歐陽(yáng)明高：面向碳中和的新能源汽車(chē)創(chuàng)新與發(fā)展——迎接第三次能源革命和第四次

【內(nèi)容提要】：2021年1月15-17日，第七屆中國(guó)電動(dòng)汽車(chē)百人會(huì)論壇以線上會(huì)議形式召開(kāi)。本屆論壇以“新發(fā)展格局與汽車(chē)產(chǎn)業(yè)變革”為主題，3天會(huì)期內(nèi)組織了2場(chǎng)高層論壇和7場(chǎng)專(zhuān)題會(huì)議，廣泛邀請(qǐng)200余位來(lái)自政府部門(mén)、行業(yè)組織、學(xué)術(shù)機(jī)構(gòu)與汽車(chē)、交通、能源、通訊、科技等企業(yè)代表開(kāi)展深入交流。中國(guó)電動(dòng)汽車(chē)百人會(huì)副理事長(zhǎng)、中國(guó)科學(xué)院院士歐陽(yáng)明高出席1月16日下午的高層論壇并發(fā)表題為《面向碳中和的新能源汽車(chē)創(chuàng)新與發(fā)展》的主旨演講。

2021年1月15-17日，第七屆中國(guó)電動(dòng)汽車(chē)百人會(huì)論壇以線上會(huì)議形式召開(kāi)。本屆論壇以“新發(fā)展格局與汽車(chē)產(chǎn)業(yè)變革”為主題，3天會(huì)期內(nèi)組織了2場(chǎng)高層論壇和7場(chǎng)專(zhuān)題會(huì)議，廣泛邀請(qǐng)200余位來(lái)自政府部門(mén)、行業(yè)組織、學(xué)術(shù)機(jī)構(gòu)與汽車(chē)、交通、能源、通訊、科技等企業(yè)代表開(kāi)展深入交流。中國(guó)電動(dòng)汽車(chē)百人會(huì)副理事長(zhǎng)、中國(guó)科學(xué)院院士歐陽(yáng)明高出席1月16日下午的高層論壇并發(fā)表題為《面向碳中和的新能源汽車(chē)創(chuàng)新與發(fā)展》的主旨演講。

歐陽(yáng)明高發(fā)言核心觀點(diǎn)摘要：

◎ 迎接第三次能源革命和第四次工業(yè)革命。一百多年前的第二次能源革命引發(fā)了馬車(chē)到汽車(chē)的大轉(zhuǎn)型和石油行業(yè)的大繁榮。主要的轉(zhuǎn)型期從1900年開(kāi)始，大概經(jīng)歷了25年左右?，F(xiàn)在第三次能源革命就在眼前。我估計(jì)與上次馬車(chē)到汽車(chē)的轉(zhuǎn)變類(lèi)似，今后二三十年交通裝備與能源化工相關(guān)產(chǎn)業(yè)將發(fā)生百年未有之大變局。讓我們共同迎接第四次工業(yè)革命，也就是以可再生能源為基礎(chǔ)的綠色化和以數(shù)字網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)的智能化。

以下為歐陽(yáng)明高發(fā)言整理：

2020年是新能源汽車(chē)發(fā)展的一個(gè)里程碑意義的年份。這一年新能源汽車(chē)行業(yè)峰回路轉(zhuǎn)，新能源汽車(chē)規(guī)劃(2012-2020)目標(biāo)任務(wù)圓滿(mǎn)收官。這一年，是新能源汽車(chē)大規(guī)模進(jìn)入家庭的元年，新能源汽車(chē)從政策驅(qū)動(dòng)到市場(chǎng)驅(qū)動(dòng)的轉(zhuǎn)折年，也是新能源汽車(chē)?yán)冒l(fā)展政策紛紛出臺(tái)的一年，尤其是習(xí)主席提出2030碳達(dá)峰和2060碳中和的宏偉目標(biāo)，給新能源汽車(chē)可持續(xù)發(fā)展注入強(qiáng)大動(dòng)力。所以我想就這個(gè)問(wèn)題從汽車(chē)動(dòng)力與能源革命的背景來(lái)看看中國(guó)新能源汽車(chē)發(fā)展所處的歷史方位。

大家知道每次能源革命都是先發(fā)明了動(dòng)力裝置和交通工具，然后帶動(dòng)對(duì)能源資源的開(kāi)發(fā)利用，并引發(fā)工業(yè)革命。第一次能源革命，動(dòng)力裝置是蒸汽機(jī)，能源是煤炭，交通工具是火車(chē)。第二次能源革命，動(dòng)力裝置是內(nèi)燃機(jī)，能源是石油和天然氣，能源載體是汽、柴油，交通工具是汽車(chē)。第一次是英國(guó)超過(guò)荷蘭，第二次是美國(guó)超過(guò)英國(guó)。 現(xiàn)在正處于第三次能源革命，動(dòng)力裝置是各種電池。能源是可再生能源，能源載體有兩個(gè)，電和氫，交通工具就是電動(dòng)汽車(chē)。所以這一次也許是中國(guó)趕超的機(jī)會(huì)。

那么第四次工業(yè)革命又是什么?我個(gè)人理解是以可再生能源為基礎(chǔ)的綠色化和以數(shù)字網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)的智能化。

下面，我想從能源與工業(yè)革命的視角從三個(gè)方面來(lái)談新能源汽車(chē)。第一，動(dòng)力電動(dòng)化的新進(jìn)展，也就是電動(dòng)車(chē)革命;第二，能源低碳化的新要求，這就是新能源革命;第三，系統(tǒng)智能化的新趨勢(shì)，這是人工智能革命。

