三千大千世界，論道須彌山。2019年3月30日，第二屆須彌山大會在江蘇常州舉行。會議由江蘇省新能源汽車智慧能源裝備創(chuàng)新中心（以下簡稱“國創(chuàng)能源”）主辦，星星充電承辦。會議圍繞“智慧能源，電動時代”展開主旨探討，與會嘉賓涵蓋政產(chǎn)學(xué)研媒融八百多人。
中國科學(xué)院院士，清華大學(xué)教授歐陽明高帶來題為“新能源汽車技術(shù)熱點評述”的演講。內(nèi)容實錄如下：
各位同行大家上午好，非常高興在咱們國創(chuàng)能源主辦的2019須彌山大會上與大家交流。今天交流的內(nèi)容是針對最近一些熱點問題做一些評述和展望。近期我們有三個問題比較熱，第一個是純電動的挑戰(zhàn)與前景相關(guān)問題，今年春節(jié)期間，有一些純電動車在冬季長途運行中暴露出的一些問題，同時前幾天補貼下降50%的政策公布了，還有最近德國的三家車企掀起了一輪關(guān)于電動化討論熱潮，首先是德國大眾的總裁要搞純電動，結(jié)果是一片反對，受到很大壓力，隨后寶馬、奔馳、大眾三個老總在一塊，最后確定純電動是他們要走的方向。
第二個是兩會期間氫能成為非常大的熱點，大家也知道，這次好像各界都有出來表態(tài)，汽車界、化工界、能源界、煤炭界、鋼鐵界等等。還有就是與我們今天的主題智慧能源相關(guān)的，智能電網(wǎng)和電動汽車協(xié)調(diào)發(fā)展，今天我想對這幾個問題做一個評述。
關(guān)于第一個問題，我想首先我們要對純電動的電池應(yīng)該充滿信心。我們中國確定純電驅(qū)動技術(shù)轉(zhuǎn)型路線是在2009年，應(yīng)該說在全球確定比較早的。恰好從2009-2019年，鋰離子動力電池從100瓦時/公斤增加到300瓦時/公斤。尤其它的體積能量接近每升800瓦時，應(yīng)該說沒有任何其他的電池能跟鋰離子電池競爭。我們中國做純電驅(qū)動技術(shù)轉(zhuǎn)型戰(zhàn)略的時機(jī)非常好，所以在這十年中國引領(lǐng)了全球純電驅(qū)動的潮流，很多國際大企業(yè)對這么一個新的技術(shù)的估計偏低。因為以前車用電池百年沒有大變化，沒有想到鋰離子電池的出現(xiàn)真正帶來一次重大變革，可以說是動力電池領(lǐng)域百年未遇的大變革。而且現(xiàn)在發(fā)展還在持續(xù)，還有很大的潛力，我認(rèn)為鋰離子動力電池對汽車來講可能會是一個主流技術(shù)。現(xiàn)在鋰離子電池比能量越來越高，比方說電動轎車實際續(xù)駛里程到500公里都是沒有問題的。國內(nèi)電池進(jìn)展也非常好，目前全球前10名電池企業(yè)有6名是中國，前3名中中國有2個。所以總的來看是不錯的，但是中間有一個問題就是安全，比能量越提越高的時候，材料的熱穩(wěn)定性就變成一個問題。目前看鋰離子單體電池材料本身完全杜絕熱失控還不大現(xiàn)實，雖然我們一直在努力。我在清華專門建立了電池安全實驗室，現(xiàn)在我的學(xué)生和博士后大概有30人做電池安全。我們的研究更多的還是要從電池系統(tǒng)角度來尋找方法，目前看是完全可以解決的。另一方面，從長計議，還要從材料層次著手，解決方式就是把電解質(zhì)從液態(tài)逐步變成固態(tài)。但是這個過程可能經(jīng)歷一個相當(dāng)長的階段，不是一年兩年就能解決。這是我們對未來電池技術(shù)路線圖的展望，從正極材料會持續(xù)從高鎳低鈷到無鈷，同時負(fù)極從碳到硅碳，到硅的比例逐步提高，這個也是確定的技術(shù)路線，當(dāng)然最終核心的還是電解質(zhì)從液態(tài)逐步減少有機(jī)溶劑，并向固體方向發(fā)展，這個可能需要5-10年時間才有可能達(dá)到這個目標(biāo)。
