這或許是中國(guó)趕超的機(jī)會(huì)

作者 | 歐陽(yáng)明高

編輯 | Jane

出品 | 幫寧工作室（gbngzs）

編者按

第一次能源革命，英國(guó)借此超過(guò)荷蘭；第二次能源革命，美國(guó)順勢(shì)超過(guò)英國(guó)。現(xiàn)在正處于第三次能源革命，或許中國(guó)迎來(lái)趕超的機(jī)會(huì)。

第四次工業(yè)革命是什么？“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?！?/p>

2021年1月16日下午，在中國(guó)電動(dòng)汽車百人會(huì)論壇（2021）高層論壇上，中國(guó)電動(dòng)汽車百人會(huì)副理事長(zhǎng)、中國(guó)科學(xué)院院士歐陽(yáng)明高做了主題演講。

從能源與工業(yè)革命的視角切入，他的演講圍繞三個(gè)方面展開(kāi)：

其一，動(dòng)力電動(dòng)化的新進(jìn)展，即電動(dòng)車革命；其二，能源低碳化的新要求，即新能源革命；最后是系統(tǒng)智能化的新趨勢(shì)，即人工智能革命。

歐陽(yáng)明高認(rèn)為，新一代車用動(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)化是汽車動(dòng)力百年來(lái)的歷史性突破。近年來(lái)，即便中國(guó)動(dòng)力電池在技術(shù)層面取得長(zhǎng)足進(jìn)步，但在續(xù)航、電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)效能以及熱安全領(lǐng)域，諸多技術(shù)瓶頸還亟待進(jìn)一步突破。

在他看來(lái)，只有實(shí)現(xiàn)新能源汽車大規(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)。

此外，在展望未來(lái)十年交通智慧能源生態(tài)建設(shè)時(shí)，他給出兩個(gè)組合。一個(gè)黃金組合，即分布式光伏+電池+電動(dòng)汽車+物聯(lián)網(wǎng)+區(qū)塊鏈；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+物聯(lián)網(wǎng)+區(qū)塊鏈。

歐陽(yáng)明高表示，分布式和集中式的智慧能源相結(jié)合，共同構(gòu)成面向碳中和的未來(lái)智慧能源大系統(tǒng)。

以下為歐陽(yáng)明高現(xiàn)場(chǎng)發(fā)言摘錄，幫寧工作室略做編輯。

2020年是新能源汽車發(fā)展具有里程碑意義的一年。

這一年，新能源汽車行業(yè)峰回路轉(zhuǎn)，新能源汽車規(guī)劃（2012-2020）目標(biāo)任務(wù)圓滿收官。

這一年，是新能源汽車大規(guī)模進(jìn)入家庭的元年，是新能源汽車從政策驅(qū)動(dòng)到市場(chǎng)驅(qū)動(dòng)的轉(zhuǎn)折年，也是新能源汽車?yán)谜哳l出的一年。尤其是中國(guó)提出2030年碳達(dá)峰和2060年碳中和的宏偉目標(biāo)，給新能源汽車可持續(xù)發(fā)展注入強(qiáng)大動(dòng)力。

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。

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，能源載體是汽油和柴油，交通工具是汽車。

第一次能源革命，英國(guó)借機(jī)超過(guò)荷蘭。第二次能源革命，美國(guó)順勢(shì)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，交通工具是電動(dòng)汽車。所以，這一次也許是中國(guó)趕超的機(jī)會(huì)。

第四次工業(yè)革命是什么？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。

我從能源與工業(yè)革命的視角，從三個(gè)方面來(lái)談新能源汽車。第一，動(dòng)力電動(dòng)化的新進(jìn)展，也就是電動(dòng)車革命。第二，能源低碳化的新要求，即新能源革命。第三，系統(tǒng)智能化的新趨勢(shì)，即人工智能革命。

01.