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動(dòng)力電動(dòng)化的新進(jìn)展

動(dòng)力電動(dòng)化在中國(guó)已經(jīng)進(jìn)行了20年，這些我們都很熟悉了。我要重點(diǎn)提的就是鋰離子電池的發(fā)明實(shí)現(xiàn)了蓄電池領(lǐng)域百年來(lái)的歷史性突破，一定要看到新一代車(chē)用動(dòng)力電池和氫燃料電池等電化學(xué)能源系統(tǒng)的產(chǎn)業(yè)化是汽車(chē)動(dòng)力百年來(lái)的歷史性突破。下面我想談一下近年來(lái)在這方面的一些新進(jìn)展。

首先，中國(guó)純電動(dòng)汽車(chē)動(dòng)力電池的技術(shù)創(chuàng)新非?；钴S。中國(guó)動(dòng)力電池技術(shù)創(chuàng)新的模式已經(jīng)從政府主導(dǎo)向市場(chǎng)驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)型。從行業(yè)政治運(yùn)作向企業(yè)商業(yè)運(yùn)作的轉(zhuǎn)型。大家知道近期有很多發(fā)布會(huì)都談到電池創(chuàng)新，這是正常的商業(yè)運(yùn)作，當(dāng)然不能過(guò)度，過(guò)度就變成炒作了。

第二，中國(guó)電池材料研究處于國(guó)際先進(jìn)行列。但電池材料創(chuàng)新是厚積薄發(fā)的過(guò)程，是需要長(zhǎng)努力的。因?yàn)槲覀円胶獗饶芰?、壽命、快充、安全、成本等相互矛盾的性能指?biāo)。如果某一位說(shuō)他的車(chē)既能跑一千公里，又能幾分鐘充完電，還特別地安全，而且成本還非常低，那大家不用相信，因?yàn)檫@在目前是不可能同時(shí)達(dá)到的。值得一提的是，電池系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)創(chuàng)新輔以電池單體材料的改進(jìn)成為近年來(lái)中國(guó)動(dòng)力電池技術(shù)創(chuàng)新的鮮明特征。

我們采用工信部的電動(dòng)車(chē)車(chē)型數(shù)據(jù)畫(huà)了一張圖。橫軸是電池系統(tǒng)的總能量，縱軸是續(xù)航里程?？梢钥闯鲕?chē)載電池包的總能量和相應(yīng)的續(xù)航里程在不斷提升，正在向千公里續(xù)航里程邁進(jìn)。剛開(kāi)始時(shí)三元?jiǎng)恿﹄姵剡€沒(méi)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，那時(shí)主要是磷酸鐵鋰電池，所以續(xù)航里程偏低。后來(lái)體積能量密度高的三元電池工業(yè)化解決了，車(chē)載電池能量大幅增加，電動(dòng)轎車(chē)市場(chǎng)開(kāi)始啟動(dòng)，續(xù)航里程增加了，但還不是特別高。近年來(lái)，三元電池比能量的提升，受到安全問(wèn)題的限制沒(méi)有大幅增長(zhǎng)，所以行業(yè)轉(zhuǎn)向電池系統(tǒng)結(jié)構(gòu)創(chuàng)新。

大家看圖中，紅色箭頭代表三元單體電池性能，近年來(lái)通過(guò)補(bǔ)鋰、添硅，還有固液混合電解質(zhì)等做了一些改進(jìn)。目前三元方形電池能量密度可以達(dá)到300瓦時(shí)/公斤，采用固液混合電解質(zhì)的軟包電池可以達(dá)到360瓦時(shí)/公斤，相當(dāng)于方形電池的320-330瓦時(shí)/公斤?，F(xiàn)在磷酸鐵鋰電池補(bǔ)鋰、添硅后，也突破200瓦時(shí)/公斤。對(duì)于乘用車(chē)而言，關(guān)鍵是提升電池系統(tǒng)比能量，讓轎車(chē)的有限空間內(nèi)可以裝更多的電池。電池系統(tǒng)結(jié)構(gòu)從原先標(biāo)準(zhǔn)的355模組和590模組，進(jìn)一步到寧德時(shí)代的CTP(單體到電池包)無(wú)模組系統(tǒng)，尤其是比亞迪的刀片電池?zé)o模組系統(tǒng)，通過(guò)電池結(jié)構(gòu)創(chuàng)新大幅提升成組效率，單體到系統(tǒng)比能量打折的比值，從原先的0.4提到了0.6，也就是說(shuō)單體到系統(tǒng)的體積成組效率從40%增加到60%，提升了50%，這是一個(gè)巨大的變化，使原來(lái)裝磷酸鐵鋰電池的轎車(chē)?yán)m(xù)航里程不夠長(zhǎng)的問(wèn)題基本得到解決，續(xù)航里程可以做到600公里。近期國(guó)軒又推出J2M，就是電池卷芯直接到模塊，這些都是中國(guó)企業(yè)做的，是我們中國(guó)電池行業(yè)引領(lǐng)國(guó)際電池技術(shù)發(fā)展的一個(gè)重要標(biāo)志。

進(jìn)一步向前發(fā)展，可能還有電池包直接作為底盤(pán)的結(jié)構(gòu)件(如刀片電池包)、或者單體直接到車(chē)輛等。我認(rèn)為這些都有待進(jìn)一步研究，創(chuàng)新潛力還比較大。

