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痛点、关键、创新、超越,欧阳明高院士眼中的「能源革命」

本文作者:苏珊珊 2021-01-21 10:11
导语:于第三次能源革命中赶超世界,一个近在咫尺的“中国梦”。

痛点、关键、创新、超越,欧阳明高院士眼中的「能源革命」

1、未来十年交通智慧能源生态的建设大概有两个组合:一个是分布式光伏+电池+电动汽车+物联网+区块链的黄金组合;一个是集中式的远距离的风电与光伏+氢能储能及发电+燃料电池汽车+物联网+区块链的白银组合。

2、新一代车用动力电池和氢燃料电池等电化学能源系统的产业化,是汽车动力百年来的历史性突破。动力电池和氢燃料电池这两项技术均为关系到第三次新能源革命的动力装置。

3、电池系统结构方面的创新,是中国电池行业引领国际电池技术发展的一个重要标志。经过20年的研究,中国的车用燃料电池技术已于近年取得产业化突破。

4、中国电动车对环境适应性技术的需求仍然非常迫切,动力电池未来可以从4大方向进行创新和改进。受电动汽车市场的拉动,动力电池的需求正大幅上升。乐观估计,2025年中国电池的产量可能会达到年产10亿千瓦时,成本将会持续下降。

5、要实现新能源革命,就要实现新能源汽车的大规模发展。在第三次能源革命中赶超世界,的确是一个近在咫尺的“中国梦”。

近日,中国电动汽车百人会上,中国科学院院士欧阳明高作了题为《面向碳中和的新能源汽车创新与发展》的行业分享。

从他的精彩分享中,新智驾梳理了上述五大观点。

欧阳院士认为,可再生能源的关键在于储能,储能的关键则在于新能源汽车的规模化,而“只有实现新能源汽车大规模发展,才能实现新能源革命”。

由此看来,要想实现中国在第三次能源革命中赶超其他国家的目标,新能源汽车及其电池技术的发展将是重中之重。

这一次,也许是中国赶超的机会

此次分享,欧阳院士提到,从汽车动力与能源革命的角度看,过往的能源革命均是由新发明的动力装置和交通工具,带动对能源资源的开发利用从而引发的。

现在,我们则正处于第三次能源革命,动力装置是各种电池,交通工具是电动汽车,能源资源则是可再生能源。

他表示,新一代车用动力电池和氢燃料电池等电化学能源系统的产业化,是汽车动力百年来的历史性突破。

而中国近年来在动力电动化方面已经有了不少新进展,“这一次,也许是中国赶超的机会”。

首先是动力电池方面。

第一,中国纯电动汽车动力电池的技术创新非常活跃。其技术创新的模式已经从政府主导向市场驱动转型,从行业政治运作向企业商业运作转型;

第二,中国的电池材料研究已处于国际先进的行列,且电池系统的结构创新,辅以电池单体材料的改进,已经成为近年来中国动力电池技术创新的鲜明特征。

随着能量密度高的三元电池的工业化,车载电池能量大幅增加,续航里程也随之提高。

欧阳院士指出,目前三元方形电池能量密度可以达到300瓦时/公斤,采用固液混合电解质的软包电池可以达到360瓦时/公斤,相当于方形电池的320-330瓦时/公斤。此外,磷酸铁锂电池补锂、添硅后,也突破了200瓦时/公斤。

不过,对乘用车而言,关键还是提升电池系统比能量,这样才能在车辆的有限空间内装上更多的电池。但受限于安全问题,三元电池的比能量并没有大幅增长,因此行业转向了电池系统结构的创新。

在电池系统结构的创新方面,欧阳院士尤其提到了宁德时代的CTP无模组系统、比亚迪的刀片电池无模组系统。

他指出,这些电池结构的创新大幅提升了成组效率,单体到系统的体积成组效率从40%增加到60%。这一变化使搭载磷酸铁锂电池的车辆的续航里程可以达到600公里,基本解决了原先续航里程不够长的问题。

欧阳院士表示,电池系统结构方面的创新,是中国电池行业引领国际电池技术发展的一个重要标志。

与此同时,面对当前仍存在的冬天低温环境下电池续航里程缩短等问题,欧阳院士也提出中国电动车对环境适应性技术的需求仍然非常迫切,为此他还特别指出了动力电池未来可以创新和改进的方向,包括:

1、电池热管理系统效能的优化;


2、面向冬季工况的动力系统的能量综合利用;


3、充电场景下电池的插枪保温和脉冲加热;


