歐陽明高：實現碳中和目標離不開新能源汽車與氫能的規模應用

“每次能源革命都是先發明了新動力裝置和交通工具，然后再帶動對能源資源的開發利用。”歐陽明高認為，要實現碳中和目標，離不開新能源汽車和氫能的規模應用。只有實現新能源汽車大規模發展才能順利實現新能源革命（第三次能源革命），只有實現新能源革命才能順利實現中國碳中和目標。

新能源車與新能源革命的共性載體是電和氫

“新能源車與新能源革命的共性載體是電和氫，電池和氫能兩者互補性強，共同構成主流的動力類型和儲能方式，中國實現零碳經濟需要電氣化和氫能的規模應用。”歐陽明高說，面向碳中和，中國氫氣用量需從目前每年2500萬噸增加到8100萬噸以上。他認為，正在進行的第四次工業革命是以可再生能源為基礎的綠色化和以數字網絡為基礎的智能化。新能源車既是出行的載體，又是智能終端，同時是新能源革命實現的重要途徑。基于此，今后二三十年交通裝備與能源化工相關產業將發生百年未有的大變局。

“第三次能源革命有五大支柱。一是向可再生能源轉型，尤其是向光伏與風電轉型；二是集中式轉向分布式轉型，如建筑將成為微型發電廠；三是氫、電池等技術存儲間歇式能源；四是發展能源（電能）互聯網技術；五是電動汽車成為融用能、儲能為一體并回饋能源終端。”歐陽明高認為，中國風電光伏將大幅增長，2030年風電、光伏發電成為發電裝機主體，成本將不斷下降，2035年光伏發電成本將降至0.1元/千瓦時。中國光伏發電和風電技術與成本完全具備大規模推廣條件，但儲能是瓶頸，需要靠電池、氫能、電動汽車等來解決。

電動汽車需在安全、便利、智能三方面下功夫

“十年來，動力電池比能量從100瓦時/公斤提升到300瓦時/公斤，成本從4元/瓦降到1元/瓦以內，成本大幅下降。”歐陽明高說，未來以鋰離子為代表的動力電池是短周期分布式可再生能源儲存的最佳選擇，預計到2025年，電池儲能將從現在的1億千瓦增加到10億千瓦，從而進入TW時代，磷酸鋰鐵電池成本將降到0.3～0.4元/千瓦時。下一步，電動汽車應在安全、便利、智能三方面下功夫。

安全方面。電動汽車安全性備受業界、消費者關注。電動汽車安全問題是指高比能量鋰離子動力電池因熱失控而造成的燃燒事故。避免事故發生，就要對熱失控進行預警、管理。歐陽明高表示，清華大學自主研制大容量動力電池熱失控測試系統，可以對電池熱失控全過程測試分析，發現高比能量動力電池熱失控反應時序和反應機理。在此基礎上，研發了高比能量動力電池熱失控系統抑制方法，保障在單體電池設計方面徹底解決問題；同時，在使用過程中進行安全監控，為此開發了云控預警平臺，實現基于運行數據的故障電池檢出、低誤報和基于事故數據的溯源分析。一旦事故發生可以對整個電池包進行熱管理，采取“隔熱+降溫”措施，達到最多是冒煙，但絕對不著火的管控結果。

便捷方面。便對于私家乘用車而言，平時在家或單位慢充、高速公路長途超快補電實現便捷最為重要。快充的前提是電量下降達50%以下，而超級補電不是充滿而是應急補電。據悉，2020年中電聯公布了大功率快充標準“超級快充”，2025年可全面提供超充服務。但快充容易出現安全問題，“為了解決快充安全問題我們開發了負極電位傳感器，直接將這種傳感器置入電池內，對電池負極定位檢測（安全問題多由負極熱失控引發）。”歐陽明高說，這種傳感器具備全生命周期無析鋰充電開發能力，支持30萬公里車用的實際要求。

智能方面。“電動汽車充電的技術路線圖為無序充電-有序充電-車家互動（V2H）-車網互動（V2G微網）-車網互動（V2G大網）。”歐陽明高介紹，回家插上電，不一定能立馬充上電，而是通過后臺APP達成協議，在電網負荷低時充電；車里的電池可以和家里的電器互動，家里的電器可以用電動汽車電池里的電；實現車網互動。目前，我國有15個省市建設了42個V2G項目、609個V2G終端，近4000臺電動車參與過車網互動。車網互動可以實現削峰填谷、電網調頻、虛擬慣量等功能。