動(dòng)力電動(dòng)化的新進(jìn)展

動(dòng)力電動(dòng)化已經(jīng)在中國(guó)進(jìn)行了20年，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。新一代車用動(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，是汽車動(dòng)力百年來(lái)的歷史性突破。

來(lái)看看近年來(lái)該領(lǐng)域取得的新進(jìn)展。

首先，中國(guó)純電動(dòng)汽車動(dòng)力電池的技術(shù)創(chuàng)新非常活躍。

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)作轉(zhuǎn)型。近期很多發(fā)布會(huì)都談到電池創(chuàng)新話題，這是正常的商業(yè)運(yùn)作，當(dāng)然不能過(guò)度。

其次，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，需要長(zhǎng)期努力。

我們要平衡比能量、壽命、快充、安全、成本等相互矛盾的性能指標(biāo)。如果有人說(shuō)，一款電動(dòng)汽車既能跑1000公里，又能幾分鐘充完電，還特別安全，并且成本非常低，這顯然不太現(xiàn)實(shí)，因?yàn)榘凑漳壳凹夹g(shù)，這些不可能同時(shí)達(dá)到。

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。

這是采用工信部電動(dòng)車車型數(shù)據(jù)畫(huà)的一張圖。橫軸是電池系統(tǒng)的總能量，縱軸是續(xù)航里程。可以看出，車載電池包的總能量和相應(yīng)的續(xù)航里程不斷提升，正在向千公里續(xù)航里程邁進(jìn)。

剛開(kāi)始，三元?jiǎng)恿﹄姵剡€沒(méi)有實(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)化解決了這一難題，車載電池能量大幅增加，電動(dòng)轎車市場(chǎng)開(kāi)始啟動(dòng)。

續(xù)航里程雖然有所增加，但還不是特別高。近年來(lái)，三元電池比能量提升，受到安全問(wèn)題限制，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。

上圖中，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，以及固液混合電解質(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，突破了200瓦時(shí)/公斤。

對(duì)乘用車而言，關(guān)鍵是提升電池系統(tǒng)比能量，讓轎車的有限空間內(nèi)可以裝更多電池。

電池系統(tǒng)結(jié)構(gòu)從原來(lái)標(biāo)準(zhǔn)的355模組和590模組，進(jìn)一步發(fā)展到寧德時(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0.6，即單體到系統(tǒng)的體積成組效率從40%增加到60%，提升了50%。

這是一個(gè)巨大變化，使原來(lái)裝磷酸鐵鋰電池的轎車?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)軒高科又推出J2M，就是電池卷芯直接到模塊。這些都是中國(guó)企業(yè)，是中國(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），或者單體直接到車輛等。這些都有待進(jìn)一步研究，創(chuàng)新潛力還比較大。

雖然千公里續(xù)航并不是我們追求的主要目標(biāo)，但電動(dòng)汽車能量需求肯定會(huì)上升。如近期出現(xiàn)的冬天低溫續(xù)航里程縮水問(wèn)題，實(shí)際也是能量問(wèn)題。更重要的是，提升整車集成技術(shù)水平，即電動(dòng)汽車節(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。其次，是動(dòng)力系統(tǒng)效率降低，比如制動(dòng)能量回饋功能基本喪失，滾動(dòng)阻力增大。再次，是里程估計(jì)精度下降，這容易引起顧客的里程焦慮。

總體看，中國(guó)電動(dòng)車環(huán)境適應(yīng)性技術(shù)需求迫切，以下是技術(shù)創(chuàng)新及其改進(jìn)方向。

第一，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，這是很好的方案，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)，可以提升加熱速度至每分鐘8°C度。

第二，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。

第三，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，充完電就拔掉，但后續(xù)為了有序充電，插槍并不一定充電，到后半夜才充電。

還有車與電網(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保持相連，為插槍保溫帶來(lái)方便，也就是出車前，提前半小時(shí)用電網(wǎng)電對(duì)車加熱。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。

動(dòng)力電池的熱安全問(wèn)題沒(méi)有得到根本解決。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兀囟仁Э兀?/p>

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)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，即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)和制造角度保證安全。

所謂被動(dòng)安全，即在某一個(gè)單體電池?zé)崾Э睾?，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)?，F(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)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。

所謂主動(dòng)安全，即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，這是整車企業(yè)必須掌握的核心技術(shù)。領(lǐng)先廠家已完全可以做到，正在推廣普及中。

總體看，安全是汽車追求的永恒主題，不能指望換一種新電池后，所有安全就都徹底解決。安全是相對(duì)的，都由安全技術(shù)來(lái)保障。

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)期艱苦努力，中國(guó)車用燃料電池技術(shù)近年來(lái)取得產(chǎn)業(yè)化突破。氫燃料電池技術(shù)比鋰離子電池技術(shù)研究要早，經(jīng)過(guò)20年研究，經(jīng)歷了一些曲折，近年來(lái)取得重大突破。

