能源革命与新能源智能汽车

 
制造业的主体和核心是汽车产业,2009-2018年,我国汽车产销量连续10年排名世界第一,而且近年来接近3000万辆,产销量不断刷新全球历史记录。我们2009年确立新能源汽车推广战略,十年间从无到有,产量从零发展到127万辆保有量,现在已经到了350万辆,明年计划到500万辆,在全球处于领先地位。我们的技术95%以上都是中国自主的,而且我们的核心产业,如电子产业目前处于全球第一。
 
三大革命
    我从三个革命的高度来全面地分析一下新能源汽车,第一个革命是动力电动化革命,还有能源质量化革命和交通自动化革命。
先看动力电动化革命,2008年,锂离子动力电池应用于电动汽车。10年来,能量密度从100瓦时/公斤提升到了300瓦时/公斤,成本从5元/瓦时下降到1元/瓦时以下,实现了蓄电池领域百年来的革命性突破。但是我们基于化学能源来看电动汽车,就会有各种各样不同的看法,比如有人说电动汽车不就是烧煤吗。昨天刚刚出现的消息,奔驰停止研发新能源汽车,后来又辟谣,说不是这样的。这就说明我们已经进入了新的时段,我们必须看到能源的低碳化,低碳化是不可逆转的趋势,履行巴黎协定也是中国政府承诺的,中国承诺2030年之前要实现碳排放达标。
根据国家发改委能源属研究的结果,现在我们要大规模朝能源可再生转型,从现在的非化石能源发电占比27%,要提高到2030年的63%,现在煤电从67%要降低到11%。另外一个方面,是可再生能源价格的持续下降已经要低于煤炭发电的价格。与此同时我们可以看到,能源革命包括五大支柱,一是向可再生资源转型,二是集中式转向分布式,第三是用氢气、电池等技术存储间歇式能源,另外是发展能源互联网,然后用电动汽车来用能储能。也就是说,新能源汽车的大规模推广,不仅仅解决自身的污染和碳排放问题,将来如果可再生能源发电,将是全链条的清洁能源用于真正的新能源汽车。同时,新能源汽车还能带动整个能源的清洁化,所以它不仅仅是解决自己的问题,而是解决全部能源系统的问题,是新能源革命。
 
新能源革命的关键技术
    光伏产业目前突飞猛进,有一个消息称,两年前美国国家可再生能源研究室研究结果认为2030年达到3-10TW很有挑战,现在则认为完全可以达到10TW,也就是100亿千瓦。光伏效益目前普遍在20%以上,背面接触钝化的效率达到了26.7%。同时,普遍价格降到每瓦0.25美元。另外,光伏在发电中的比例急剧提高,美国加州从2010年1%的光伏比例增长到现在的18%。
    再来看储能电池技术,以锂离子电池为代表的动力电池是短期周期分布式小规模可再生能源。集中式大规模可再生能源基地的发展瓶颈在长周期大规模储能系统,传统储能方式已不能满足可再生能源发展需要。
    基于可再生能源来看各种能源和各种电动汽车的话,比如可以发电直接用于纯电动汽车,也可以用于燃料汽车,也可以加碳做合成油、合成汽,优势很明显。基于CO2净零排放看各种车用动力全生命周期能效,在可再生能源情景下,各种电动汽车全生命周期能效优势明显。动力电动化与能源低碳化两化融合,新能源电动汽车将脱颖而出。
   
交通智慧能源
交通智慧能源也可以叫做移动能源互联网,一旦电动车的规模达到足够大,这就是一场大革命,也就是说电动汽车不仅仅是出行的交通工具,也是能源方,我们要从智能出行革命和新能源革命的双重角度看待汽车“新四化”中的网联化和共享化。网联化的内涵里车联信息互联网和移动能源互联网要并重。共享化的内涵里出行共享和储能共享要并重。
什么时候会构成很大的规模效益呢?2035年,新能源汽车大概总保有量会到1亿辆左右,车上的电池就会到达50亿度电,这么多的电池功率是25-50亿千瓦。另外,2035年风光伏最大装机不超过40亿千瓦,储能电池与氢能的结合完全可以满足要求。所以,车网互动近期更多是调节功率,当规模足够大的时候还要调节能量。
 
