1.1 我国发展新能源汽车的必要性

汽车产业作为一个国家非常重要的支柱型产业，受到有关部门和行业的广泛重视。汽车产业一方面体现一个国家的工业化水平，另一方面也是拉动整个社会经济增长的重要引擎。

我国的汽车工业发展较晚，基础比较薄弱。在新能源汽车这条路上，我国在2009年推出“十城千辆节能与新能源汽车示范推广应用工程”，开始进行市场化探索。“十二五”期间，我国汽车行业对新能源汽车工业的发展方向展开了各种探索，最终统一到了发展纯电的技术路线上去。2016年，国务院印发了《“十三五”国家战略性新兴产业发展规划》，要求大幅提升新能源汽车和新能源的应用比例。中国汽车工程学会发布的《节能与新能源汽车技术路线图》也强调了要坚持纯电驱动的技术转型战略。

经过多年的发展，到2020年，我国新能源汽车市场上的整车产品种类很多，从高端车型到低端车型，已经覆盖了广泛的价格区间。整车企业，特别是一些造车新势力企业层出不穷。与电驱动、电池、电控等相关联的零部件供应商更是如雨后春笋般快速成长起来。各种尝试促进了我国新能源汽车行业的蓬勃发展。

我国政府大力发展新能源汽车产业有以下几个方面的原因。

1.保护环境，降低二氧化碳排放量

全球工业化发展以来，特别是20世纪50年代以来，各国都进入了工业快速发展期，世界二氧化碳年排放总量快速增长。50年间，二氧化碳年排放总量翻了十倍，如图1-1所示，给全球的环境及温室效应带来巨大的压力。

从二氧化碳排放的来源来看，交通运输行业的排放量占比超过20%。因此，降低交通运输工具的排放量，就成为解决环境问题的很重要的手段之一。特别是城市化进程的快速推进导致城市内区域性环境污染严重。而车辆尾气排放成为大城市空气污染的主要原因之一。在城市内使用完全零排放的电动汽车对市内区域性空气质量改善有非常突出的作用。排放源从一个个小的分散在各处的汽车发动机变成了集中的位于郊区的大规模发电站，污染源更容易控制。

从传统的煤、石油、天然气为主的不可再生石化能源往清洁的可再生能源转变，如太阳能、风能、水能、地热能等。这些新能源的利用率将逐步增加，以电能的形态体现出来，进而成为今后的主要能源供应来源。当前，一些发达国家的可再生能源利用率已经占有相当高的比例。我国的新能源利用率还相对较低，目前正在大力建设新能源发电站，以及优化解决电网对新能源发电的并网问题。预计到2050年，全球范围内石化能源占比将降至16%。二氧化碳排放量降到2010年的1/10左右。

一方面，我国改变依托于石化燃料的发动机驱动技术往纯电驱动的发展，同时也调整能源结构，从石化能源发电往新能源发电转变。通过双管齐下，同步推进，无论在车辆使用端，还是电力来源端，都能最终实现零排放的目标，从而实现最大限度地降低二氧化碳排放量，达到保护环境的目的。

2.我国石油进口依存度大，直接关乎国家能源安全

石油作为现代工业的血液，是国家生存和发展不可或缺的战略资源，对保障国民经济发展乃至国防安全都是至关重要的。石油对我国经济的快速发展有重要影响。2018年，我国石油表观需求量首次突破6亿t，达到6.15亿t。同年，我国的石油产量仅1.89亿t。而俄罗斯2018年的石油产量达到5.5亿t。这一年，我国进口了4.62亿t原油。我国的原油对外依存度高，是全球最大的石油进口国。从2015—2019年这五年来看，我国对进口石油的依存度越来越高，而且这个趋势还在持续增长，见表1-1。

我国国土范围内的石油储备量丰富，但可开采率很低。全球可开采的石油总量，我国只占1.7%。同时我国的石油开采成本相对较高，随着国际油价的持续下跌，炼油的利润也越来越低，这也加剧了我国的原油产量接连下降。如图1-2所示，从2016年开始，我国的原油产量一直处于比较低的水平，而且增速也较低。

