传统的交通领域燃料主要包括车船用汽柴油、航空用煤油、船用燃料油，在铁路电气化普及之前，煤炭、柴油等化石燃料亦一度成为火车的直接动力来源。电动车以及甲醇、天然气、液化石油气、乙醇、氢气等替代能源汽车在上个世纪就已陆续出现，但仅电动车近年来在低碳驱动的交通系统能源转型下取得了较大规模的推广应用，其他能源车型主要是阶段性在区域性市场占据一席之地。交通系统是石油产品需求端最为重要的领域，我们估算占据了石油需求的65%-75%，新能源进程对交通燃料需求的影响将直接决定未来石油需求的总量变化，以及原油供应、炼厂投产等周期错配下的原油与石油产品价格波动。我们在梳理新能源进程的同时更加关注对大宗商品供需及价格的影响，本系列专题将聚焦新能源进程对当前主要的交通燃料汽、柴、煤油的需求替代情况，并探究在此过程中影响油品价格的相关因素，本篇为汽油篇。

　　汽油篇分为上、下两篇，上篇从车用能源特性出发，梳理汽油替代能源的比较优势、发展进程及比价关系；下篇基于现有的新能源车推进计划，分析燃油小汽车保有量的演化趋势，并结合燃油效率提升等因素，对汽油需求的演变进行分析。

　　一、车用汽油替代能源概览

　　1859年第一口商业油井成功开采，石油产品初期主要用于照明燃料，直至内燃机的发明与兴起主导了现代石油革命。1876年内燃机问世，1886年汽油机驱动的第一台汽车成功发明，汽油因其粘性小、蒸发快、与空气易混合等特性得以满足汽油发动机高转速、低噪音、小体积等要求，成为小型乘用车的理想燃料。1892年压燃式内燃机问世，柴油因其燃点低、稳定性强、热值高等特性，与压燃式发动机配合以发挥高压缩比、大扭矩、热效率高等优势，在一度作为舰船、火车的主要燃料后，在中大型道路车辆中亦得到了广泛运用。在此过程中，原油产量的不断增加与石油工业的发展有效提升了汽柴油的产量及收率，原油的轻质馏分可大部分调和汽油，中质馏分可大部分生产柴油的天然属性，使得汽柴油在车用燃料中长期占据最主要的地位。

　　乘用车保有量不断提升的背景下，汽油消费经历了百年尺度的增长趋势。根据EIA数据，1980年至今，全球汽油消费增长约65%，石油产品消费增长约54%，汽油消费占石油产品消费的比重由24%提升至26%。从车用动力的角度来说，汽油的替代能源种类繁多，美国《能源政策法案》中对替代燃料的定义主要涉及甲醇、乙醇、天然气、LPG、氢、电、煤制液体燃料、生物柴油等，欧盟《替代燃料基础设施法规》中对替代燃料的定义包括电、氢、生物燃料、合成/石蜡燃料、天然气、LPG。一般来说，国家层面对车用替代能源的偏好主要基于对环境保护、能源安全、资源利用及相关产业拉动等因素的考虑，车主层面则主要源于经济性的驱动。

　　美国轻型车包括小汽车和轻卡，2019年其轻型车汽油消费占其国内道路交通汽油消费的94.6%，轻型车的燃料消耗总量中有96.5%为汽油，欧盟小型乘用车(M1)长期以来亦是汽油消费的主要车型，我们通过美国轻型车与欧盟小型乘用车中替代能源车的发展情况，对欧美汽油车的能源替代路径进行观察。

　　图1：美国替代能源轻型车型号数量

　　美国上世纪80年代开始发展甲醇M85(85%甲醇+15%汽油)、乙醇E85(85%乙醇+15%汽油，也可指51%至83%乙醇含量燃料)及CNG(压缩天然气)轻型车，2000年开始甲醇轻型车完全退出市场，CNG及LPG轻型车得到阶段性推广，乙醇轻型车迎来加速发展，但2017年开始电动车成为替代能源轻型车中的主力。此外，美国氢能源轻型车在2012年开始稳步发展，但总量仍然较小，美国2022年在售替代能源轻型车车型由电动车(92.7%)、乙醇E85车(5.6%)及氢能源车(1.65%)组成。