制造智能化
我们说的制造不仅仅是工业,还有产品设计,从电动车的产品设计角度,将来的车将会是平台化的车辆,电池都装在平台上,车身会是轻量化的,由于智能化,车的碰撞也不会再出现,所以车身可以做得非常轻,甚至有些软件可以通过底盘来做,这样我们可以逐渐把车身的材料变得越来越轻,这就导致汽车制造使用的重大变革。
也就是说买一个底盘,会由不同的车身构成不同的车型,比如可以是MPV,也可以是皮卡,也可以是轿车,也可以在前头开,也可以在后头开,这样车身就像衣服一样,汽车我们随便做,这就是未来汽车的场景,会实现个性化、柔性化等一系列特点,还有驾驶智能化,都属于智能化内容。
 
破除六大焦虑
    第一大焦虑是安全焦虑。电池的锂能量越来越高以后,会出现一个问题,就是电池的热失控,电池材料热稳定性会变差,所以我们需要解决这个问题。有两大手段来解决这个问题,第一个手段是从工程的角度,热机电设计与控制防止热失控诱发与蔓延。第二个手段是从长计议,从改善电池本征安全性出发,发展新型固态电解质电池。
    第二大焦虑是里程焦虑。很多人都觉得电动车跟燃油车比是不可能的,不可能替代燃油车,因为它的能量密度太低了。是的,目前电池的储能跟汽油相比差50倍,如果按能耗看就没这么悲观了,A级家用电动轿车城市工况100公里大约耗电15度;A级家用燃油轿车城市工况100公里大约耗油8升,相当于72度电,是电动车的近5倍。还有从动力系统总重量看,满足500公里里程的电动车可以做到与燃油车差不多。纯电动汽车能续航1千公里吗?大卡车一定比小车充电时间长?实际上卡车充电的时间跟轿车的充电时间完全可以做到一样,因为充电的途径不在充电机,在电池本身,也就是电池的放电倍率,只要倍率一样,充电的时间是一样的,只要用同样的电池,充电的倍率就是一样的。
    第三大焦虑是充电焦虑。大家觉得充电太麻烦,凡是一个新东西,都有一个习惯的过程,为什么大家现在喜欢燃油电动车呢,因为觉得这个与燃油车差不多。电动车只要放入停车位,就应该与电网接入。至于高速、长途,我们不主张充满,而是补电,对于补电而言,10分钟到15分钟完全可以做到充一半,如果是250公里续航里程,10到15分钟内可以完成125公里的充电,这是我们的远景。
    第四、第五个焦虑是寿命与材料回收焦虑。寿命焦虑,正确理解电池循环寿命:满冲满放的次数2000次不等于只能冲放2000次,现有电池寿命完全可以满足乘用车全生命周期使用要求,还可以梯次利用2000次对应的里程。资源与环保焦虑,我们的钴含量在持续降低,所以不用担心。另外,锂资源也不用担心,可以放心地告诉大家,我们的锂资源全球第二,我们的锂资源做20亿辆车没问题,而且我们的锂资源探测储量还在不断提高。
第六个焦虑是成本焦虑。大家觉得成本太高,什么时候可以做到平价呢?电池的价格降到每度电100美元就可以,我们的磷酸铁锂电池已经接近这个价格了。再换一个思路,电动车的回收还可以卖电池,你装的电池越多,进行经营活动的赚钱利润率也就越高,可以作为赚钱的工具。
 
总结与展望
    根据中国汽车工程协会的预测,到2035年,新能源汽车将会占到市场的50%,刚刚在海南召开的世界新能源汽车大会上,达成的共识是全球2035年50%的新车是新能源汽车,保有量将会达到1亿辆左右。
    展望未来,新能源汽车将会由目前的初级阶段,也就是电动汽车阶段,经过新能源和自动化双向发展,进入新能源智能化电动车新阶段。预计2025年左右是技术和性价比等全方位突破的关键转折点。2035年是初步进入成熟阶段的重要节点:2035年将基本上全面实现汽车动力电动化、2035年将基本上全面实现能源低碳化,2035年将基本上全面实现整车智能化。
    经过2001年以来近20年的积累,电动汽车换道先行引领全球,同时可再生能源建立中国优势、人工智能走在世界前列。2020-2035年将是新能源电动汽车革命、可再生能源革命和人工智能革命突飞猛进、协同发展,三位一体,创造新能源智能化电动汽车这一战略性产品和产业中国奇迹的新时代。三大技术革命和三大中国优势集成在一个战略产品和产业,将爆发出巨大力量,不仅支撑中国汽车强国梦的实现,而且具有全方位带动引领作用,助推我国从制造大国走向制造强国。
   
 
    (本文根据欧阳明高院士在安徽合肥举办的2019世界制造业大会国家制造强国建设专家论坛上的主题演讲速记稿整理)