为了尽量降低对国外石油的进口依存度，保证国家能源战略资源的安全，发展新能源产业就显得尤为重要。只有摆脱对石油产品的需求，才能真正从根本上解决问题。对于石油需求占比较大的汽车行业来说，使用电力驱动代替燃油驱动，就是从根源上摆脱对石油产品需求的有效途径，从而降低对石油进口的依存度。

3.传统汽油/柴油发动机及变速器技术制约

发动机、变速器是非常复杂的系统，相关技术，发达国家用上百年的时间研究和积累才发展到当今的技术水平。在整个发展过程中，各种相关设计方案通过大量的实践探索，可行的、不可行的，都有大量的经验且相关技术都以专利的方式被很好地保护起来。我国汽车企业深入研究相关技术，并且申请相关发明专利的时间不长。虽然也开始重视技术创新及专有技术的开发和专利的申请，但从专利检索分析来看，我国发动机、变速器领域的发明专利数量不多，而且申请的创新技术也仅仅是围绕一些外围的技术展开。核心、关键的技术还比较少。反观一些汽车工业发达的国家，相关专利情况就截然不同。它们在整体结构、关键部件、运行方法、故障诊断、排放环保等各方面都有非常完整的专利保护，而且相关系统的关联保护也很明显，使得专利保护条款占有绝对的排他性。在这些完整的专利约束下，我国企业想要生产出高性价比的发动机产品就更加困难。除了企业自身要掌握相关技术原理并且具备高的生产能力外，还要支付高额的专利使用费用，这样一来，生产成本就很高了。

就发动机而言，国内很多企业都有自主生产的发动机，但是深入分析会发现，它们与国际知名的发动机设计公司如奥地利的AVL公司、德国的FEV公司、英国Ricardo公司等都有非常紧密的合作，其技术来源基本上对这些公司形成强依赖。核心零部件更是如此，发动机的电喷系统，德国博世公司就占据了我国很大的市场份额。不仅仅是电喷系统，涡轮增压系统、发动机管理系统等，甚至是火花塞，国外的零部件企业都占据我国大部分的市场份额。

变速器市场情况更是如此。国外的变速器企业：德国采埃孚、日本加特可、德国格特拉克（麦格纳）、日本爱信等，在我国的市场占有率都非常高，而且都是以变速器系统供应的形式提供给整车厂。而国内的变速器系统供应企业，如陕西法士特，基本还在重型汽车应用的领域发展。乘用车领域，吉利汽车通过并购的方式走到了世界前列的水平。此外，重庆青山、上海汽车变速器有限公司、浙江万里扬等国内变速器企业虽然也有一定规模，但市场份额还主要局限在国内自主品牌的关联整车厂的需求上。

面对长期以来很难突破的技术垄断，或者说很难突破的全产业链体系的垄断，我国在新能源纯电驱动技术路线的尝试，可谓是非常必要的战略转移。当然，这里需要强调的是，我国发展新能源汽车不代表就不研究传统的发动机和变速器技术了，而是侧重点发生了变化。单纯从技术角度来看，还是需要多方向尝试的。

4.我国在电池、电机技术上与发达国家比，没有明显的差距

经过十几年的发展，新能源汽车行业全产业链结构在我国建设得已经比较全面了，在电池、电机等核心系统上，我国已经具备国际一流的水平。就动力蓄电池行业来说，全球前十名的电池企业有一半都是我国企业。表1-2所列为韩国SNE Research发布的2019年全球排名前十的锂离子电池企业的出货量，宁德时代已经连续三年排名全球第一，而且其增长速度和出货量相较排名第二的松下还有扩大的趋势，这与我国新能源汽车市场的快速增长密不可分。我国的这些电池企业，从产品技术上来看，也不仅仅是给国内整车企业配套，它们基本上也都同时给国外一流的整车企业，如宝马、奔驰等企业配套。这也说明了我国电池企业的产品具有很强的综合竞争能力。在电池行业领域，除了我国以外，韩国、日本的电池产业也比较成熟，某些方面还强于我国，但并未形成很大的差距。而传统的欧洲汽车强国，如德国、法国等，至今还没有建立起完整的电池产业链，产品技术也没有明显优势，这将使得这些老牌的汽车强国在电动汽车的发展道路中缺乏主动性。这些国家的企业也逐渐意识到这个问题的严重性，并开始通过各种途径建立自身在电池领域的综合能力。