　　与美国不同的是，欧洲替代能源车中LPG车长期占据主导地位，2008年替代燃料小型乘用车注册量中LPG车型与CNG车型占比分别为53%、47%，2009年开始电动车稳步增加，2013年氢能源车进入市场，2018年电动车超过LPG车成为替代燃料小型乘用车的主力，在此过程中，CNG车注册量呈现下滑趋势，欧盟27国2022年新注册替代燃料小型乘用车由电动车(87.9%)、LPG车(11.2%)、CNG车(0.8%)及氢能源车(0.06%)组成。

　　图2：欧盟27国替代燃料小型乘用车注册量

　　二、车用替代能源适用性及发展历程

　　1、适用性

　　图3：常见车用能源能量密度对比

　　表1：车用替代能源使用环节优缺点

　　资料来源：国投安信期货整理

　　注：仅考虑车用燃料使用环节优缺点，成本因素通过下文经济性角度进行观察

　　(1)甲醇

　　甲醇常温为液体进而易储运，辛烷值高进而抗爆震性强，含氧进而燃烧污染物少，具备作为车用燃料的优势属性。美国上世纪发展甲醇燃料的动机始于石油危机后对替代液体燃料的探索以及汽油禁止添加铅后对高辛烷值燃料的偏好。M85专用汽车在动力、燃油效率等基本性能上与汽油车并无明显区别，美国1997年M85甲醇汽车超2.1万辆，达到保有量峰值，后期未能继续大规模推广主要因加注点有限、能量密度低导致续航受限、乙醇代替甲醇成为汽油含氧化物的添加剂、石油价格稳定导致汽油经济性更佳等。

　　欧盟国家对车用甲醇的推广主要作为添加剂使用，并未对甲醇燃料车型进行大规模量产使用。我国对甲醇汽车的研究和使用自上世纪以来并未停歇，M5、M10、M15、M85甲醇汽油及M100甲醇均有作为车用替代燃料使用。山西、陕西、甘肃、贵州等是甲醇汽车的主要使用地区，主要因甲醇生产成本低带来的经济性效应，同时相较汽油来说甲醇在降碳及降低氮氧化物、颗粒物等污染物排放上具有优势，目前我国甲醇乘用车约3万辆，以出租车、公务用车居多。

　　(2)乙醇

　　从车用角度来说，与甲醇类似的是，乙醇因天然含氧及辛烷值高，从而相比汽油污染更低及抗爆性更好，但因能量密度低、汽化潜热大，在车用续航、低温启动性方面欠佳，且需要对管路进行防腐蚀设计。在内燃机使用初期乙醇就已成为发动机的常见燃料，石油大规模生产后乙醇使用占比逐步降低。上世纪80年代起，高油价、能源安全、高辛烷值和环保诉求等因素使得乙醇车用燃料重获发展。目前E10乙醇汽油在国内外已得到广泛应用，10%及以下的乙醇添加至汽油中对加注系统及传统车辆均具有良好的适用性。

　　美国和巴西是乙醇汽车的主要使用地，无论是汽油的乙醇添加比例还是E85乙醇汽车的使用量均远高于全球水平。美国于上世纪90年代开始大力发展E85乙醇汽车，主要是为了满足当时提出的“2010年轻型汽车需30%使用替代燃料”的目标，2005年美国颁布能源政策法，对E85加油站的基础设施提供税收优惠，E85乙醇汽车迎来迅猛发展，后期随着电动车渗透率的提高，车企生产E85车型燃料经济性积分降低，推动进程有所放缓。

