清洁能源汽车产业化过程中的科技战略

清洁能源汽车产业化过程中的科技战略管理提醒： 本帖被 zsq1990_ 执行提前操作(2009-09-26) 我国清洁能源汽车的研究取得了令人瞩目的成绩，对国家汽车工业的进一步发展将产生深刻的影响。实验室的成果能否尽快成为企业的产品，取决于我们能否解决转化中的关键问题。清洁能源汽车产业化的过程，必然是高新技术和科技政策结合的过程。过去，我们说科学技术的进步，是基于人类对自然知识的积累和社会发展的需要，那么，在全球化的今天，高新技术产业化的成功，则既有科技进步的引领，又需要有正确的科技战略和政策的支撑。1、科学技术的发展引领着产业化我们可以把清洁能源汽车的研究看作是能源革命的一个最新阶段。人类最早从柴草中获取把生肉烤熟的能量，继而从煤炭、到石油、再到燃气，这种从固态到液态再到气态的过程是能源使用型态的发展趋势。人类开发、利用新的碳氢能源的历史实际上是一个脱碳的历史。每一次能源革命的结果都是使碳氢能源中碳的含量降低，氢的含量上升。木柴中碳氢原子个数比约为10：l，煤约为2：1，石油为l：2；天然气为l：4，而氢能源的使用彻底摆脱了碳。每一次能源的脱碳都增加了效率，减小了对环境的副作用，推动了人类社会的进步，提高了社会的文明程度。由此看来，氢能源时代的到来将是能源发展的必然趋势，也是社会发展的需要。我们再来看看与能源紧密结合的动力技术革命的发展轨迹。蒸汽机技术是第一次工业革命的标志，它使得煤等能源转化为机械动力，带动人类从农业和手工业时代进入以大机器生产为特征的工业化时代。对机器的大量需求，又带动了冶炼技术和制造业的发展。内燃机时代是动力技术革命的重要阶段，全新的内燃烧理论直接促进了汽车工业的诞生，并使控制技术发展到很高的水平。燃料电池系统是动力技术的又一次革命，它基于对燃烧机理的新的认识。氢氧催化发电是所谓低温燃烧，只需要在6080摄氏度的溫度范围内就能够正常工作。燃料电池系统技术的完美实现，是基于动力蓄电池、电机驱动、电子控制、信息技术、混合动力技术的发展，是这些交叉学科的集成。近3000年的世界文明史，前2500年基本上是以柴草和木炭等为主要能源的农耕经济。当人类进入烧煤的蒸气机时代吋，便进入了工业时代，文明的演变速度明显加快。基础研究促进了人们对自然的探索和认识，使人类越来越多地掌握了自然的内在规律。同样，科技的发展和礼会的发展也有其内在的规律，人们通过不断的实践和积累，通过正确的技术路线和积极的经济、社会战略，就能够引领和推动产业化，并且使高新技术产业化的过程不断地缩短。汽车工业是现代工业中技术集成度最高的行业，涉及到材料、机械、电子、能源、信息、交通、环境、管理等10几个学科领域，汽车能源的革命将使所有相关学科领域都产生深刻的变化。高新技术的发展就是遵循这样的路径，从单科技术进步到交叉学科集成再到样品。按照这个规律，高新技术的产业化，必须经过下面几个环节：1、企业的专门化，也就是高度细分的专业生产。2、专门企业的集成化，负责对所有零配件和相关技术集成。3、市场集约化，整合或调整市场相关要素，然后实现产业化、商品化。2、高技术发展支撑着产业经济的连续发展汽车工业发展的前120多年，都在解决内燃机的功率和效率问题，所有的精力都放在提高发动机功率上，发动机体积越小、份量越轻、马力越大、效率越高越好。那么衡量汽车的唯一指标就是马力指数。这也就是Fl所追求的，人类要突破速度的极限。伴随汽车的不断普及，对社会影响越来越大，节约能源和减少污染成为新的课题，这是最近2030年汽车工业解决的主要问题。美国刚开始的时候通过限定油耗实现对能源的节约，现在则把重点放到对内燃机排放物的处理上。衡量汽车有了新的指标，就是排放洁净的指标，主要思路是通过燃烧下净达到汽车排放越来越小的目标。