雖然一千公里續(xù)航并不是我們追求的主要目標(biāo)，但電動(dòng)汽車(chē)的能量需求肯定還是要上升的。如近期出現(xiàn)的冬天低溫續(xù)航里程縮水問(wèn)題，實(shí)際上也是一個(gè)能量問(wèn)題，如果你有一個(gè)長(zhǎng)續(xù)航的車(chē)，打折也不怕。當(dāng)然更重要的是提升整車(chē)集成的技術(shù)水平，也就是電動(dòng)汽車(chē)的節(jié)能水平。為什么低溫續(xù)航里程縮水會(huì)這么大?首先是電芯性能在低溫下的下降，同時(shí)制熱比制冷能耗更大;還有動(dòng)力系統(tǒng)效率的降低，比如制動(dòng)能量回饋功能基本喪失，滾動(dòng)阻力也增大了;還有里程估計(jì)的精度下降，這也容易引起顧客的里程焦慮，體驗(yàn)不好。

總體看，中國(guó)電動(dòng)車(chē)環(huán)境適應(yīng)性技術(shù)需求迫切，我在這里簡(jiǎn)單提一下技術(shù)創(chuàng)新及其改進(jìn)的方向：

1. 電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)效能優(yōu)化，包括PTC加熱器、熱泵空調(diào)、電機(jī)激勵(lì)加熱等。目前PTC加熱需要進(jìn)一步改進(jìn)，云端控制提前預(yù)熱;熱泵空調(diào)在低溫下的效能需要進(jìn)一步增強(qiáng);電機(jī)激勵(lì)加熱是電機(jī)靜止時(shí)通過(guò)電機(jī)線圈和電池組成回路對(duì)電池加熱，這也是一個(gè)很好的方案，但噪聲較大，加熱速率每分鐘3°C度不算高?，F(xiàn)在有改進(jìn)技術(shù)，可以提升加熱速度到每分鐘8°C度。

2. 面向冬季工況的動(dòng)力系統(tǒng)能量綜合利用，包括回收電機(jī)運(yùn)行的廢熱，進(jìn)行電池加熱，另外無(wú)法回饋的電可以用于PTC加熱。

3. 充電場(chǎng)景下電池的插槍保溫和脈沖加熱。目前大家回家充電才插槍?zhuān)渫觌娋桶蔚?，但是后續(xù)為了有序充電，插槍并不一定充電，是到后半夜才充電。另外還有車(chē)與電網(wǎng)互動(dòng)(V2G)，往電網(wǎng)回饋電，就是反向充電，這些都要求充電樁一直跟車(chē)保持相連，這就為插槍保溫帶來(lái)方便，也就出車(chē)之前提前半小時(shí)用電網(wǎng)電對(duì)車(chē)加熱。此外具備雙向充電功能的快充樁，可以對(duì)電池進(jìn)行脈沖加熱。這方面技術(shù)創(chuàng)新是活躍，低溫續(xù)航縮水問(wèn)題會(huì)逐步得到緩解。

4.還有一個(gè)動(dòng)力電池的熱安全問(wèn)題也還沒(méi)有根本解決。電池?zé)岚踩珕?wèn)題本質(zhì)上是電池自生熱連鎖反應(yīng)引起的電池?zé)崾Э?溫度失控)，在這不做詳細(xì)介紹。

總體看中國(guó)動(dòng)力電池安全問(wèn)題研究早，熱失控科學(xué)和技術(shù)研究走在世界前列。重點(diǎn)看主要是本征安全、被動(dòng)安全和主動(dòng)安全三方面安全保障技術(shù)。所謂本征安全就從單體電池的熱失控機(jī)理著手，從材料層次進(jìn)行熱設(shè)計(jì)，從設(shè)計(jì)和制造的角度保證安全。所謂被動(dòng)安全就是在某一個(gè)單體電池?zé)崾Э匾院?，通過(guò)系統(tǒng)熱管理，即隔熱和散熱的方法，抑制它在電池包內(nèi)蔓延的速度保持不燃燒狀態(tài)，現(xiàn)在法規(guī)要求是5分鐘，將來(lái)會(huì)提升到半小時(shí)。中國(guó)的領(lǐng)先企業(yè)已經(jīng)發(fā)布不燃燒的電池包產(chǎn)品，是很重要的技術(shù)進(jìn)展。主動(dòng)安全就是電池智能管理與充電控制，例如利用云平臺(tái)和電池大數(shù)據(jù)進(jìn)行熱失控提前預(yù)警，這是我們整車(chē)企業(yè)必須要掌握的核心技術(shù)。領(lǐng)先的廠家已經(jīng)完全可以做到，現(xiàn)在正在推廣普及之中?？傮w看，安全是所有汽車(chē)追求的永恒主題，不要指望換一種新電池后所有的安全就徹底解決，安全都是相對(duì)的，都是由安全技術(shù)保障的。

下面，談?wù)剼淙剂想姵丶夹g(shù)現(xiàn)狀與趨勢(shì)。

經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的艱苦努力，中國(guó)車(chē)用燃料電池技術(shù)近年來(lái)取得產(chǎn)業(yè)化突破。應(yīng)該說(shuō)氫燃料電池技術(shù)比鋰離子電池技術(shù)研究的還要早，經(jīng)過(guò)20年的研究，經(jīng)歷了一些曲折，但近年來(lái)取得重大突破。

