新能源内燃机市场发展环境评估

摘要：尽管电动汽车市场发展迅速，但是内燃机行业仍具有发展潜力。中国内燃机市场规模在2022年达到约3 500亿元人民币，同比增长超过10%。技术创新是行业发展的关键，内燃机厂商正响应下游行业对多元化清洁燃料的需求，推动产品研发向燃料和动力多元化发展。内燃机行业正面临转型升级，通过技术创新和产业升级应对新能源汽车挑战，新型内燃机技术如氢内燃机、电子合成燃料内燃机等将成为行业发展的重要方向。

关键词：新能源内燃机；行业趋势；应用分析

中图分类号：U461 收稿日期：2024-12-02

DOI：10.19999/j.cnki.1004-0226.2024.12.003

1 行业发展背景

商用车作为国民经济建设的运输支撑以及交通领域节能减碳的关键力量，其低碳转型一直是全国两会备受瞩目的议题。2024 年两会期间，多位专家建言献策：全国人大代表、全国政协委员、吉利控股集团董事长李书福表示“商用车的电动化转型‘减碳’潜力较大，氢燃料技术与商用车低碳化紧密结合，正在为我国汽车产业提前实现‘双碳’目标提供新动能”；全国人大代表、玉柴股份设备智能物联技术高级主任工程师李海桦围绕氢燃料内燃机研发提出“，建议设立国家级的氢燃料内燃机动力领域的科技研发专项，支持突破氢燃料内燃机的基础技术和关键技术攻关”；全国人大代表、奇瑞控股集团党委书记、董事长尹同跃围绕建立碳足迹管理法规、推进E-fuel绿色合成燃料发展等热点问题提出了意见。

综上，新能源内燃机技术作为商用车低碳转型的重要发展方向之一，将在政策扶持、技术研发、标准建设和示范运营等多方支持下，迎来难得的市场机遇和更广阔的发展空间，为推动我国能源结构和汽车产业绿色转型作出重要贡献。

目前，全球主要国家对新能源内燃机相关界定较少，仅欧盟与美国基本明确将氢内燃机划分为零排放范围内，其余法规多止步于直接碳排管控，对应用碳捕获等新兴绿色技术制备的全生命周期内碳排近零的甲醇、天然气、E-fuel等燃料的内燃机无优势。然而，随着各国对保障能源安全诉求的不断提高和应对气候变化工作的不断深入，各类低碳、零碳燃料的鼓励引导机制不断完善，全生命周期碳排正逐步替代直接碳排成为衡量燃料对环境影响的核心参数。因此，围绕新能源内燃机应用的减碳潜力，建立科学模型其市场潜力，成为争取政策支持和行业发声的重要前提。

2 研究主要方法

本研究旨在全面评估新能源内燃机的发展潜力，明确其定义、应用范围及技术路线。研究边界聚焦于燃用零碳燃料或全生命周期零碳排燃料的内燃机，包括氢内燃机、氨内燃机、甲醇内燃机和燃用e-Fuel的内燃机。通过多元回归、LSTM神经网络模型、多项Logit离散选择模型、AHP层次分析法和TCO评估框架，结合专家访谈和用户调研，构建了一个科学系统的评估体系，围绕工业及日用品运输、大宗商品运输等10余类中重型货车典型场景，预测2026—2030年新能源内燃机的市场规模、技术成熟度和经济性，为新能源内燃机的商业化应用提供科学依据和政策建议。

新能源内燃机商用车应用潜力评估分三个步骤开展。a.新能源商用车发展规模的推导，基于《中国商用车市场预测模型体系及2035预测课题》中对商用车整体发展规模判断的导入研究成果，结合国家“双碳目标”等政策要求，以及基于市场发展情况的正向预测分别界定新能源内燃机商用车的发展区间；b.在技术路线选择上，细化车型场景定义，以不同场景的新能源内燃机应用潜力聚合出整体结果；c.通过行业专家打分判断，校验评估结果。

3 评估进展分析

3.1 国外新能源内燃机定义

内燃机/整车端，搭载氢内燃机整车多被认定为零排放车辆，其余新能源内燃机缺少相关定义。欧盟定义CO2排放量低于3 g/（t·km）或1 g/（p·km）的重型商用车为零排放重型车辆，氢内燃机可被视为零排放；CO2排放量低于重型车辆所属车辆子组中的参考排放量的一半为低排放重型车辆。与欧盟类似，而美国EPA新提议的整车CO2排放标准基于性能划分，不强制要求任何特定技术，故将氢内燃机汽车归类为零排放车辆（仍需满足EPA的NOx、PM和N2O限值）。而美国加州最为严格，零排放车辆（ZEV）定义为在任何可能的驾驶模式和驾驶条件下均不会产生温室气体排放和气体污染物；近零排放汽车（NZEV）包括插电式混合动力汽车和可通过传导或感应式充电源在车外对电池进行充电的混合动力汽车。