對于大家擔(dān)心的續(xù)航里程，一個方面是電池性能的提高，另一方面整車集成的效率也很重要，在同樣的電池容量下，誰能走得最遠(yuǎn)，這是整車集成的第一核心技術(shù)。對電池而言安全是最重要的，對整車技術(shù)來講節(jié)能是最重要的。包括高效的電驅(qū)動，高效的熱管理，以及高效的整車集成，這些都是我們需要做的。最近出現(xiàn)了很多好的技術(shù)，比如說熱泵對冬天續(xù)駛里程減少的抑制作用就非常強(qiáng)。此外我們要解決充電的問題，最近2019年政府工作報告和新補貼政策都向充電傾斜，說明這個問題很重要。目前充電技術(shù)應(yīng)該說取得了很大的成績，比如說互聯(lián)互通，有序充電這些都有一系列的進(jìn)步。從未來展望來看，我個人認(rèn)為尤其是對乘用車來講，主體是慢充。慢充有很多好處，尤其未來跟智能電網(wǎng)結(jié)合的時候，車一直插電，不光是為了充電，也為了平衡電網(wǎng)的波動，起到儲能的作用，同時甚至還可以往電網(wǎng)回送電。所以慢充肯定是必須的，將來電動車一定會連在電網(wǎng)上的，這也是肯定的。快充只是應(yīng)急用的，比如高速公路上的應(yīng)用場景，只是少部分時間，比方說20%是快充。既然快充是一種應(yīng)急輔助手段，我們就要考慮這種技術(shù)的投入成本。比如說我們現(xiàn)在為了快，可以換電，可以350千瓦快充。其實充電機(jī)的角度做多大都沒問題。原先我們說有問題是因為怕對電網(wǎng)沖擊大，現(xiàn)在沒關(guān)系了，加一個儲能電池，對電網(wǎng)就不會有什么沖擊。所以充電機(jī)角度是沒有問題，但整車和電池有麻煩。
首先，想要快充，不是充電機(jī)功率有多大？電池就能接受多大。最核心的是電池的倍率決定這個能不能實現(xiàn)，電池的充電倍率是一個瓶頸?，F(xiàn)在隨著比能量不斷提高，我們極片做得越來越厚，極化越來越嚴(yán)重，所以倍率實際上是降低的。大家知道電池有能量型電池，功率型電池。功率性電池一般極片非常薄，所以極化非常小，倍率可以比較大，比如10C、20C、30C都可以，但是一個高比能量電池現(xiàn)在最高3C充電都很困難。當(dāng)然還要考慮整車，比如說大功率充電就要高壓，電壓提高一倍。比如說提高到1000伏，對整車各方面影響非常大，這是基礎(chǔ)性的影響。因為電壓將改變一切，成本很高。因此針對應(yīng)急快充，我們需要更多的技術(shù)創(chuàng)新。
我舉幾個例子，比如說現(xiàn)在保時捷做了350千瓦快充，但是它可以不提高電壓，就是靠電池系統(tǒng)內(nèi)部的串并聯(lián)就可以解決，這就是很好的創(chuàng)新。再比如特斯拉推出250千瓦的超級快充，號稱250千瓦，實際上并不是250千瓦一直充。實際上，SOC 10-20%的時候是240千瓦，但是到SOC 50%的時候就已經(jīng)降到150千瓦，到70%的時候就已經(jīng)降到100千瓦以內(nèi)，只有88個千瓦。所以它的平均功率實際上只有120，130個千瓦，這已經(jīng)很好了。120個千瓦相當(dāng)于一個小時120度電，那也就是半個小時60度電，現(xiàn)在大多數(shù)的電動車也就是60度電。 它可以對特斯拉這個車一分鐘充10公里，15分鐘充電能夠跑150公里，那已經(jīng)完全可以了。應(yīng)急不一定要把電池完全充滿。SOC到了70%往下的時候，充電功率就急劇下降，時間當(dāng)然拉的很長了，所以快充的時候，不是要把電池充到100%，充到100%是不可能很快的。最近還有一個很大的問題，冬天的充電很麻煩，大家都有體會，充不進(jìn)去。這也有很多技術(shù)創(chuàng)新，比如說我們一般認(rèn)為充電的過程中溫度是逐步上升的，超級快充最大的限制因素就是溫度，但是低溫快充的時候可以反其道而行之，先把溫度加上去，比如加到40度，在充電的過程中溫度反倒是下降的，這就是跟我們一般的理念完全不一樣。總之充電技術(shù)創(chuàng)新的空間還非常大。僅僅從充電機(jī)的角度是不行的，必須跟電池，跟整車緊密配合，為什么特斯拉能把充電器做好呢？就是因為他對電池及其熟悉，為什么保時捷能想出這個辦法呢？因為它對車非常熟悉。