歐陽明高認為，新能源汽車將是規模最大、成本最低、安全性最好的分布式長周期儲能系統。之所以有這樣的結論是因為“新能源汽車市場潛力巨大”。根據他的研究預測，“2025年新能源汽車占汽車總銷量20%，2030年占比40%，保有量8000萬輛；2035年占比50%，保有量16000萬輛；2040年保有量將達3億輛。以3億輛計算，每輛車平均儲能65千瓦時，則車載儲能容量約200億千瓦時，與中國現在每天消費總電量基本相當。他還認為，未來電動汽車可以成為賺錢的工具，新能源汽車可以低價充電，高價售電，尤其在風光電成為主力后，波峰、波谷之間的差距越來越大，這樣電動汽車完全可以成為賺錢工具。

氫能是集中式可再生能源大規模長周期儲存的最佳途徑

歐陽明高表示，氫能在新能源革命中的戰略意義在于可再生能源轉型中的大規模能量儲存與多元化利用需求。氫能是眾多傳統產業包括化石、煤炭、核能、電力、鋼鐵等轉型升級的理性選擇，其技術延續性好，又不完全顛覆。除此之外，氫能產業鏈長、產值高、吸收就業人口多，應用覆蓋面廣，有“氫能社會”之稱。

“氫能是集中式可再生能源大規模長周期儲存的最佳途徑。”歐陽明高說，之所以有這樣的結論，一是氫能的利用充分性，大容量、長時間儲能模式對可再生電力利用更充分；二是氫能規模儲能的經濟性，固定模式化儲氫比電池儲電的成本低一個數量級；三是氫能與電池放電互補性強，大容量長周期靈活能源用于燃料電池、燃氣輪機；四是氫能制運儲方式靈活。

氫能交通是氫能利用的先導領域

當前氫能主要用于交通。“氫能交通是氫能利用的先導領域，其使命是帶動氫能的全面發展。河北張家口正在做的氫能利用示范表明，可再生能源發電成本低于0.15元/千瓦時時，其能源利用全鏈條技術經濟性將凸顯。”歐陽明高介紹，張家口有350輛氫燃料大客車，最近在做北京冬奧會氫燃料車示范。張家口和北京將運行2000輛氫燃料電池汽車，二十多座加氫站正在加緊施工，北京冬奧會主場區都將是氫燃料電池車。

“未來十年，氫能成本將下降80%以上，與過去十年鋰離子電池成本下降過程相似。”歐陽明高說，自2015～2020年氫燃料電池技術實現大幅跨越，氫燃料汽車已經產業化，大部分技術難題已經克服，目前FCEV累計保有量接近1萬輛，已有一百多座加氫站投入運營，近一百個在建。雖然氫能汽車與純電動乘用汽車相比不占優勢，但在大客車、冷藏車等方面有有明顯優勢。

“同風光電一樣，氫儲能技術、成本目前還不理想，但隨著技術進步氫能運用領域會越來越廣。”歐陽明高說。他預測了綠氫（用風光電所制的氫）的成本前景，到2025年前，部分低成本風光電制氫達到化石能源制氫+CCS的成本；2035年前，低成本風光電制氫達到化石能源制氫+CCS的成本；2050年前，一般風光電制氫達到化石能源制氫+CCS的成本。初步結論，當可再生能源發電成本為0.12元/千瓦時、過網費為0.08元時，通過特高壓千公里輸電通道，在用戶側制氫加氫，可實現加氫槍口30～40元/千克，比柴油具有競爭力。

“面向‘雙碳目標’和能源革命重大戰略，新能源汽車與新能源革命將突飛猛進，產業格局將發生百年未有的大變局。”歐陽明高表示，新能源汽車與新能源革命的共性核心是儲能，氫能與智能、新能源汽車的規模推廣將有力破解新能源革命的瓶頸；鋰離子電池實現蓄電池領域百年來的重大突破，其科技創新、產品性能、應用領域和產業規模正處于爆發性增長期；氫能是實現全球碳中和的戰略性能源載體，但綠色氫能的技術經濟性還不能完全滿足市場需求，氫能燃料電池交通將是氫能應用的先導，催生氫能產業的起飛。