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中国科学院院士欧阳明高:“电池+电网”是必然出路

储能世界网讯:电动汽车行业最终要和电网合作,这是必然的出路。现在中国的汽车企业还没有主动和电网进行合作,但很多国外的车厂都是这么做的。比如,特斯拉公司不仅自己造车,还开发光伏发电站、电池储能和能源互联网,并拥有这个体系的成套技术。再比如,国外的石油公司壳牌、BP等已经开始关注和布局氢能供应和充电站建设。这表明,本轮的能源革命从汽车行业起源发展到目前阶段,更需要聚焦能源。

(来源:微信公众号能源评论•首席能源观;ID:CEO_ER;作者:王伟)

现在更需聚焦能源

国务院办公厅日前印发的《新能源汽车产业发展规划(2021~2035年)》(简称新规划)对汽车、能源、交通和信息产业融合发展提出要求。请结合您的研究评价这一部署的意义。

欧阳明高:我研究的方向是新能源动力系统,从刚开始的混合动力、纯电池动力到后来的氢燃料电池动力。起初我们主要是和汽车企业和电池企业合作,后来逐渐发现了能源的重要性,所以现在开始重点关注与能源行业开展充换电、电池储能、电解水制氢等方面的合作。

电动汽车行业最终要和电网合作,这是必然的出路。现在中国的汽车企业还没有主动和电网进行合作,但很多国外的车厂都是这么做的。比如,特斯拉公司不仅自己造车,还开发光伏发电站、电池储能和能源互联网,并拥有这个体系的成套技术。再比如,国外的石油公司壳牌、BP等已经开始关注和布局氢能供应和充电站建设。这表明,本轮的能源革命从汽车行业起源发展到目前阶段,更需要聚焦能源。

电池安全是决定新能源汽车产业健康发展的核心问题,您认为,未来该通过何种方式来保障?

欧阳明高:电池安全问题的核心是和充电密切相关的,关注充电需要从安全角度切入。研究发现,充电过程中和充电结束之后发生事故的占比是最高的,所以充电渐渐成为新能源汽车推广的瓶颈问题。

实际上,充电不应该给电池安全带来问题,而应该带来更多的防护时间和手段。目前新能源汽车充电行业已经取得很大的进步,国家电网的智慧车联网平台已经接入了超过100万个充电桩。“十四五”期间需要更加关注能源,尤其是把电网与电动汽车如何实时互动纳入研究领域并进行推广,这是新阶段新能源汽车产业实现高质量发展的关键。

对于慢充和快充的场景和安全性,您怎么看?

欧阳明高:私人电动汽车充电模式将是慢充为主、快充为辅。新能源汽车用户平时在家里(或单位)慢充,在高速公路沿线或者充换电站快速补电时使用快充。

现在的新能源汽车市场上私人购车比例非常大,私家车的痛点比如安全性、便利性、经济性,都和充电相关。

快充要特别快才有市场,现在正是因为充电速度不够快,所以大家用得才很少。用户希望能够充电5分钟续航400千米,但现在充电5分钟连100千米都做不到。快充是下一步解决用户便利性最重要的技术。快充不够快并不是因为充电桩功率上不去,而是由于电池无法适应。这需要成套、综合的技术支持。

需要克服哪些困难,需要哪些全产业链的技术来解决?

欧阳明高:电池自身要解决的问题有很多。首先是电池充电倍率太大会导致负极析锂进而诱发热失控。其次是电池充满电时,是正极材料最不稳定的时候,如果遇到意外的热—机—电诱因,就有可能引发事故。

目前看来,在没有应用固态电解质的前提下,比较理想的目标是充电5分钟续航200千米,这意味着充电的技术参数为:充电电压800伏、功率350千瓦、4~5倍充电倍率,而且不能充满,只是快速补电,SOC(充电状态)的变化约30%,可以让续航600千米的新能源汽车续航增加200千米。同时,针对快充过程中的高发热和冬季快充问题,需要快速冷却、快速加热技术支持。

卡车电动化再创辉煌

和快充一样,换电技术最近也得到了政府部门和不少企业的关注,您对此怎么评价?

欧阳明高:换电的场景主要是商用车,也包括用于共享和出租的轿车,而不是私家车。私家车换电按5年以上的周期从大多数场景看意义不大。因为到那时慢充逐步普及、快充补电也已实现,电池包成本低到与传统内燃机动力相当,V2G技术大范围应用导致放电收益等于或大于充电成本,换电模式可能就失去了市场基础,很难持续发展。

换电最重要的领域是电动卡车。今年应该是卡车电动化的元年,我最近一直在呼吁业界重视卡车电动化。卡车电动化会给新能源汽车产业带来极大的机遇,也是中国汽车电动化第二阶段再创辉煌的主力。“十四五”期间,电动卡车肯定会实现规模化应用。

卡车电动化的主要模式就是换电。如果不采用换电模式,电动卡车搭载电池太多太重,会造成车辆造价过高,同时充电速度也太慢,影响车主和充电场站的效益。

而采取换电模式,就可以做到接近传统卡车的价格,而且换电速度快,可以做到5分钟换完一辆卡车,充换电站占地面积也都可控。更为重要的是,电池部分可以作为电池银行单独运营,通过参与电力市场交易来消纳新能源,形成规模效益,保证采购、充电和梯次利用等环节都得到很好的回报,实现全生命周期的应用价值最大化。

卡车换电并不容易,除了市场因素,还有哪些技术瓶颈亟待解决?