最近，在上海举行了第六届必比登洁净能源汽车挑战赛，其中展示的清洁汽油和柴油内燃机技术是传统能源汽车发展的方向。由于仍然使用传统能源，仍然没有跳出传统燃烧的范畴，因此，内燃发动机驱动技术很难直接进入燃料电池驱动系统。燃料电池系统是目前最好的汽车动力技术。燃料电池汽车的原理就是利用氢和氧结合时产生的电来驱动发动机，而氢和氧的低温催化排放的只是纯水，不会产生氮氧化合物污染环境。氢能源不仅能够实现真正的零排放，也可以实现可持续发展。氢作为能源载体，可以从煤、天然气和风能、太阳能等各种可再生能源中获得，也可利用低谷电能制氢和工业副产氢气。氢能源时代是人与自然和谐发展的时代。由于120年来汽车都是使用石油作为能源，因此以氢能取代传统能源所面临的任务非常艰巨，可说是能源工业和汽车工业一场史无前例的革命。交通能源动力系统转型包括三个方面的内容：一是能源结构转型，逐步实现从石油、天然气、煤基燃料向化石能、核能和可再生能源制氢等多元化能源过渡；二是动力系统转型，推进传统内燃机技术向新型燃气发动机、混合动力和燃料电池动力系统的技术变革；三是基础设施转型，研发安全、高效和经济的储运、加注和制氢技术，推进基础设施建设。为了实现内燃机汽车向燃料电池汽车的转型，我们在“国家863计划”电动汽车专项中，设计了燃气驱动技术和混合动力驱动技术的中间环节。通过燃气汽车的推广应用可以积累气体燃料储存、运输、加注技术，建设加注基础设施；完善车载气体燃料技术和法规；通过混合动力技术可以培育关键零部件如电机、电池和电子控制技术；随着燃料电池发动机的成熟，就可以完成向燃料电池汽车的转型。当然，混合动力技术本身不是一种过渡型技术。混合动力技术的精髓在于它通过电机将车辆在下坡、制动时的动能转化为电能储存在动力蓄电池中，这些电能又可以用于帮助发动机克服峰值功率的需求。这样汽车就不必配置过大的发动机，达到竹能的效果。混合动力技术可以用于燃油发动机，同样也可以应用于燃气发动机。最近研制的燃料电池汽车也都采用了电电混合动力技术。技术的细节不尽一致，但关键零部件如电机、蓄电池都可以共用。从燃气驱动技术和混合动力驱动技术在汽车动力转型过程中的作用，我们看到了技术发展的轨迹，它往往不是呈直线型的，而是像大树的根系，需要由多种关联技术的积累来支撑和实现技术革命的一次跳跃，甚至于飞跃。一个行业是这样，整个产业领域也是这样，因此，选准重点领域，组织实施科技专项，促进技术集成，引领和催生市场需求，形成产业集群，是高新技术产业化的必由途径。只有这样，才能保证产业经济的持续发展。3、全球化背景下的清洁能源汽车产业化近年来，我国汽车业迅猛发展。今年汽车产量将达到500万辆，居世界第三位。国内外各种预测表明，2020年中国很有可能超过美国成为世界上最大的汽车制造国。目前，我国车用石油消费在石油总消费中的比例仅占33，大大低于世界平均水平50。尽管如此，我们已经感受到了石油的日益紧张和石油安全的巨大挑战。同时，车用石油消耗所产生的空气污染和CO2排放也正在变成愈来愈严重的问题，我国已经成为世界上第二大CO2排放国，由此产生的国际政治和经济争端将会愈演愈烈。这充分表明，我国所面临的交通能源问题将来势更猛，影响更大，挑战更加严峻。如果按传统交通能源动力系统发展下去，我国石油供应难以为继，不可持续。与此同时，发达国家和各世界著名汽车生产厂商，虽然都早于我国开始研制清洁能源汽车以及氢能动力系统，而且其技术水平都已经达到了产业化的要求，但却无法下决心立即全面实施。这是因为清洁能源汽车产业化不仅仅是技术问题，还是经济问题和社会问题。第一，从能源结构上说，因为氢气可以从多种能源中获得，而且可以分散产生，那么石油经济的垄断局面就将被打破，这无疑对世界格局产生重大冲击。