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王健:新能源城市公交发展路径及未来趋势分析

2017-12-01 作者:奕扬 来源:中国客车网

  为了响应国家充电设施基础建设、促进新能源产业发展的号召,由广东充电设施协会与镇威展览股份共同举办的“2017新能源汽车充换电技术高峰论坛”在京举行。会上,中国公共交通学科首席科学传播专家、重庆交通大学王健以“新能源城市公交发展路径及未来趋势分析”为题发表主题演讲。

  以下为演讲内容实录:

  接下来我从电动汽车领域的发展以及全世界的趋势来做一个对比,因为中国的情况大家都比较熟悉,客车行业当中全世界有一个比较重要的会议,就是比利时的世界客车博览,上个月在欧洲举办以后,我们会从这个会议展览展出的不仅仅是代表欧洲,因为很多中国厂商也去参展了,那个舞台上我们可以看出这些车型和技术,和中国来做对照的话,可能会对周围未来的发展有一个更好的思考。

  这个车辆已经实现了电动化,大约两年前这种车辆还是包括了传统的燃油车以及混合动力车、电动车这三个技术路线,但是今年的会议上所有的车都改变为电动车为主打,这是传统意义的无轨电工形式,安装电力就是丹东车,这和中国传统的电池电动车稍微有点不一样。

  阿尔斯通过去一直在做电机控制,现在已经开始提供一个新型的电动车,仔细客车行业的话就会发现这个和很多传统的车不一样,它的车轮已经靠在了四个角落的位置,也就是说基本上是没有前弦,中间所有的空间都可以用来再送人,为什么能够实现?因为电机可以放在四个角落里面,而且车轮带转向,这样对公交的特征是非常有意义的。

  这是一个很小型的无人驾驶车,现在已经开始在欧洲做商业性的示范运营,国内也有很多的报道,中国的无人驾驶还是做功能性测试,而在欧洲已经在民众线路上做商业性测试。中国很多厂家其实也到这个舞台上了,因为中国的电动车在欧洲有广泛的市场,所以这些中国公司走出去都是主打电动车,这是国际社会的发展方向。

  为什么说公共汽车和电动车需要可持续发展呢?因为它的普及最广泛,也是比较廉价,使用范围很广,其它的交通方式还需要特定的环境,比如轨道交通好,如果客流量没有达到3-5万人次,轨道交通可能就是长期的亏本买卖,但如果我们用电动汽车来做的话,1-3万的客流量就可以根据需求配置这种车辆大中小型,我们始终是赚钱的,这就是可持续发展当中公共汽车这个很好的领域。

  全世界每年公交车的增长大约都是10%,这是几十年来一直在做的,特别是中国城市化的人口现在只有50%,发达国家已经是80%左右,所以我们还有很大的增长空间,这些人口都会乘用公交车辆出行,电动巴士的增长幅度要原高于这个数字。大家经常拿中国说事,因为中国成为了全球电动汽车绝对最多的国家,因此大家觉得好像电动车的世代一下子就要来临,如果仔细分析的话可以发现中国是靠中国政府的政策补贴,和今天我们要讨论的技术路线是不是电动车的技术进步优势让我们的社会大众能够普遍地接受?其实还有一点微妙的区别,假如中国政府没有财政补贴,你会发现这个市场马上就会掉下来,如果技术进步了,我们可能给社会带来一些好处,包括技术经济上的优势,政府一点的小钱补贴,这个产业都能够健康发展,所以我们要讨论这样的技术路线。

  中国政府现在主要是靠什么驱动?靠政策的调整,到了年关,下一个年度、下一个五年怎么发展?制造商、运营商都在关心政策,几乎很少有人关心技术的进步,而在欧洲有很多项目都和电动车、汽车有关系,大家可以看到很重要的一点是电动化,所谓的零排放的车辆,还有所谓的大型公交车和私人小汽车是不一样的,怎么做充电方案的解决?这是很重要的一点,而且他们还特别关注燃料电池,因为燃料电池在欧美普遍地被认为是真正意义上可以替代燃油来实现电动化的最理想的路径。最近十年燃料电池的价格大约下降了70%-80%,所以它的商业化的曙光正在出现,这是从欧洲人的研究可以借鉴看到未来发展的状态和趋势。

