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中國科學院院士歐陽明高:“電池+電網”是必然出路

作者:王偉 來源:能源評論?首席能源觀 發布時間:2020-12-14 瀏覽:
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現在更需聚焦能源

《能源評論》:國務院辦公廳日前印發的《新能源汽車產業發展規劃(2021~2035年)》(簡稱新規劃)對汽車、能源、交通和信息產業融合發展提出要求。請結合您的研究評價這一部署的意義。

歐陽明高:我研究的方向是新能源動力系統,從剛開始的混合動力、純電池動力到后來的氫燃料電池動力。起初我們主要是和汽車企業和電池企業合作,后來逐漸發現了能源的重要性,所以現在開始重點關注與能源行業開展充換電、電池儲能、電解水制氫等方面的合作。

電動汽車行業最終要和電網合作,這是必然的出路?,F在中國的汽車企業還沒有主動和電網進行合作,但很多國外的車廠都是這么做的。比如,特斯拉公司不僅自己造車,還開發光伏發電站、電池儲能和能源互聯網,并擁有這個體系的成套技術。再比如,國外的石油公司殼牌、BP等已經開始關注和布局氫能供應和充電站建設。這表明,本輪的能源革命從汽車行業起源發展到目前階段,更需要聚焦能源。

《能源評論》:電池安全是決定新能源汽車產業健康發展的核心問題,您認為,未來該通過何種方式來保障?

歐陽明高:電池安全問題的核心是和充電密切相關的,關注充電需要從安全角度切入。研究發現,充電過程中和充電結束之后發生事故的占比是最高的,所以充電漸漸成為新能源汽車推廣的瓶頸問題。

實際上,充電不應該給電池安全帶來問題,而應該帶來更多的防護時間和手段。目前新能源汽車充電行業已經取得很大的進步,國家電網的智慧車聯網平臺已經接入了超過100萬個充電樁?!笆奈濉逼陂g需要更加關注能源,尤其是把電網與電動汽車如何實時互動納入研究領域并進行推廣,這是新階段新能源汽車產業實現高質量發展的關鍵。  

《能源評論》:對于慢充和快充的場景和安全性,您怎么看?

歐陽明高:私人電動汽車充電模式將是慢充為主、快充為輔。新能源汽車用戶平時在家里(或單位)慢充,在高速公路沿線或者充換電站快速補電時使用快充。

現在的新能源汽車市場上私人購車比例非常大,私家車的痛點比如安全性、便利性、經濟性,都和充電相關。

 

快充要特別快才有市場,現在正是因為充電速度不夠快,所以大家用得才很少。用戶希望能夠充電5分鐘續航400千米,但現在充電5分鐘連100千米都做不到??斐涫窍乱徊浇鉀Q用戶便利性最重要的技術??斐洳粔蚩觳⒉皇且驗槌潆姌豆β噬喜蝗?,而是由于電池無法適應。這需要成套、綜合的技術支持。

《能源評論》:需要克服哪些困難,需要哪些全產業鏈的技術來解決?

歐陽明高:電池自身要解決的問題有很多。首先是電池充電倍率太大會導致負極析鋰進而誘發熱失控。其次是電池充滿電時,是正極材料最不穩定的時候,如果遇到意外的熱—機—電誘因,就有可能引發事故。

目前看來,在沒有應用固態電解質的前提下,比較理想的目標是充電5分鐘續航200千米,這意味著充電的技術參數為:充電電壓800伏、功率350千瓦、4~5倍充電倍率,而且不能充滿,只是快速補電,SOC(充電狀態)的變化約30%,可以讓續航600千米的新能源汽車續航增加200千米。同時,針對快充過程中的高發熱和冬季快充問題,需要快速冷卻、快速加熱技術支持。

卡車電動化再創輝煌

《能源評論》:和快充一樣,換電技術最近也得到了政府部門和不少企業的關注,您對此怎么評價?

歐陽明高:換電的場景主要是商用車,也包括用于共享和出租的轎車,而不是私家車。私家車換電按5年以上的周期從大多數場景看意義不大。因為到那時慢充逐步普及、快充補電也已實現,電池包成本低到與傳統內燃機動力相當,V2G技術大范圍應用導致放電收益等于或大于充電成本,換電模式可能就失去了市場基礎,很難持續發展。

換電最重要的領域是電動卡車。今年應該是卡車電動化的元年,我最近一直在呼吁業界重視卡車電動化??ㄜ囯妱踊瘯o新能源汽車產業帶來極大的機遇,也是中國汽車電動化第二階段再創輝煌的主力?!笆奈濉逼陂g,電動卡車肯定會實現規?;瘧?。

卡車電動化的主要模式就是換電。如果不采用換電模式,電動卡車搭載電池太多太重,會造成車輛造價過高,同時充電速度也太慢,影響車主和充電場站的效益。

而采取換電模式,就可以做到接近傳統卡車的價格,而且換電速度快,可以做到5分鐘換完一輛卡車,充換電站占地面積也都可控。更為重要的是,電池部分可以作為電池銀行單獨運營,通過參與電力市場交易來消納新能源,形成規模效益,保證采購、充電和梯次利用等環節都得到很好的回報,實現全生命周期的應用價值最大化。

 

《能源評論》:卡車換電并不容易,除了市場因素,還有哪些技術瓶頸亟待解決?