數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)顯示現(xiàn)在的性能跟五年前相比，所有主要的性能指標(biāo)都有大幅的提升，比如核心指標(biāo)燃料電池壽命提升了300%。國(guó)產(chǎn)燃料電池零部件的產(chǎn)業(yè)鏈已經(jīng)建立，系統(tǒng)集成能力大幅增強(qiáng)，頭部企業(yè)正在形成，這就是目前的狀態(tài)。下一步的重點(diǎn)就是要使燃料電池系統(tǒng)成本十年內(nèi)下降80%以上。過(guò)去十年鋰離子電池就是這樣發(fā)展的，燃料電池滯后了十年。系統(tǒng)成本要從2020年的5000元/千瓦下降到2030年的600元/千瓦。

大家知道近期我們行業(yè)已經(jīng)開(kāi)始打價(jià)格戰(zhàn)了，說(shuō)實(shí)話我不希望現(xiàn)在就開(kāi)打價(jià)格戰(zhàn)，應(yīng)該是穩(wěn)步下降。但總體來(lái)看，這個(gè)價(jià)格下降應(yīng)該是完全可以預(yù)期的。但燃料電池汽車(chē)不僅需要燃料電池系統(tǒng)成本降低，很重要的是車(chē)載儲(chǔ)氫的成本，這個(gè)成本我預(yù)測(cè)比燃料電池下降會(huì)相對(duì)慢一些?，F(xiàn)在國(guó)內(nèi)已經(jīng)投產(chǎn)塑料內(nèi)膽碳纖維纏繞的700大氣壓車(chē)載高壓儲(chǔ)氫瓶。因?yàn)閯傞_(kāi)始生產(chǎn)，目前成本是很高的。預(yù)計(jì)到2025年儲(chǔ)一公斤氫的氫瓶成本3000元。主要材料成本來(lái)自碳纖維，現(xiàn)在中石化已經(jīng)建立了大型的高強(qiáng)度碳纖維工廠來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題。

往前看氫能燃料電池的技術(shù)路線圖。2025年目標(biāo)是推廣5-10萬(wàn)氫燃料電池車(chē);2030-2035年實(shí)現(xiàn)80-100萬(wàn)輛應(yīng)用規(guī)模，這都是以商用車(chē)為主體。在這個(gè)情況下，氫需求量到2030年大概三百萬(wàn)噸左右，這個(gè)可能比我們預(yù)期的低。這還是按商用車(chē)為主體預(yù)測(cè)的，如果主要是轎車(chē)，幾十萬(wàn)噸就夠了。但加氫站的數(shù)量可能比我們想象的要多。因?yàn)榧託湫时燃犹烊粴庖?，氫是最輕的一種氣體，只是天然氣密度的1/8。當(dāng)前氫燃料電池汽車(chē)發(fā)展還面臨一些挑戰(zhàn)，比如說(shuō)氫燃料產(chǎn)業(yè)鏈自主化程度與技術(shù)水平和燃料電池還有差距，電解綠氫技術(shù)、氫儲(chǔ)運(yùn)技術(shù)、氫安全技術(shù)還需要改進(jìn)提升，氫燃料的成本總體偏高，這是今后5-10年必須努力解決的。

總結(jié)比較一下各種汽車(chē)動(dòng)力。如果基于化石能源來(lái)看各類(lèi)轎車(chē)油井到車(chē)輪的能效，三種電動(dòng)汽車(chē)的動(dòng)力比傳統(tǒng)汽油車(chē)都要高很多，但是基于化石能源的純電動(dòng)、燃料電池與油電混合動(dòng)力能效差別不大。既然如此，如果基于化石能源，油電混合動(dòng)力其實(shí)是非常合理的選擇，為什么非要搞純電動(dòng)和燃料電池汽車(chē)呢?這就必須從下一個(gè)革命的角度來(lái)看待這個(gè)問(wèn)題，這就是能源低碳化的新要求。

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能源低碳化的新要求

國(guó)際公認(rèn)第三次能源革命有五大支柱：第一，向可再生能源轉(zhuǎn)型;第二，集中式轉(zhuǎn)向分布式，建筑都變成微型發(fā)電廠，現(xiàn)在北京市也開(kāi)始補(bǔ)貼光伏，我工作的汽車(chē)研究所屋頂早就鋪上光伏了，現(xiàn)在清華大學(xué)計(jì)劃在大部分房頂都鋪上光伏;第三，用氫氣、電池等技術(shù)存儲(chǔ)間歇式能源，因?yàn)榭稍偕茉词情g歇波動(dòng)的;第四，發(fā)展能源互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，把分布式能源鏈接起來(lái);第五，電動(dòng)汽車(chē)成為用能、儲(chǔ)能并回饋能源的終端。

所以電池、氫能和電動(dòng)汽車(chē)是新能源革命的重要組成部分。習(xí)主席提出2030/2060低碳發(fā)展目標(biāo)和能源革命的重大戰(zhàn)略。中國(guó)的光伏和風(fēng)電在全球是有優(yōu)勢(shì)的，現(xiàn)在已經(jīng)具備更大規(guī)模推廣條件，但是儲(chǔ)能是瓶頸，需要靠電池、氫能和電動(dòng)車(chē)解決。邏輯上來(lái)講，只有實(shí)現(xiàn)新能源汽車(chē)大規(guī)模發(fā)展才能實(shí)現(xiàn)新能源革命，只有實(shí)現(xiàn)新能源革命才能實(shí)現(xiàn)中國(guó)碳中和目標(biāo)，下面解釋一下這個(gè)邏輯。

