中国重型车节能减排进程： 2012-2021年间二氧化碳与污染物排放趋势

工作报告2022-27 ©2022国际清洁交通委员会 日期：2022年10月 中国重型车节能减排进程： 2012-2021年间二氧化碳与污染物排放趋势 作者：毛世越、FelipeRodriguez（国际清洁交通委员会） 关键字：重型商用车、CO2排放趋势、污染物排放趋势、趋势研究 执行摘要 重型车是支撑现代社会生产生活的重要生产资料，但同时也是能源消耗与空气污染的一大重要来源。截止2021年，柴油重型车的市场份额依然高达约90%，仍然是整个市场的绝对主力车型。过去十年间，中国重型车行业的减排技术不断更新换代，监管框架日益完善。2020年，中国承诺要“力争2030年前实现碳达峰，2060年前实现碳中和”(XinhuaNews,2021)。因此，如何有效降低重型车的污染物排放与温室气体排放成为了一项业界重要的课题。本研究旨在对重型车过去十年的发展历程进行系统性的回顾，重点关注车辆的油耗表现（折算相应的CO2排放）、污染物减排技术发展趋势以及主要的车辆参数趋势等。具体而言，本研究将从以下几个方面重点探讨重型车的发展历程，例如关键参数（如整备质量、发动机功率、能量密度） 、各主要类型重型车的二氧化碳排放量，以及尾气污染物排放及控制技术的发展。本研究介绍了以下六类车型的发展进程，即城市客车、城际客车、自卸汽车、中型载货汽车、重型载货汽车和半挂牵引车。 图ES-1总结了4个柴油重型车重要的技术指标在2012-2021年度的发展趋势，分别是总质量、功率、排量和二氧化碳排放，其中二氧化碳排放量是通 致谢：IKI项目在德国联邦经济事务和气候行动部的领导下开展工作，同时与其资助方德国联邦环境、自然保护、核安全与消费者保护部以及德国外交部保持紧密合作。 本研究作者感谢合作方彭頔与马冬（中国环境科学研究院机动车排污监控中心）为本研究提供的柴油发动机污染物排放及市场相关信息；此外，作者感谢所有内部及外部 INTERNATIONAL CLIMATEINITIATIVE www.theicct.orgcommunications@theicct.org twitter@theicct 的评审专家对本研究的帮助，包括何卉、杨柳含子、AnirudhNarla（国际清洁交通委员会），柳邵辉、贾莉洁 （中国汽车技术研究中心有限公司），秦兰芝（能源与交通创新中心），同时也感谢清华大学张翌晨同学对本文的文字校对和翻译工作，以及GaryGardner先生提供的写作建议。 本研究所有内容仅反映本文作者的个人观点，评审专家及资助方不对本文的任何观点负责。 过相应车型的柴油油耗换算得来的。对于重型车车队而言，总质量、功率以及排量等参数在过去的十年间分别增长了15%-50%不等，反映出我国重型车整体上呈现大型化与重型化的显著趋势。与此同时，全车队二氧化碳排放自2013年起经历了显著的波动，2021年整体略优于（~2%）2013年水平，这主要归功于自2012年起相继实施的重型车三个阶段油耗标准。 总质量 功率 排量 CO2排放 55% 50% 2012-2021年间柴油重型车主要指标变化情况 45% 40% 35% 30% 25% 20% 15% 10% 5% 0% -5% 2012201320142015201620172018201920202021 年份 图ES-1.2012-2021年间柴油重型车主要指标变化情况，由于2012年CO2结果可靠性较差，故CO2排放趋势线自2013年起绘制 此外，本研究还希望了解这一时期的污染物和温室气体减排进展。图ES-2展示了重型车发动机温室气体与污染物排放量之间的协同变化情况。过去十年间，中国的污染物排放标准日趋严格，2021年最新的国六标准正式实施。自国六标准起，中国采用WHTC工况循环对重型车柴油机的氮氧化物排放进行测试，并设定了0.46g/kWh的限制标准。