国重型货运部门减油路径评估COMPREHENSIVE EVALUATION AND PROMOTION RECOMMENDATIONS FOR ASSESSMENT OF CHINAS HEAVY-DUTY FREIGHT SECTOR PATHWAYS FOR OIL REDUCTIONS执行摘要EXECUTIVE SUMMARY郑昕 鲁虹佑 范德维 周南 劳伦斯伯克利国家实验室Lawrence Berkeley National Laboratory2020 年 06 月油控研究项目系列报告1为何关注重型卡车重型卡车（即“重卡”）在车辆保有量中的占比小，但其带来的环境影响占比却很高。 在全球范围内，重卡的数量约占所有车辆的 10%，但其碳排放却占交通运输部门的 40%（Moultak, Marissa；Lutsey, Nic；Hall, 2017）。此外，据估计，重卡占公路货运活动的 70，占所有卡车（轻型、中性、和重型卡车）能耗的一半（IEA, 2017）。与通常用于区域运输路线的中型卡车和用于小规模“最后一公里”交付的轻型卡车不同，重卡通常用于长距离货运，并需要较长的作业时间。按每公里计算，重卡能耗较高的一个主要原因是，与中型和轻型卡车相比，其能源效率要低得多；并且，由于行驶周期和有效载荷的差异，车辆技术效率和实际能耗存在显著差异。受这些因素的影响，重卡的能耗预计将在全球范围内持续增长，尤其是在中国这样的快速发展经济体中。新能源重卡技术目前也存在明显的技术挑战。为了缓解重卡带来的环境影响，货运重卡已经成为目前降低交通部门石油消耗和排放的重点关注领域。国际纯电重卡的发展情况全球来说，从2016年开始，跨国汽车制造商和初创企业都开始研发纯电重卡的原型车。预计到2021年会有10个型号的纯电重卡开始进行商用。如表ES-1所示，这些制造商和初创公司主要包括来自美国和欧洲的老牌跨国制造商，如特斯拉（Tesla）、福莱纳（Freightliner）、沃尔沃（Volvo）、戴姆勒（Daimler）、雷诺（Renault）和来自中国的比亚迪（BYD），以及美国初创企业托尔（Thor）和尼古拉（Nikola）、荷兰初创企业 Emoss 和加拿大初创企业 Lion。2中国重型货运部门减油路径评估表 ES-1. 重型纯电动卡车产量预期制造商型号行驶里程（英里）电池容量（kWh）等级 （或已知的车重）首次示范开始生产Eforce EF18 SZM, EV26 310 630 8级2016 2017托尔Thor ET-One 300 800 8级（牵引车）2016 2017沃尔沃Volvo FL Electric 186 300 8级（牵引车）2019沃尔沃Volvo FE Electric 125 300 27吨2019比亚迪BYD T9 167 435 8级（牵引车）2018EEmoss EMS 18系列155 240 8级（牵引车）2017 2018特斯拉Tesla Semi 550 1000 8级（牵引车）2018 2020尼古拉Nikola Two 400 1000 8级（牵引车）2019福莱纳Freightliner eCascadia 250 550 8级（牵引车）2018 2021Lion Lion8 250 480 8级2018 2020沃尔沃Volvo VNR 124 300 8级2019 2020戴姆勒Daimler Trucks eActros 125 240 26吨2021雷诺Renault Trucks D Z.E. 186 300 16吨2019雷诺Renault Trucks D Wide Z.E. 125 200 26吨2019资料来源：Hall & Lutsey, 2019；Rodriguez, 2019纯电重卡的主要发展障碍包括：尚缺乏满足重卡性能要求的电池技术，尚未完全满足车辆货物重量和容量的要求，规模经济发展有限，满足长途旅行需求的电功率范围有限，充电时间较长，以及缺乏充电基础设施。与轻型汽车一样，目前大多数电动卡车型号都使用锂离子电池。但是，与早已进入推广阶段的纯电乘用车和轻型汽车不同，由于长途运输的物理特性和运行特征，重卡的电动化面临特殊的技术挑战，包括车辆重量更重、车辆体积更大、运行情况更艰辛、行驶距离更长，以及操作时间更长。这些限定性的特征反过来要求电池具有更高的能量密度、更高的比功率、更大的耐久性和放电周期，并满足温度管理要求和安全性（IEA，2017）。因此，目前在示范的纯电重卡汽车采用的仍是处于研发阶段的电池技术，而纯电重卡的规模生产和推广的时间尚不确定。重卡部门的某些具体车种，运行距离较短（如在港口附近运营的运货卡车和在城市中运营的垃圾车），可能在近期内更适合优先采用油控研究项目系列报告3电动化技术。 