面向碳中和的新能源汽車創新與發展

本刊編輯部

可再生能源的關鍵在于儲能，儲能的關鍵則在于新能源汽車的規模化，而“只有實現新能源汽車大規模發展，才能實現新能源革命”。

近日，中國電動汽車百人會上，中國科學院院士歐陽明高作了題為“《面向碳中和的新能源汽車創新與發展》”的報告。

歐陽明高認為，可再生能源的關鍵在于儲能，儲能的關鍵則在于新能源汽車的規模化，而“只有實現新能源汽車大規模發展，才能實現新能源革命”。由此看來，要想實現中國在第三次能源革命中趕超其他國家的目標，新能源汽車及其電池技術的發展將是重中之重。

這一次 也許是中國趕超的機會

此次分享，歐陽明高提到，從汽車動力與能源革命的角度看，過往的能源革命均是由新發明的動力裝置和交通工具，帶動對能源的開發利用從而引發的。

現在，我們則正處于第三次能源革命時期，動力裝置是各種電池，交通工具是電動汽車，能源則是可再生能源。他表示，新一代車用動力電池和氫燃料電池等電化學能源系統的產業化，是汽車動力百年來的歷史性突破。而中國近年來在動力電動化方面已經有了不少新進展，“這一次，也許是中國趕超的機會”。

首先是動力電池方面。

第一，中國純電動汽車動力電池的技術創新非常活躍。其技術創新的模式已經從政府主導向市場驅動轉型，從行業政治運作向企業商業運作轉型。

第二，中國的電池材料研究已處于國際先進的行列，且電池系統的結構創新，輔以電池單體材料的改進，已經成為近年來中國動力電池技術創新的鮮明特征。

隨著能量密度高的三元電池的工業化，車載電池能量大幅增加，續航里程也隨之提高。

歐陽明高指出，目前三元方形電池能量密度可以達到300瓦時/千克，采用固液混合電解質的軟包電池可以達到360瓦時/千克，相當于方形電池的320-330瓦時/千克。此外，磷酸鐵鋰電池補鋰、添硅后，也突破了200瓦時/千克。

不過，對乘用車而言，關鍵還是提升電池系統比能量，這樣才能在車輛的有限空間內裝上更多的電池。但受限于安全問題，三元電池的比能量并沒有大幅增長，因此行業轉向了電池系統結構的創新。

在電池系統結構的創新方面，歐陽明高尤其提到了寧德時代的CTP無模組系統、比亞迪的刀片電池無模組系統。

他指出，這些電池結構的創新大幅提升了成組效率，單體到系統的體積成組效率從40%增加到60%。這一變化使搭載磷酸鐵鋰電池的車輛的續航里程可以達到600公里，基本解決了原先續航里程不夠長的問題。

歐陽明高表示，電池系統結構方面的創新，是中國電池行業引領國際電池技術發展的一個重要標志。

與此同時，面對當前仍存在的冬天低溫環境下電池續航里程縮短等問題，歐陽明高也提出中國電動車對環境適應性技術的需求仍然非常迫切，為此他還特別指出了動力電池未來可以創新和改進的方向，包括：

1.電池熱管理系統效能的優化;

2.面向冬季工況的動力系統的能量綜合利用;

3.充電場景下電池的插槍保溫和脈沖加熱;

4.動力電池的熱安全問題，主要包括本征安全、被動安全、主動安全三方面的安全保障技術。

至于氫燃料電池方面，歐陽明高認為，經過20年的研究，中國的車用燃料電池技術已于近年取得產業化突破。數據顯示，和五年前相比，現在氫燃料電池所有主要的性能指標都已經有了大幅提升，如燃料電池壽命這一核心指標提升了300%。

與此同時，國產燃料電池零部件的產業鏈已經建立，系統集成能力大幅增強，頭部企業正在形成。而未來的重點，就是要使燃料電池系統的成本在十年內下降80%以上，從2020年的5000元/千瓦下降到2030年的600元/千瓦。除此之外，降低車載儲氫的成本也很重要。

雖然這方面的技術，中國已經取得一些重大突破，但當前氫燃料電池汽車的發展還面臨著一些問題和挑戰，如氫燃料產業鏈自主化程度與技術水平和燃料電池還有差距，電解綠氫技術、氫儲運技術、氫安全技術還有待改進，氫燃料成本總體偏高等。

動力電池和氫燃料電池均為關系到第三次新能源革命動力裝置發展的重要技術。至于交通工具，即直接指向純電動汽車和氫燃料電池汽車。

雖然當前的氫燃料電池汽車仍面臨著一些挑戰，但純電動汽車的表現，在去年國外的特斯拉、國內的蔚來、小鵬等大幅增長的銷量的映襯下，已無需贅言。

總的來說，動力裝置方面，中國已經有了處于國際先進行列的電池技術;交通工具方面，新能源汽車在中國無論是技術方面，還是市場接受度方面，都在不斷提高;能源方面，我國不僅具有豐富的光伏和風電資源，而且已經具備了大規模推廣的條件。照此看來，在第三次能源革命中實現技術的趕超，的確是一個近在咫尺的“中國夢”。

儲能是關鍵

關于新能源革命，歐陽明高尤其指出，要實現新能源革命，就要實現新能源汽車的大規模發展。這是因為，盡管我國豐富的光伏和風電資源已經具備了更大規模推廣的條件，但儲能卻成了其中的一大瓶頸。

在歐陽明高的描述中，可再生能源的儲能，主要通過兩種儲能組合構成總的儲能系統。首先是電池儲能。電池儲能，主要通過電動汽車及其所搭載的動力電池實現。歐陽明高認為，受電動汽車市場的拉動，動力電池的需求正大幅上升。樂觀估計，2025年中國電池的產量可能會達到年產10億千瓦時，成本將會持續下降。以鋰離子電池包為代表的動力電池，正在成為分布式、短周期、小規模可再生能源儲存的最佳選擇。

他舉了一個極端的例子，即假設將中國三億輛乘用車全部改成純電動車，平均每輛車的電池容量為65度電，那么車載儲能的容量可以達到約200億千瓦時。

這意味著，這三億輛純電動汽車可以存儲與中國每天消費的總電量相當的電能。然而，盡管電動汽車的規模化將極大地解決儲能問題，但這也可能會帶來過多車輛同時充電從而造成功耗過大的問題。

歐陽明高表示，要解決這一問題，就要趨利避害。既要利用電動汽車的儲能潛力抑制電網的波動，也要采用有序充電、車與電網雙向充電、儲能放電、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。

歐陽明高解釋道，理由主要有以下四點：

第一，能源利用的充分性。氫能大容量、長周期的儲能模式可以更充分地利用電力。再加上，有些電力無法用電池進行儲存，比如說四川的季節性水電，只有氫能可以存儲;

第二，相比電池，氫能在規模儲能上更具經濟性。車下固定儲氫的成本大約會比儲電成本低一個數量級;

第三，與電網基礎發電電源的互補性。氫能可以作為大容量、長周期、高功率的靈活能源使用，如用于燃料電池發電，或用于大型氫燃氣機發電;

第四，氫的制、儲、運方式靈活。我國大規模集中式可再生能源的基地一般在新疆、內蒙古、寧夏等西部偏遠地區，這些地方的能源需要上千公里的長途輸運。而氫能既可以通過特高壓電輸送通道輸運，也可以通過長途輸電、當地制氫的方案實現輸運。

（本文根據歐陽明高院士的公開演講整理而成，未經本人確認。）