編者按：2021年7月8日，以“碳中和與未來能源”為主題的“第三屆未來能源大會”在北京召開，本次大會由中國能源研究會與中國能源網聯(lián)合主辦。會上，中國科學院院士、清華大學車輛與運載學院教授歐陽明高發(fā)表了“新能源汽車與新能源革命”的主旨演講。

以下內容根據論壇演講實錄進行整理。

歐陽明高：非常榮幸再次來到未來能源大會，跟大家一塊兒交流。

有一個副標題是：儲能、氫能與智能，因為總是用新能源汽車、新能源革命，好像有點太泛了，三個問題。

一、碳中和與新能源革命

我們回顧一下歷史，每次能源革命都是先發(fā)明了新動力裝置和交通工具，然后帶動能源資源的開發(fā)利用，并引發(fā)工業(yè)革命。剛才聽了杜院士講座很受啟發(fā)，我們三次能源革命，三次能源革命跟三個文明是相對應的，第一次是柴火向煤炭，那個是農耕文明向工業(yè)文明。第二個是工業(yè)文明對應的。我們現(xiàn)在是向生態(tài)文明來進發(fā)。所以第三次工業(yè)革命向可再生能源革命的一個轉型。

在這中間，我們剛才說了，一般都是動力革命在引發(fā)能源革命，所以這次的動力革命是跟新能源汽車密切相關的，也就是動力革命交通工具，這次是電池、電動車，這個大家都知道了，我就不說了。主要是純電動和氫燃料電池兩種最具革命性的。新能源汽車已經發(fā)展二十年，從2014年習主席發(fā)出號召之后，已經進入快速發(fā)展階段，現(xiàn)在應該說已經不可逆轉了。

另外一個革命就是碳中和與新能源革命，剛才周院士也講了很多了，光伏風電會大幅增長，成本會大幅下降。2030、2060，現(xiàn)在風電光伏大家都有共識，是完全能夠推廣的，但是它有個瓶頸，就是儲能，這個就得靠電池氫能電動汽車來解決，所以在新能源革命這五大支柱體系中間，其實我們氫氣電池儲能和電動汽車用能儲能回饋能源，這都是非常重要的。

所以從儲能的角度，從新能源革命角度，我們儲能和新能源汽車共同的載體就是電和氫，石油那時候是柴油、汽油、煤油，現(xiàn)在就是電和氫。這就是一張儲能的周期和儲能的規(guī)模，我們把它劃分一下，其實主要的是：一個是電池范疇，一個是氫能范疇，氫及其他的載體。這兩個載體共同過程主流的動力類型和儲能方式，從實現(xiàn)零碳經濟，我們就需要在電氣化和氫能的規(guī)模應用，電氣化我就不再說了。再有一個革命，能源革命推動工業(yè)革命，第四次工業(yè)革命是以可再生能源為基礎的綠色化和以數(shù)字網絡為基礎的智能化，這兩化就構成了我們第四次工業(yè)革命。新能源汽車引領了幾大革命：第一個，電動車本身的革命。第二個，新能源本身的革命。第三個，智能化革命。所以現(xiàn)在車既是電動車輛，也是儲能裝置，也是智能終端，所以為什么所有手機廠商都進入汽車，因為它是最大的智能終端。這三大革命將會引發(fā)產業(yè)格局百年未有之大變局，100年前馬車到汽車的變革以及石油行業(yè)的大繁榮一樣，今后二三十年，交通裝備與能源化工相關產業(yè)將發(fā)生百年未有之大變局。

下面分別展開，首先是純電動與電池儲能。

這是中國純電動車動力電池技術創(chuàng)新歷程，這是電池的量，現(xiàn)在車上大概都已經裝了80度，60-100度之間，這是它的續(xù)航里程，現(xiàn)在普遍是500-600公里之間，正在向1000公里邁進，大概豪華車明后年就會出現(xiàn)1000多公里的電動車，成本也在大幅下降，現(xiàn)在普遍都降到每瓦是1塊錢人民幣以內，這跟十年前相比已經降了80%以上。在未來以鋰離子電池為代表的動力電池是短周期分布式小規(guī)模可再生能源儲存地最佳選擇，現(xiàn)在統(tǒng)計，2025年中國電池產量將會超過10億千瓦時，進入T瓦時代，現(xiàn)在大概有1億，今后五年會漲10倍。