研究发现，电池成本在2007年到2019年间快速下降，每年降低16%，到2019年锂电池行业平均价格降到每千瓦时161美元（Kapoor et al., 2020）。对较小的电动车应用而言，中国电池制造商宁德时代正在开发不含钴的电池，预计价格在每千瓦时80美元；不过，生产的规模以及这种电池的技术应用路线是否可行尚不明确（Schmidt, 2020）。随着生产规模的扩大以及规模经济，行业预期电池成本将持续大幅下降，重卡的电池成本到 2030 年将下降到每千瓦时 100 美元左右的范围。然而， 重卡未来的电池成本还需要考虑到其他技术应用对电池的需求。具体来说，电池的成本将取决于锂、钴、硫酸镍、铜、铝和石墨等原材料的投入。但由于其他技术应用的需求不断增长（如电网存储和纯电乘用车的推广对电池的需求），电池原材料的供应链可能会随着时间发生变化，以支持可再生能源的使用和轻型纯电汽车的部署。预计未来，电网存储和可再生能源应用对电池会有更大的需求，如果电池面临原材料的限制，可能会影响未来的电池价格。在解决电池里程范围有限和充电时间缓慢的技术挑战方面，最近，一些制造商和初创企业取得了一些进展。最新的纯电重卡示范技术（如尼古拉公司的 Nikola Two 和特斯拉公司的 Tesla Semi重卡汽车）已实现续航里程400至550英里（644至885公里）（Hall&Lutsey，2019；Rodriguez，2019）。也有迹象表明，特斯拉公司正在为其纯电重卡牵引车（牵引车车型为Semi）进行30分钟的快速充电示范，充电速度为2C，这可能为卡车提供长达 4-6 个小时的行驶时间（Phadke et al.，2019）。国际燃料电池重卡的发展情况氢燃料电池卡车是一种纯电汽车，它使用储存在压力罐里的氢，并通过车上配备的燃料电池，将氢转化为电能从而进行车载发电。相比于最大效率为37-39的柴油发动机，燃料电池组的效率可以达到 50以上（Moultak，Marissa；Lutsey，Nic；Hall，2017）。燃料电池重卡使用的氢气是通过“甲烷转化”工艺从天然气中产生，或通过电解从电力中产生。未来，理想状态下是利用多余的可再生电力，通过电解的方式来制氢。加氢站通常与加油站设置于同一位置，轻型的燃料电池乘用车最快可在5分钟内完成加氢（DOE，2019）。加氢站的规模决定了如何将氢输送到加氢站：较小的加氢站可以通过卡车运输气态氢，或现场制氢；而每天需要接收500公斤以上的加氢站则需要通4中国重型货运部门减油路径评估过卡车运输液态氢，或使用管道运输氢气（IEA，2017）。目前，虽然轻型的燃料电池汽车在美国乃至全球的局部市场上都有少量销售，但针对中型和重型汽车的燃料电池汽车技术和市场仍在开发中。正在研发燃料电池卡车的制造商包括比亚迪、丰田、尼古拉、肯沃斯、Emoss、三菱扶桑和现代 （Hall & Lutsey, 2019）。至今为止，目前只有四种8级（最重级）的重卡示范车型，它们的行驶里程范围从最低的238英里（383公里）到最高的1000英里（1609公里）；前者是现代公司2019年投产的XClient 8级厢式运输车，后者是特斯拉公司预计将于2022年投产的One 8 级牵引车。燃料电池重卡作为一项正在研究、开发和试运行阶段的新技术，其车辆成本和相关零部件的成本尚不确定。现有文献显示，目前燃料电池重卡的成本区间仍比较宽泛。预计，燃料电池重卡的成本将从目前的 25.6- 48 万美元下降到 2030 年的 15-20 万美元。扩大氢燃料电池重卡使用规模的主要障碍包括：相对较新的技术，以及随之而来的车辆技术和相关基础设施的高成本。由于原型车的示范和生产规模有限，因此迫切需要技术成熟，以便通过规模经济，使生产成本像当前经济分析所预期的那样下降。利用低排放源生产氢气，需要降低可再生能源的价格以及提高电解槽容量利用率，以提高使用可再生能源电力进行电解制氢的经济竞争力。氢气运输和输配网络也面临技术挑战，需要统一的安全和技术标准来提高和扩大集中制氢的规模。此外，需要在利益相关者之间进行协调，建立最低数量的加氢站以满足用户需求，同时推广轻型燃料电池汽车和客车以帮助降低成本。比如，加州在开发氢燃料电池车辆的过程中，通过政府和社会资本合作，建立了加州燃料电池合作伙伴，其目标是实现到2025年，在加州建立200个加氢站的目标。然而，实际的基础设施开发速度仍远远不够。到2019年底，加州只有不到50个加氢站。加州进行的 2019 年度评估发现，氢燃料市场和燃料电池汽车的市场都必须在未来几年内实现比历史速度快很多的高速增长，才能实现加州的原定目标（加州空气资源委员会，2019）。目前国际重卡部门的政策为了支持这些新兴重卡技术的发展和推广以及其他相关的技术进步，目前已经有六个国家（包括中国）和地区在重卡领域采用了强制性的能源和二氧化碳排放标准。此外，欧洲还采用了低排放区，即重卡进入特定城市区域需要满足更严格的排放标准。