12月2日，中國(guó)電動(dòng)汽車(chē)百人會(huì)2021年度媒體溝通會(huì)在北京舉行，會(huì)議宣布第八屆中國(guó)電動(dòng)汽車(chē)百人會(huì)論壇將于2022年3月25-27日正式舉辦。中國(guó)電動(dòng)汽車(chē)百人會(huì)副理事長(zhǎng)歐陽(yáng)明高院士就新能源汽車(chē)產(chǎn)業(yè)技術(shù)與總體發(fā)展趨勢(shì)做了四方面的詳細(xì)闡述，以下為第三部分“快充快換、車(chē)網(wǎng)互動(dòng)及電動(dòng)汽車(chē)智慧能源”。
本文來(lái)源：微信公眾號(hào) 電動(dòng)汽車(chē)百人會(huì) ID：ChinaEV100
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歐陽(yáng)明高：動(dòng)力電池可持續(xù)發(fā)展技術(shù)路線圖
01
超快充電問(wèn)題
大家對(duì)電動(dòng)汽車(chē)仍然不太滿意的是充電不如加油快。
今年十一長(zhǎng)假，很多用戶(hù)抱怨電動(dòng)車(chē)變成了“電動(dòng)爹”。其實(shí)高功率型動(dòng)力電池是可以像加油一樣超快充電的，但其比能量低，無(wú)法滿足長(zhǎng)續(xù)航要求�，F(xiàn)在長(zhǎng)續(xù)航的電動(dòng)汽車(chē)越來(lái)越多，裝的都是強(qiáng)調(diào)高比能量的能量型動(dòng)力電池，要想超快充電就不太容易了。比如350千瓦超快充電，5分鐘充接近30度電。要解決的問(wèn)題不少。充電倍率太大，電池受不了；充電電流太大，車(chē)受不了；充電功率太大，電網(wǎng)受不了。為此，電池本身要具備快充能力，即比較高的峰值充電倍率。車(chē)載電氣系統(tǒng)的電壓要提高，如增加到800伏以便在超大功率充電時(shí)減小總充電電流。最好采用儲(chǔ)能電池放電達(dá)到350千瓦的高功率以減輕電網(wǎng)負(fù)荷，這樣才能便于超快充電。
這中間最難的還是動(dòng)力電池本身快充潛力的發(fā)揮。大家知道充電過(guò)程是最容易發(fā)生安全事故的，主要原因是快充導(dǎo)致鋰枝晶造成內(nèi)短路。為此，需要開(kāi)發(fā)無(wú)析鋰的快充技術(shù)外，還要選擇超快充電區(qū)間和幅度。研究表明，比較合適的是在電量低到一半以下，5分鐘充1/3的電量，而不是充滿。充滿會(huì)遇到很多問(wèn)題，安全問(wèn)題、壽命問(wèn)題、發(fā)熱問(wèn)題等等，得不償失。超快充電應(yīng)當(dāng)主要用在高速公路應(yīng)急補(bǔ)電，比如現(xiàn)在五六百公里的車(chē)，5分鐘充1/3電量就是200公里，這是比較科學(xué)合理的。除了解決這個(gè)核心問(wèn)題外還要考慮全氣候，比如冬天和夏天，冬天要加熱，夏天要散熱。所以，還要配備快速加熱、快速冷卻�？焖偌訜岈F(xiàn)在可以做到每分鐘最高升溫7接近8°攝氏度。夏天還要加大強(qiáng)制冷卻的功率。我們團(tuán)隊(duì)已經(jīng)開(kāi)發(fā)出滿足上述要求的超快技術(shù)。
現(xiàn)在中國(guó)電力聯(lián)合會(huì)制定的超級(jí)快充標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)開(kāi)始公開(kāi)征求意見(jiàn)了。我的團(tuán)隊(duì)與殼牌合作在加油站已經(jīng)建設(shè)了幾個(gè)超快充電示范站進(jìn)行試驗(yàn)考核。
基于儲(chǔ)能電池放電的超級(jí)快充其儲(chǔ)能電池從哪兒來(lái)？有兩種辦法，一，直接帶儲(chǔ)能的充電站，但成本偏高。二，跟換電結(jié)合。因?yàn)閾Q電本身就有很多電池是備用的，備用電池就可以做儲(chǔ)能電池。商用車(chē)快速換電這個(gè)趨勢(shì)已經(jīng)非常明顯了。工信部已經(jīng)在全國(guó)進(jìn)行換電試點(diǎn)，我的團(tuán)隊(duì)也在宜賓等幾個(gè)城市做換電。總的來(lái)看，目前高出勤率、重型載荷、短途運(yùn)輸?shù)目ㄜ?chē)搞換電是最火的，比如礦區(qū)、建筑工地、鋼鐵廠、港口等等，這是首先要進(jìn)行的，將來(lái)逐步擴(kuò)展到城市和高速公路。
