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電動汽車產業2025年大爆發 歐陽明高稱氫燃料電池要融入能源系統

來源:能源評論 王偉 瀏覽次數:98 發布日期:2019-04-29

歐陽明高:如果燃料電池僅僅用于汽車,革命性的意義并不大,必須從能源革命的角度來看待燃料電池,逐步擴展開拓固定式氫-電能源市場,研發光-電-氫一體化微網系統。在這方面,氫能燃料電池大有可為,當其與儲能、純電動汽車、光伏構成綜合性高效清潔分布式能源系統,將會給相關產業帶來革命性的變化。

《節能與新能源汽車產業發展規劃(2012-2020年)》對我國新能源汽車產業發展起到了重要的統領作用。日前,相關部門已經啟動面向2035年的新能源汽車產業發展規劃編制工作,著手為我國新能源汽車未來發展進行頂層設計。未來新能源汽車產業路線圖會如何演進?應如何看待當下產業的熱點話題?本刊日前采訪了中國科學院院士、中國電動汽車百人會執行副理事長歐陽明高,他認為,電動汽車產業大發展將在2025年前后來臨,到2035年新能源汽車將與能源、交通、信息通信等深度融合發展。


電動汽車產業2025年大爆發

《能源評論》:我國電動汽車銷量已連續4年位居世界首位,隨著規模不斷擴大,純電動汽車的問題也逐漸暴露,比如續航、冬天續航里程縮短等,您如何評價動力電池技術的發展?

歐陽明高:自2008年鋰離子動力電池應用于電動汽車至今,實際裝車產品的能量密度提高了2.5倍,實現了蓄電池領域百年來革命性的突破。過去沒有人能預測這個突破,很多國際大公司都低估了這個技術進步,他們現在都在快速轉變思維。

從汽車使用的角度看,電池最重要的是體積能量密度而不是重量能量密度,鋰離子電池在這方面最具優勢。鋰硫電池、鋰空氣電池,雖然理論重量能量密度比較高,但體積能量密度目前還很難超越鋰離子電池。

《能源評論》:鋰離子電池具有成為動力電池主流技術的潛質,但也有人對高比能量動力電池的安全性提出質疑,目前其安全情況如何?有哪些有效的安全管控手段?未來電池技術應如何演進?

歐陽明高:2018年出現了一些安全事故,這些事故車輛使用的電池基本上是2016年左右生產的,大多是NCM523體系。隨著高鎳的應用,電池的熱穩定性將會變差,未來安全風險會更大,所以必須采取措施預防安全性問題。

當前,從單體層面完全杜絕鋰離子電池熱失控尚不太現實,但是可以從電池系統的熱機電設計與控制設計來防止誘發和蔓延,做到即便單體出現熱失控也不會發生事故。從改善電池本身安全性出發,要發展新型的固態電解質電池。美國、歐洲和日本都在研發下一代固態電池,日本政府每年的研發經費達到50億?100億日元。中國電池產業雖然暫時取得優勢,但國際競爭壓力巨大,需要全力追趕固態電池前沿技術。

“十三五”新能源汽車總體專家組提出的電池路線圖顯示:總體上看,電池正極發展方向是減鈷到無鈷,負極將是硅的含量逐步提升,甚至是全硅。電解質要減少有機溶劑,逐步提高鋰鹽的濃度,未來可能要開發全固態電解質,其大規模商業化估計在2025?2030年間。

《能源評論》:從用戶角度,電池技術的提升是否意味著電動汽車續駛里程和用戶滿意度的必然提升?

歐陽明高:實際上,解決了電池問題并不能解決續駛里程的全部問題,目前續駛里程已經從150公里提高到普遍300公里以上,但是用戶的抱怨并沒有減少,原因在于實際續駛里程低于期望值。由于實際續駛里程對氣溫和駕駛風格非常敏感,靠增大電池裝載量來增加續駛里程不是根本出路,主流的解決方案是提高電動汽車能效和充電便利性。

其中,百公里電耗是一個重要指標,相同電池容量如何跑得更遠是整車第一核心技術,也是整車集成技術水平最重要的指標,電動車的節能比燃油車更重要,應該采用法規來管理。

在能效方面,高效電驅動系統的技術變革將會在未來5年發生,實現電機驅動系統高速化、高效化、小型化,轉速將達到2萬轉/分鐘。同時,以碳化硅為代表的新一代高頻、高效電力電子將普遍使用,這也將支撐高速電機發展。美國能源部最近提出面向2025年極具挑戰性的功率密度目標:電機達到50千瓦/升,電機控制器100千瓦/升。

在熱管理方面,新一代熱泵空調技術已經取得重大突破,并開始產業化推廣,這將降低車輛對氣溫的敏感性,使冬季低溫環境下續駛里程損失從30%降到10%。

《能源評論》:正如您所說,目前抱怨比較多的是充電速度和便利程度,您認為,快充和慢充哪個會成為主流路線?

歐陽明高:充電的便利性與充電體系建設和快充技術的突破有關。中國的國情非常適合小功率慢充。現在應該盡量給家用轎車都配置慢充樁,這將成為主體的供電模式,當然,10?15分鐘的快速充電也是必備的,但快充的定位是應急使用,不是主體充電模式,快充占比大概應在15%?20%間。同時,現在的350千瓦直流快充不應直接從電網取電,這對電網沖擊太大。預計今后5?7年后,與儲能結合、安全可靠的新一代快充技術將會出現。

《能源評論》:隨著特斯拉在上海設立工廠,業界對電動汽車產業化的預期也在加速,您認為,電動汽車產業大發展何時會到來?