關(guān)于純電動未來市場展望，第一是關(guān)于動力電池的需求和成本，這里給出了一個國外咨詢公司的報告，表示到2027年，全球產(chǎn)量約10000億瓦時。我根據(jù)已有的電動車電池裝車歷史數(shù)據(jù)和未來預(yù)測（包括儲能市場），樂觀估計會提前到2025年達(dá)到8000-10000億瓦時。在2025年，成本大概是在每千瓦時100美元左右，這是常規(guī)家用電動汽車與燃油汽車實現(xiàn)性價比競爭的關(guān)鍵。另外，從車的角度來看，2025年也是一個非常大的突破點。最近國外大汽車公司轉(zhuǎn)型的速度，要引起大家足夠的重視，不光是奔馳，寶馬，大眾，美國通用最近放棄沃蘭特插電增程車型，直接搞純電動，也是跟德國三大汽車公司的想法很像的?？傊?，我的基本判斷是2025年左右是實現(xiàn)大突破和爆發(fā)式增長的重要節(jié)點。
還有一種跟純電動直接相關(guān)的車型，在城里純電動，在高速公路混合動力。這種車型我認(rèn)為也是很有前景的。如果裝15度電左右，具備70公里，80公里的純電里程，并且有自用慢充樁，在城里日常出行基本可以是純電動，而且性能完全不受影響。而在高速公路轉(zhuǎn)為并聯(lián)混合動力。我叫它純電動型的插電式混合動力，也就是所謂短途純電動，長途油電混合，這也是很好的車型。這就可以解決我們春節(jié)回家長途出行的問題。尤其是到2020年之后，完全是市場驅(qū)動的時候，我想這種車型一定會受到親睞。這種車有幾個車廠在做，它的成本是可以跟普銳斯深度混合動力競爭的，因為它是單電機(jī)，不是雙電機(jī)，單電機(jī)，單離合器，另外它用電比較多，平時80%-90%都是用電，只有10%-20%，是用油，綜合成本是可以競爭的。
第二部分關(guān)于氫能燃料電池，這也是一個熱點。首先我們要肯定的是燃料電池發(fā)動機(jī)已經(jīng)取得重大技術(shù)進(jìn)步，我今年過完春節(jié)就到豐田去了，豐田對我們非常開放。因為現(xiàn)在我們清華豐田研究院馬上要成立，會在這方面進(jìn)行全方位的合作。我的判斷是燃料電池發(fā)動機(jī)技術(shù)三五年之后就會成熟。國內(nèi)雖然有差距，但是進(jìn)步很快，現(xiàn)在吸引資源很多，大家都到中國來了，所以前景是看好的，五年左右應(yīng)該會與國際先進(jìn)水平同步發(fā)展。車載儲氫相對來說問題多一點，現(xiàn)在車載儲氫主要是70兆帕氫瓶，是轎車儲氫的主流技術(shù)。它的儲氫體積能量密度是多少呢？大概每升0.8個千瓦時，剛才我說了，鋰離子電池也是一樣，鋰離子單體電池的體積比能量也是可以接近每升800瓦時，也就是說，儲氫跟儲電的體積能量密度是大體相當(dāng)?shù)?。?dāng)然了，我剛才說的是單體電池，如果是電池系統(tǒng)，差不多要降一半。但因為儲氫能量要比純電動儲電能量大約要多一倍，為什么呢？因為燃料電池的效率是50%左右，對純電動講沒有這個問題，電池的電直接就到電機(jī)去了，所以儲電和儲氫還是相當(dāng)?shù)?。這樣就有一個問題，燃料電池轎車的總體積是會大于純電動的。因為燃料電池動力系統(tǒng)不光有儲氫瓶，還有燃料電池發(fā)動機(jī)和輔助電池。所以燃料電池轎車的體積尤其對緊湊型轎車，這是一個挑戰(zhàn)。