我們認(rèn)為，快速充電和快速換電相結(jié)合，卡車(chē)快換轎車(chē)快充，換電備用電池給轎車(chē)快充，將是一個(gè)優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)資源共享的解決方案。而且這種快充快換站的使用與原先燃油車(chē)加油的習(xí)慣和頻率、及位置很接近。大能源企業(yè)非常適合在加油站建設(shè)快充、快換耦合站。
同時(shí)，快換的電池實(shí)施租賃，能源企業(yè)開(kāi)電池銀行。對(duì)大能源企業(yè)來(lái)講，這也是轉(zhuǎn)型的一個(gè)非常好的方向。因?yàn)樵谌加蛙?chē)的補(bǔ)能模式下，能源就是柴油汽油，所以燃油車(chē)是一種能源消耗型的交通工具，而電動(dòng)車(chē)是一種材料循環(huán)型交通工具，對(duì)于材料循環(huán)最好的方式是擁有電池。石油公司擁有了電池就擁有了材料循環(huán)，也就擁有了材料，跟擁有石油是完全類(lèi)似的。長(zhǎng)期看，這是一種比較合理的商業(yè)模式，我相信會(huì)有極大的前景，而且大能源企業(yè)一定會(huì)介入�，F(xiàn)在的充電企業(yè)會(huì)面臨新的競(jìng)爭(zhēng)壓力。
02
慢充與車(chē)網(wǎng)互動(dòng)
據(jù)統(tǒng)計(jì)，目前家用電動(dòng)汽車(chē)充電量的75%是通過(guò)慢充獲得的。而慢充主要是在家里慢充。隨著電動(dòng)車(chē)數(shù)量快速增加，慢充會(huì)給電力負(fù)荷帶來(lái)很大壓力。
北京現(xiàn)在已經(jīng)快40萬(wàn)輛電動(dòng)汽車(chē)了，而且使用頻率大大高于燃油車(chē)�，F(xiàn)在每天上下班車(chē)流里至少有20%的電動(dòng)汽車(chē)了，很快就會(huì)到30%、40%。大家下班回家都充電，電力系統(tǒng)受不了�，F(xiàn)在深圳等地已經(jīng)出現(xiàn)這個(gè)問(wèn)題了。所以，無(wú)序充電的時(shí)代即將結(jié)束，之后就會(huì)進(jìn)入有序充電階段。會(huì)有后臺(tái)來(lái)管理充電，通過(guò)電價(jià)機(jī)制把充電調(diào)整到電力負(fù)荷低谷區(qū)間�，F(xiàn)在深圳已經(jīng)開(kāi)始做示范了。
管理充電的信息網(wǎng)會(huì)智能調(diào)度電網(wǎng)的充電能量，能源互聯(lián)網(wǎng)的雛形就出現(xiàn)了，這是一件非常非常大的事情。有序充電還是單向的能量流動(dòng)，控制一下什么時(shí)候充。再進(jìn)一步發(fā)展就是雙向的，電動(dòng)汽車(chē)電池會(huì)既充電又放電。比如，電動(dòng)汽車(chē)與建筑或者房屋連接構(gòu)成一個(gè)能源系統(tǒng)，也就是電動(dòng)車(chē)作為一個(gè)儲(chǔ)能裝置，可以給建筑供電。地下車(chē)庫(kù)都停著我們的電動(dòng)私家車(chē)，將來(lái)晚上的電價(jià)跟白天電價(jià)差別會(huì)比較大，比如階梯電價(jià)差1塊錢(qián)，就會(huì)有收益。隨著向可再生能源轉(zhuǎn)型，風(fēng)電光伏發(fā)電波動(dòng)大，電多的時(shí)候先儲(chǔ)儲(chǔ)存一部分，沒(méi)電的時(shí)候再放出，這樣一來(lái)儲(chǔ)能的作用會(huì)很大，電價(jià)差也會(huì)越來(lái)越大，電動(dòng)汽車(chē)作為儲(chǔ)能裝置的價(jià)值就會(huì)發(fā)揮出來(lái)。
前面提到，2025年電池汽車(chē)車(chē)上的電池容量就超過(guò)20億千瓦時(shí)了，到2040年3億輛電動(dòng)車(chē)，一輛車(chē)平均65度電，就是差不多200億度電，等于我國(guó)今天全社會(huì)一天消費(fèi)的總電量。這一巨大儲(chǔ)能系統(tǒng)將產(chǎn)生巨大的碳減排潛力。我們初步計(jì)算碳減排潛力可以高達(dá)10~20億噸。這個(gè)數(shù)量十分驚人，還需要碳排放計(jì)算專(zhuān)家的確認(rèn)。