北美和油控研究项目系列报告5欧洲也开始了重卡的示范和试点项目，加州对更清洁的重卡车辆提供奖励。中国重卡部门的特点2009年，中国超过美国和欧盟成为全球最大的重卡销售市场。到2015年，中国占全球重卡新销量的五分之一。从用途上看，中国的重卡主要以城市专用重卡和长途货运牵引车为主。从能源上看，中国绝大部分的重卡目前使用柴油。液化天然气重卡和城市纯电重卡的使用在近年来开始增加，但仍不到保有量的2%。 从市场集中度看，中国货运部门非常得分散，70%的车辆由个体拥有，每个车队仅拥有平均3.2辆重卡。从能源效率上看，中国的重卡仍有提升能源效率的空间。通过采用先进的发动机技术，车辆轻量化，改善空气动力，低滚动阻力轮胎等技术可以提高重卡能效。从政策支持上看，2015年以来，中央政府开始鼓励纯电卡车和燃料电池卡车的发展，对新能源重卡给予补贴以及更优惠的交通政策。最近，2020年4月，虽然新能源重卡的补贴实施期延长至2022 年，但是补贴额度在上一年基础上降低 10% 和 20%。 评估不同技术路径对中国重卡部门的能耗和排放的影响降低中国重卡部门二氧化碳排放的现有技术选择包括：提高能效，采用更清洁的燃料（如液化天然气），采用更清洁、低碳或零排放的车辆技术（如纯电动、电线或动态充电以及氢燃料电池技术）。我们需要系统地评估这些技术的应用潜力。本报告重点了解中国卡车的市场情况和采用这些替代性清洁技术的适用性，尤其考虑到现有的技术局限性以及大规模推广存在的障碍。我们也采用了自下而上的模型工具，评估采用这些新能源重卡技术对运行能耗和排放的影响，同时也评估提高燃油效率以及卡车运营和物流效率对重卡的运行能耗和排放的影响。6中国重型货运部门减油路径评估情景分析为了更好地了解不同技术路径对中国重卡部门降低石油消耗的潜在影响，我们采用了由伯克利国家实验室开发的自下而上的能源终端模型“中国2050需求、资源和能源分析模型（DREAM）”，作为情景预测和分析的基础。具体说来，我们分析了四个情景，包括：1. “ 参考情景 ” ：能效不断改善（每年提高 0.6-0.7%）和采用液化天然气（ 2050年达 30%），从而与近年来政策驱动的变化保持一致。2. “ 短期策略情景 ” ：完全采用技术性的能效提升（每年提高 1.4-1.5%），采用更清洁燃料的商用卡车（ 2050 年液化天然气卡车到 50%），以及系统的物流运输提高，从而到 2050 年降低 15% 的重卡活动量。3. “ 新能源早期采用情景”：较早并加速采用纯电重卡（ 2020 年）和燃料电池重卡（ 2035 年），到 2050 年分别占重卡保有量 30% 和 10%。 4. “新能源晚期采用情景”：较晚引入 纯电重卡（ 2020年）和燃料电池重卡（ 2040年），比重增加缓慢，到 2050 年分别占重卡保有量的 14% 和 5%。同时，本报告也建立了其他的情景，对能源强度的变化、活动量的增加以及更早采用氢燃料电池（而非更早采用纯电技术）进行了敏感性分析。“短期策略情景”可在短期内快速降低柴油需求，采用新能源重卡可在长期内几乎完全消除柴油需求基于我们的建模和情景分析，我们发现在“短期策略情景”下，柴油需求可能会在2020年代早期出现平台，2025年达峰，然后快速下降，2050年的柴油消耗量降为2015 年的一半左右（见图 ES-1）。油控研究项目系列报告7“短期策略情景”考虑了多种策略，其中，能效提升降低柴油需求的潜力最显著，仅此一项策略就可以在2020年代早期帮助柴油消耗达到峰值。从长期来看，随着液化天然气卡车和新能源卡车销售量的增加，通过采用液化天然气重卡和新能源重卡来降低柴油需求的潜力也非常显著。此外，通过对货运物流和运行进行系统地改善，从长期来看也有效果（如图 ES-2 所示）。5 null短期策略情景null可在短期内快速降低柴油需求，采用新能源重卡可在长期内几乎完全消除柴油需求 基于我们的建模和情景分析，我们发现在“短期策略情景”下，柴油需求可能会在2020年代早期出现平台，2025年达峰，然后快速下降，2050年的柴油消耗量降为2015年的一半左右（见图ES-1）。 图ES-1.各项策略对重型卡车柴油消耗量的影响 “短期策略情景”考虑了多种策略，其中，能效提升降低柴油需求的潜力最显著，仅此一项策略就可以在2020年代早期帮助柴油消耗达到峰值。从长期来看，随着液化天然气卡车和新能源卡车销售量的增加，通过采用液化天然气重卡和新能源重卡来降低柴油需求的潜力也非常显著。此外，通过对货运物流和运行进行系统地改善，从长期来看也有效果（如图ES-2所示）。 0501001502002502015 2020 2025 2030 2035 2040 2045 2050百万吨标油基准情景短期策略只加上重卡能效进步只加上换为液化天然气只加上重卡物流和运营改善新能源重卡晚期采用新能源重卡早期采用图 ES-1. 各项策略对重型卡车柴油消耗量的影响