歐陽明高萬字長文詳解新能源汽車未來圖景
發布日期:2021-12-13 瀏覽次數:837
編者按汽車工業正在經歷百年未有之大變局,同時迎來巨大的時代機遇。當前,中國品牌八仙過海,新造車勢力來勢兇猛,充滿活力。合資品牌則蓄勢待發,即將全面發力。汽車電動化已突破臨界點,進入陡峭增長期。預計2021年國內新能源汽車銷量約330萬輛;2022年約500萬輛,市場滲透率超過20%;2025年約700萬~1000萬輛;2030年約為1700萬~2000萬輛。今后5年是新能源汽車發展的窗口期,市場高速增長,競爭持續激烈。但在爆發增長的同時,新能源汽車市場也遭遇到一系列挑戰,包括電池技術、產業以及材料資源的可持續發展問題;快充快換與車網互動以及綠色智慧能源問題;氫能與燃料電池汽車的發展問題等。未來5-10年,會有一次行業大洗牌,究竟鹿死誰手,尚無法預測。2021年12月2日,在中國電動汽車百人會年度媒體溝通會上,中國科學院院士、中國電動汽車百人會副理事長歐陽明高作了“2021年新能源汽車技術與市場亮點及中長期趨勢”主題發言,從汽車整車技術、電池可持續發展、充換電和電動汽車智慧能源、氫能與燃料電池等四方面著手,就業界普遍關注的行業熱點、焦點問題,展開詳細分析與探討。以下為其發言摘要,幫寧工作室略作編輯。
01 關于新能源汽車整車技術
▍新能源汽車市場進入陡峭增長期 預計明年銷量500萬輛
首先,2021年新能源汽車銷量和滲透率逐月快速提升,新能源汽車市場化進入爆發式增長新階段。中國汽車工業協會數據顯示,今年1-10月,新能源汽車銷量已超過250萬輛。 11月,一路高歌的新能源品牌又上一層階梯,大體平均增長10%~100%,也有一些大型企業受制于產能影響,但都在增長。我估計11月累計銷量可能接近300萬輛,今年總體銷量約330萬輛。 市場爆發原因主要是技術進步、產品豐富、政策給力。 技術方面,電池技術持續改進,成本逐步下降,電池系統結構設計持續創新。比如刀片電池、C2P等大規模應用,磷酸鐵鋰電池大規模裝備轎車。電動汽車智能輔助駕駛技術引入,吸引大量用戶。
產品方面,電動車經過多年推廣,品牌形象穩步提升,尤其是新能源汽車車型豐富,全面覆蓋各個乘用車級別。與此同時,細分市場和產品結構形成“兩頭擠”現象。微型車已基本被電動車占領,豪華車基本由電動車主導。 政策方面,補貼延續、雙積分漲價、國家雙碳戰略推出,形成對廠家和年輕用戶預期引導。同時,補貼對消費的作用正逐步消退,私人市場消費的購車比例已接近75%。 總之,今年市場爆發雖然超出預期,但符合邏輯。 今年1-10月,全球廣義新能源乘用車銷量達702萬輛。中國新能源乘用車在世界份額中占比51%。根據S型增長曲線經驗判斷,全球汽車電動化已突破臨界點,進入陡峭增長期。 預計2022年,中國新能源汽車銷量或達500萬輛,市場占有率將超過20%。這還是在受制于電池、芯片和產能情況下作出的保守預判,如果完全看需求,則會更高。
▍電動化整車平臺 給汽車設計制造帶來一場革命
當前,兩方面技術備受市場關注,即電動車1000公里續航和滑板底盤技術。 就1000公里續航而言,只要市場有需求,技術上完全可以做到。這方面豪華電動車可能是趨勢,畢竟1000公里續航成本較高,而豪華SUV有裝電池空間,客戶愿意埋單,主要是市場驅動的產品開發。 1000公里續航對技術要求相應會提高。例如,一般采用800V高壓電氣構架、高比能量高鎳三元鋰離子電池,部分廠家還可能嘗試固液混合的高鎳三元鋰離子電池,安全技術要求會更高。 就智能滑板底盤而言,近期美股上市的Rivian,因為推出智能滑板底盤備受追捧。滑板底盤技術概念很早就有,如通用汽車2002年推出燃料電池滑板概念車。特斯拉是平板底盤,但是半承載式車身。
由于電池系統通常是扁平化結構,所以,凡是純電動車專用平臺,都跟傳統燃油車平臺差別較大,均帶有扁平化滑板基本概念。