總之，電動(dòng)汽車(chē)儲(chǔ)能的潛力極大，會(huì)是一個(gè)巨大的藍(lán)海市場(chǎng)。現(xiàn)在，各級(jí)政府都在面向雙碳目標(biāo)大搞碳減排。其中最重要的途徑之一就是基于電動(dòng)汽車(chē)的智慧能源，包括光伏、電動(dòng)車(chē)電池、充放電裝置、家用電器連成網(wǎng)，一個(gè)小區(qū)、一個(gè)單位、一個(gè)社區(qū)可以形成一個(gè)個(gè)微電網(wǎng)。一個(gè)行政區(qū)有許多微電網(wǎng)聯(lián)起來(lái)變成區(qū)域電網(wǎng)，最后形成整個(gè)城市的智慧能源，成為綠色智慧城市的重要組成部分。
大家可能會(huì)疑問(wèn)，電動(dòng)汽車(chē)是分散的、移動(dòng)的、隨機(jī)使用的、充電裝置也不是到處都有的，這種理想的結(jié)果如何實(shí)現(xiàn)？首先，慢充設(shè)施要大普及。慢充今后的規(guī)劃是每輛車(chē)至少有一個(gè)充電樁，最好有兩個(gè)，就是工作單位和家里各一個(gè)。最終理想的狀態(tài)是車(chē)停下來(lái)就會(huì)接入電網(wǎng)，這樣才能形成儲(chǔ)能和電網(wǎng)互動(dòng)這種功能的實(shí)現(xiàn)。實(shí)現(xiàn)的手段很多，比如利用車(chē)載雙向充電機(jī)，車(chē)下只是需要一個(gè)智能插座就可以了，智能插座其實(shí)是解決結(jié)算問(wèn)題，就像我們騎共享單車(chē)，只要騎了就可以結(jié)算�，F(xiàn)在可以充電的地方其實(shí)還是很多的，220伏插座很多地方都有。但問(wèn)題是，不是你家的電，是不能隨便充的。但是如果有了智能插座，結(jié)算問(wèn)題解決了，這個(gè)問(wèn)題就迎刃而解了，這從技術(shù)角度看只要有標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，安全是有保障的。關(guān)鍵是如何實(shí)施。
新的推動(dòng)力量就是各級(jí)城市都要?jiǎng)?chuàng)建低碳城市，需要推廣電動(dòng)汽車(chē)，推廣光伏、推廣儲(chǔ)能，這個(gè)時(shí)候政府會(huì)大搞新基建。每個(gè)城市每年都有碳減排指標(biāo)，是必須完成的。如果碳指標(biāo)降不下來(lái)，新的投資就無(wú)法上馬。這就像以前各個(gè)城市競(jìng)爭(zhēng)GDP一樣，現(xiàn)在要比賽碳減排。全國(guó)各大能源企業(yè)也都在各個(gè)地方投資，整縣整市推進(jìn)可再生能源與智慧能源。以電動(dòng)汽車(chē)為核心的電池儲(chǔ)能和光、儲(chǔ)、充一體化的智慧能源系統(tǒng)很快就會(huì)在全國(guó)逐步展開(kāi)。
我估計(jì)這個(gè)進(jìn)度，在2025年之前主要是有序充電，2025年到2030年會(huì)發(fā)展出跟建筑和微網(wǎng)互動(dòng)，2030年之后會(huì)與配電網(wǎng)互動(dòng)。從系統(tǒng)分級(jí)看，底層是充放電的硬件設(shè)施，中層會(huì)是大量的電動(dòng)汽車(chē)儲(chǔ)能和微網(wǎng)聚合商，上層是政府介入的調(diào)度管理平臺(tái)。有區(qū)一級(jí)的、城市級(jí)的，省級(jí)的和國(guó)家級(jí)的國(guó)家電網(wǎng)總調(diào)度。相關(guān)的技術(shù)問(wèn)題并不是非常難，我的團(tuán)隊(duì)現(xiàn)在也開(kāi)始進(jìn)行這方面的工作，我們正在與合作伙伴一起選擇中等城市來(lái)做示范。以可再生能源為主體的電力系統(tǒng)的特征將會(huì)是分布式、市場(chǎng)化為主。
國(guó)家電力改革基本政策是兩頭放開(kāi)，管住中間，即只管電網(wǎng)，把用戶(hù)端和發(fā)電端放開(kāi)，建設(shè)全國(guó)統(tǒng)一的電力市場(chǎng)。我們電動(dòng)汽車(chē)充放電也會(huì)是一個(gè)市場(chǎng)。充電、放電就跟股票的買(mǎi)入和賣(mài)出一樣，相當(dāng)于建了一個(gè)電動(dòng)車(chē)的股市，電價(jià)低就充，電價(jià)高就賣(mài)。通過(guò)經(jīng)濟(jì)激勵(lì)手段實(shí)現(xiàn)對(duì)波動(dòng)性風(fēng)電與光伏等可再生能源的自動(dòng)調(diào)節(jié)與平衡。至于對(duì)我們個(gè)人而言只用手機(jī)APP就可以搞定，這是未來(lái)綠色智能城市的一個(gè)美好愿景。
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