不过，中国尚未从发动机层面对二氧化碳排放设定具体的限制标准，从而导致二氧化碳的排放水平并没有随着污染物排放限值标准的日趋严格而有明显下降（图ES-2）。根据过去十年的柴油机二氧化碳排放趋势，各年度柴油机二氧化碳平均排放基本保持在680-690g/kWh左右。 850 WHTC工况下CO2公告排放值（g/kWh） 800 750 700 650 600 年份 0.46g/kWh国六 2012 2015 2018 2021 CO2变化趋势线 （99%置信区间 01234 WHTC工况下NOx公告排放值（g/kWh)图ES-2.2012-2021年柴油发动机CO2和NOx排放值变化情况根据本研究的结果，我们提出以下几项政策建议： 1.将工程类专用车也整体纳入下一阶段的油耗标准，以便充分覆盖高能 耗车辆类别。工程类专用车是指具有特定功能（如环卫、工程等）的车辆。目前我国重点针对五类重型车实施了燃料消耗量限值管理，即载货汽车、自卸汽车、半挂牵引车、城市客车及城际客车，而工程类专用车则尚未被纳入。工程类专用车约占2021年总体重型车市场份额的10%，因此有必要尽快将此类车辆的燃油消耗及CO2排放纳入监管体系。另一方面，部分专用车与其它车型之间的范围界限仍然模糊，这为规避油耗监管提供了一定的空间。 2.应制定更全面综合的污染物和温室气体排放标准以指导重型车的发展。目前，中国还没有从发动机和车辆层面控制温室气体排放。从目前的油耗标准转向温室气体排放标准，将涵盖如一氧化二氮、甲烷等更多的温室气体，这有利于公众了解重型车的实际温室气体排放情况。此外，一个全面的温室气体排放标准将为重型车行业通过技术组合实现污染物和温室气体协同减排提供长期的指导方向。中国在2021 年启动了全国碳交易市场，并正在纳入更多行业。完善针对重型车的温室气体排放法规也有助于为未来道路交通行业纳入碳交易市场奠定坚实的基础。 3.尽管重型车的电动化转型非常重要，但当前阶段仍需鼓励清洁柴油发动机的技术发展。在本研究中，我们发现中国重型车行业已经在通过利用更加先进的车辆技术（如共轨喷油）来提高燃油效率和降低污染物排放。推广清洁柴油技术可以使重型车更为顺利且经济地向电动化转型。此外，中国曾采用双积分的手段成功推广了电动乘用车的普及，对于重型车，我们建议在未来的商用车积分政策中能恰当地激励为提升发动机燃油效率和性能所做出的努力。 简介及政策背景 随着制造业的蓬勃发展和重型车（HDV）需求量的不断增加，目前中国已成为全球最大的重型车市场（Mao&Rodríguez,2021）。在过去的十年间，中国重型车市场增长迅速，2021年的重型车销量达到了140万辆 （图1），这无疑加剧了对这支庞大车队产生的气候和城市空气污染影响的担忧。 2020年，中国重型车的NOx排放量占道路车队总排放量的78.5%，大型客车的NOx排放量占比达到11.7%。另外，重型车的颗粒物（PM）排放量占道路车辆排放总量的90.6%(MEE,2021)。为应对这一挑战，中国国务院于2018年启动了“打赢蓝天保卫战”三年行动计划，其中特别强调了重型柴油车的污染物排放控制（Zhang等人，2020）。此外，为进一步减少柴油发动机和重型车污染物排放量，中国还积极推行了《清洁柴油机行动计划》。中国采取了一系列战略举措来实现减排目标，其中包括制定全新的法律法规、在用车和发动机测试、更严格的新车温室气体排放法规等 （Yang等人，2021）。第六阶段机动车排放标准（简称“国六”）是目前最新且最严格的重型车排放标准，其基于之前的一系列排放测试标准改编而来，其中大幅修改了测试方案和方法，旨在更准确地反映真实排放量(MEEetal.,2021)。 另一方面，根据生态环境部门于2019年开展的一项调查，重型车的温室气体排放量约占所有车型排放总量的一半，约占中国所有行业总温室气体排放总量的3%(MEE,2020)。