近日,中国电动汽车百人会执行副理事长、中国科学院院士欧阳明高在第一届中国•张家口氢能与可再生能源论坛上表示,现在说起新能源汽车的发展趋势,都喜欢往无人驾驶汽车方向靠,但其实,无人驾驶汽车并非新能源汽车变革的下一个目的地。紧接着新能源汽车变革的下一场革命,应该是氢能与可再生能源带动的能源革命。
新能源汽车经过近几年的快速发展,国内外目前基本已经形成共识,新能源汽车的确是一个场革命,而不是所谓的泡沫。而这跟现在特时髦的无人驾驶汽车完全是不一样的,因为它还在很早期,还有很多不确定性,还有很多泡沫。
中国电动汽车百人会执行副理事长、中国科学院院士 欧阳明高
新能源汽车促进第三次工业革命
因为由电机驱动的新能源汽车,相对于内燃机汽车,在能量转换效率方面有了大幅提升。根据卡诺循环的原理,汽油内燃机的最高热效率仅为35%左右;更早的蒸汽机最高热效率还不足10%。内燃机汽车在启动时油耗很高,做功却很少,效率很低,而当车辆怠速时,汽车消耗能量却不做功,效率为零,另外,变工况时,内燃机处于非经济区运行,效率更低;相关资料显示,内燃机汽车在城市工况行驶时,平均热效率低于13%。
与之相对的电动汽车电机,同样依据卡诺循环的原理,电动汽车的电机最高电能转换效率可达58%,加上热电转换总效率可达26%以上。电机启动时的效率比内燃机高得多,而车辆怠速时可以停机,能量损失为零,另外,电动汽车制动时还可以进行能量回收。所以,电动汽车的总体能量转换效率,比汽油内燃机汽车的效率高出1倍左右。
正如杰里米·里夫金在《第三次工业革命》所说,在人类历史上,每一次能量转换效率的大幅提升,而带动的生产工具和交通工具的变革,再配合上信息传播技术的变革,往往就会带来一场真正的工业革命。
比如,正是煤炭+蒸汽机+火车+印刷术的系列变革,带来了第一次工业革命。而后来的石油天然气+内燃机+汽车+电信技术的系列变革,又带来了第二次工业革命。那么,目前的氢能和可再生能源+电机+汽车高铁+互联网技术,也有可能迎来下一场工业革命。
为什么不是锂电池+电机+汽车高铁+互联网技术,而是氢能和可再生能源呢?因为与煤炭和石油天然气相比,目前锂电池的能量密度太低,而氢能的能量密度大概是煤炭的7倍、石油天然气的3倍左右。
氢能和可再生能源革命与新能源汽车互相促进
所以,欧阳明高认为,在电动汽车的大方向明确之后,如何把能量密度更高的氢能和可再生能源的变革,与之结合起来,可能才是新能源汽车下一步发展的关键。
欧阳明高指出,一般意义的车联网和辅助驾驶不算革命,那是传统汽车电子的一个发展。要实现真正革命,无人驾驶汽车可能是基于人工智能革命的。但是人工智能革命现在还在初期,而无人驾驶汽车是人工智能革命中最难的一个领域,所以我们认为在电动汽车革命之后马上要带动的是新能源革命,就是可再生能源革命。
中国需要能源革命,就是转型为以可再生能源为主体的多元能源结构,我国不能从以煤为主转向以油气为主,这对中国也不大好。油气为主,就要依赖国外,这是风险非常高的。
我国最有可能的是转向以可再生能源为主的煤、油、气多元并举的一个局面。而电动汽车革命可以促进能源革命,能源革命也可以使电动汽车真正做到零污染,所以又是相互促进的过程。
无人驾驶存在太多不确定性
与此同时,智能化方面还会有智能制造和工业互联网等,现在也是风起云涌,这方面的人工智能比无人驾驶会简单得多,因此会首先展开。比如现在区块链都已经在智慧能源中使用,然后是工业互联网。生产过程比无人驾驶简单一个数量级以上,肯定会率先获得突破。
将来的车由于工业互联网和智能制造会彻底的改变。比方燃料电池汽车和电动汽车就是这样一个平台,材料会越来越轻量化,使车身可以有五花八门的变化,同样一辆车可以有五个车身,可以随意在家里更换,能够带来一场车的革命。所以将来开的车,人人开的车可能都不一样,不是批量生产而都是个性化的,根据不同的场合可能会换不同的车身。
