2024年3月26日-28日,2024中國(guó)商用車(chē)論壇在湖北省十堰市舉辦。本屆論壇由中國(guó)汽車(chē)工業(yè)協(xié)會(huì)主辦,以“新步伐 新成效 新提高,助力商用車(chē)產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展”為主題,基于行業(yè)高質(zhì)量發(fā)展要求、國(guó)家“雙碳”目標(biāo)實(shí)現(xiàn)、汽車(chē)產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型和創(chuàng)新需要,以創(chuàng)新促改革、促轉(zhuǎn)型、促發(fā)展,助力商用車(chē)產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展。其中,在3月28日上午舉辦的“主題論壇一:‘雙碳’背景下商用車(chē)綠色低碳轉(zhuǎn)型升級(jí)之路”上,中國(guó)環(huán)境科學(xué)研究院機(jī)動(dòng)車(chē)排污監(jiān)控中心政策標(biāo)準(zhǔn)研究室二級(jí)首席專(zhuān)家、高級(jí)工程師李剛發(fā)表精彩演講。以下內(nèi)容為現(xiàn)場(chǎng)發(fā)言實(shí)錄:
尊敬的劉學(xué)勤主任、高薪主任,還有陳秘書(shū)長(zhǎng),各位領(lǐng)導(dǎo)、各位同仁:大家上午好!
很高興能夠再次來(lái)到車(chē)城共聚盛會(huì),也很榮幸能夠做一個(gè)持續(xù)的分享,去年我也講了相同的題目,今年經(jīng)過(guò)一年的時(shí)間有了一些新的成果跟大家做一個(gè)共同的探討。
我的介紹有三個(gè)部分,首先是一個(gè)簡(jiǎn)單的背景情況。眾所周知,我們空氣質(zhì)量最近一些年確實(shí)是得到了明顯的改善,但總體形勢(shì)仍不容樂(lè)觀,尤其是PM2.5和臭氧,需要持續(xù)開(kāi)展污染治理。另一方面,除了污染物排放之外,應(yīng)對(duì)氣候變化的問(wèn)題,面對(duì)“3060”的“雙碳”目標(biāo),也需要持續(xù)推動(dòng)交通領(lǐng)域的清潔低碳轉(zhuǎn)型,實(shí)現(xiàn)減污降碳的協(xié)同增效。
應(yīng)對(duì)氣候變化和空氣質(zhì)量改善的雙重目標(biāo),排放標(biāo)準(zhǔn)的升級(jí)是非常重要的一個(gè)手段,在國(guó)務(wù)院相關(guān)的政策文件當(dāng)中也都提出了要去完善汽車(chē)等移動(dòng)源的排放標(biāo)準(zhǔn),去推動(dòng)污染物和溫室氣體的協(xié)同控制,這也就是現(xiàn)階段標(biāo)準(zhǔn)的一個(gè)主線。
與此同時(shí),美國(guó)在2022年底,也就是一年多以前,就已經(jīng)發(fā)布了EPA2027超低排放法規(guī),這項(xiàng)法規(guī)是非常嚴(yán)格的法規(guī),全面向加州的超級(jí)排放看齊,氮氧化物相比現(xiàn)階段最高降低90%以上。不僅如此,它還提出了低負(fù)荷的排放測(cè)試循環(huán),對(duì)于包括城區(qū)、城市車(chē)輛等一些長(zhǎng)期在低負(fù)荷工況下運(yùn)轉(zhuǎn)的車(chē)輛提出了更高的要求。
美國(guó)法規(guī)的嚴(yán)格程度就需要企業(yè)從控制技術(shù)上有所升級(jí),我們調(diào)研了重型車(chē)企業(yè)面對(duì)EPA2027法規(guī),實(shí)際上要在國(guó)6的基礎(chǔ)增加電加熱或者采用雙噴的SCR技術(shù),需要做一個(gè)全面的改進(jìn)。
與美國(guó)相比,歐洲法規(guī)相對(duì)波折一些。在2022年的下半年,歐委會(huì)的法規(guī)出來(lái),這項(xiàng)法規(guī)相比歐6來(lái)說(shuō)有一個(gè)非常大的變化,就是它的冷態(tài)和熱態(tài)不再加權(quán),要單獨(dú)去做排放的要求。這也就導(dǎo)致了它需要在冷啟動(dòng)階段要大幅去改進(jìn)去降低它的排放。