中国国家主席习近平曾宣布，中国要在2030年前实现碳达峰，到2060年实现碳中和(IEA,2021)；基于上述国家目标，重型车队温室气体减排现已成为实现交通领域碳中和的重点攻坚领域。不过，污染控制技术可以在付出可接受成本的前提下减少超过95%的发动机排放量，但将温室气体排放量降低到类似水平的成本却非常高(DanMeszler,2019;Meszleretal.,2018)。内燃机车辆可通过改进发动机、轻量化技术、安装低阻力轮胎和空气动力学装置来减少能耗和温室气体排放量，但是这些措施可实现的减排效果都存在一定局限性。要想大幅削减温室气体排放量，推进重型车队电动化是非常有必要的。 中国从2000年开始就制定了一系列车辆排放标准来管控机动车污染物排放。相比之下，重型车温室气体排放则缺乏相应监管，到目前为止并未采取任何直接监管措施；不过中国在2012年首次发布了油耗标准，借助于这些标准对二氧化碳排放进行间接管理。这些标准在连续三个阶段内逐步调整了针对不同类别和重量等级重型车的燃料消耗量限值。中国严格管控货车燃料消耗量的最直接原因在于减少原油消耗量，因为目前中国超七成的原油依赖进口（IEA，2020）。中国尚未从温室气体排放及其对全球变暖影响的层面考虑对重型车采取监管行动。不过，随着中国宣布碳达峰和碳中和目标的宏伟愿景，这种情况即将发生改变。基于这些长远的目标（未来40年），中国正在加快步伐并采取更加有效的行动来降低温室气体排放和能源消耗，其中最引人注目的是在过去十年间对于新能源汽车的大力推广。 在之前发布的一篇文章中，ICCT曾对中国第一阶段和第二阶段油耗标准在降低燃料消耗量方面的有效性进行了回顾性评估（Mao等人，2021）。在本文中，我们将评估相关标准在更长时间段（2012年-2021年）内的影响，并将研究范围扩大到现行的第三阶段油耗标准。 本文将会采用如下结构进行探讨：我们会首先阐述中国重型车市场的政策背景和发展现状，然后详细介绍本研究中采用的方法，并针对车辆基本参数与重点车型的二氧化碳排放趋势做详细的介绍。我们还对重型车传统柴油发动机的能效技术和发展趋势做详细的探讨，并呈现当前市场二氧化碳与主要空气污染物（以NOX为例）的协同变化情况。最后本文将提供相应的政策建议，为中国制定未来的重型车温室气体和污染物排放法规提供参考。 240,346 451,400 1,395,000 欧盟美国中国 图12021年欧盟、美国和中国的重型车销量对比(ACEA,2022;cvworld.cn,2022; Statista,2022) 本研究中关于重型车的定义、范围和分类 本研究采用的数据集来自第三方统计机构，该数据集包括2012-2021年间重型车的型式批准信息及销量信息。根据相关国家标准（GB30510），本 文仅分析最大设计/组合总质量（GVW/GCW1）超过3500kg的柴油车 型，其他车辆信息作剔除处理。该数据集包含大约2100万条重型车车型信息（其中包括1930万条柴油车型信息）用于分析。 中国的重型车主要由柴油车组成，这也反映在我们的数据集中。图2与图3展示了2012-2021年间重型车销量的细分结构。在过去十年间，重型车行业规模从年产约170万辆增长到300万辆，其中柴油车型从年产163万辆增长到273万辆。化石燃料车型仍然是整个市场的主流，2021年占总销量的96%以上；电动车型在2021年的产量约为10.5万辆。电动及燃料电池等新能源车型在研究覆盖的十年间增长了约4%，这主要是由于中国政府和行业组织在过去十年一直大力推广低碳交通，使得新能源车型销量稳步上涨。不过，由于新能源车型并非本研究的主要内容，在进行本研究时将予以剔除。 本研究的范围几乎与自2012年以来新生产的整个重型车队相吻合，各年份吻合程度如图4所示。 柴油 天然气 纯电动 3.0 2.5 总销量（百万辆） 2.0 1.5 1.0 0.3 0 2012201320142015201620172018201920202021 图22012-2021年不同燃料类型的重型车销量 2021 2