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电动化带来能源的低碳化

作者:   时间:2019-10-03 13:20

欧阳明高

展望未来,电池会如何发展?锂离子在汽车上使用也就十多年,但是在电池重量能量密度上,我们从100瓦时/公斤提升到300瓦时/公斤,而价格却从5元降到0.8元,这应该是电池领域百年革命性突破。对于车用电池来说,重要的不仅仅是重量比能量,更重要的是体积比能量,体积比能量才决定了车真正能跑多远,从这个意义上来看,锂离子电池有优势,作为主流技术潜力巨大。

我们要为超常规发展做好准备

近期大家很关注新能源汽车事故,中国在全球率先大规模应用新能源汽车,这是中国在民用大宗高价值消费品推广方面第一次先行尝试,必然会遇到很多以前没有遇到的问题。

安全事故的发生是致命隐患,必须早日解决。针对这些问题,我们一方面可以主动防控,另一方面可以从系统层面把最后一道防线守住。所以,电池的热失控问题从技术上可以解决,关键是如何实施这些技术,是谁能掌握这些技术。

到今天为止,中国电动大客车目前的市场占有率,新车已经占到80%~90%了,但并没有出现事故,这是非常成功的经验。未来,随着补贴的退出,估计磷酸电池有望在轿车市场中大幅上升,但三元电池依然是重点,技术突破仍要继续,因为技术永无止境。

锂离子电池在电动车甚至刚刚启动的电动船等领域前景广阔。还有一个重要的领域就是储能电池,可再生能源的发电成本已经接近和低于煤发电,必然会大规模发展起来,以前是没有储能方案,现在储能成本下降之后,这将是非常好的解决方案,尤其是分布式储能电池,在中国东部会大范围推出。

综合各方需求和供给来看,2025年全球电池需求量有可能达到10亿千瓦时,这是非常庞大的概念。而中国,预计将会在2030年达到1万亿瓦时,所以我们要为超常规的发展做好准备,因为上规模已不是问题,而成本随着规模的上升会持续下降。

电池技术占纯电动汽车技术的60%~70%,其实充电也跟电池密切相关,充电的问题本质上还是电池技术。现在充电要达到快充并不难,但我们并不主张用快充的方式把电池充满,真正充电的主体是慢充,这才是电动车的优势。有人说这是电动车的短板,其实这是电动车的优势,只是换一下思维方式就可以了,一旦我们实现慢充,停车就会把电动车插入充电桩,与电网互动,不仅可以充电也可以放电,就会形成新一轮的能源革命。所以,慢充在将来仍然是主体,这也是比较合理的方式。

燃料电池会遭遇纯电动强烈竞争

从轿车的角度来看,氢能源电池整车价格与纯电动的平衡点是在500公里以上,如果从燃料费的角度,这个优势就更大了,因为氢燃料的费用比较高,可能高于可再生能源一倍以上。可再生能源能够直接产生电,而如果变成氢,则要先从电变成氢,还要储运,这个过程有能量损失,导致车辆燃料费用一直上升。所以,站在轿车角度,推广燃料电池会遇到纯电动的强烈竞争。

纯电动能干的事情就不要用其他,除非是纯电动干不了的事,比如商用车、大客车。当然大客车也有很多纯电动的,这个领域大家可以较量一番,在北方城市冬天低温情况下,燃料电池的优势就更为明显。即使在南方,纯电动大客车夏天空调用电跟驱动用电也差不多持平。而在长距离重载方面,比如火车、轮船,将来还有飞机、潜艇等等,氢燃料电池更加适合长途大型高速重载。

展望未来,燃料电池的氢能需求量不是问题,现在制氢产能已经绰绰有余,年产氢量约500万吨~800万吨,而到2030~2035年最多能利用300万吨,所以没必要再增加产能。我们主张氢一定是与可再生能源结合,不是与化石能源结合,因为二氧化碳排放,理论上是可以用碳封存,但是这个技术还不成熟。