第二，汽车动力系统的成本通常占整个汽车成本的三分之一，同样，汽车公司在动力系统的资产占整个汽车公司资本的三分之一。如果动力系统改变，原有的资本沉没了，新的资本要投进去，总共会引起60固定资产的变化，这是多么大的效应。技术已经开发出来了，但跨国公司不敢推广就是有这个顾虑。第三，现在加油站等基础设施都控制在石油公司手里，将来的基础设施非常简单，而且是分散的。你可以去买氢气，也可以自己在家里利用晚上的波谷电制氢。这样整个基础设施的结构发生了根本性的变化，这是非常大的经济动荡，甚至会形成国家政治外交格局的变化。而我国汽车工业刚刚发展起来，汽车普及率低，因而在汽车动力系统发展战略选择上，有更大的自由度。我国的汽车工业发展，特别是上海汽车工业的发展走了一条高起点、国际化的道路，至少在石油经济基础上的减排放阶段我们已经跳过去了。在新能源汽车研发和产业化方面，我国处于与国外基本同步的水平，相对传统汽车而言，具有更大的比较优势。如果政策得当，完全可以在世界上率先实现转型，实现跨越式发展。根据优势富集理论，一项高新技术在世界范围内率先实现产业化，将引发国际资本和技术的积聚。美国克林顿政府成功地实施了信息化战略，形成大量资金和人才向“硅谷”等高新技术企业的积聚，促进了美国经济的持续发展。布什政府则利用国际反恐局势，引发能源危机，在石油市场投机中积聚大量资金。如果我国率先实现清洁能源汽车的产业化，世界新能源的技术和资本就会迅速集中并跟进，我们就可以形成后发优势，同时极大地促进我国工业化发展。我国已有发展清洁汽车和电动汽车1 O多年的成功实践。“九五”期间，科技部会同有关部委组织实施了“清洁汽车行动”，取得了重大阶段性成果。目前，全国已有燃气汽车19万辆，加气站600余座，年替代石油130万吨。而且天然气汽车呈现快速增长势头，预计今后几年将进入大规模推广应用阶段。“十五”期间，科技部又组织实施了“电动汽车重大科技专项”，国家投入88亿元，是最大的科技专项之一。全国200余家单位、2000多名骨干科技人员直接参与实施。目前，小型纯电动车辆已经过产品型式认证试验，混合动力汽车已开始商业化试验示范运行，燃料电池汽车已经研制实用样车，即将开始商业示范运行。各类电动汽车样车进入实用化考核阶段。这为我国汽车动力转型战略的实施，奠定了坚实的技术、人才和实践基础。经过几年的追赶，我们在燃料电池车上与发达国家的距离已经缩小，国际上燃料电池车已发展到了第三代，我们的“超越二号”相当第二代的水平。6月10日，“超越二号”首次驶出实验室，在同济大学的露天操场进行试车并获成功。“超越二号”的所有关键零部件都由我国自主开发，采用桑塔纳3000为原型车装配而成，在节能上有出色表现。它的每百公里氢消耗量从“超越一号”的139千克下降到103千克。“超越二号”从起步加速到100公里时速只需267秒，比“超越一号”整整缩短了约20秒，最高时速118公里，续驶里程达到197公里。10月9日14日，专项研制的样车已经在上海举行的“必比登世界清洁能源汽车挑战赛”上亮相。我们的样车在7项测试中获得5项A级的好成绩。“超越号”第三代明年将是模块化的，明年底就可以组成小车队在马路上跑了。怎样使我们的研究成果从同济大学的实验室里走出去，从研发型企业走出去，最终实现产业化，这是我们科技人员最关心的问题。我们希望在北京奥运会、上海世博会时有几十到几百辆中国自主开发的清洁能源汽车驶上街头。我们正在为努力实现这一目标而奋斗。综上所述，我们可以得出如下的结论：国家民族的全面协调可持续发展，是产业化科技战略的基本立足点：科学探索和发现，是技术进步的基础：技术的积累、国家持续的支持，引发技术革命；利用国家科技专项，促进关键技术的突破和交义学科的集成：政策导向催生了市场需求，经济政策、法规、标准的建立、市场准入和政策的倾斜，促使产业集群：市场需求和形成的过程，拉动了国际资本和技术的积聚：国际化和市场开放以及国际竞争机制的形成，都需要国家政策的引领。