所以，成本也還會繼續(xù)下降，我們估計像磷酸鐵鋰電池最終會降到0.3-0.4元，還會降低一半。所以下一步，我們對電池主要要在哪些技術，一個是安全，一個是便利，一個是智能，三方面下功夫。

首先看安全，高比能量鋰離子動力電池的問題，無論是車還是儲能，剛剛北京也有一個大型儲能電站出事了，這是電站車，各種各樣的，可能是各種各樣的原因導致電池觸發(fā)，形成所謂的熱失控，在整個電池系統(tǒng)儲能系統(tǒng)中蔓延，最后造成事故。這是我們在清華大學的電池安全實驗室，全球唯一的主要完全做電池安全的實驗室，我們在全球有很多合作伙伴，基本上主要的汽車廠和電子廠商跟我們都有合作。這是我們做的測試裝置，這個測試裝置可以對電池熱失控的全過程進行分析。比方說溫度什么時候上來的，什么時候電解液會噴出來，什么時候會燃燒等等。這是我們發(fā)現(xiàn)的高比能量動力電池熱失控反應時序和反應新機理，我不詳細介紹了，因為大家并不是做這一行的。

我們在此基礎上，研發(fā)了高比能量動力電池熱失控系統(tǒng)性抑制方法，所以我們現(xiàn)在可以完全保證它在單體電池設計層面是可以解決問題的。

另外，我們還要在使用過程中進行安全的監(jiān)控，所以我們對整車廠開發(fā)了電池云控預警平臺，基于運行數(shù)據，對故障進行高檢出低誤報。另外一個，一旦發(fā)生事故，我們還有一招，對整個電池包進行熱管理，這是做整個電池包地試驗，我們整個電池包試驗研究它熱蔓延的全過程，把它的機理搞清楚，在此基礎上，我們就可以設置出完全不著火，最多只是冒煙，但是絕對不著火的電池包，這個是完全可以做到的。另外一個問題，方便性，大家對充電還是感覺不方便，我們對家用乘用車未來如何充電，我們認為最佳的方式是在家慢充為主體，高速公路快速補電，在家慢充，或者跟車網互動，可以獲取收益，但是高速公路要快，超級補電。怎么實現(xiàn)超級補電和V2G，這是我們現(xiàn)在要做的工作。，

我們已經開發(fā)出無析鋰安全快充技術，前提是快速補電，不是充滿，只充5分鐘200公里，而且電量下降到50%以后，因為應急補電一定是你的電量很少了才需要應急，如果電量很高是不需要應急的，在這個過程中我們還要解決制冷和加熱的問題，為了實現(xiàn)這個，我們就必須開發(fā)智能電池，快充是容易出現(xiàn)安全事故的，怎么辦?我們把傳感器裝到電池里去，尤其是對負極的電位進行觀測，負極電位是影響快充安全的關鍵，所以我們開發(fā)新的負極電位傳感器，可以支持30公里的實車運行，在這個基礎上，我們可以標定快充的策略，讓它既快又安全。這就是我們在這方面做的工作，現(xiàn)在這個東西已經開發(fā)出來了，我們正在跟中石化等等大型企業(yè)進行合作。

另外一個問題，350千瓦快充，充起來還是有問題的，我們實現(xiàn)不從電網取電而實現(xiàn)超級快充，這里有一個視頻。我們現(xiàn)在轎車是快充，但卡車沒辦法快充，卡車現(xiàn)在都是快換，5分鐘把它換掉，卡車的電池很多，在換電站有很多富余的電池，快充和快換一體化形成互補。

慢充怎么進行V2G，這就是智能?，F(xiàn)在都是無序充電，導致電網負荷太大，受不了，正在進行的比方說廣州、上海，已經開始了，因為充電負荷已經超過總負荷的20%，電網受不了，回家插上不一定充，由后臺控制充電，當然，你可以通過App跟后臺達成協(xié)議。這個有序充電可能移到后半夜充，移到電網負荷低的時候充，我們還有下一步，車里面的電池跟建筑里面的空調實時互動，建筑可以用電池的電，最后就是到車和網的互動，剛開始可能和微網互動，最后和大網互動。這就是我們車網互動可以實現(xiàn)的，比如削峰填谷，電網調頻，虛擬慣量，我們都可以通過控制電池的儲能系統(tǒng)來實現(xiàn)，現(xiàn)在已經有很多示范項目，我們在清華也在和國網合作進行這種示范。