　　巴西的乙醇灵活燃料汽车从2006年开始逐步占据主导地位，目前占新车销量的85%左右，该部分车型可灵活选择汽油(强制添加27%乙醇)甚至纯乙醇，车主根据汽油与乙醇的比价灵活选择。甘蔗的高产是巴西成功发展乙醇汽车的必要条件，在验证乙醇汽车大规模推广技术上可行的同时，更充分说明稳定和廉价的供应是保证车用替代能源增长的决定性因素。

　　(3)天然气

　　作为车用燃料，天然气与空气混合后燃烧相对充分，与汽油相比能大幅降低一氧化碳、碳氢化合物等污染物排放，同时因高辛烷值高进而抗爆震性强。车用天然气需要以CNG或LNG形式储存，体积能量密度不及汽油，CNG仍以气态存在，体积能量密度不及汽油三分之一，一般小型车的CNG气罐容积大于同等级车的油箱容积，且续航瓶颈较为明显，LNG需低温液化储存，常用于大型车辆，对汽油的替代主要体现在CNG车型。

　　由图1和图2可以看出，在电动车大规模推广前，在环保、经济性等因素驱动下，CNG汽车在欧美乘用车市场长期占据一席之地。近年来，发展中国家CNG汽车迎来飞速发展，国际天然气汽车协会数据显示，我国CNG汽车保有量由2011年148.5万增加至2019年672万，其中“油改气”车辆占大多数，2019年我国天然气汽车保有量中超90%为CNG汽车，占全国机动车保有量2.6%，其中新疆、宁夏等地因天然气资源丰富CNG汽车占比最大，近年来受电动车大规模发展影响国内CNG汽车渗透率有所降低。除中国外，伊朗、印度、巴基斯坦等地已成为天然气汽车的主要使用地，其中伊朗作为全球第三大天然气生产国，2019年CNG汽车保有量占机动车保有量26.5%。

　　(4)LPG LPG作为气体燃料同样具有低污染的优势，且体积能量密度较CNG有明显改善。气体燃料一方面因充气系数低，进入气缸内的空气量减少进而使发动机功率降低，但另一方面因辛烷值高可以提升发动机压缩比进而提升功率进行弥补。LPG辛烷值虽高于汽油但低于天然气，综合来看动力较CNG汽车偏小。

　　从小型乘用车的口径来看，欧盟27国LPG汽车近年来虽注册量已远小于电动车，但2022年LPG汽车保有量仍有约774万，同期电动车保有量约580万，波兰、意大利、保加利亚、立陶宛LPG汽车保有量达本国汽车保有量的5%以上。总体来看，欧美、日韩上世纪在环保驱动下都已开始进行LPG汽车的推广，技术相对成熟，LPG汽车在冷启动、续航等方面也优于醇类燃料，美国后期转向天然气及乙醇汽车主要因其具备资源禀赋带来的生产优势。欧洲、韩国等地LPG汽车的持续发展则与其石油炼化能力的增加一脉相承，LPG在车用替代能源中一度占据重要地位。

　　(5)电

　　从车用能源的角度来说，电动汽车在电池能量密度、低温性能、充电时间等方面的不足使得续航瓶颈较为明显，但当前液态锂电池技术在小型乘用车上已普遍实现数百公里的实际续航，同时整车结构简单、智能化程度高及加速性能优越，在大多数场景下已具有较好的使用体验。

　　在汽油成为小汽车主要燃料后，电能虽也在上个世纪被欧美确定为汽车替代能源，但大规模推广的时间较醇类及气体燃料更晚。全球可再生发电量的提升以及电动汽车使用环节的零排放属性使道路交通环节大幅降碳成为可能，电快速跃升成为汽油替代能源中占比最高的角色，是完成汽油达峰的最关键能源。