接下来,是自动驾驶与车辆互联网,初期可能还是辅助驾驶、自动泊车、紧急制动以及自动避撞这样的功能会。无人驾驶汽车在中国的场景是最复杂、最难的,相比欧美是最难的。无人驾驶汽车在人工智能革命中又是最难的,无人驾驶汽车在中国,短途会遇到城市交通复杂问题,长途还会遇到高铁的竞争。
另外,无人驾驶还需要在解决法律法规、人伦情理等方面的问题。所以,只有前期的变革一步步完成之后,到最后才有可能是无人驾驶。
现在电动化在持续地进步,下一步要盯的是新能源,就算智能化也盯的是智慧能源。时间节点会在哪里呢?欧阳明高认为,电动汽车之后的下一场能源革命的到来,中国2025年会是一个关键节点,而全球大概是2030年。
中国在下一步能源革命中的机会
那么,面对即将到来的氢能和可再生能源变革,中国目前走到那一步了呢?据欧阳明高介绍,我国最初做的是研发燃料电池混合动力系统与控制,燃料电池发动机主要依靠进口。
随后,我们进入自主研发燃料电池发动机阶段,当时燃料电池电堆仍依靠进口。围绕燃料电池发动机,我们开展了一系列的核心技术攻关,包括总的研究、仿真、端板设计等各方面;我们也在零部件研发方面大力开展工作,在整机匹配方面、实验考核方面建立了系列化的实验基地;整个系统的控制方面,也把在电池、发动机方面的控制技术转移过来进行燃料电池系统的控制。
之后,我们也开始研发燃料电池电堆,只有燃料电池膜电极仍依靠进口。比如在长寿命电堆的设计与制造以及双极板的批量生产供应。因为以前双极板非常贵,现在通过自动化生产线已经把这个成本大大降低,所以今后主要是膜电极的规模生产。
目前自主研发的系列化电堆,功率密度在2千瓦/升,这是持续功率密度,而且我们的寿命要比外资企业的产品还长,因为他们是用轿车的,我们重点用商用车的,他们是金属极板,我们是碳板,我们强调长寿命,他们强调高功率密度,两者是不一样的。
未来,我们的规划是,除了一些基础性材料需要对外采购外,其他核心技术都要通过自主研发完成。
另外,可再生能源除了集中式可再生能源,更多的是分布式的。可再生能源大规模使用的瓶颈就是储能,储能真正会带来能源革命,不仅是可再生能源需要储能,大电网也需要储能。
如果有了储能,燃料电池汽车能够发电,相当于发电厂,车的工况相当于电网的一个终端负荷,这个负荷是经常变化的。以前由于没有储能,电网必须按照最大的负荷来设计它的容量。
但是如果有了储能,就像燃料电池系统里加上储能电池之后,发电机就不需要按照最大负荷来设定,只需要设定平均负荷,也就是说发电主要是提供能量,不是提供功率,就是对发电机来讲是提供能量平衡,而功率平衡主要是靠储能。
因为储能的功率可以很大,电池的峰值功率很大,可以1C、2C、4C放电。有储能就不需要搞那么多的电网,也不需要搞那么多的配电网,它会大大的降低成本,就像燃料电池最大功率是200千瓦,但是平均功率50千瓦就够了。
如此一来,我们的新能源汽车、光伏、动力电池、储能等产业就能够结合电网形成能源共享网络,能源能够上传,也可以下载。
展望2030年,分布式光伏、储能电池、氢燃料电池、电动汽车将会相互需要、四位一体,简单就储能电池来看,2030年车上的储能电池会达到50亿瓦时以上。再加上车下的,因为充电也要储能电池等等,100亿瓦时没有问题。
现在我国一天电的消费量是140亿瓦时,就是说电池储能的容量相当于接近一天全国的用电量。100亿瓦时,就算1C放电也是100亿千瓦,而现在中国的装机容量只有17亿千瓦,届时,我们的能源网络将会是完全另一番景象。
欧阳明高预测,在中国可能在10年之内就会看到这样的景象。所以,目前就明确方向,从源头抓起,才是我们新能源汽车走向未来的正确姿势。