這項(xiàng)法規(guī)出來(lái)之后,歐洲理事會(huì)和歐洲議會(huì)也陸續(xù)發(fā)布了自己的版本,他們都回歸了歐6階段加權(quán)的方式,冷態(tài)的和熱態(tài)的按照一定比例加權(quán)提出限值。但最終在今年年初,三方終于達(dá)成了一致,還是回歸了歐6的加權(quán)的方式,氮氧化物的限值是200mg/kWh,相比于歐6(460mg/kWh)在數(shù)值上加權(quán)了大概56%。因?yàn)槭羌訖?quán)的方式,熱態(tài)的排放是很容易降下來(lái)的,冷態(tài)不容易降,它可以采用大幅降低熱態(tài)排放的方式來(lái)達(dá)到這個(gè)限值。所以具體的實(shí)際的效益是多少,能夠?qū)崿F(xiàn)多少減排還需要再做一個(gè)具體的評(píng)估。
除了限值之外,歐7法規(guī)還包括制動(dòng)磨損、輪胎磨損的顆粒物排放,以及動(dòng)力電池的耐久性要求,還有OBM相關(guān)的要求,這也都是相比歐6新的一些變化點(diǎn)。
我們?cè)u(píng)估了一下大概有500多個(gè)國(guó)6的發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)型,評(píng)估現(xiàn)有機(jī)型的加權(quán)后NOx排放的分布情況。國(guó)6的限值是460mg/kWh,低于200mg/kWh的機(jī)型占比已經(jīng)超過(guò)50%,也就是說(shuō)我,們目前已經(jīng)有一半以上的國(guó)6機(jī)型是能夠?qū)崿F(xiàn)歐7最終版的限值。所以說(shuō)歐7最終版相對(duì)來(lái)說(shuō)是較為寬松的一個(gè)法規(guī)。
在溫室氣體方面,歐洲和美國(guó)不約而同地采用了一個(gè)平均管理的方式。歐洲采用的是企業(yè)平均,它沒(méi)有單車(chē)的限值,是企業(yè)整體平均的排放要相比于2020年全行業(yè)的基準(zhǔn)要有一個(gè)明顯的降幅。最新的變化是2030年要降45%,2035年要降65%,到2040年要降90%,這就要求新能源導(dǎo)入會(huì)有一個(gè)快速的提升。美國(guó)雖然是按照單車(chē)限值提的要求,但是實(shí)施采用的是ABT制度,就是說(shuō)它車(chē)隊(duì)的平均要滿(mǎn)足這個(gè)限值要求,而且現(xiàn)階段法規(guī)里面是用新能源導(dǎo)入率去換算它未來(lái)年份對(duì)應(yīng)的排放限值,也就是說(shuō)它對(duì)燃油車(chē)在未來(lái)實(shí)際上沒(méi)有更多的期待去降溫室氣體排放,更多的是用引導(dǎo)新能源導(dǎo)入的方式降低車(chē)隊(duì)整體溫室氣體排放,但相比歐洲來(lái)說(shuō),法規(guī)所提到的新能源導(dǎo)入目標(biāo)實(shí)際上并不是很激進(jìn)。
簡(jiǎn)單小結(jié)一下。歐洲的污染物排放法規(guī)相比歐6有一個(gè)適當(dāng)?shù)募訃?yán),排放控制技術(shù)有可能不會(huì)有太本質(zhì)的變化。但同時(shí),剎車(chē)磨損、制動(dòng)磨損的顆粒物排放、動(dòng)力電池耐久性是新的控制點(diǎn)。在溫室氣體方面,它的加權(quán)幅度是超出我們預(yù)期的,2030年要降45%,這是一個(gè)非常嚴(yán)格的要求。可能歐洲將法規(guī)更多的精力會(huì)放在新能源的導(dǎo)入上面。
美國(guó)可能稍微和歐洲有點(diǎn)不一樣,美國(guó)重型車(chē)污染物排放要求去實(shí)現(xiàn)超低排放,非常嚴(yán)格,排放控制技術(shù)也需要有一個(gè)全面的提升。它的低負(fù)荷工況、怠速工況等都是法規(guī)新的控制點(diǎn)。對(duì)溫室氣體排放方面也開(kāi)始去考慮新能源車(chē)的引入,但總體的目標(biāo)比歐洲是更為寬松的。
以上是一個(gè)最近的背景。下面簡(jiǎn)單講一下我們對(duì)下階段法規(guī)的一些想法。