當(dāng)然對SUV可能不是一個問題，對重型卡車還有一個可能是采用液氫，但用到轎車上是很難的，因為轎車經(jīng)常要放到地下車庫，液氫會有蒸發(fā)。另外關(guān)于成本，目前儲一公斤氫的70兆帕IV型瓶約1000美元，算下來儲一個千瓦時氫能量大概200元人民幣，如果按照有效能量每千瓦時400元人民幣，這個跟十年前純電動車發(fā)展初期的電池比大概1/8，跟現(xiàn)在的電池比大概是1/3，有成本優(yōu)勢。所以燃料電池汽車一次加氫續(xù)駛里程要比較長，如果短了，成本肯定比純電動高。轎車至少500公里之上，卡車至少要200公里以上才能平衡，所以它是適合長途重載大型這樣的車，比如商用車。中國燃料電池汽車主要就是做商用車，現(xiàn)在保有量3500輛商用車，全球第一。
我們現(xiàn)在面臨的挑戰(zhàn)是氫能技術(shù)落后于燃料電池技術(shù)。氫能技術(shù)如堿性電解槽電解水制氫、壓縮制冷液化等都是很久以前發(fā)明的技術(shù)，成本偏高，效率偏低。這個在化工領(lǐng)域可以，到汽車領(lǐng)域就不太理想了，汽車是成本敏感型產(chǎn)品。現(xiàn)在怎么來解決成本問題？就只能廢物利用，比如說上不了網(wǎng)的風(fēng)電，利用不了的水電，把這些電用來制氫，或者是化工副產(chǎn)氫，這是經(jīng)濟(jì)可行的。但從長遠(yuǎn)看，我們還要發(fā)展新一代制氫技術(shù)，現(xiàn)在科學(xué)層面已經(jīng)有一些突破，但是估計需要10年新一代的高效低成本制氫、運氫、儲氫的技術(shù)才會逐步成熟。中間這十年應(yīng)該是一個過渡。
為什么氫能這么熱？我給大家一個解釋。因為化工行業(yè)、鋼鐵行業(yè)、能源行業(yè)、煤炭行業(yè)、石化行業(yè)都跟氫相關(guān)。鋼鐵煉焦有氫氣，化工氯堿生產(chǎn)副產(chǎn)氫氣，煤氣化產(chǎn)氫氣，石油煉油用氫氣等等。而這些行業(yè)目前是國家供給側(cè)結(jié)構(gòu)改革要壓產(chǎn)能的一些行業(yè)，這些行業(yè)大概比汽車行業(yè)要大3倍以上，也就是大概30萬億的產(chǎn)值以上，僅化工和石化行業(yè)就約15萬億的產(chǎn)值。這么大的產(chǎn)業(yè)，要尋求綠色發(fā)展轉(zhuǎn)型升級的出路，氫是一個很自然的選擇。總之，氫能產(chǎn)業(yè)鏈非常長，利益相關(guān)者非常多，就業(yè)的人數(shù)眾多，當(dāng)然對產(chǎn)業(yè)推動是非常好的。
對未來燃料電池汽車發(fā)展展望，我仍然堅持已有的判斷，2020年大概5000-10000輛，2025年，估計在5-10萬輛。2030年目標(biāo)是達(dá)到100萬輛，注意這是保有量不是當(dāng)年產(chǎn)量。這是2016年節(jié)能與新能源汽車技術(shù)路線圖研究的結(jié)果，今年正在開始新一輪技術(shù)路線圖修訂，我目前判斷這個數(shù)基本上還是這樣。要讓氫能大發(fā)展，我們不能僅僅定位在汽車行業(yè)，必須定位到整個能源化工領(lǐng)域，讓氫能在更多領(lǐng)域發(fā)揮作用。我們新能源汽車涉及三個大領(lǐng)域，混合動力的核心還是熱力發(fā)動機(jī)，本質(zhì)上是熱能工程領(lǐng)域（簡稱熱工），主要帶動傳統(tǒng)汽車產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級。今天會議的主題新能源汽車智慧能源更多側(cè)重智能純電動力系統(tǒng)，本質(zhì)上屬于電力與電子工程領(lǐng)域（簡稱電工），它帶來的更多是對交通與電力行業(yè)顛覆性的變化。氫能燃料電池本質(zhì)上屬于能源化工領(lǐng)域（簡稱化工），它是傳統(tǒng)能源化工產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級與燃料電池這一能源領(lǐng)域新興高科技產(chǎn)業(yè)的有機(jī)融合。