  讲到电动车的制造商,中国的数量绝对是最大的。比亚迪这样一个很不知名的小公司在全球排行榜当中已经到了很高的位置,就是它的高成本和高价值。这是国际机构的评估,传统的车商还是处于中等水平,这是我们看到的电动车带来的高价值产品。电动车应该被看作一种新技术在客车领域当中的应用,最重要的动力系统方面和传统的解决方案不一样。以前一个制造商有没有竞争力就看车辆的燃油经济性,这是一个单一的方面,现在电动车就涉及到很多的新技术,比如我们讲的发动机燃料、控制系统和使用电池,这一系列的技术综合起来能够提供良好的竞争力,这才是受社会欢迎,能够给社会带来价值、得到回报的基础。

  怎么整合一个产业链?这是对运输部门提供解决方案的关键。过去一百年的时间当中人们使用汽车都是靠石油石化材料,最近二十年我们才开始关注所谓的清洁能源,因为小汽车带来的污染和环境的影响,液化天然气和混合动力再到氢燃料和新能源,真正意义上和传统的石化燃料不一样,但是在中国把新能源狭隘地理解为电池电动。中国政府补贴新能源实际上就是补贴电池电动,现在的政策对氢燃料也有补贴,其实在不同的国家和地区技术经济特征不一样,可能存在多元化的选择,比如天然气就是一个很好的解决方案,现在我们有些地区还有所谓的甲损乙损,这些都是又经济又便宜的能源,也可以解决环保的问题。

  目前中国的排放还是国四标准,欧洲是国六标准,电动车的零排放只是达到了一个目标,其实这个过程当中中国还面临着很大的压力,我们到了第四、第五、第六阶段可以跳跃式地发展,一下子达到国六的标准也是有可能的,但是面临着对各行各业都带来巨大的成本压力,因为增加这些设施、提高这样的标准,我们需要支付更多的钱,这是政府面临的挑战。

  如果从交通出行的角度来讲,燃料需求管理减少拥堵,这种综合型的措施其实都是我们可以达到节能减排的方式。从这个角度来讲,我们在更大的范围来考虑私人交通和公共交通之间的关系,这些方面我们鼓励大家多用公共交通、少开汽车,这种节约的能量也是非常有意义的,就是从大范围来看。如果从产业的角度来看,新能源在公共运输业和碳排放是比较有利的,我们要在这个领域实现电动化是比较容易的任务。联合国人居署提出要更好地生活,提出未来城市的目标就是为了实现所谓的减低全球气候变暖。

  日常的运营对公交车有一个载客能力要求,我们知道在市区和郊区路况是不一样的,车辆的能耗消耗也是不一样的,每天长一点的距离可能是250-300公里,短途大概就是100-160公里,这个对公交也有两种状态,并不是所有的车辆都要求300公里,150公里要备200公里的电池能量就没有意义。满足公交需求的话线路运营恰到好处,这就是最好的解决方案。我们政府是按照电量的多少来做,其实这个就是一个误导式的社会资源浪费,为什么不按照公交的实际情况来做?公共交通运行过程当中到每个终点站都要做简单的作业,要为下一个循环保证它的正常运行,所以充电的方式可以利用终点站来做充电,或者采用无线充电的方式,这些完全符合所谓的运营特征。

  我们每个公交车晚上回去以后都充电,确实是用晚上低谷来充电,但是要为每个公交车建立一个充电桩,这些也要Money,但是运行作业的过程当中本身就要停靠1-3分钟,这段时间自己就可以把电充了,既节约场地又很安全,这才是大家应该从电动化的过程当中考虑的一些问题。