這就是我們車和空調、光伏進行互動，最近董明珠剛剛宣布她們要搞空調發(fā)電，實際不是空調發(fā)電，是系統(tǒng)，空調是不可能發(fā)電的，發(fā)電的還是光伏，儲能是車上的電池，空調肯定是用能裝置，它是負荷時間進行互動，是這么一個系統(tǒng)，她認為是發(fā)電系統(tǒng)，這個是完全可以實現(xiàn)的。

我們可以預測一下新能源汽車的市場潛力，目前，中國前五個月，總銷量已經突破汽車總銷量的10%，新能源汽車已經占10%，保有量超過600萬，下面還會持續(xù)增長，今年估計產量會超過200萬，我們估計明年會400萬，后年600萬，現(xiàn)在就是到了快速增長的時候了。我們2030年預計會到8000萬，2035年1.6億，2040年3億。如果我們到2040年3億輛電動車，我們的儲能潛力是多大呢?如果一輛車65度電，車載儲能的容量就是大約200億度電，這是什么概念?就是跟我們現(xiàn)在每天中國用電的總電量相當，就是這么大一個數(shù)。

所以，我們新能源電動汽車是規(guī)模最大，成本最低，安全性最好的分布式短周期儲能系統(tǒng)，而且客戶買了車之后可以掙錢，因為充電可以低價充，賣電可以高價賣，尤其當風電光伏占我們電力主體后，電價差價也會拉得很高，完全可以買到電動車之后，以電動車作為一個賺錢的工具，這是未來完全可以實現(xiàn)的，隨著我們風電光伏比例增大。所以，用這個我們就可以大幅平衡我們電網的波動，而且這是分布式的，安全性很好，不像大的儲能電站，因為電池越多安全性越差。另外，成本越低，我們不是專門建儲能電站，電動車一車兩用。

三、氫燃料電池車與氫能

這個問題相對來說比剛才的問題復雜一點，我講慢一點。

氫能在新能源革命中占有戰(zhàn)略地位，氫能的戰(zhàn)略意義在于可再生能源轉型中的大規(guī)模能量儲存與多元化利用需求。氫能的載體是電和氫，以及氫的載體，比如甲醇、氨，這都是氫的載體，因為氫不好運輸，它可能要變成其他的。

第二個，氫能是眾多傳統(tǒng)產業(yè)轉型升級的理性選擇，它的技術延續(xù)性好，它并不像剛才的電池完全顛覆，電廠也是新出的產業(yè)，光伏也是新出的產業(yè)，跟傳統(tǒng)產業(yè)沒什么關系，但氫能不是。另外，氫能的產業(yè)鏈長、產值高，吸收的就業(yè)人口多，應用覆蓋面廣，所以我們有氫能社會之稱，產業(yè)鏈非常長。電池、光伏就業(yè)產業(yè)鏈短，就沒那么多就業(yè)。氫能儲能是新能源電力系統(tǒng)的核心技術，首先氫能交通會是我們的氫能利用的先導領域，并不是說最終交通是它的最大領域，不是，它只是先導領域，來帶動氫能的全面發(fā)展。氫能是集中式可再生能源大規(guī)模長周期儲存地最佳途徑，首先，能源利用充分性，大容量長周期儲能模式，我們現(xiàn)在短周期好辦，有電池，但是長周期大規(guī)模，這是一個很大的問題，只有跨季節(jié)的水電、風電可以儲存。另外，規(guī)模儲能經濟性，將來可再生能源全鏈條周期中儲能成本是最高的，現(xiàn)在已經是這樣，所以當儲能是最大的成本環(huán)節(jié)的時候，儲能的經濟性就變得非常重要，尤其當可再生能源風電光伏在不斷降低它的成本，但是儲能相對來講降低不如風電光伏那么快，這個時候儲能的成本是很關鍵的一個因素，它比儲電要低至少一個數(shù)量級，尤其是固定儲能。另外，它和電池是互補的，尤其大容量長周期靈活能源可能還需要用氫能。同時，制運儲方式靈活，可以用各種各樣的方式。我們在張家口已經有一個風電發(fā)電廠，制氫廠，現(xiàn)在0.15元的風電完全可以讓它的經濟性凸顯，我們現(xiàn)在在張家口有350輛燃料電池大客車。