數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)顯示，氫燃料電池性能跟5年前相比，所有主要性能指標(biāo)都大幅提升。比如，核心指標(biāo)燃料電池壽命提升300%。國(guó)產(chǎn)燃料電池零部件產(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。

下一步重點(diǎn)是，使燃料電池系統(tǒng)成本10年內(nèi)下降80%以上。

過(guò)去10年，鋰離子電池就是這種發(fā)展路線，燃料電池滯后了10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。

近期行業(yè)已經(jīng)開(kāi)始打價(jià)格戰(zhàn)。說(shuō)實(shí)話，我不希望現(xiàn)在就打價(jià)格戰(zhàn)，應(yīng)該是穩(wěn)步下降。但總體來(lái)看，價(jià)格下降完全可預(yù)期。

燃料電池汽車不僅需要燃料電池系統(tǒng)成本降低，重要的是車載儲(chǔ)氫成本，這個(gè)成本預(yù)測(cè)比燃料電池下降會(huì)相對(duì)慢一些。

現(xiàn)在，國(guó)內(nèi)已經(jīng)投產(chǎn)塑料內(nèi)膽碳纖維纏繞的700大氣壓車載高壓儲(chǔ)氫瓶。因剛開(kāi)始生產(chǎn)，成本很高，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，中石化已經(jīng)建立大型高強(qiáng)度碳纖維工廠來(lái)解決這一問(wèn)題。

往前看氫能燃料電池技術(shù)路線圖。2025年目標(biāo)是，推廣5-10萬(wàn)氫燃料電池車；2030-2035年實(shí)現(xiàn)80-100萬(wàn)輛應(yīng)用規(guī)模。到2030年，氫需求量300萬(wàn)噸左右，這可能比我們預(yù)期的低。這些都是以商用車為主體預(yù)測(cè)。

如果是轎車，幾十萬(wàn)噸就夠了。但加氫站數(shù)量可能比我們想象要多，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。

氫燃料電池汽車發(fā)展還面臨一些挑戰(zhàn)。比如，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，氫燃料成本總體偏高，這在今后5-10年必須努力解決。

總結(jié)比較各種汽車動(dòng)力，如果基于化石能源來(lái)看，各類轎車油井到車輪的能效，三種電動(dòng)汽車動(dòng)力比傳統(tǒng)汽油車要高很多；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。那為什么非要搞純電動(dòng)和燃料電池汽車呢？這就必須從革命角度來(lái)看待這個(gè)問(wèn)題，即能源低碳化的新要求。

02.

能源低碳化新要求

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，北京市已開(kāi)始補(bǔ)貼光伏，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)汽車是新能源革命的重要組成部分，中國(guó)提出2030/2060低碳發(fā)展目標(biāo)和能源革命重大戰(zhàn)略。中國(guó)的光伏和風(fēng)電在全球具備優(yōu)勢(shì)，已具備更大規(guī)模推廣條件，但儲(chǔ)能是瓶頸，要靠電池、氫能和電動(dòng)車來(lái)解決。

邏輯上講，只有實(shí)現(xiàn)新能源汽車大規(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。

首先是電能，電的載體是光伏、風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)化而來(lái)。光伏是一個(gè)革命性技術(shù)，現(xiàn)在市場(chǎng)上規(guī)模銷售的硅基太陽(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)電成本都在一毛錢左右。

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，效率可進(jìn)一步提升到30%以上。鈣鈦礦出現(xiàn)10年，已經(jīng)有了突飛猛進(jìn)的進(jìn)步，從10年前效率3%到現(xiàn)在實(shí)驗(yàn)室已接近30%，它會(huì)和單晶硅結(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，所以技術(shù)創(chuàng)新非?；钴S。

其次是氫能。面向碳中和前景，氫能汽車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，發(fā)展氫能汽車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)組也要用氫。

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)制氫成本下降，這是一個(gè)問(wèn)題的兩個(gè)方面。