  为了实现所谓的低排放电动化其实也有很多的技术路线可供选择,最理想的当然是氢燃料,作为过渡路线的混合动力也是很好的,就是让发动机在最佳的工况下运营发电,这就是最经济最方便的技术改良。同样的,无轨电车用外部现网供电,车上不备电池,这也是一个电动化的技术路线。很遗憾的是,中国人都不把这些看作电动车,也都不纳入新能源鼓励的政策,所以这样检讨的话,我们用最少的钱来实现这种最高的效力,提供最好的服务,这是我们应该从过去的历史当中考虑的一个问题。

  我们公交车要做运营可以一点电池都不背,只靠外面的线网,也可以把100%的电池都背上,特定的环境当中可能需要背电池的车,两种方案整合的话,我们在中间可以找出一些很实用的技术路线。

  讲到充电的方式,大家可以看到这是欧洲人在描述充电的时候跟我们使用的词汇上有点不一样。Opportunity Charging(机会充电)是我们在国内做的充电桩建设和公交运营当中没有使用过的词汇,如果需要5公里就充5公里的电,需要充6公里就充6公里的电。还有一种方式是利用所谓的假设线网来做传统的无轨电车,可以100%地背电池,氢燃料这种方式也可以实现我们充电的形式。

  中国的市场有很微妙的变化,突然达到了25万,很多电动车都不知道到哪里去了,因为政府要考量电动车所谓的目标,这个研究结果大家也可以分享。我们中国有那么多的电动车,很多城市都有哪些经验和教训?就是城市之间可借鉴、可比较的?到现在我站在一个学校研究者的角度没有看到这样的报道,欧洲的这些实验报告当中我们反而可以获取很多有益的经验,这是我们做了大量的实践,但是总结经验这个方面还显得很薄弱。

  这个车用了轮毂电机,中国还没有这样的商业化运营,欧洲已经开始商业化运营了,可以发现这个电机驱动混合在一起,电动车的能源效力是电直接到车当中产生的效力大约可以到达90%,电的日用过程当中通过变速又消耗了很多,基本上接近理想的状态,从能源的角度、电机使用的效率是几年前欧洲的公司已经开始做这种商业化的运营。另外一个比较大的商用车制造公司梅赛德斯奔驰明年将推出氢燃料的电动巴士,而且是作为标准化生产。

  北京奥运会之前来了两个所谓的氢燃料的车做示范运营,那个时候我们就知道背了很笨重的电池,而且受到很多苛刻条件的限制,大家都觉得这样的车没有前途,但其实明年就会实现量产。这是罗兰贝格上个月刚出版的交通指数,中国在电动化的产业当中已经排在了第一位,我们的市场排在了第二位,但是可以看到在技术领域当中我们还是排在最后的几位,这和我们所谓的产业和市场是有点小小的不同步。

  同样的,可以看到在欧洲为了部署氢燃料,各个国家都在协同来做这样一些工作。如果1个加氢站可以覆盖500公里的范畴,再过三五年,欧洲氢燃料的社会基础就已经建立起来了。政府补贴氢燃料的成本很高,但是相关的设施和应用我们还没有做好准备。这是电动车当中利用电机对公交行业实现低地板宽通道,因为我们要频繁地上下客人,保证所有坐轮椅的人都可以坐公交,这是电机驱动可以实现的跳跃式。很多城市当中的公交车都有一个踏步,我们可以把这个踏步利用电动化跳跃式发展。

  这是中国制造商比亚迪,最开始就走了轮边驱动,用了一个小小的减速机在车轮旁边,然后直接驱动两个车轮,不再是传统意义上的中直电机,把发动机换成电池,还是变速箱和加速器,真正意义地用了电机这种分布式驱动。K9为什么能够在中国各个地方逐渐受欢迎?国际市场上没有补贴,欧洲的十几个国家都逐渐地被人们所喜欢,这是一个小小的技术进步,实际上电机和所谓的柴油发动机的差距实在太大了,包括结构、部件和使用,要玩好柴油机是一项非常技术的活,但是电机就非常简单,所以它会带来一系列所谓的效益。