有待開(kāi)發(fā)的可再生能源主要是風(fēng)和光，能源載體是電和氫。

首先電這個(gè)載體是光伏、風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)化來(lái)的。光伏也是一個(gè)革命性技術(shù)，現(xiàn)在市場(chǎng)上規(guī)模銷(xiāo)售的硅基太陽(yáng)能電池效率在22%左右，在我國(guó)西部光照條件好的地方大規(guī)模光伏發(fā)電的成本都在一毛錢(qián)左右。下一步硅基光伏會(huì)和鈣鈦礦進(jìn)一步結(jié)合，把可見(jiàn)光和近紅外光都用上，可以進(jìn)一步把效率提升到30%以上。鈣鈦礦出現(xiàn)10年已經(jīng)出現(xiàn)突飛猛進(jìn)的進(jìn)步，從十年前的效率3%到現(xiàn)在實(shí)驗(yàn)室已經(jīng)接近30%，它會(huì)和現(xiàn)在的單晶硅結(jié)合再做成復(fù)合的光伏電池。國(guó)際能源署認(rèn)為光伏將是綜合成本最便宜的能源，所以現(xiàn)在技術(shù)創(chuàng)新非?；钴S。

其次是氫能，可再生能源只有兩個(gè)載體，電和氫能。面向碳中和前景，氫能汽車(chē)只是氫能利用的一部分，或者說(shuō)是先導(dǎo)部分，氫能不僅僅是為了汽車(chē)，發(fā)展氫能汽車(chē)使命之一就是為了帶動(dòng)氫能全面發(fā)展。因?yàn)榻煌ㄐ袠I(yè)對(duì)氫價(jià)格的容忍度最好，以后還有煉鋼、化工，發(fā)電，大型燃?xì)廨啺l(fā)電機(jī)組也是要用氫的。

氫能目前主要通過(guò)電解水制得。電解水制氫和剛才講的燃料電池恰巧是一個(gè)逆過(guò)程。氫和氧結(jié)合生成水，發(fā)出電，但是有電和水就可以產(chǎn)生氫氣和氧氣，所以把燃料電池成本降下來(lái)也可以帶動(dòng)把制氫成本降下來(lái)，這是一個(gè)問(wèn)題的兩個(gè)方面?，F(xiàn)在主要有三種燃料電池，也就有三種主要制氫方式。堿性燃料電池對(duì)應(yīng)堿性電解、質(zhì)子交換膜燃料電池對(duì)應(yīng)質(zhì)子膜電解，固體氧化燃料電池對(duì)應(yīng)固體氧化物電解，它們技術(shù)成熟度各不相同?，F(xiàn)在成熟的、中國(guó)有價(jià)格優(yōu)勢(shì)的是堿性電解技術(shù)，正在進(jìn)行商業(yè)化的是質(zhì)子交換膜電解技術(shù)，我認(rèn)為5-10年后質(zhì)子交換膜電解技術(shù)會(huì)大規(guī)模發(fā)展起來(lái)。正在發(fā)展的未來(lái)一代是固體氧化物電解技術(shù)，因?yàn)樗男蕵O高?？稍偕茉粗茪涑杀竞涂稍偕茉措妰r(jià)密切相關(guān)。目前我們?cè)趶埣铱陲L(fēng)電制氫電價(jià)一毛五分一度，氫的電耗成本一公斤氫約7元。

此外還有很多氫的載體，比如說(shuō)液氨，做尿素的氨，它的質(zhì)量?jī)?chǔ)氫比可以達(dá)到17.8%，體積儲(chǔ)氫密度更高，100升可以做到12公斤，比液氫要高一倍以上，液氫大概100升能夠到6公斤。所以國(guó)際上也有所謂的氨經(jīng)濟(jì)、氮循環(huán)等很多新的概念。氨可直接用于化肥和塑料橡膠等產(chǎn)品和發(fā)電，分解出氫后又可以用于更多方面。制氨的過(guò)程是先電制氫，然后再捕捉空氣中的氮，氮和氫結(jié)合生成氨，可以用傳統(tǒng)的工業(yè)催化合成氨，現(xiàn)在正在發(fā)展電催化合成氨新技術(shù)。

還有就是電制合成燃料，現(xiàn)在歐洲，尤其是德國(guó)特別熱的用可再生能源發(fā)電制合成燃料，叫E-FUEL，在中國(guó)叫“液態(tài)陽(yáng)光”，大家可能知道最近“液態(tài)陽(yáng)光”很火熱。電合成燃料可以是各種各樣的，如汽油，但是中國(guó)說(shuō)的“液態(tài)陽(yáng)光”主要指的是甲醇。電制氫，氫加二氧化碳可以合成甲醇，再以甲醇為中間產(chǎn)物合成二甲醚等等?；蛘邭渑c一氧化碳組成的合成氣通過(guò)費(fèi)托工藝生成中間產(chǎn)物合成油，再改質(zhì)異構(gòu)生產(chǎn)汽油等最終產(chǎn)品。這條技術(shù)路線燃料使用端不用建基礎(chǔ)設(shè)施，但是生產(chǎn)端要建大量的基礎(chǔ)設(shè)施，生產(chǎn)一升油需要2.9-3.6公斤的二氧化碳，如果從空氣捕捉耗能是比較大的。但是作為燃料燃燒使用時(shí)二氧化碳又回到大氣了。如果用于氫燃料電池，還要從甲醇再重整反應(yīng)獲得氫和二氧化碳，這種情境下，甲醇實(shí)際上是作為氫的儲(chǔ)運(yùn)方式。