首先適用范圍方面,下階段法規(guī)要包括傳統(tǒng)的內(nèi)燃機(jī)車(chē),也要包括混合動(dòng)力,還包括零碳燃料、氫燃料等要納進(jìn)來(lái)。還有一項(xiàng)內(nèi)容在這里面沒(méi)有體現(xiàn),也是最新的一個(gè)變化,對(duì)于重型汽油車(chē),我們以往是單獨(dú)的一項(xiàng)法規(guī),現(xiàn)在才是國(guó)4階段,比較早的法規(guī),現(xiàn)在也要將重型汽油車(chē)納入到現(xiàn)階段的重型車(chē)法規(guī)里面來(lái)。因此也會(huì)帶來(lái)包括燃油蒸發(fā)排放、曲軸箱排放新的內(nèi)容。也就是說(shuō)到未來(lái)的汽車(chē)法規(guī)只有兩項(xiàng),一項(xiàng)輕型車(chē),一項(xiàng)重型車(chē)。
污染物控制項(xiàng)目方面跟國(guó)6的變化主要是以下幾項(xiàng),一個(gè)是PN23要變成PN10,再有就是氨的排放,國(guó)6是濃度限值,現(xiàn)在要改成質(zhì)量排放。對(duì)于碳?xì)浜头羌淄樘細(xì)洌ê跤袡C(jī)物,甲醇和甲醛等會(huì)合計(jì)到一起來(lái)考慮。對(duì)于溫室氣體不僅包括二氧化碳,甲烷和氧化亞氮也會(huì)同步考慮。
甲烷和氧化亞氮作為溫室氣體不會(huì)提出單獨(dú)的限制,但是它會(huì)按照全球變暖潛能折算成當(dāng)量二氧化碳,作為一個(gè)總的碳排放進(jìn)行規(guī)定。
標(biāo)準(zhǔn)加嚴(yán)控制到什么樣的嚴(yán)格程度,是我們?cè)谟懻摰囊豁?xiàng)非常關(guān)鍵的問(wèn)題,是像美國(guó)那么嚴(yán)還是像歐洲那樣較為寬松。有一個(gè)基本的數(shù)據(jù),在我們的年報(bào)里面,機(jī)動(dòng)車(chē)總體的氮氧化物排放大概是526萬(wàn)噸,這里面有98%都是汽車(chē),占總量的91%都是重型車(chē),也就是3.5噸以上的重型車(chē),我們法規(guī)的適用范圍所涵蓋的車(chē)輛,所以它的總量依然非常多。我們?nèi)绻恢比?shí)施國(guó)6標(biāo)準(zhǔn),并且保證它的實(shí)施效果,再結(jié)合老舊車(chē)淘汰政策,到2025年重型車(chē)氮氧排放可能降到400萬(wàn)噸左右,到2030年會(huì)降到270萬(wàn)噸,這是我們基于行業(yè)的政策考慮到2030年大概約有25%的新能源比例去做的測(cè)算。再往后可能就進(jìn)入平臺(tái)期了。270萬(wàn)仍然是比較高的一個(gè)量,如果我們繼續(xù)去加嚴(yán)限值,仍然可以獲得一個(gè)很顯著的減排,加嚴(yán)到50%和加嚴(yán)到90%,假設(shè)從2028年左右實(shí)施的話(huà),減排收益仍然非常明顯,所以我們還是有去繼續(xù)加嚴(yán)的必要性。
當(dāng)然這個(gè)加嚴(yán)并不是無(wú)限制的去加嚴(yán),我們也會(huì)去考慮一個(gè)可行的成本、可行的技術(shù)以及我們產(chǎn)業(yè)的接受能力。所以我們目前的思路是以一套相對(duì)成熟并且廣泛應(yīng)用的排放控制裝置,我們國(guó)6用的是SCR+DPF,所以在前面我在加一套SCR,也就是雙噴SCR,這個(gè)可能是比較容易實(shí)現(xiàn)的是一個(gè)有限度的超低排放,并不是無(wú)限的。當(dāng)然我們做標(biāo)準(zhǔn)基于這樣的思路,大家去應(yīng)對(duì)這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的時(shí)候,標(biāo)準(zhǔn)不會(huì)去限值某項(xiàng)具體的技術(shù)路線,企業(yè)可以去選擇其他的企業(yè)認(rèn)為更合適的,比如說(shuō)電加熱或者是其他的一些路線。
我直接展示我們驗(yàn)證的結(jié)果,通過(guò)我們的驗(yàn)證,我們還是覺(jué)得冷熱分開(kāi)去定限值有可行性,而且能實(shí)現(xiàn)更好的效益。冷態(tài)如果做到歐洲委員會(huì)350mg/kWh的限值難度非常大,但是放出一定的余量,我們暫時(shí)把冷態(tài)的值定到460mg/kWh。對(duì)于熱態(tài)90mg/kWh這個(gè)限值,目前來(lái)看是非常容易實(shí)現(xiàn)的。當(dāng)然后面也還會(huì)有更多的驗(yàn)證去做這個(gè)修正。對(duì)于低負(fù)荷循環(huán),按照熱態(tài)的值一樣。另外也提了一個(gè)怠速的要求,是5g/h,在這套技術(shù)路線里面也是可行的。