現(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。

現(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)樾蕵O高。可再生能源制氫成本和可再生能源電價(jià)密切相關(guān)。目前，我們?cè)趶埣铱陲L(fēng)電制氫電價(jià)0.15元一度，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，然后捕捉空氣中的氮，氮和氫結(jié)合生成氨，可以用傳統(tǒng)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?，F(xiàn)在的歐洲，尤其是德國(guó)，特別熱的是用可再生能源發(fā)電制合成燃料，叫E-FUEL。在中國(guó)叫“液態(tài)陽(yáng)光”，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，但中國(guó)說(shuō)的“液態(tài)陽(yáng)光”主要指甲醇。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?；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，但生產(chǎn)端要建大量基礎(chǔ)設(shè)施。生產(chǎn)1升油需要2.9-3.6公斤二氧化碳。如果從空氣捕捉耗能比較大，但作為燃料燃燒使用時(shí)，二氧化碳又回到大氣。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，這種情景下，甲醇實(shí)際是作為氫的儲(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)殼牌公司研究報(bào)告，如果充電，電動(dòng)車能效大約77%，如果是氫燃料電池車，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，最簡(jiǎn)單，也最直接。

利用電合成燃料繼續(xù)采用內(nèi)燃機(jī)汽車則是13%。如果電價(jià)相同，總體能效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，但還有很多應(yīng)用場(chǎng)景充電電池是干不好的。

還有一個(gè)問(wèn)題，制氫用的電價(jià)有沒(méi)有可能比充電電價(jià)更便宜？

這是有可能的。這就是我要談到的第三點(diǎn)，系統(tǒng)智能化的新趨勢(shì)——人工智能革命，必須從系統(tǒng)角度來(lái)觀察才能找到結(jié)論。

03.

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。

基于可再生能源的智慧能源系統(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。從環(huán)節(jié)看，可再生能源主要成本將來(lái)不一定在發(fā)電環(huán)節(jié)，而可能在儲(chǔ)能等其他環(huán)節(jié)。

因此，儲(chǔ)能是關(guān)鍵。

從儲(chǔ)能的功率和存儲(chǔ)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。如這月有風(fēng)、下月沒(méi)風(fēng)等場(chǎng)景，這時(shí)主要靠氫。氫是大規(guī)模長(zhǎng)周期儲(chǔ)存，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)。受電動(dòng)汽車市場(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)電池產(chǎn)量可能會(huì)達(dá)到年產(chǎn)10億千瓦，是一個(gè)龐大的產(chǎn)業(yè)，成本會(huì)持續(xù)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)?？稍偕茉磧?chǔ)存的最佳選擇。

如果我們10年多時(shí)間發(fā)展到1億輛充電電動(dòng)汽車，車載電池總能量就達(dá)50億-60億度電，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。

講一個(gè)極端情況。如果3億輛乘用車全部改成純電動(dòng)車，每輛車平均65度電，那么車載儲(chǔ)能容量約為200億千瓦時(shí)，與中國(guó)每天消費(fèi)的總電量相當(dāng)。

如果10%的電動(dòng)車，3000萬(wàn)輛車按照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)功率全都給電動(dòng)車充電，這是不可能實(shí)現(xiàn)的。那么，按平均每輛轎車年行駛2萬(wàn)公里，3億輛車每天消費(fèi)電量大約20億千瓦時(shí)，占比總消費(fèi)量10%，這完全可接受。

大規(guī)模電動(dòng)汽車推廣的優(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)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500萬(wàn)輛電動(dòng)車儲(chǔ)能作用，電網(wǎng)負(fù)荷波動(dòng)范圍縮小到2000萬(wàn)千瓦到2200千瓦之間。

但是，如果有6萬(wàn)輛車同時(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，如共享車、出租車，原則上換電是不錯(cuò)的商業(yè)模式，不過(guò)換電的最佳場(chǎng)景可能還是電動(dòng)中重卡。中重卡可以使用充換一體化快速能源補(bǔ)給站，轎車超級(jí)快充與中重卡快速換電，兩者合建。

重卡要的電池容量大大超過(guò)轎車，換電的備用電池包可以給轎車放電，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)。

卡車換電已經(jīng)在國(guó)內(nèi)開(kāi)展。我個(gè)人認(rèn)為，卡車換電從經(jīng)濟(jì)賬來(lái)看，完全可以算過(guò)來(lái)。在特殊場(chǎng)景，比如港口和煤礦已經(jīng)做得不錯(cuò)，現(xiàn)在要在高速公路上實(shí)現(xiàn)。

這種換電只需三五分鐘，車電分離、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)，大量購(gòu)買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。