燃料端，多通过能源消费税方式给予零碳、低碳车用燃料鼓励。欧盟燃料分类定义包括以下类别：

a.零排放燃料：电、氢气、氨气。

b.可再生燃料：生物质燃料、由可再生能源生产的合成燃料。

c.不可再生替代燃料和过渡性矿物燃料：气态天然气（压缩天然气（CNG））和液化形式（液化天然气（LNG）），以及液化石油气（LPG）和不可再生能源生产的合成燃料。

零碳/低碳燃料鼓励方式为能源税（消费税）。2021年，欧盟对能源税进行调整，首先引入了全新的税率结构，基于燃料和电力的能源含量和环境绩效确定税率而不是能源体积，其次，将更多产品与环节纳入范围。根据环境绩效排名，传统化石燃料，如柴油、汽油以及不可持续的生物燃料，在用作汽车燃料时将受到10.75欧元/GJ的最高最低税率的约束，在用于取暖时将受到0.9欧元/GJ的最高最低税率的约束。该比率也可作为其他类别的参考比率。第二类税率适用于天然气、液化石油气和非生物来源的不可再生燃料等燃料。在10年的过渡期内，参考税率的2/3将适用于这一类别，然后按与传统化石燃料相同的税率征税。第三类税率适用于可持续但不是先进的生物燃料，适用参考费率的一半；第四类税率适用于电力（无论其用途如何）、先进的可持续生物燃料和沼气，以及可再生氢等非生物来源的可再生燃料。低碳氢和相关燃料也将在10年的过渡期也享受相同的税率。

美国燃料端的定义如下，从美国交通部的定义来看，替代燃料类别包含变性乙醇、电力、天然气、液化石油气、氢、源自生物材料的燃料（如生物柴油）、甲醇、其他酒类、煤衍生液体燃料。替代燃料鼓励方式为CAFÉ积分优惠，计算CAFÉ积分时，使用替代燃料车型享受0.15的燃料除数奖励。

3.2 国内政策规划

中国政府高度重视氢能产业发展，通过“十四五”规划和相关政策文件，明确了氢能产业的战略地位和发展目标。中国氢能产业投资现状显示，行业融资以早期轮次为主，但随着政策推动和市场需求的增长，大额融资项目逐渐出现，为产业发展提供了动力。

2023年5月，工信部公开征求对《工业领域碳达峰碳中和标准体系建设指南（2023版）》［1］的意见，指出重点制定氢燃料内燃机等氢能技术和装备标准。

2023年8月，国家标准委等六部门联合印发《氢能产业标准体系建设指南（2023版）》［2］，氢内燃机名列氢能应用之中。我国基本建立起甲醇车用燃料标准体系，车用氢燃料内燃机标准起草中。

2024年4月23日，十四届全国人大常委会第九次会议对《中华人民共和国能源法（草案）》进行了审议，其中，氢能被正式列入，与石油、煤炭、天然气等并列作为能源进行管理。“把氢能纳入《能源法（草案）》［3］，标志着在法律层面对氢能作为能源的认可，氢能的能源属性得到进一步明确，这也相当于为氢能产业修建了一条‘高速公路’，氢能将驶入‘快车道’。”业内人士表示，在顶层规划设计引领下，各地在出台针对氢能扶持政策过程中，有了更有力的依据。同时，氢能产业有望以更高的优先级获得扶持与发展，在更广泛的场景中得到推广应用，加速对传统化石能源的替代。

3.3 国内外产业链发展情况

新能源内燃机行业的竞争格局主要集中在氢内燃机和绿色甲醇技术。潍柴、玉柴等传统内燃机企业在氢内燃机领域布局，吉利则深耕绿色甲醇整车研发。全球绿色甲醇项目集中在欧美、东亚，中国产能较少但规划项目众多。氢内燃机研发以低压缸内直喷为主流，甲醇商用车市场主要由吉利占据，销量增长迅速。整体上，行业竞争格局处于研发阶段，尚未形成市场需求驱动的竞争态势。