所以需要對(duì)基于可再生能源進(jìn)行全鏈條的能效分析。據(jù)殼牌公司的研究報(bào)告，如果是充電電動(dòng)車(chē)能效大約77%，如果是氫燃料電池車(chē)大約是30%。因?yàn)殡娭茪湫?0%多，燃料電池能效50-60%，這兩者相乘就是30%多，而純電動(dòng)基本上沒(méi)有這個(gè)過(guò)程，是最簡(jiǎn)單、最直接的。還有利用電合成燃料繼續(xù)采用內(nèi)燃機(jī)汽車(chē)則是13%。如果電價(jià)相同，總體能效的差別大體就是成本差別，對(duì)可再生能源而言主要不是節(jié)能和排放問(wèn)題，而是成本問(wèn)題。所以充電電池能干好的事一般來(lái)講就不用氫燃料電池。但是還有很多應(yīng)用場(chǎng)景充電電池是干不好的。

另外還有一個(gè)問(wèn)題，制氫用的電價(jià)有沒(méi)有可能比充電的電價(jià)更便宜呢?這是有可能的。這就是我要談的第三點(diǎn)，系統(tǒng)智能化的新趨勢(shì)，人工智能革命。必須從系統(tǒng)的角度來(lái)觀察才能找到結(jié)論。

3

系統(tǒng)智能化的新趨勢(shì)

再生能源系統(tǒng)為主的能源系統(tǒng)必須要有儲(chǔ)能裝備，還要有提供基礎(chǔ)電源的大型發(fā)電機(jī)組，這個(gè)大型發(fā)電機(jī)組現(xiàn)在用化石能源，將來(lái)用氫或者液氨等?；诳稍偕茉吹闹腔勰茉聪到y(tǒng)里，負(fù)荷、電源、儲(chǔ)能和網(wǎng)絡(luò)協(xié)同互動(dòng)，電價(jià)是由系統(tǒng)的能量流和信息流耦合動(dòng)態(tài)過(guò)程決定的。如果從環(huán)節(jié)看，可再生能源主要成本可能將來(lái)不一定在發(fā)電環(huán)節(jié)，而可能在儲(chǔ)能等其它環(huán)節(jié)。因此，儲(chǔ)能是關(guān)鍵。

從儲(chǔ)能的功率和存儲(chǔ)的時(shí)間看，電池是中小功率短周期存儲(chǔ)。它與分布式光伏匹配還可以，但對(duì)有些大規(guī)模風(fēng)電廠就不一定合適了。如這月有風(fēng)、下月沒(méi)風(fēng)等場(chǎng)景，這時(shí)主要要靠氫。氫是大規(guī)模長(zhǎng)周期儲(chǔ)存，所以這兩種儲(chǔ)能必須組合才能構(gòu)成一個(gè)總的儲(chǔ)能系統(tǒng)。

先看電池儲(chǔ)能技術(shù)?，F(xiàn)在受到電動(dòng)汽車(chē)市場(chǎng)拉動(dòng)，動(dòng)力電池需求大幅上升。樂(lè)觀估計(jì)，2025年中國(guó)電池的產(chǎn)量可能會(huì)達(dá)到年產(chǎn)10億千瓦時(shí)，是一個(gè)龐大的產(chǎn)業(yè)，成本會(huì)持續(xù)地下降。以鋰離子電池為代表的動(dòng)力電池正在成為分布式短周期小規(guī)模可再生能源儲(chǔ)存的最佳選擇。如果我們十年多時(shí)間發(fā)展到一億輛充電電動(dòng)汽車(chē)，車(chē)載電池總能量就達(dá)50-60億度電，儲(chǔ)能潛力巨大。但同時(shí)也要看到，充電的功率也巨大，但耗電量并不是很大，這是值得注意的特征。

我講一個(gè)極端的情況，如果三億輛中國(guó)乘用車(chē)全部改成純電動(dòng)車(chē)，每輛車(chē)平均65度電，那么車(chē)載儲(chǔ)能的容量約為200億千瓦時(shí)，與中國(guó)每天消費(fèi)的總電量是相當(dāng)?shù)?。如?0%的電動(dòng)車(chē)三千萬(wàn)輛車(chē)按照50千瓦的中等速率同時(shí)充電，那么充電總功率就是15億千瓦，與全國(guó)電網(wǎng)總裝機(jī)功率相當(dāng)。電力系統(tǒng)功率全都要給電動(dòng)車(chē)充電了，這是不可能實(shí)現(xiàn)的。那么按平均每輛轎車(chē)年行駛兩萬(wàn)公里，三億輛車(chē)每天消費(fèi)電量大約是20億千瓦時(shí)，占比總消費(fèi)量10%，這是完全可以接受的。

大規(guī)模電動(dòng)汽車(chē)推廣的優(yōu)點(diǎn)是儲(chǔ)能潛力巨大，問(wèn)題是充電功率也巨大。要趨利避害，首先利用儲(chǔ)能潛力來(lái)抑制電網(wǎng)的波動(dòng)。據(jù)國(guó)家發(fā)改委能源研究所研究報(bào)告，北京到2030年總電力負(fù)荷在1500萬(wàn)千瓦到3300萬(wàn)千瓦之間劇烈波動(dòng)，如果有五百萬(wàn)輛電動(dòng)車(chē)的儲(chǔ)能作用，電網(wǎng)負(fù)荷波動(dòng)范圍縮小到2000萬(wàn)千瓦-2200千瓦之間。但是如果有6萬(wàn)輛車(chē)同時(shí)用350千瓦從電網(wǎng)充電則充電總功率超過(guò)2000萬(wàn)千瓦，幾乎相當(dāng)于北京電力的總負(fù)荷。所以必須通過(guò)有序充電、車(chē)與電網(wǎng)雙向充電、儲(chǔ)能放電、換電池和充換電一體化等智能充電方式將充電功率大幅收窄。