關(guān)鍵是標(biāo)準(zhǔn)法規(guī)。目前，轎車換電標(biāo)準(zhǔn)法規(guī)比較難進(jìn)行，因?yàn)槠嚻放撇灰粯樱V求不相同，泥腿子和穿皮鞋的很難在一塊換電。相對(duì)而言，卡車問(wèn)題不大。

換電本來(lái)是因?yàn)槌潆娐?、充電不方便等原因而興起，對(duì)轎車快充大家肯定還有疑慮。要強(qiáng)調(diào)的是，對(duì)私家乘用車而言，基于車網(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)人更看好充電。

私家車平時(shí)在家或者在單位慢充（單位建慢充樁的潛力還沒(méi)有完全挖掘出來(lái)），還可以車網(wǎng)互動(dòng)。國(guó)家電網(wǎng)電動(dòng)車服務(wù)公司正在示范車網(wǎng)互動(dòng)，通過(guò)國(guó)網(wǎng)電動(dòng)的后臺(tái)調(diào)度系統(tǒng)，志愿者的車既可以充電買電，又可以放電賣電。賣電高價(jià)、充電低價(jià)，用電費(fèi)用可以基本平衡，甚至還可以賺錢。也就是說(shuō)，買電動(dòng)車后，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)電措施。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)，很少發(fā)現(xiàn)50%電量以下有安全事故。

這從電化學(xué)機(jī)理可以解釋。在電量充滿時(shí)，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。充滿之后，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經(jīng)過(guò)充析鋰了。

電量低于50% 時(shí)，這些情況一般不會(huì)發(fā)生。應(yīng)急補(bǔ)電肯定是在低電量時(shí)進(jìn)行，而且只補(bǔ)電不充滿。

2020年，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)。我們團(tuán)隊(duì)研究表明，對(duì)一個(gè)續(xù)航里程600公里的汽車，5分鐘應(yīng)急補(bǔ)電充200公里（也就是電量增加1/3）完全可行。

但要注意，對(duì)一個(gè)續(xù)航里程200公里的汽車，用5分鐘充滿，這一般做不到。除非它采用特殊負(fù)極快充電池，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)都在開(kāi)發(fā)中，我們和國(guó)網(wǎng)合作，準(zhǔn)備選擇高速公路率先示范。

04.

中國(guó)特色的長(zhǎng)途輸氫方案

接下來(lái)談?wù)剼淠堋?/p>

氫能是集中式可再生能源大規(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)可再生電力利用更充分。有些電力電池儲(chǔ)不了，比如四川的季節(jié)性水電，只有氫能能儲(chǔ)存。所以，制氫的電價(jià)比充電電價(jià)便宜有可能。

第二，規(guī)模儲(chǔ)能的經(jīng)濟(jì)性氫能比電池好。

車下固定儲(chǔ)氫大概比儲(chǔ)電成本大約要低一個(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)，但不可能降得很低，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)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。

我們經(jīng)過(guò)初步分析發(fā)現(xiàn)，長(zhǎng)途輸電當(dāng)?shù)刂茪浞桨缚傮w有一定優(yōu)勢(shì)。

按電力專家介紹的特高壓千公里輸電成本為8分錢/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)，比柴油具有價(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)能源互聯(lián)網(wǎng)優(yōu)勢(shì)。

展望未來(lái)10年，交通智慧能源生態(tài)建設(shè)大概有兩個(gè)組合。

一個(gè)黃金組合是，分布式光伏+電池+電動(dòng)汽車+物聯(lián)網(wǎng)+區(qū)塊鏈。一個(gè)白銀組合是，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+物聯(lián)網(wǎng)+區(qū)塊鏈。

一個(gè)是分布式的智慧能源，一個(gè)是集中式的智慧能源。兩者結(jié)合，共同構(gòu)成面向碳中和的智慧能源大系統(tǒng)。

最后做個(gè)總結(jié)，迎接第三次能源革命和第四次工業(yè)革命。

100多年前的第二次能源革命，引發(fā)了馬車到汽車的大轉(zhuǎn)型和石油行業(yè)的大繁榮。主要轉(zhuǎn)型期從1900年開(kāi)始，經(jīng)歷25年左右。

第三次能源革命就在眼前。我預(yù)計(jì)與上次馬車到汽車的轉(zhuǎn)變類似，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，即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。