  当然,电动车主要的矛盾就在于电池的能量密度,因为我们背的电池又大又笨重,如果将来能量的密度逐步提高,这些问题都可以迎刃而解。有了电,怎么来做这种充电方式?不管是充上去还是掉下来,这是符合我们公交的特征,但是现在公共交通所有的都是靠人工来做这种插电式的方式,其实对操作过程当中的危害和危险性跟这种充电工作的方式有很大的区别。未来我们还寄希望于无线充,如果效率能够提高的话给运输行业带来的影响和负面因素又会减少很多。

  所谓的电机技术方面,整个产业链当中包括使用清洁的新能源,真正意义上的风能和太阳能可以减少所谓的煤的电能,会给整个产业链带来好处。运输方面我们把四个轮子都用四个小电机驱动,就是刚才我们看到的阿尔斯通所谓的新型电动车的布置,它的效率会做得更好。所有的车辆运行状态、能量消耗我们可以精准地做出这种相应的匹配,因为四个电机可以根据功能特征曲线来做,这就是所谓的需求,我们用多元分布的方式可以实现。

  可以发现电动化在铁路上长期都在使用,如果我们借鉴铁路上的技术,这也有很大的帮助。欧洲铁路的技术用到汽车上也是一个很普遍的现象,包括传统的机车以及无轨电车用在新能源汽车当中,这些都是可以直接借鉴成熟的经验,如果大家有兴趣要关心欧洲,欧洲人有一个零排放的项目,做了两个阶段的报告,所有的欧洲城市不管是拥有两辆、十辆还是一百辆都有记录,我们可以做客观的对比。

  电动化之后还能玩什么?那就玩无人驾驶了。公交这种特定环境是最容易实现的,所以可以看到两个月之前巴黎已经在做商业化的示范运营,这是一种新型的小公交车,和小汽车有点像,但是和公交车又不完全一样,这是电动化的车辆问题。德国也在做这样的示范运营,但是中国还在这种传统的客车上面加装导航的装置,让它实现这样的功能,这是阶段和认知上的不一样。这是我们在上海的无人驾驶实验区当中的小巴士,下个月可能又会在深圳开设具有无人驾驶功能的迷你巴士。

  中国现在的电动车和欧洲传统的车在价钱上具有非常高的竞争力,因为最贵的大约是200万元,欧洲的电动车大概是60-70万欧元,这是经济上的竞争优势,中国的车可以卖到世界各地。欧洲人制造的车上面都要打一个商标,就是和中国的制造商合作,说明中国的制造能力在欧洲也是得到了认同,很多欧洲的制造商在中国定制车辆打他们的招牌。比亚迪是针对欧洲的市场来做电动车,一看就是欧版的,比亚迪为什么被排在高价值高成本的概念当中?就是因为有了电动车,如果都做传统车的话和宇通客车真的不是一个数量级的,但是电动车这个方面是它的技术经济的优势。

  我们也会看到在伦敦的双层巴士,这也是中国公司在做的。宇通客车等中国厂家也在参加这样的竞争,这些都是电动化的实现。电动化以后是智能化,我们怎么才能让公交车的运营更有好处,所以电子化信息化串在一起就是很好的基础。最早的制造商是把车辆的数据整合起来,这些错误的行为都可以通过G-BOS修正,所以要取决于整个车队怎么调度,将来还要做共享出行也是在电子化这个社会的平台上做,可以做很多这样的工作。电动化对很多产业奠定了很好的基础,这个基础上会有行业的社会半个和人们出行行为的变革,都有可能在一个很好的平台上来做整合,特别是数据的开放,大家可以共同利用,互联网的制造商、公共交通的运营商,大家都在一起合作引领这样的一个潮流。

  总结下来,中国将会成为电动车数量最多的国家,中国电动车的技术和先进水平比有一定的距离,现在中国是靠政府的补贴驱动电动车的市场,将来真正意义上靠谁的技术产品更好,这才是中国电动车发展真正强大的后劲。

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