對(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)的溫室氣體我們也會(huì)去提出它的單發(fā)動(dòng)機(jī)的排放限值,但這個(gè)限值并不會(huì)過(guò)于嚴(yán)格,因?yàn)閷?duì)發(fā)動(dòng)機(jī)來(lái)說(shuō),污染物減排是重點(diǎn),溫室氣體能減排多少更多的是取決于它的燃燒效率能改進(jìn)到什么程度。所以我們想法是在污染物降低的同時(shí),溫室氣體不要有太多的劣化就可以,所以提的這個(gè)限值的目標(biāo)可能是以國(guó)6的發(fā)動(dòng)機(jī)的溫室氣體排放為基礎(chǔ),做一個(gè)比如說(shuō)90百分位去劃線。當(dāng)然溫室氣體排放和污染物不同,根據(jù)功率增加會(huì)有一個(gè)明顯的下降,所以我們會(huì)考慮分段制訂限值。
整車(chē)的污染物排放要可能變化會(huì)比較大,這是一個(gè)總體的概括,污染物類(lèi)別除了國(guó)6所包含的氮氧化物、一氧化碳和PN之外,PN當(dāng)然也會(huì)升級(jí)成PN10,還會(huì)提出氨、甲烷、氧化亞氮相關(guān)的限值要求。對(duì)于二氧化碳更多的是一個(gè)測(cè)試,并沒(méi)有限值。邊界條件在我們國(guó)內(nèi)是-7到35度,-7度沒(méi)問(wèn)題,但是35度在尤其是夏天,可能中國(guó)大部分南方地區(qū)都會(huì)超過(guò)這個(gè)氣溫,我們做實(shí)驗(yàn)就會(huì)比較困難,而且高溫情況下它的排放后處理的效果可能會(huì)更好,排放不會(huì)有太大的變化,所以把溫度直接擴(kuò)展到了40度。
擴(kuò)展系數(shù)是這個(gè)概念,高海拔它的數(shù)據(jù)不會(huì)有修正,但是低溫狀態(tài)不太一樣,我們提了冷啟動(dòng)的限值,它的環(huán)境溫度過(guò)低,它后處理的升溫速度會(huì)很慢,也就導(dǎo)致了它排放會(huì)更高一些。所以對(duì)于低溫狀態(tài)下的排放會(huì)有一個(gè)系數(shù)做修正。
試驗(yàn)工況方面,國(guó)6的工況有非常明確的規(guī)定,由不同的市區(qū)、郊區(qū)、高速的組成,對(duì)于試驗(yàn)以及后續(xù)的遠(yuǎn)程監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)的應(yīng)用來(lái)說(shuō)都是不友好的,所以也會(huì)做一個(gè)簡(jiǎn)化。
載荷是不限制的,數(shù)據(jù)分析方法和限值問(wèn)題我后面會(huì)去介紹。
這是整個(gè)PEMS測(cè)試的數(shù)據(jù),這個(gè)是它的濃度,我們目前計(jì)劃在第一個(gè)功基窗口做一個(gè)冷態(tài)的限值要求,暫時(shí)提的是690mg/kWh,也就是460mg/kWh臺(tái)架冷態(tài)限值的1.5倍。在后面用300s移動(dòng)平均作為熱態(tài)的數(shù)據(jù)來(lái)評(píng)價(jià),根據(jù)每個(gè)窗口的負(fù)載的不同,把它劃分成怠速的窗口、低負(fù)荷的窗口和中高負(fù)荷的窗口,分別提限值要求。對(duì)于怠速窗口暫時(shí)提的是5g/h的限值,中高負(fù)荷的是90mg/kWh,低負(fù)荷從目前的數(shù)據(jù)來(lái)看,和中高負(fù)荷沒(méi)有區(qū)別,所以也是提的90mg/kWh。
這個(gè)是一個(gè)驗(yàn)證的情況,驗(yàn)證了兩條曲線,目前來(lái)看冷啟動(dòng)控制在690mg/kWh是有難度的,但是熱穩(wěn)運(yùn)行的窗口90mg/kWh是余量非常大的,所以這個(gè)后面可能對(duì)于冷態(tài)的我們還要做更多的驗(yàn)證。