這就是氫燃料電池系統(tǒng)，氫燃料電池發(fā)動機，從外圍來看，和內燃機很像，從核心來看，跟我們的電池很像，這里不詳細介紹了。它的正向過程是氫和氧結合生成水，發(fā)出電，產生熱。這是中國燃料電池汽車研發(fā)與產業(yè)化進展，目前我們已經接近1萬輛，100多個加氫站投入運營，還有近100個在建。從2015到2020年，我們的技術有大幅度跨越，所以中國燃料電池、車用燃料電池已經在產業(yè)化，大部分技術已經克服。我介紹幾種產品，比如現(xiàn)在張家口運行的12米大公里耗氫5公斤，相當于16.5升柴油，比柴油車節(jié)能30%多，ramge700km，這是我們清華系列的企業(yè)易華通的產品。在零下30℃啟動，尤其適合北方城市，因為北方城市冬季取暖耗能太大，低溫取暖純電動受不了，所以非常適合北方城市，但南方城市可能純電動更有優(yōu)勢。另外一個，冷藏車會特別有優(yōu)勢，冷藏車一直要有低溫的東西，所以耗能也是非常厲害的，現(xiàn)在北京有1萬多輛這樣的車。第三個是長途重型卡車，這是我們做1000公里液氫燃料電池重卡，這個已經形成產品了。最近我們正在做得是北京冬奧會的氫能示范，張家口和北京將運行2000輛燃料電池汽車，在冬奧會主場區(qū)都將是氫能燃料電池汽車，不會有其他的車。燃料電池在未來十年，系統(tǒng)成本將下降80%以上，與過去十年鋰離子電池下降過程是相似的，這點大家是不用懷疑的。

但是我們也有一個問題，車載儲氫是個問題，無論是技術還是成本，都不太理想，比如我們現(xiàn)在主流的高壓氣頻，儲氫的密度和成本都還不夠理想，儲氫密度大概100公斤5公斤氫，成本偏高，它的下降會比燃料電池發(fā)動機下降的幅度要小要慢，所以重載商用車車載的儲氫密度和成本目前是不理想的，是我們當前的一個技術挑戰(zhàn)，需要解決的。未來到2035年，這是中國氫能與燃料電池汽車的技術路線圖，我們預計會達到100萬輛，主要是商用車，轎車不會是燃料電池，這一點已經非常明確，全世界都認定轎車會是純電動，現(xiàn)在證明燃料電池轎車沒法競爭過純電動轎車。當前我們看氫能產業(yè)鏈發(fā)展存在的問題，清潔能源制氫，氫的能源化利用還只是處于起步階段，比如綠氫，全球還不到1%。

所以我們首先要發(fā)展綠氫制氫產業(yè)，這個就要靠電解水制氫，其實電解水制氫就是剛才燃料電池的綠過程，你有電有水就會產生氫氣和氧氣，綠氫需求量巨大，所以電解水制氫將是又一個最值得重視的發(fā)展領域，如果沒有電解水就沒有綠氫，在可見的未來，電解水制氫還是一個主流的形勢，其他的，在二三十年內，不太可能，甚至我們認為電解水制氫產業(yè)可能會比燃料電池產業(yè)更大。所以我們現(xiàn)在也面向近中遠期在開展三種電解水制氫技術的研發(fā)，我們認為氫燃料電池先導到了進入帶動整個氫能產業(yè)鏈全面發(fā)展的時候了。從三種電解技術比較來看，固體氧化物是最好的，質子膜和堿性是差不多的，這都是低熱值的效率，現(xiàn)在國內他們說更高的一般說的是高熱值效率，比如達到80%，那是按照高熱值算的。另外一個是投資成本和規(guī)模，目前看，我們近期可以大規(guī)模的還是堿性電解槽，而且中國具有產業(yè)鏈優(yōu)勢，可以為全球提供低成本的系統(tǒng)，現(xiàn)在我們正在和殼牌合作，研究堿性電解槽系統(tǒng)，然后出口到歐洲。