最近，我国完成了中长期科技发展规划战略研究。目前，上海市也在研究制定中长期科技发展规划。这一战略规划的主旨是建设一个创新型的国家科技体制，以科学技术的发展来支撑和引领经济社会持续协调发展。这一战略规划的实施，必将为我国高新技术的产业化创设良好的环境，推动产业化的进程。(本文由现科技部部长万钢先生在“第二届上海市科协学术年会开幕式”上发表。)对北京市发展清洁燃料汽车的几点想法清洁燃料汽车是以清洁燃料取代传统汽油的环保型汽车，是减少汽车污染物排放的重要措施之一。车用清洁燃料的研究在世界上已有多年历史，目前在日本、美国、加拿大、新西兰、澳大利亚等国家使用天然气、液化石油气作为车用燃料的车辆已经越来越多，其相关技术和设备日益成熟，正逐步走向商品化。北京市对车用燃料的研究一直十分重视，近年来进行了大量试验研究工作，为大量推广取得了经验。 目前随着陕甘宁天然气进京以及液化石油气市场的逐步放开，在北京发展天然气汽车和液化石油气汽车已经成为可能。 目前，北京市城市规划设计研究院正组织有关部门编制北京市双燃料汽车及车用燃气加气站近期发展规划。从而推广使用清洁燃料汽车，以缓解汽车大量燃油造成的大气环境污染。一.北京市发展清洁燃料汽车的迫切性北京市的空气污染主要是由燃煤、机动车排放和扬尘污染物造成的。燃煤造成城市大气中二氧化硫(SO2)与悬浮物微粒升高，而机动车排气污染则造成一氧化碳(CO)、氮氧化物(NOx)、及碳氢化合物(HC)增高研究结果表明：北京市大气中HC的73.51.7CO的63.4、NOx的46来自机动车排放，特别是非采暖期机动车排气的污染所占的比例更高，HC占79.1、CO占80.3、NOx占54.8。因为扒动车的排放位置低，接近呼吸带和采样点，实际对环境浓度的分担率达70以上。 北京市机动车保有量虽然比国外大城市少，但单车排放的污染物比国外同类机动车高几倍至10几倍，机动车排气污染已超过国外一些大城市，而又全市机动车增长的速度权快，1992年底为60万辆，目前已接近140万辆，居于全国之首。汽车尾气排放的NOx、CO日益严重，主要街道路口，人行横道两项污染物全部超标。“七五”期间主要干道交通的CO为5.7mgm3，NOx为132gm3，“八五”期间达到6.5mgm3和174gm3，分别增加了54和24，是国家标准的1.6和3.48倍。机动车排放的一氧化碳、氮氧化物等污染物对人体健康产生危害。氮氧化物中毒性大的主要是NO2，对人体的呼吸器官有刺激作用，会引起气管炎、肺炎、甚至肺气肿。 机动车排放的污染物还可能引起光化学烟雾。光化学烟雾是汽车尾气的二次污染物，与机动车排放的HC、NOx有关。其中臭氧(O3)主要是对鼻、眼、呼吸道有刺激作用，对肺功能有影响。机动车排放的废气，特别是柴油车排放的颗粒物中还有致癌物3.4苯并芘。北京市在非采暖期已经存在明显的光化学烟雾污染。因此，采取有效措施，防治机动车排放污染，防止环境继续恶化，防止发生光化学污染的公害事件发生， 已成为刻不容缓的重要工作。北京市区各种机动车和专用机动车NOx排放情况见表11、表12。从上述情况看，在全部机动车污染排放中，又以各种专业运营车辆(如公共汽车、出租车、环卫车、邮政车等)的污染更为严重是，其分担率达到36，应该重点治理。二、清洁燃料汽车的发展方针及步骤 按照国务院对北京市环境质量的要求,北京市的环境质少量要在2002年基本达到环境质量二级标准。为此北京市准备采取多项治理措施。其中对于控制机动车污染物排放,一是，对于新车颁布了轻型汽车排气污染物排放标准(1999年1月1日起执行)。