　　(6)氢

　　氢的质量能量密度极高，如果在内燃机燃烧使用在安全性、能量效率等方面挑战重重。车用氢能源目前主要的发展方向是氢燃料电池车，可充分发挥氢气使用环节零碳零污染的优势，能弥补锂电池汽车充电时间长、低温性能差等缺点，但以目前国内主流的35Mpa储氢罐为例，仍难以解决能量体积密度较低的瓶颈，目前主要在中大型车辆上推广，氢对汽油的替代主要寄希望于未来氢燃料电池车与液态锂电池、固态电池等电动车技术发展带来的比较优势差异，目前来看对汽油达峰前后的替代作用还非常有限。

　　图4：2022年全球部分能源供应量对比(亿GGE)

　　注：本图主要为对比汽油潜在替代能源的当前供应量级，并未对一次、二次能源进行区分

　　2、经济性

　　从消费者的角度来说，在家用小型乘用车的能源类型偏好选择方面，更多是基于对安全、经济性、动力、舒适度、便利性及环保等多方面的考量。包括汽油在内的不同能源在特定环节都存在一定的安全隐患，总体来看消费者对燃油车安全性的信任度更高。目前汽油车在空间、续航、动力、便利性等方面较气体及醇类燃料车型仍有相对稳定的优势，电动车较汽油车除了续航及充电带来的便利性损失外，已具备多方面性能的竞争力。能源比价优势带来的经济性驱动是消费者选择替代能源车的关键因素，也是车用替代能源得以发展的必要条件。另一方面，能源比价是我们未来跟踪替代汽油相关大宗商品的重要指标，可能成为汽油达峰前后车用能源结构动态再平衡的关键。

　　图5：常见车用能源能量密度(换算为里程)对比

　　在第一部分已经考虑了各车用能源能量密度的基础上，再综合考虑车用环节的能量传输效率，即TTW(油箱至车轮能量转化率)指标，对单位里程能源消耗量进行粗略计算，进而结合各地区能源价格，将能源的折汽油价格(该能源与每升汽油行驶相同里程数所需的价格)进行比较。内燃机的特性决定了其能量转换效率偏低，汽油、柴油、CNG、LPG、LNG、甲醇、乙醇发动机的TTW在18.9%至22.8%之间，柴油机因高压缩比TTW相对偏大，但差异并不明显。相较而言，电动车及氢燃料电池车TTW分别为75%、46.1%，部分弥补了体积能量密度不足带来的劣势。

　　图6：国内汽油及替代能源价格比较

　　图7：美国汽油及替代能源价格比较

　　图8：欧洲四国汽油及替代能源价格比较(2022年Q1)

　　综合比较使用环节的中、美及欧洲四国车用能源比价，主要有以下几个特征。第一，电的比价优势长期存在，但在欧洲没有中、美明显，与欧洲电价体系税费偏高且发电一次能源成本偏高有关；第二，中外的车用天然气价格经济性均好于汽油，CNG成本略低于LNG；第三，从中国及欧洲的对比来看，氢气补贴后价格较汽油具有优势，国内氢气价格去除补贴后(按70元/KG测算)也正在向氢油平价靠拢，但仍属于终端价格偏高的能源；第四，税费差异是影响汽油相对价格的重要因素，例如美国车用汽油价格低于本国车用LPG价格，同时低于中国及欧洲的汽油价格，主要因其汽油相关税费较低。

　　从另一方面来说，比价反映了相对稳定消费量级下的政策偏好，也为我们观察替代能源的发展阶段提供了支持。例如国内外在推广气体及醇类燃料初期往往对终端价格进行补贴，无论是加气站、加氢站或是充电站等替代能源的基础设施建设更是几乎都有补贴支持或税收优惠，进而摊薄了消费者在替代能源的使用环节的成本，而国内外对汽油或其他能源的燃料税、消费税的调节同样能直接改变其基于经济性的被替代速度。因此，除了各种能源非车用需求的基本面影响外，区域性的车用能源政策是决定使用环节比价的关键因素。