除了电池产业外，电机产业作为一个非常成熟的产业，在我国也发展了几十年，产业链相对也比较成熟。我国制造的各类工业用电机早已经出口世界各地，并具备相当强的综合竞争能力。从各类工业用电机往汽车用电机上应用，从技术本质上来说没有根本差异，相对容易做到满足市场需求。国内的电机供应商也比较多，大多都是做传统电机的企业增加汽车电机业务，一些新能源汽车的整车企业也投资自主研发并生产电机，市场选择和竞争还是比较激烈的。当然，其他发达国家的电机技术水平也是非常高的，都掌握了核心技术并具备大规模生产的能力。总体而言，与发动机和变速器相比，电机技术相对简单。

最后简单提一下，至今还受制于外国的核心零部件，即应用于电控领域的芯片及开发工具（软件）等产品。这些产品不仅仅在汽车上使用，在任何电子产品上都会使用。我国投入了大量人力、物力去解决这个制约因素，但因芯片技术更加复杂，还需要一定的时间才能解决。

5.电动汽车是发展智能网联汽车的最优载体

电动汽车通过电控来实现驱动，也可以通过电控来实现车内外各种功能。随着信息化产业的快速发展，在其他行业基于智能手机的各种信息化产品已经非常普及，5G、北斗系统等通信基础设施日益成熟，我国的信息化产业有了长足的发展。在这样好的基础上发展高度信息化、具有智能网联功能的汽车是未来产业发展的重要方向。在电动汽车上发展智能网联汽车能够把汽车的电控化、信息化最大限度地发挥出来。可以看到，靠软件来定义汽车的时代已经来临。电动化加上智能网联化将推动汽车产业往另外一个高度发展，如同智能手机淘汰非智能手机，汽车技术正在发生重大变革。

6.电动汽车的使用经济性（低使用成本和保养成本）

对于电动汽车用户来说，使用电动汽车的成本较低。以普通经济型乘用车为例，电动汽车的电耗大概为每百公里12kW·h左右，如果是民用电充电，我国现在平均民用电价为0.5元/kW·h左右，当然不同地区也有些差异。因此，电动汽车行驶100km仅仅需要6元钱。如果考虑电网峰谷电价的差异，电网一般在白天是用电高峰期，电价稍高。夜间是用电低谷期，为了保证电网的平稳运行，鼓励夜间多用电，夜间电价稍低，现在我国夜间的波谷电价一般为0.3元/kW·h左右。而对于大多数电动汽车的使用场景来说，都是白天在外面驾驶使用，夜间停车充电。这样的运行模式刚好与电网的负载量形成互补，一方面减轻了电网负载不均衡的压力，另一方面，对于用户来说，用电费用也较少。如果按0.3元/kW·h计算，电动汽车行驶100km就只需要3.6元。而同等情况下燃油经济型轿车是什么情况呢？简单计算如下：一般这样的汽车百公里油耗大概为8L汽油左右的水平，以95号汽油为例，每升汽油的价格大概在6元左右。当然，汽油的市场价格受到国际油价的影响会产生波动。对于用户来说，日常使用的消耗品价格是不适合大幅波动的，这样会直接影响用户的日常生活开支，而电价是相对稳定的。另外需要补充说明一下，社会上公共使用的充电桩，因为考虑到充电桩运营企业的巨大投入和投资回报问题，运营企业会在电费的基础上再加收一定的充电服务费用，上述计算并未包含这笔费用，考虑到供电是无处不在的，多数情况下用户可以在自有资源条件内获取电源。对于燃油汽车而言，驾驶100km需要花费48元，比电费高很多。普通用户如果按照每年驾驶200000km，一辆车的全寿命为10年计算，那么，10年下来，车辆在能源消耗上使用的成本差异就非常大：电动汽车为12000元，燃油汽车为96000元，对比见表1-3。使用电动汽车节省下来的能源消耗成本已经可以差不多再购买一辆新车了。如果是出租车等营运车辆的话，全生命周期能够行驶40万km甚至更多，那节省下来的费用就更加可观。