4、动力电池的热安全问题,主要包括本征安全、被动安全、主动安全三方面的安全保障技术。

至于氢燃料电池方面。

欧阳院士认为,经过20年的研究,中国的车用燃料电池技术已于近年取得产业化突破。

数据显示,和五年前相比,现在氢燃料电池所有主要的性能指标都已经有了大幅提升,如燃料电池寿命这一核心指标提升了300%。

与此同时,国产燃料电池零部件的产业链已经建立,系统集成能力大幅增强,头部企业正在形成。而未来的重点,就是要使燃料电池系统的成本在十年内下降80%以上,从2020年的5000元/千瓦下降到2030年的600元/千瓦。

除此之外,降低车载储氢的成本也很重要。

虽然这方面的技术,中国已经取得一些重大突破,但当前氢燃料电池汽车的发展还面临着一些问题和挑战,如氢燃料产业链自主化程度与技术水平和燃料电池还有差距,电解绿氢技术、氢储运技术、氢安全技术还有待改进,氢燃料成本总体偏高等。

动力电池和氢燃料电池这两项技术均为关系到第三次新能源革命的动力装置。

至于交通工具方面,即直接指向纯电动汽车和氢燃料电池汽车。

虽然当前的氢燃料电池汽车仍面临着一些挑战,但纯电动汽车的表现,在去年国外的特斯拉、国内的蔚来、小鹏等大幅增长的销量的映衬下,已无需赘言。

总的来说,动力装置方面,中国已经有了处于国际先进行列的电池技术;交通工具方面,新能源汽车在中国无论是技术方面,还是市场接受度方面,都在不断提高;能源资源方面,我国不仅具有丰富的光伏和风电资源,而且已经具备了大规模推广的条件。

照此看来,在第三次能源革命中赶超世界,的确是一个近在咫尺的“中国梦”。

储能是关键

关于新能源革命,欧阳院士尤其指出,要实现新能源革命,就要实现新能源汽车的大规模发展。

这是因为,尽管我国丰富的光伏和风电资源已经具备了更大规模推广的条件,但储能却成了其中的一大瓶颈。

而新能源汽车则是突破这一瓶颈的重要储能装备之一。

在欧阳院士的描述中,可再生能源的储能,主要通过两种储能组合构成总的储能系统解决。

首先是电池储能。

电池储能,主要通过电动汽车及其所搭载的动力电池实现。

欧阳院士认为,受电动汽车市场的拉动,动力电池的需求正大幅上升。乐观估计,2025年中国电池的产量可能会达到年产10亿千瓦时,成本将会持续下降。

以锂离子电池包为代表的动力电池,正在成为分布式、短周期、小规模可再生能源储存的最佳选择。

他举了一个极端的例子,即假设将中国三亿辆乘用车全部改成纯电动车,平均每辆车的电池容量为65度电,那么车载储能的容量可以达到约200亿千瓦时。

这意味着,这三亿辆纯电动汽车可以存储与中国每天消费的总电量相当的电能。

然而,尽管电动汽车的规模化将极大地解决储能问题,但这也可能会带来过多车辆同时充电从而造成功率过大的问题。

欧阳院士表示,要解决这一问题,就要趋利避害。既要利用电动汽车的储能潜力抑制电网的波动,也要采用有序充电、车与电网双向充电、储能放电、换电池和充换电一体化等各种智能充电方式将充电功率大幅收窄。

至于氢能,则是对集中式可再生能源进行大规模、长周期存储的最佳途径。

欧阳院士解释道,理由主要有以下四点:

第一,能源利用的充分性。氢能大容量、长周期的储能模式可以更充分地利用电力。再加上,有些电力无法用电池进行储存,比如说四川的季节性水电,只有氢能可以存储;

第二,相比电池,氢能在规模储能上更具经济性。车下固定储氢的成本大约会比储电的成本低一个数量级;

第三,与电网基础发电电源的互补性。氢能可以作为大容量、长周期、高功率的灵活能源使用,如用于燃料电池发电,或用于大型氢燃气机发电;

第四,氢的制、储、运方式灵活。我国大规模集中式可再生能源的基地一般在新疆、内蒙古、宁夏等西部偏远的地区,这些地方的氢能需要上千公里的长途输运。而氢能既可以通过特高压电输送通道输运,也可以通过长途输电、当地制氢的方案实现输运。

欧阳院士总结道,未来十年交通智慧能源生态的建设大概有两个组合:

一个是分布式光伏+电池+电动汽车+物联网+区块链的黄金组合;一个是集中式的远距离的风电与光伏+氢能储能及发电+燃料电池汽车+物联网+区块链的白银组合。

这两者结合,将共同构成面向碳中和的未来智慧能源大系统。雷锋网雷锋网(公众号:雷锋网)雷锋网

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