從未來來看，綠氫生產的經濟前景，從國際可再生能源制氫成本預測可以看到，現(xiàn)在低成本的光伏風電已經可以跟化石能源制氫基本相當，但平均來看，還需要相當長的時間進入。所以我們現(xiàn)在需要用內蒙古、新疆這些地區(qū)的低成本光伏和風電來制氫是有經濟性的，比如我們在張家口已經驗證這一點。

關于儲運技術，剛才周院士也講了。我們第一個中國特色的是特高壓輸電線路，1000公里以上靠什么?先輸電再制氫，比如從新疆過來，先輸?shù)奖本└浇?，制氫，再輸送到北京，因為新疆沒有水，從這個可以看出，它的成本是比較低的。另外一個就是液氨，液氨是最近全球，包括日本，包括國際能源署，重點推薦的一種氫的載體，因為液氨很容易分解出氫，而且分解的能耗很低，另外，液氨的質量儲氫密度和體積儲氫密度都是最高的，體積儲氫密度一個立方米120公斤氫，我們就是把氫液化，一個立方米也只能儲50公斤氫，也就是說，我們用液氨從體積上來看，比液氫還要高一倍的氫含量，我們從質量儲氫密度來看，70兆帕的儲氫5%，100公斤只能儲5公斤氫，而它100公斤可以儲17.8公斤氫。同時，我們化肥都是用氨做的，所以在中國產業(yè)基礎非常好，技術非常成熟，運輸跟LPG是一樣的，它的物理特性底下可以看出這三種的比較，液化氫等等，我們也可以和甲醇比較，總體看，液氨能效最高，使用經驗成熟，基礎設施最完善，綜合成本最低。這也是IEA發(fā)布的報告中間給出來的例子。

氫能載體液化氨可以進行全產業(yè)鏈和技術鏈的應用，工業(yè)催化合成氨，這個大概是幾十年前德國人發(fā)明的，現(xiàn)在已經非常成熟，工業(yè)催化合成氨的效率是比較高的，比如天然氣制氨，天然氣到氫的能耗占了80%，只有20%用于合成氨，如果氨再分解出氫氣，只需要13%的合成氨，效率是比較高的。另外，氨可以直接發(fā)電，也可以跟煤電廠的燃燒鍋爐進行混燒，現(xiàn)在日本在推廣20%和30%的混燒，他們認為這是成本最低的一種做法，另外，氨的合成是從大氣中取氮，不是取二氧化碳，二氧化碳濃度太低，氨的濃度很高，相對來說比較簡單。而從長期看，我們除了現(xiàn)在的工業(yè)催化，下一步還有電催化合成氨，現(xiàn)在也是一個新的，而甲醇合成，原先有工藝，但是沒有新的電化學合成工藝。

這是關于氨的問題，我就講這么多。

面向碳中和角度來看，氫能載體發(fā)展前景是非常廣闊的，這是總的氫和氫載體，這是IEA今年5月份發(fā)布的報告，氨或者合成燃料，所以到2050年將會有5億噸氫和氫的合成燃料。所以在用于我們各個方面，不光是汽車了，工業(yè)、船舶、遠洋、道路、建筑、發(fā)電、儲能等等。

最后結束語。面向2030、2060年的低碳發(fā)展目標和能源革命重大戰(zhàn)略，新能源汽車與新能源革命將突飛猛進，產業(yè)格局將發(fā)展百年未有之大變局。新能源汽車與新能源革命的共性核心是儲能、氫能與智能，新能源汽車的規(guī)模推廣將有力破解新能源革命的瓶頸。鋰離子電池實現(xiàn)了相持領域的重大突破，其科技創(chuàng)新、產品性能、應用領域和產業(yè)規(guī)模正處于爆發(fā)性增長期?，F(xiàn)在中國有多少人在研究電池呢?我估計的規(guī)模是百萬之重，氫能是實現(xiàn)全球碳中和的戰(zhàn)略性能源載體。但是綠色氫能技術經濟性還不能完全滿足市場需求，氫能燃料電池交通將是氫能應用的先導，催生氫能產業(yè)的起飛，讓我們共同努力，人類的共同發(fā)展。