燃料电池发动机技术也没有问题。燃料电池大概五年后会成熟,虽然国内国外有差距,但是进步很快,清华大学相关团队目前就培育了国内最大的燃料电池公司,即将科创板上市。那么,问题在哪里呢?问题不在两头而在中间,就是储运。

相同重量下,装一公斤汽油很简单,装一公斤的氢就非常复杂。如果不按重量算,按体积算,氢只是汽油容量的八分之一,前提是把氢压缩到700个大气压,可汽油仍然是它的八倍。所以,我们要全面描述它,既要看到它的优势,也要看到它的挑战,这才是一个科学看待问题的方式。

商用车面对的挑战,首先是储运环节,长期运氢难度大,体积比能量比较小,燃料的费用也比较多。第二是车载储氢,要储存就得加压,现在公交用350大气压支撑250公里。物流车300公里没问题,但需要更高的大气压。现在国际主流技术是700个大气压,可以支撑城际客车400公里,重型卡车500公里,如果更长就需要液氢或者生冷气氢。目前,这两个技术还在研发当中,还需要三五年的研发之后才能确定大规模运用的可持续性,这方面我们需要科学技术的新突破。

此外,就是加氢站的瓶颈问题。虽说全球有360座加氢站,但都是小型站,每年需要500公斤到1吨,现在中国有16个站,平均每个站1500公斤,全部加起来是8吨/天。而如果按照2030年300万吨计算,平均到每天是8000吨,这个量级会是两位数的增长。所以,这就是商用车带来的问题,如果仅仅是乘用车没有问题,因为乘用车每年只消费150公斤,而商用车最小是1.5吨,最大的是15吨,这就带来了加氢站的瓶颈。这些是关于氢能燃料电池比较复杂的问题,虽然现在大家都在推崇新能源,但是我们也需要科学的面对和思考,需要有一个科学的态度对待它。

对于未来新燃料电池汽车的展望,预计2020年将达到1万辆,2025年5万~10万辆,如果要上升到100万辆,需要突破以上的瓶颈。2030~2035年实现100万辆,这是我们努力的目标。

电动化带来了能源的低碳化

电动化带来了能源的低碳化和整车的智能化。中国已经是世界能耗最大的国家,现在发展新能源汽车,高一点的目标就是实现电动化、低碳发展。中国2020年煤炭达到峰顶,2030年将达到碳高峰,2050年,要实现碳平衡,这是我们的目标。

低碳发展就依靠电动汽车来拉动可再生能源,这是第三次工业革命说到的,把建筑物变成发电厂,用氢气和电源来储能,西北、华北大规模集中式可再生能源基地的储能和氢能利用是比较好的方式,电池是分布式、短周期、小规模储能,大部分是靠氢能,所以氢能的利用不仅仅要从汽车角度来看,还要从能源和环保的角度出发,才能把目的说清楚。发展能源互联网,这才是我们的终极目标。

可以预见,全球新能源汽车新车销量会大幅增长,与此同时,中国可再生能源也会突飞猛进,光伏现在的效率普遍是20%以上,并不断向25%~30%进步。锂离子电池、光伏,这是发展最快的两个技术且是天生绝配,搞技术的人遇到革命性机遇就是最大的人生机遇,所以真的很幸运,中国遇到了就得抓住它。

现在,中国每年光伏1亿千瓦时以上,将来会构成能源交通一体化,能源局规划2030年非化石能源装机容量增长50%,这么大的发电规模电动车储能正好吸收,因为1亿辆电动车需要的电池就需要50亿度电,再加上储能电池,2030年年产电池的量将达10亿千瓦时,两者结合会带来深刻的能源交通领域革命。

放眼未来,我们有三大革命,包括动力电动化,还有能源低碳化和整车智能化,电动车带来的能源低碳化也是能源革命的制高点,新能源汽车将从目前的初级阶段开始,实现新能源和智能化并行发展,电动汽车也是交通电动化革命制高点,所以汽车真的会再次改变世界。

作者为全国政协常委、中国科学院院士、中国电动汽车百人会执行副理事长,此文根据其在2019 创造出行新生活高峰论坛 上的发言整理。