除了使用成本有巨大差异外，在车辆保养方面，电动汽车的保养成本也远远低于燃油汽车。对于燃油汽车而言，保养的主要对象是发动机、变速器、制动系统、空调系统等。其中占比最高的就是与发动机相关的内容：更换机油、机油滤清器、空气滤芯、火花塞、节气门、传动带、冷却液等。其中很多零部件在整个车辆生命周期内需要多次更换。所有这些内容，对于电动汽车的电机来说都是不需要的。一般使用的驱动电机在整个车辆生命周期内是不需要特别保养的，这可为车辆用户省去不少费用和麻烦。花费占比第二高的就是制动系统的保养，制动卡钳与制动盘的磨损，制动油的更换等，也需要不少的开支。而电动汽车因为有制动能量回收功能，也就是使用驱动电机反拖力矩使车辆减速，制动卡钳和制动盘的使用频率大大下降，综合统计只有燃油汽车的10%~20%。也就是可以做到在整个车辆生命周期内，制动卡钳和制动盘的磨损率都还非常低，一般不需要更换。再加上电机的能量回收作用将部分机械制动浪费的能量转换成电能储存到电池中，为后续的驾驶提供动力，车辆的驾驶能耗得以进一步降低。

电动汽车能量回收在现实路况中会出现下列情况：如果车辆从山顶一路往山下开，就可能会出现到山下后电池电量比在山顶出发时还多。按照这样的特性，出现了这样一种产品：矿山上拉矿的大型矿车，一般都是功率很大的高油耗车型。这些矿车一般空车从山底开车到山上，然后载满矿石后再运到山底，如此往复。如果是燃油的矿车，往返都要消耗大量的燃油。如果为电动矿车，空车从山底到山上，耗费不多的电量就可以抵达目的地。满载后，因为有了比上山大很多的整车载荷，整个下山途中，靠巨大的势能和电动汽车的能量回收功能，势能转换回收到的电能可能比上山消耗的电能还要多（具体回收电能与载荷大小和山势高低有关）。如此一来，矿车就不需要进行充电而持续不断地工作了。当然，类似这样突显电动汽车优势的使用场景还非常多，这里就不一一列举了。

7.我国矿产资源如何保障电动汽车规模化发展

电动汽车的核心零部件电池和电机需要的矿产资源：锂、钴、镍、稀土等关键材料直接影响着行业的规模发展。

锂矿主要分布在智利、我国、澳大利亚和阿根廷，四个国家的锂矿储量占总储量的96%。中国占比约20%，锂矿资源比较丰富，主要分布于青海、西藏等省区，具体的锂矿储量分布从表1-4中可以直观地看到。

钴也是对当前电池生产很重要的原材料。全球钴资源的分布更加集中，有一半的钴矿在刚果（金）。我国钴资源贫乏且分布较分散，仅占全球储量约1%，所以我国的钴主要依赖进口，且主要用于电池领域。行业科研工作者也意识到了钴的稀缺性和分布集中性，正在大力研发无钴电池技术，这项技术已经具备产业化的基础。钴将不再是影响电池产业发展的主要原材料。

镍矿资源分布相对钴来说要好很多，全球镍资源集中度较低，整体来说资源也比较丰富，能够满足电池的市场需求。澳大利亚、巴西、俄罗斯、印度尼西亚、菲律宾等国都有大量的镍矿供应。我国的镍资源主要分布在甘肃，其中甘肃金川白家嘴子镍矿长约6.5km的地段内拥有全国62%的储量。

稀土有工业“黄金”之称，由于其具有优良的光电磁等物理特性，广泛用于各类芯片、磁性体、超导体、光源等应用。电动汽车中的永磁电机、芯片等都需要使用稀土材料。我国是世界稀土资源储量大国，不仅储量丰富，而且各种稀土元素齐全，矿品质高。这也为我国的工业发展奠定了坚实的基础。