歐陽明高:國內外研究顯示,2025年電池系統的價格將會達到100美元/千瓦時左右,我國的磷酸鐵鋰會提前達到這一水平。屆時基于全生命周期的成本,計算燃油汽車的價格和全生命周期的費用,燃油車和電動汽車將會持平,另外最嚴格的排放法規也將實施,燃油車的成本將會上升,拐點即將到來。可以判斷,在2025年前后,純電動汽車性價比會實現大的突破,并將實現大的發展。

氫燃料電池要融入能源系統

《能源評論》:在今年全國兩會上,氫燃料電池汽車成為代表委員熱議的話題,您如何評價其與電動汽車的關系?

歐陽明高:近年來,無論是國外還是國內,燃料電池發動機取得重大技術進步,可以肯定三五年之后燃料電池技術會趨于成熟。雖然中國燃料電池產業鏈目前還很薄弱,但產業化態勢全球最佳,尤其是燃料電池商用車的發展居于世界前列,現在已經有3500輛商用燃料電池車在運,位居全球第一。

國內外的研究表明,氫燃料電池系統更適合替代柴油機,鋰離子電池系統更適合替代汽油機。燃料電池和純電動的成本平衡點,從里程來看,韓國現代分析乘用車是500公里左右,商用車是100公里左右。從應用角度,豐田公司認為燃料電池系統是卡車和公路客車等長途運載工具的最佳選擇。

《能源評論》:燃料電池目前仍然存在價格昂貴、核心技術面臨突破以及基礎設施不足等問題,您認為該如何看待這些挑戰及其未來前景?

歐陽明高:作為一項新興技術,燃料電池技術確實尚需不斷提升。從本質來講,氫能和燃料電池是一個完整的產業鏈,光燃料電池汽車是不可能實現產業化的。目前主要的問題表現在,氫能技術落后于燃料電池技術,需要氫能技術全鏈條各環節進行突破。

基于當前的產業發展進程,氫燃料電池汽車相比于純電動汽車,產業化進程大約晚十年左右。在2020年,燃料電池混合動力將會成熟,商用車市場預計在5000?10000輛,標志性的車型是燃料電池車;2025年,燃料電池技術將會成熟,市場預計在5萬?10萬輛,標志性的車型是燃料電池的大型SUV;2030年,新一代制氫、儲氫、運氫技術全方面突破,燃料電池技術在交通和能源領域推廣達到100萬輛,標志性車型是燃料電池的長途貨運卡車,將會達到1000公里的長途貨運能力,100萬公里的可靠性和耐久性。

《能源評論》:氫能除了在汽車領域應用,還有哪些機會?

歐陽明高:如果燃料電池僅僅用于汽車,革命性的意義并不大,必須從能源革命的角度來看待燃料電池,逐步擴展開拓固定式氫-電能源市場,研發光-電-氫一體化微網系統。在這方面,氫能燃料電池大有可為,當其與儲能、純電動汽車、光伏構成綜合性高效清潔分布式能源系統,將會給相關產業帶來革命性的變化。

“四位一體”合力完成“三大革命”

《能源評論》:量變引起質變,您認為,新能源汽車的大規模推廣會帶來哪些機遇?

歐陽明高:根據中國汽車工程學會的預測,到2030年我國新能源汽車保有量是八千萬到一億輛,不少專家認為這一指標會提前達到,我們必須提前做好準備,為能源革命做好準備。

《能源評論》:您所說的能源革命,具體有哪些新的應用,會如何突破?

歐陽明高:以電動汽車大規模應用為代表的能源消費革命,將推動以太陽能電池為代表的能源生產革命。分布式光伏與電動汽車分布式儲能組合的能源系統,將構建未來能源交通系統,分布式光伏、儲能電池、氫燃料電池及電動汽車相互需要,最終構成“四位一體”新能源系統。按照國家能源規劃,2030年非化石能源發電比例為50%,電動汽車電池將達到50億千瓦時,加上儲能電池50億千瓦時,可以達到100億千瓦時,其儲存的電量就可以供應全國用電。這將是一場深刻的革命,也將帶來幾萬億甚至十幾萬億的產業。

《能源評論》:在您心目中,未來會是一番什么樣的圖景?

歐陽明高:我們現在進行的是動力電動化的革命,與此并行的還有兩個革命,一個是新能源革命,另一個是人工智能即智能化革命,這三者都集成在新能源汽車產業上面,將爆發出巨大的能量。

新能源汽車將從目前的新能源初級階段,即電動汽車階段,經歷新能源和智能化雙向并行發展,最終進入新能源智能化電動汽車新時代。現在的新能源汽車是1.0版,新能源汽車結合可再生能源是2.0版,再結合人工智能革命是3.0版,到2035年,將全面實現汽車電氣化、能源低碳化和交通智能化,我們將真正迎來新能源智能化電動汽車新時代。汽車曾被認為是改變世界的機器,新能源汽車將會再次改變世界。

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