二是，积极推广使用清洁燃料汽车，并从政策上给予一定支持。我们发展清洁燃料汽车的基本方针是：统筹规划，加快实施，先易后难，区别对待。对于还在起步阶段的清洁燃料汽车产业的发展来说，需要一个相对稳定的、长期的政策支持，首先鼓励在用车辆尽可能改为清洁燃料汽车。同时清洁燃料汽车要维持十个比较稳定的保有量。不仅要大量改造在用车辆，还要有制造厂生产双燃料新车。但是明年北京市即将实行的轻型汽车出厂排放标准3采用普通化油器的轻型汽车(主要指轿车类)使用清洁燃料后的排放仍不能满足要求，只有采用电子燃油喷射的车加配三效催化净化器才能满足排放标准。而目前让已经达到新排放标准的新车再马上改用清洁燃料，除非在经济有相当好处，否则是有很大困难的。因此，为促进清洁燃料汽车产业的起步，我们建议市有关部门应考虑在政策方面有一定灵活性。针对不同类型的车辆，制定不同的政策，使得在近期清洁燃料汽车有一个比较稳定的保有量。具体的讲就是；对于已经列入近期改车计划的出租车行业，应针对不同价位的车型考虑不同的政策。对于中、高档次的出租车，首先考虑改造再用车辆，待这些车辆逐步淘汰更新时，再更新为采用电子燃油喷射的双燃料车(同时加配三效催化净化器使车辆达到0排放)。对于目前准备更新的低价位出租车(低价位车总量约3.5万辆，近期面临更新的面的约2.3万辆)，则应一定期限内适当放宽新车标准。由于这些车辆的服务对象主要为普通市民，租价较低，在更新车辆时除尽量改为电喷车外，若考虑其成本影响因素，采用普通化油器的双燃料车则是一个折衷方案。可让少部分车辆更新为普通化油器的双燃料车，待其到了下一个更新期时(6年以后)，此时相关的加气设施已经建设的比较完善，经济承受能力也将有很大提高，这时要求其使用电喷双燃料车也是能够接受的。 三、关于改车对象的选择合理的选择好首批改为清洁燃料汽车的车种和车型是十分重要的。选择的好，经济、社会和环保效益明显，必然对发展清洁燃料汽车起推动作用，否则将是不利的。从环境保护角度分析3北京市明年起执行的轻型汽车新车排放标准，电喷车；加上三效净化装置即可达标。而普通化油器车，即使安装尾气净化装置启，也难以达标，因此，近期应以改造普通化油器车为主， 以取得最大的环境效益。以后再逐步考虑改造使用电子燃油喷射的车辆。从技术经济角度分析，双燃料汽车的发展，首先应是那些投资回收比较稳定的专业运输车辆，如公共汽车、出租车、环卫车、邮电车、运输车等。一是专业运输车辆集中管理，可以建相对少的站， 而在短期内达到经济规模获得较大效益；二是车型车况较为单一，便于技术改造和运行管理。有鉴于此，我们的具体想法是：-积极推动在用车辆，特别是普通化油器车辆，改为清洁燃料汽车， 以缓解大量燃油造成的尾气污染。-近期以改造专用车辆(如公共汽车、出租车、环卫车、邮电车)为主，启动加气站的建设，待加气站建设到一定数量时，逐步带动发展部分社会车辆。四、关于清洁燃料的选择目前我们采用的清洁车用燃料主要是压缩天然气(CNG)和液化石油气(LPG)，与使用汽油相比，尾气排放中的污染物大大降低， 实际测试情况如表4l。从测试情况看，使用CNG的效果要好于LPG。但是建设用样规模的CNG加气站，投资大约等于LPG加气站5倍以上，这就给初期建设带来了一定的困难，投资大了，必然建站少；建站少，也就必然发展慢。因此我们的想法是：-对于有固定、集中停车场的车辆，如公共汽车、环卫车、邮电车以及运输公司的货运车等，应尽量考虑使用天然气，在近期没有条件供应天然气时，才考虑使用液化石油气-对于流动性比较大的出租车，近期以使用液化石油气为主。 五、关于加气站的设置加气站的布局和建设，是发展清洁燃料汽车的关键；由于城市用地非常紧张，而且市区的消防要求又非常