我個(gè)人認(rèn)為，對(duì)于商業(yè)目的的乘用車(chē)，如共享車(chē)、出租車(chē)，原則上來(lái)講換電是一個(gè)不錯(cuò)的商業(yè)模式。不過(guò)換電的最佳用場(chǎng)景可能還是電動(dòng)中重卡。這種中重卡可以使用充換一體化快速能源補(bǔ)給站，轎車(chē)超級(jí)快充、中重卡快速換電，兩者合建。重卡要的電池容量大大超過(guò)轎車(chē)，換電的備用電池包可以給轎車(chē)放電，提供快充，形成互補(bǔ)。最終的形態(tài)將是“光-儲(chǔ)-充-換”多能互補(bǔ)的微網(wǎng)系統(tǒng)。

目前卡車(chē)換電已經(jīng)在國(guó)內(nèi)開(kāi)展，我個(gè)人認(rèn)為卡車(chē)換電從經(jīng)濟(jì)賬來(lái)看完全可以算過(guò)來(lái)。在一些特殊場(chǎng)景，比如港口和煤礦都已經(jīng)做得不錯(cuò)了，現(xiàn)在是要在高速公路實(shí)現(xiàn)。這種換電只需三五分鐘，車(chē)電分離、電池租賃，電池由電池銀行持有，大的電池銀行電池用電量大，負(fù)荷預(yù)測(cè)準(zhǔn)，可以在電力交易中拿到低電價(jià)。同時(shí)大量的購(gòu)買(mǎi)電池也可以壓低電池價(jià)格。另外全生命周期管理電池，可以使電池壽命增長(zhǎng)、梯次利用。

現(xiàn)在的關(guān)鍵是標(biāo)準(zhǔn)法規(guī)。目前轎車(chē)換電的標(biāo)準(zhǔn)法規(guī)比較難進(jìn)行，因?yàn)楦鞣N車(chē)品牌不一樣，訴求不相同，泥腿子和穿皮鞋的很難在一塊換電。但是相對(duì)而言卡車(chē)問(wèn)題不大。

另外換電本來(lái)是因?yàn)槌潆娐?、充電不方便等原因興起的。對(duì)轎車(chē)快充大家肯定還有疑慮。要強(qiáng)調(diào)的是對(duì)私家乘用車(chē)而言，基于車(chē)網(wǎng)融合和大功率快充技術(shù)的發(fā)展前景以及電池底盤(pán)一體化設(shè)計(jì)趨勢(shì)，我個(gè)人更看好的還是充電。私家車(chē)平時(shí)在家或者在單位慢充(單位建慢充樁的潛力還完全沒(méi)有挖掘出來(lái))，還可以車(chē)網(wǎng)互動(dòng)，現(xiàn)在國(guó)家電網(wǎng)電動(dòng)車(chē)服務(wù)公司正在示范車(chē)網(wǎng)互動(dòng)，通過(guò)國(guó)網(wǎng)電動(dòng)的后臺(tái)調(diào)度系統(tǒng)，志愿者的車(chē)既可以充電買(mǎi)電又可以放電賣(mài)電，賣(mài)電高價(jià)、充電低價(jià)，用電費(fèi)用可以基本平衡，甚至還可以賺錢(qián)。也就說(shuō)買(mǎi)了電動(dòng)車(chē)之后，將來(lái)能源費(fèi)用會(huì)趨于零甚至盈利。

但高速公路長(zhǎng)途必須有一個(gè)超快補(bǔ)電的措施。在什么情況下超快補(bǔ)電合適?一般而言，安全事故都是在電池電量80%以上出現(xiàn)的，很少發(fā)現(xiàn)50%電量以下的有安全事故。這從電化學(xué)機(jī)理可以解釋。在電量充滿(mǎn)的時(shí)候正極材料的鋰離子大部分都跑出來(lái)了，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性最差;鋰離子嵌入負(fù)極后，電池膨脹導(dǎo)致內(nèi)應(yīng)力加大，內(nèi)短路隱患容易發(fā)生;還有充滿(mǎn)了之后電池組的不一致性暴露，如果管理不好，個(gè)別電量低的單體電池就有可能已經(jīng)過(guò)充析鋰了。在電量低于50% 時(shí)這些情況一般都不會(huì)發(fā)生。而應(yīng)急補(bǔ)電肯定是在低電量時(shí)進(jìn)行的，而且只補(bǔ)電不充滿(mǎn)。

2020年中電聯(lián)公布了中日兩國(guó)合作制定的大功率快充新標(biāo)準(zhǔn)——超級(jí)充電標(biāo)準(zhǔn)，中電聯(lián)預(yù)計(jì)2025年可以全面提供超充服務(wù)。據(jù)我團(tuán)隊(duì)的研究表明，對(duì)一個(gè)續(xù)航里程600公里的車(chē)5分鐘應(yīng)急補(bǔ)電充200公里(也就是電量增加1/3)是完全可行的。但要注意對(duì)一個(gè)續(xù)航里程200公里的車(chē)用5分鐘充滿(mǎn)，這個(gè)一般做不到，除非它采用特殊負(fù)極的快充電池，如鈦酸鋰負(fù)極。其次在應(yīng)急補(bǔ)電快充時(shí)溫升快，要進(jìn)行增強(qiáng)冷卻。還有在冬天低溫條件下必須先加熱再快充，充電站的低溫脈沖加熱技術(shù)，可以做到每分鐘升溫8°C度。這些技術(shù)現(xiàn)在都在開(kāi)發(fā)之中，我們和國(guó)網(wǎng)合作，準(zhǔn)備選擇高速公路率先示范。