最后簡單說說電動車規(guī)模應(yīng)用帶來的規(guī)模效應(yīng)。就是電動汽車大規(guī)模應(yīng)用為代表的能源消費革命，將推動以太陽能電池為代表的能源生產(chǎn)革命。根據(jù)節(jié)能新能源車技術(shù)路線圖預(yù)測，2030年新能源汽車的市場大概占到40-50%，總量會8000萬-1個億。大家知道中國的可再生能源尤其是光伏也是發(fā)展非?？欤磳⑴c煤電平價，到2030年非化石能源發(fā)電也要占到接近50%。可再生能源的規(guī)模應(yīng)用需要儲能，電動車也需要太陽能等新能源，這兩個是絕配，而且是同步發(fā)展。因此電動汽車與新能源協(xié)調(diào)互動非常重要。我們通過研究認(rèn)為，近期的車與網(wǎng)的協(xié)同應(yīng)以功率調(diào)節(jié)為主，電池淺充淺放，以需求響應(yīng)的形式參與電網(wǎng)的調(diào)峰，類似于電動汽車中混合動力里電池的作用。從長遠(yuǎn)來看。隨著電動車和可再生能源規(guī)模的不斷擴(kuò)大，不僅要功率調(diào)節(jié)，還要參與能量調(diào)節(jié)。也就是同時進(jìn)行功率和能量調(diào)節(jié)，電池會深充深放，類似于純電動汽車中電池的工作模式，電動車與分布式微網(wǎng)逐步構(gòu)建起移動能源互聯(lián)網(wǎng)。總之，這種互動會逐步從無序充電到有序充電，然后再到車網(wǎng)互動和融合。
當(dāng)前大家對汽車未來趨勢的共識是四化：電動化、智能化、網(wǎng)聯(lián)化、共享化。我們現(xiàn)在說的共享化一般是滴滴出行等出行共享，我們說的網(wǎng)聯(lián)都是車聯(lián)網(wǎng)。但是我們要記住，電動汽車既是出行工具，也是能源裝置。所以我們要從智能出行革命和新能源革命雙重角度來看待網(wǎng)聯(lián)化和共享化。網(wǎng)聯(lián)化不僅是車聯(lián)網(wǎng)，還有移動能源互聯(lián)網(wǎng)。共享化不僅僅是出行共享，還有能源共享，將來所有的車都會掛在電網(wǎng)上，這也是一種共享。如果從出行共享角度大家都很悲觀，認(rèn)為將來汽車不要這么多了，因為有共享車。但從能源共享的角度看，電動車不僅僅是交通工具，還是一個賺錢機(jī)器，大家肯定還是樂意擁有車的，汽車的產(chǎn)量就不會下來，汽車的GDP還會繼續(xù)上升。
我們現(xiàn)在進(jìn)行的只是動力電動化的革命，很快有能源低碳化的革命，當(dāng)然還有整車智能化的革命?，F(xiàn)在的電動汽車只是新能源汽車的一個初級階段，后面會經(jīng)歷新能源和智能化并行雙向發(fā)展，進(jìn)入新能源智能化電動汽車新時代。預(yù)計2025年是一個關(guān)鍵轉(zhuǎn)折點，2035年會是初步進(jìn)入成熟階段的一個重要節(jié)點。我個人的判斷是2035年左右會基本實現(xiàn)電氣化，不是全面純電動化，是說每輛車至少有一個參與驅(qū)動的電機(jī)，也即包括各種不同混合程度的混合動力。另外將基本全面實現(xiàn)能源低碳化，也就是非化石能源發(fā)電會是主體。第三個，基本全面實現(xiàn)智能化，也就是各種不同層次的自動駕駛。有人可能會不同意我這個判斷，我想以全球最穩(wěn)健的汽車公司日本豐田為例做進(jìn)一步說明，從日本豐田公司電氣化路線圖可以看出，2035年，不包括微混合，豐田電氣化車型也要占到90%，這算是一個印證吧。謝謝各位！