　　除了能源使用层面外，车价也对经济性形成直接影响。燃料电池系统的高成本使得氢能源汽车价格较高，在小型乘用车领域不具有购买吸引力。同等级的气体及醇类燃料汽车价格与汽油车相差不大，但因续航、空间及消费者信任度等方面的缺陷，购买或改装车辆主要是基于使用环节经济性及相关补贴的驱动。目前对于大部分同等级的电动车与燃油车价格亦不存在明显差异，电动车优势劣势并存，购买者除了经济性的驱动外，亦存在驾驶体验、智能化等性能驱动。在此背景下，一方面电动车大规模替代燃油车成为现实，另一方面也使得政策层面对电动车的偏向边际减弱，从车价层面与经济性互为负反馈。例如，国内及欧美多地对车企实行新能源车相关的积分政策，积分基于新车平均碳排放或新能源车比例等指标，进而实现不同阶段的新车减碳目标，未达标的车企需通过积分市场购买或缴纳罚款，消费者驱动的新能源车渗透率提升越快，积分紧缺程度越低，车企成本层面的新能源车较燃油车的优势越小，进而使新能源车的车价优势减弱。

　　总结来说，OPEC+强约束力主动减产使得近年来油价中枢偏高，既定税费、补贴情形下在使用环节大部分替代能源较汽油具有稳定的经济性优势，电力尤其突出，将成为汽油达峰前后的主要替代能源，但全球油气价格、电力市场波动及新能源政策演化等因素可能带来经济性的摇摆。

　　3、环保性

　　以汽柴油为主要燃料的机动车尾气早已是空气污染物的最主要来源，其中汽油车排放产生大量一氧化碳、碳氢化合物，柴油车排放则产生大量氮氧化物、颗粒物。上世纪70年代起许多国家开始针对机动车尾气排放出台各项法规并不断升级，通过机动车机内减排及后处理减排技术的发展以及油品质量的提高，单辆车污染物排放量不断降低。OECD国家道路交通环节主要污染物排放不断走低，我国2021年机动车保有量约为2009年的2.3倍，但一氧化碳、碳氢化合物、颗粒物及氮氧化物排放量分别下降81%、58%、88%、0.2%。

　　图9：OECD国家道路交通环节主要污染物排放

　　图10：中国机动车保有量及主要污染物排放对比(2009vs2021)

　　在汽车尾气污染物排放控制成效显著的同时，限制温室气体排放成为环境保护的又一重要目标，交通运输是继电力之后的全球第二大碳排放来源领域，道路交通又是交通运输领域中碳排放占比最大的部分，与汽油密切相关的客运排放总量大幅高于货运排放总量，减少汽油消费是实现碳减排的重要环节。

　　图11：道路交通环节碳排放及占比

　　在上文车用能源使用环节能量效率的基础上，根据使用环节的碳排放系数，对单位里程各车用能源的碳排放量进行简要对比(图12)，可以看出气体及醇类燃料在使用环节相对汽油的碳排放改善程度有限，氢与电则在使用环节实现零碳，成为降碳目标下车用燃料发展的必然选择。

　　图12：常见车用能源能量密度与车用环节碳排放对比

　　然而，考虑到不同车用能源全生命周期的碳排放强度，发电及制氢过程中化石燃料的使用对电动车及氢能源车的减排效果形成拖累，乙醇等生物质燃料若考虑农作物种植周期的光合作用则能减少其全生命周期碳排放，不同口径下的车用能源降碳强度有所不同。但相对确定的是，如我们在《电力系统能源转型对大宗商品的影响》相关专题中所述，国内外非化石能源发电量占比呈逐步增加的趋势，电动汽车全生命周期碳排放不断降低成为可能，后期若固态电池、快充技术等方面有所突破，电动汽车的吸引力有望进一步提升。综合来看，当前电动车在适用性、经济性及环保性等多方面优势明显，本专题下篇部分将对全球代表性地区的电动车发展进程及汽油达峰节奏进行阐述与分析。

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