下面我談?wù)剼淠?。氫能是集中式可再生能源大?guī)模、長(zhǎng)周期存儲(chǔ)的最佳途徑。理由是：

第一，能源利用的充分性。氫能大容量、長(zhǎng)周期儲(chǔ)能模式對(duì)可再生電力的利用更充分。有些電力電池儲(chǔ)不了，比方說(shuō)四川的季節(jié)性水電，只有氫能儲(chǔ)得了。所以說(shuō)制氫的電價(jià)比充電的電價(jià)便宜是有可能的。

第二，規(guī)模儲(chǔ)能的經(jīng)濟(jì)性氫能比電池好，車(chē)下固定儲(chǔ)氫大概比儲(chǔ)電成本上大約要低一個(gè)數(shù)量級(jí)。

第三，與電網(wǎng)基礎(chǔ)發(fā)電電源的互補(bǔ)性。氫能可作為大容量、長(zhǎng)周期、高功率靈活能源使用，如用于燃料電池發(fā)電，或者用于大型氫燃?xì)鈾C(jī)發(fā)電。大電網(wǎng)不可能全是風(fēng)電、光伏。德國(guó)能源轉(zhuǎn)型早，可再生能源比例高，由于當(dāng)時(shí)儲(chǔ)能技術(shù)不成熟，只能保留大部分傳統(tǒng)發(fā)電機(jī)組作為靈活能源用于調(diào)節(jié)和穩(wěn)定電網(wǎng)，實(shí)施的是雙保險(xiǎn)措施，導(dǎo)致電價(jià)很貴。現(xiàn)在靠?jī)?chǔ)能可以把傳統(tǒng)機(jī)組規(guī)模降下來(lái)，但是不可能降的很低，必須要有基礎(chǔ)電源，這時(shí)氫可以發(fā)揮重大作用。

第四，氫的制、儲(chǔ)、運(yùn)方式靈活。我國(guó)的大規(guī)模集中式可再生能源基地在新疆、內(nèi)蒙、寧夏等西部偏遠(yuǎn)地區(qū)，這些地方的氫能需要千公里以上長(zhǎng)途輸運(yùn)。同時(shí)綠氫的輸送通道和特高壓電輸送通道是重合的，發(fā)揮超高壓輸電的中國(guó)優(yōu)勢(shì)，開(kāi)展長(zhǎng)途輸電當(dāng)?shù)刂茪湟彩且环N選擇。這兩類(lèi)方式從儲(chǔ)能角度沒(méi)什么太大差別，關(guān)鍵是誰(shuí)的經(jīng)濟(jì)性更好。我們初步分析比較發(fā)現(xiàn)長(zhǎng)途輸電當(dāng)?shù)刂茪浞桨缚傮w看是有一定優(yōu)勢(shì)的。按電力專(zhuān)家介紹的特高壓千公里輸電成本為8分錢(qián)/度電為基準(zhǔn)計(jì)算，當(dāng)可再生能源發(fā)電在0.1元/千瓦時(shí)左右時(shí)，可以大致實(shí)現(xiàn)加氫槍出口價(jià)格30元/kg左右的目標(biāo)，與柴油比具有價(jià)格競(jìng)爭(zhēng)力。這樣一來(lái)就形成一種中國(guó)特色的長(zhǎng)途輸氫方案，而且利用了我國(guó)的能源互聯(lián)網(wǎng)優(yōu)勢(shì)。

展望一下未來(lái)十年交通智慧能源生態(tài)的建設(shè)大概有兩個(gè)組合。一個(gè)黃金組合，就是分布式光伏+電池+電動(dòng)汽車(chē)+物聯(lián)網(wǎng)+區(qū)塊鏈;還有一個(gè)白銀組合，集中式的遠(yuǎn)距離的風(fēng)電與光伏+氫能儲(chǔ)能及發(fā)電+燃料電池汽車(chē)+物聯(lián)網(wǎng)+區(qū)塊鏈。一個(gè)是分布式的智慧能源，一個(gè)集中式智慧能源，兩者結(jié)合，共同構(gòu)成面向碳中和的未來(lái)智慧能源大系統(tǒng)。

最后我做一個(gè)總結(jié)——迎接第三次能源革命和第四次工業(yè)革命。一百多年前的第二次能源革命引發(fā)了馬車(chē)到汽車(chē)的大轉(zhuǎn)型和石油行業(yè)的大繁榮。主要的轉(zhuǎn)型期從1900年開(kāi)始，大概經(jīng)歷了25年左右。現(xiàn)在第三次能源革命就在眼前。我估計(jì)與上次馬車(chē)到汽車(chē)的轉(zhuǎn)變類(lèi)似，今后二三十年交通裝備與能源化工相關(guān)產(chǎn)業(yè)將發(fā)生百年未有之大變局。讓我們共同迎接第四次工業(yè)革命，也就是以可再生能源為基礎(chǔ)的綠色化和以數(shù)字網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)的智能化。