近三年来，全球产业链在新能源内燃机领域正迅速发展。上游关键零部件供应商如博世集团和博格华纳公司正积极研发氢能内燃机技术，中游制造商如潍柴动力和玉柴股份在氢内燃机技术上取得突破，国外企业如康明斯和Westport西港公司也在氢内燃机领域取得进展，下游整车制造商如中国重汽和东风柳汽已推出搭载氢内燃机的商用车型，国际企业如德国曼恩商用车和沃尔沃集团也在积极布局氢内燃机卡车市场。

整体来看，新能源内燃机技术正逐步成熟，产业链各环节均在积极推动技术商业化和市场应用。

3.4 学术层面减碳潜力研究总结

本文从甲醇和氢能两个方面对学术层面减碳潜力的研究情况进行分析。

a.甲醇。使用环节碳排放优势不明显，全生命周期与甲醇来源高度相关。选取市场主销同等质量的甲醇牵引车和柴油牵引车进行对比。按照车辆消耗1 L柴油产生2.6 kgCO2尾排，消耗1 L甲醇产生1.087 kgCO2尾排核算，其结果如表1所示，甲醇牵引车平均CO2排放要高出柴油车12%。从全生命周期来看，天大采用甲醇/柴油组合燃料（甲醇替代料35%～40%），采用生物质甲醇、焦炉气和CO2制甲醇三种工艺的全生命周期碳排放要优于纯柴油，而使用烟煤、合成氨联产等方式全生命周期碳排放要明显高于纯柴油。

b.氢能。在使用环节为零排放，全生命周期使用光伏、水力发电制氢排放表现最佳。张硕等［4］研究表明，基于光伏电解水制氢路径的FCHCV的节能减排效果较好，对环境产生的负面效益较低。到2035年，基于光伏电解水制氢的FCHCV的全生命周期碳排放较DHCV（柴油重型商用车）低79.09%；但基于混合电力电解水制氢的FCHCV的全生命周期化石碳排放量较DHCV高10.47%。ZijunYang［5］研究表明，使用水力发电制氢全生命周期碳排放要显著低于使用国家电网电解制氢以及汽油、柴油和纯电动等技术路线。

4 结语

在“双碳”目标的推动下，新能源内燃机成为大势所趋。尤其是对于重型商用车，通过电动化转型难以覆盖复杂多样的场景需求，新能源内燃机将会扮演重要的角色。政策引领和技术革新是推动新能源内燃机产业发展的主要动力。氢能产业建设逐步完善，为氢能汽车加速推广提供了有力条件。

现阶段加氢站建设主要分布在城郊，首批氢能汽车将以城市短途车辆为主，优先发展城建自卸、搅拌、载货、环卫等；随着氢走廊的布局建设，中期内氢能汽车的运距将延长，可扩展中长途运输车辆；现有政策、补贴仅围绕氢燃料电池发布，北京市已计划将氢内燃机车纳入氢能汽车推广车型。相关单位已启动氢内燃机相关标准、政策的研讨，将会陆续发布，氢内燃机汽车也将进入快车道。

参考文献：

参考文献：

[1]工业和信息化部办公厅.工业领域碳达峰碳中和标准体系建设指南（2023版）[EB/OL].（2024-02-04）[2024-12-05].https：//www.gov.cn/zhengce/zhengceku/202402/content_6933519.htm.

[2]国家标准委、国家发展改革委、工业和信息化部等.氢能产业标准体系建设指南（2023版）[EB/OL].（2023-07-19）[2024-12-05].https：//www.gov.cn/zhengce/zhengceku/202308/content_6897986.htm.

[3]全国人民代表大会宪法和法律委员会.全国人民代表大会宪法和法律委员会关于《中华人民共和国能源法（草案）》审议结果的报告[EB/OL].（2024-11-08）[2024-12-05].http：//www.npc.gov.cn/c2/c30834/202411/t20241108_440874.html.

[4]张硕，张春梅，蔡旭，等.面向2035年的氢燃料与柴油重型商用车全生命周期环境影响预测研究[J].环境科学研究，2023，36（10）：1892-1904.

[5]Zijun Yang，Bowen Wang，Kui Jiao.Life cycle assessment of fuel cell，electric and internal combustion engine vehicles under different fuel scenarios and driving mileages in Chin[J].Energy，2020，198（5）：119-121.

作者简介：

程明，男，1981年生，工程师，研究方向为汽车技术、动力工程、计算机科学与技术。