欧阳明高:从产业角度看,卡车电动化对能源结构变革至关重要。换电模式能有效解决卡车充电时间长的问题,充分发挥新能源动力系统优势,是特定场景下连接能源价值链的有益尝试。

要想市场很快发展起来,需要提供全产业链的技术支撑。首先,需要纯电动的底盘。传统的卡车底盘太笨重,如果使用轮毂电机,可以把卡车底盘重量降低一吨以上,效率可以比集中驱动式电机提高9%~10%。其次,是线控底盘加自动驾驶技术。因为长途开车司机太累,容易造成事故,所以自动驾驶对于卡车也是最好的应用场景。

现在的问题就是如何制定标准、法规来规范市场行为。今年9月,中国电力企业联合会牵头成立了“中国电动卡车换电产业促进联盟”,目的就是制定标准,规范促进基础设施互联互通,同时解决电池包、充电站的标准化以及安全问题。

车与能源相互成就

有人认为,现在的新能源汽车因为能源结构问题会使用很多煤电,还不是真正的新能源汽车。您认为应该怎样用融合的思路去解决?

欧阳明高:这需要从两个方面看待。一方面,发展新能源汽车下一步必须要用新能源电力,而且要大规模全方位应用。另一方面,新能源的发展也需要新能源汽车助力。

光伏、风电的技术可行性已经完全满足大规模应用的要求,目前的瓶颈是储能如何实现商业化。我认为,将来大规模储能的主流有两条路,一条是基于电池的分布式短周期电化学储能,2040年估计会有200亿千瓦时的电池装载在车上,相当于我们目前全国每天的总用电量,电动汽车有90%的时间是停止的,可以用作储能装置;另一条就是基于氢能的集中式长周期储能,通过发展电解水制氢,消纳西北地区大规模可再生能源基地富余的风电、光伏能源。

如此看来,消纳可再生能源的两种储能方式都和新能源汽车相关。下一步应该怎么推动二者协同发展?

欧阳明高:这需要用融合的思路去推动。

首先,需要将换电和充电耦合。比如,高速公路的充电站快充时,可以和换电站共用电池,形成综合能源系统,这不仅可以节省成本,还可以形成多方共赢——既能给轿车快充,又能给卡车快换。因此,未来要建设一个新的体系——快充快换耦合在一起的充换电站。

其次,可以综合考虑光伏电站与储能结合的模式,尤其是在电网难以达到的地方。比方有些边远地区,大电网延伸过去造价非常昂贵,完全可以把电网建设的投资做成光伏电站+储能的模式。据国内光伏企业测算,在新疆等太阳能资源特别丰富的地方,光伏发电成本只需每千瓦时5分钱,如果能建成这样的综合能源系统,完全可以解决西部荒漠地区光伏发展的痛点问题,形成自发自用(自充)。

光储充放技术也是此次新规划鼓励的探索方向,您认为在东部地区是否有这样的机会?

欧阳明高:对东部地区而言,分布式光伏和私家车也非常匹配。最近北京市刚刚发布《关于进一步支持光伏发电系统推广应用的通知》,提出对北京市区域内已完成备案,2020年1月1日至2021年12月31日期间采用“自发自用为主,余量上网”模式并网发电的分布式光伏发电项目,按实际发电量给予补贴,每个项目补贴5年。这些光伏项目通过V2G技术和私家车会形成一个天然的组合。

您如何看待这些前沿应用的前景和未来?

欧阳明高:当然,如果大家纷纷采取自发自用的模式,电网的售电量会下降,一个应对的思路就是改输氢为输电,将西北等地区的富余新能源电力通过特高压电网输送到需求地区,然后在当地制氢,这种方式既可解决因我国幅员辽阔需长距离输氢的难题,又可以优化能源网络布局,回避我国氢能基础设施短板,发挥特高压电网的优势。

我相信,这一轮能源革命影响深远,将拉动汽车行业的革命、新能源行业的革命以及电力系统的革命。这几大革命联合起来,会改变化石能源体系和整个产业生态,为经济发展跃上新台阶增添新动能,助力我国现代化强国目标早日实现。

 

 

原标题:“电池+电网”是必然出路——访中国科学院院士欧阳明高

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