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爱情有点蓝演员表:面向2035年,展望中国新能源汽车技术路线

来源:商都汽车网   日期:2019-09-11

新能源汽车发展十年来,恰逢锂离子电池能量密度从100Wh/kg提升到300Wh/kg,价格从5元/瓦时降低到现在最低0.8元/瓦时,实现了蓄电池领域百年来革命性突破。

纯电动市场 2025年或迎来转折

我认为,锂离子电池有望成为车用电池主流技术。从轿车角度来看,体积能量密度比重量能量密度更加重要,锂离子电池在体积能量密度具有优势,其他高比能量电池在这方面还无法和锂离子电池竞争。

当然,随着比能量的提高,安全事故成为当前新能源汽车发展的致命隐患。安全事故的本质是电池热失控,有机械原因、电的原因、热的原因等等,单体电池出现热失控还不是致命的,關键是会引发整个电池系统热失控蔓延,从而发生事故。

清华大学电池安全实验室经过近十年研究,发现高比能量动力电池三种主要热失控机理:第一种是负极析活性锂;第二种是隔膜破坏导致内短路引发热失控;第三种是高比能量电池正极释活性氧,析氧温度随着比能量提升在下降。

第一种机理和第二种机理防控主要是预防诱因,内短路要通过电池管理手段提前预防,电池管理系统要升级为新一代以安全为核心的电池管理。第三个机理是高镍三元正极材料出现之后,释氧温度下降的问题。核心解决方案是要从单体电池设计着手。

总之,锂离子动力电池热失控的主动防控是可以解决电池安全问题的。电池热失控既是影响电动汽车可持续发展的生命线,也是市场竞争和品牌塑造的主旋律。

根据《节能与新能源汽车技术路线》预测,我国2030年新能源汽车市场占有率目标是45-50%,中国已走在全球的前列。

目前一个革命性变化是高功率密度、极小体积电机驱动系统给整车设计带来革命性机遇。

据此,我对中国纯电动汽车市场化路线图大体预测是:2025年新能源汽车会出现性价比的转折点,迎来产业大发展的新局面。

氢燃料电池商用车 三大瓶颈阻碍氢能产业发展

关于氢能燃料电池汽车,我认为,凡是纯电动汽车能干的事,就不要用燃料电池汽车,因为性加比很难竞争。氢燃料电池更适合取代柴油机,锂离子电池动力系统更适合取代汽油机。

我国是燃料电池商用车较为领先的国家,实际运行的燃料电池商用车约2000辆。近几年燃料电池进展非常快,膜电极、电堆、发动机全产业链已经打通,全球资源正向中国汇集。

面向2035年,氢能燃料电池汽车首先需要解决氢气供应问题。因为商用车和乘用车所要求的氢用量差别很大,一辆乘用车每年需要补给150公斤氢气,但是一辆7.5吨的商用车需要补给2吨氢气,一辆12米的大客车每年需要补给4吨氢气,一辆49吨的大卡车每年需要补给10吨氢。

其次,加氢站占地面积大。商用车本来体积就大,加氢时还有安全距离,单站服务车数仅为乘用车的1/3。比如我国一个加油站可以满足1650辆乘用车,但是商用车只能满足300多辆车,二者差别很大。

再次,氢燃料电池商用车商业化的瓶颈是运氢、车载储氢和氢能加注。因为商用车对燃料成本非常敏感,耗氢量大,这就意味着车载氢瓶多,车载氢瓶在动力系统中体积最大,同时车辆安全也更为敏感。

目前国内氢气的运输方式以长管拖车运氢为主,一辆30吨的大卡车储装300-350公斤氢气,从经济角度来说,这无法支撑氢能大规模发展。

现在全球氢液化工厂的总能力为15-20万吨,2035年可能需要200-300万吨。液态管道运储氢气虽然有优势,但是关键部件依赖进口,工程建设周期较长,总体储运能力不够。

再就是车载储氢瓶,35MPa氢气可以支撑城市公交行驶250公里左右,可以支撑中级物流车行驶300公里左右;70MPa氢气可以支撑城际客车400公里左右,可以支撑重型物流车500公里左右。车载液氢和深冷气氢技术还要继续探索之后,才能判断是不是具有大规模应用的可行性。

另外,加氢站也是发展的瓶颈之一。目前全球共有360座加氢站,绝大多数是小型站,单站最高每天加注约1.25吨。其中,中国16座,每天总加氢能力8吨,每个站约500公斤。

现在张家口加氢站是全球加注能力最大的加氢站,每天加注约1.5吨,为张家口市50辆公交客车提供加氢服务。

综合考虑各种因素,如果单站服务车辆全是中重型商用车,那么加氢站的车数上限约是100-200辆。进一步提高动力系统效率,降低车的氢耗成为眼下当务之急。

我预测到2020年,我国氢燃料电池汽车累计推广5000辆;到2025年,车辆规模约达到5-10万辆。现在关键问题是如何突破瓶颈,从5-10万辆上升到100万辆,最终把各城市连接起来形成全国效应。

减碳加氢 构建能源交通一体化体系

《巴黎协定》确立了将全球平均气温较工业化前水平升高幅度控制在远低于2℃的目标,并为1.5℃温控目标度而努力。为此,我国相关规划明确提出煤炭排放2020年达峰,石油排放2025年达峰,到2030年左右碳排放总量达峰。

我们要靠电动汽车和可再生能源结合来解决问题,尤其是推广普及电动汽车与分布式可再生能源结合,构成未来能源交通一体化系统。

以电动汽车大规模应用的能源消费革命,推动以太阳能电池为代表的能源生产革命。除了动力电动化,整车智能化和能源低碳化也应该协同互动。能源也有网联化和共享化,电动汽车可以构成移动能源互联网。

最后总结一下,展望2035年,新能源汽车将从目前的电动汽车初级阶段,经历新能源和智能化双向并行发展,进入新能源智能化电动汽车新时代。

(本文是中国科学院院士、清华大学教授欧阳明高确认稿件,文章内容有所删减。)

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