歐陽明高:從產業角度看,卡車電動化對能源結構變革至關重要。換電模式能有效解決卡車充電時間長的問題,充分發揮新能源動力系統優勢,是特定場景下連接能源價值鏈的有益嘗試。

要想市場很快發展起來,需要提供全產業鏈的技術支撐。首先,需要純電動的底盤。傳統的卡車底盤太笨重,如果使用輪轂電機,可以把卡車底盤重量降低一噸以上,效率可以比集中驅動式電機提高9%~10%。其次,是線控底盤加自動駕駛技術。因為長途開車司機太累,容易造成事故,所以自動駕駛對于卡車也是最好的應用場景。

現在的問題就是如何制定標準、法規來規范市場行為。今年9月,中國電力企業聯合會牽頭成立了“中國電動卡車換電產業促進聯盟”,目的就是制定標準,規范促進基礎設施互聯互通,同時解決電池包、充電站的標準化以及安全問題。

車與能源相互成就

《能源評論》:有人認為,現在的新能源汽車因為能源結構問題會使用很多煤電,還不是真正的新能源汽車。您認為應該怎樣用融合的思路去解決?

歐陽明高:這需要從兩個方面看待。一方面,發展新能源汽車下一步必須要用新能源電力,而且要大規模全方位應用。另一方面,新能源的發展也需要新能源汽車助力。

光伏、風電的技術可行性已經完全滿足大規模應用的要求,目前的瓶頸是儲能如何實現商業化。我認為,將來大規模儲能的主流有兩條路,一條是基于電池的分布式短周期電化學儲能,2040年估計會有200億千瓦時的電池裝載在車上,相當于我們目前全國每天的總用電量,電動汽車有90%的時間是停止的,可以用作儲能裝置;另一條就是基于氫能的集中式長周期儲能,通過發展電解水制氫,消納西北地區大規??稍偕茉椿馗挥嗟娘L電、光伏能源。

《能源評論》:如此看來,消納可再生能源的兩種儲能方式都和新能源汽車相關。下一步應該怎么推動二者協同發展?

歐陽明高:這需要用融合的思路去推動。

首先,需要將換電和充電耦合。比如,高速公路的充電站快充時,可以和換電站共用電池,形成綜合能源系統,這不僅可以節省成本,還可以形成多方共贏——既能給轎車快充,又能給卡車快換。因此,未來要建設一個新的體系——快充快換耦合在一起的充換電站。

其次,可以綜合考慮光伏電站與儲能結合的模式,尤其是在電網難以達到的地方。比方有些邊遠地區,大電網延伸過去造價非常昂貴,完全可以把電網建設的投資做成光伏電站+儲能的模式。據國內光伏企業測算,在新疆等太陽能資源特別豐富的地方,光伏發電成本只需每千瓦時5分錢,如果能建成這樣的綜合能源系統,完全可以解決西部荒漠地區光伏發展的痛點問題,形成自發自用(自充)。

《能源評論》:光儲充放技術也是此次新規劃鼓勵的探索方向,您認為在東部地區是否有這樣的機會?

歐陽明高:對東部地區而言,分布式光伏和私家車也非常匹配。最近北京市剛剛發布《關于進一步支持光伏發電系統推廣應用的通知》,提出對北京市區域內已完成備案,2020年1月1日至2021年12月31日期間采用“自發自用為主,余量上網”模式并網發電的分布式光伏發電項目,按實際發電量給予補貼,每個項目補貼5年。這些光伏項目通過V2G技術和私家車會形成一個天然的組合。

《能源評論》:您如何看待這些前沿應用的前景和未來?

歐陽明高:當然,如果大家紛紛采取自發自用的模式,電網的售電量會下降,一個應對的思路就是改輸氫為輸電,將西北等地區的富余新能源電力通過特高壓電網輸送到需求地區,然后在當地制氫,這種方式既可解決因我國幅員遼闊需長距離輸氫的難題,又可以優化能源網絡布局,回避我國氫能基礎設施短板,發揮特高壓電網的優勢。

我相信,這一輪能源革命影響深遠,將拉動汽車行業的革命、新能源行業的革命以及電力系統的革命。這幾大革命聯合起來,會改變化石能源體系和整個產業生態,為經濟發展躍上新臺階增添新動能,助力我國現代化強國目標早日實現。圖片

(李易峰對本文亦有貢獻)

關鍵字:新能源汽車 儲能

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