單車(chē)溫室氣體總而言之我們要和商用車(chē)油耗標(biāo)準(zhǔn)協(xié)同,但同時(shí)和它也有一些不同,我們是溫室氣體,不僅包括二氧化碳,還包括甲烷和氧化亞氮。另外,我們把尾氣排放部分作為A值,用A值去做企業(yè)平均管理,引導(dǎo)新能源車(chē)導(dǎo)入。對(duì)于能耗折算部分,我們作為B值,也就是電耗會(huì)折算當(dāng)量二氧化碳,零碳的燃料也會(huì)從能量角度去折算成當(dāng)量的二氧化碳。A值+B值放到一起作為單車(chē)限值的要求。
這個(gè)就跟商用車(chē)油耗標(biāo)準(zhǔn)有點(diǎn)不同了,油耗標(biāo)準(zhǔn)是只控制尾氣部分,沒(méi)有B值的。我們做了三個(gè)典型的驗(yàn)證,第一個(gè)是純電動(dòng),第二個(gè)是混合動(dòng)力,第三個(gè)是氫燃料電池。純電動(dòng)只有B值,折算完之后是108mg/kWh,遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于油耗的限值。混合動(dòng)力它有A值也有B值,氫燃料電池也是有A值和B值,加起來(lái)之后都能夠滿(mǎn)足四階段油耗標(biāo)準(zhǔn)折算之后的二氧化碳排放限值。
提單車(chē)的限值無(wú)法促進(jìn)車(chē)隊(duì)整體減排,因?yàn)榻捣吘褂邢蓿粫?huì)促進(jìn)車(chē)隊(duì)整體新能源的導(dǎo)入和整體碳排放的降低,我們后面也會(huì)去設(shè)計(jì)企業(yè)平均的管理模式。這個(gè)圖我不再細(xì)講了,主要就是說(shuō)我們會(huì)基于每個(gè)車(chē)類(lèi)去確定未來(lái)某個(gè)目標(biāo)年份的目標(biāo)值,各個(gè)企業(yè)對(duì)應(yīng)車(chē)類(lèi)到當(dāng)時(shí)年度完成目標(biāo)值的差額作為績(jī)效,就是說(shuō)如果低于這個(gè)目標(biāo)值,就獲得正的績(jī)效,高于目標(biāo)值就是負(fù)的績(jī)效。再基于各類(lèi)車(chē)輛對(duì)應(yīng)的壽命和載荷,也就是它排放的強(qiáng)度去做加權(quán)。最后如果整個(gè)企業(yè)是正績(jī)效,說(shuō)明達(dá)標(biāo),負(fù)的績(jī)效就是不達(dá)標(biāo)。這是一套總的設(shè)計(jì)思路。當(dāng)然我們也知道輕型商用車(chē)也在做積分,我們還會(huì)有后續(xù)的協(xié)調(diào)。
最后簡(jiǎn)單的總結(jié),總而言之我們要考慮產(chǎn)業(yè)的技術(shù)可達(dá)、成本可控的前提下,我們會(huì)期望國(guó)7能夠帶來(lái)一個(gè)顯著的環(huán)境效益,促進(jìn)排放控制技術(shù)升級(jí)和我們的減排目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。當(dāng)前限值方案還是需要后續(xù)的更多的廠家、更多的技術(shù)路線以及更多燃料類(lèi)型的發(fā)動(dòng)機(jī)和整車(chē)再去做驗(yàn)證,才能最終確定下來(lái)。PEMS這個(gè)方法需要做升級(jí),并且創(chuàng)新這個(gè)方法之后也會(huì)更利于我們后續(xù)的監(jiān)管實(shí)施,并且獲得真實(shí)的減排效益。溫室氣體單車(chē)限值我們建議同步考慮電耗折算和零碳燃料折算,以便未來(lái)對(duì)新技術(shù)形勢(shì)的監(jiān)管,以及不斷促進(jìn)減排。還要配套溫室氣體企業(yè)平均管理制度,以促進(jìn)新能源引入。最后參考?xì)W美的一些新的方向,包括制動(dòng)磨損的顆粒物排放、輪胎磨損顆粒物排放、電池耐久性等等也會(huì)去做研究,我們是建議寫(xiě)到標(biāo)準(zhǔn)里面去,或者在標(biāo)準(zhǔn)里面暫時(shí)去提出一個(gè)總體的要求,待相應(yīng)后續(xù)的包括測(cè)試方法等完善后再去做補(bǔ)充。
以上就是我的介紹,謝謝大家。
(注:本文根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)速記整理,未經(jīng)演講嘉賓審閱)