電動化整車平臺可分為三種。第一種是,借鑒燃油車平臺概念,沒有完整底盤,采用承載式車身。第二種是,特斯拉Model S,有扁平式底盤,但采用半承載式車身。第三種是,Rivian完全滑板底盤,可以承受碰撞,采用非承載式車身,可以做得很輕,采用輕量化材料。 滑板底盤是技術多年演變的結果,代表技術發展趨勢。尤其是,電池系統做得越來越扁平,電機比功率越來越高,電機/逆變器/驅動軸三合一用得越來越多,可以實現真正的滑板式底盤平臺。
再配合智能化主動避撞,將來碰撞越來越少,車身可以做得越來越輕,甚至用塑料或者布都可以。車型開發周期非常短,花樣無限多,個性化非常強。這會給汽車設計制造帶來一場革命。
▍迎合碳減排 2030年全球電動汽車銷量3000萬輛
關于未來新能源汽車增長預測與碳減排,我們對國內外各種預測作了梳理。國際能源署IEA今年5月發布全球碳中和路線圖認為,從2020年到2030年,全球電動轎車將增長18倍,2030年年銷量達到5500萬輛。這是按照低碳發展目標給出的比較激進的預測。 國外相對保守的預測認為,2030年全球電動汽車銷量為3000萬輛。我們團隊通過計算分析綜合判斷,2025年我國新能源汽車銷量會在700萬~900萬輛之間;到2030年,大致為1700萬~1900萬輛。從保有量看,2025年會超過3000萬輛,2030年接近1億輛,2035年接近2億輛,2040年接近3億輛。 向新能源汽車轉型,會對汽車行業節能減排產生重要影響。乘用車碳排放方面,2021年,單位里程二氧化碳排放量大約為,電動汽車70g/km、燃油車176g/km。預計到2035年,純電動車單位里程碳排放下降到每公里20克,相比2021年降低70%以上,主要是因為能源結構變化,即綠電比例上升導致。 國內乘用車,包括燃油車和電動車,預計在2023年達到碳排放峰值,約為6億噸。相比燃油車,純電動車碳減排降低幅度會呈快速增長趨勢,因為隨著綠電比例加大,電動車排放會大幅降低。
▍產業格局大演變 未來5-10年企業將大洗牌
目前,國內新能源汽車的主要玩家仍然是中國品牌。合資企業會在2022年和2023年集體發力,2023年中外品牌新能源汽車競爭進入激烈期。 從核心技術層面看,中國品牌競爭實力明顯。
首先是電池技術。電池占電動汽車技術含量的60%,目前這一代電池技術,中國占主導地位。日本等國家在大力發展下一代全固態電池,這方面中國品牌還有差距。但全固態電池技術要產業化,并對市場格局產生重要影響,估計要10年左右。 此外,我國電池領域研發隊伍規模全球遙遙領先,青年人才輩出,只要不斷努力,最終能取得領先地位。在電驅動和電力電子方面,中國跟國外比,總體不相上下。尤其是以比亞迪為代表的全技術鏈貫通的企業,技術實力全球靠前。 從供應鏈層面看,我國動力電池產業鏈完整,全球70%電池產能在中國,產品供應全球。雖然美國和歐洲正在全力以赴打造電池產業鏈,甚至中國電池進入美國市場可能受到一定障礙,但總體而言,中國動力電池的產業競爭力在相當時間內難以撼動。 近期芯片供應成為卡脖子問題。其實,汽車芯片只占全部芯片約10%,目前主要問題是周期性供需失衡。而且,汽車對芯片集成度要求低于手機等電子產品,從中期看,我國自主技術不難解決新能源汽車芯片問題。
從整車品牌層面看,電動汽車爆發后,對老品牌是一種挑戰,對新品牌是一個機遇。老品牌要把電動車做得跟燃油車一樣,外形不敢改,怕品牌形象不一致。如果改了,跟新品牌在同一個起跑線,因此很糾結。 從品牌角度,雖然品牌認知方面,國外老品牌略好,但總體看,由于新造車勢力近幾年蓬勃發展,在品牌形象方面創出一片新天地。自主品牌升級超出預期。
新一輪電動化和智能化浪潮下,我對中國品牌在未來汽車產業競爭中占據優勢地位充滿信心。有一個預測是,2030年中國市場的中國品牌會占60%,我同意這個預測。 從企業層面看,新能源汽車興起引發汽車產業一場技術革命。自主品牌企業八仙過海,涌現出像比亞迪這樣的全球標桿企業。新造車勢力來勢兇猛,充滿活力。合資企業蓄勢待發,即將全面發力。
今后5年是一個窗口期,市場高速增長,競爭持續激烈。未來5-10年,會有一次企業大洗牌,肯定會淘汰一批,究竟鹿死誰手,現在無法預測。 總之,汽車工業正在經歷百年未有之大變局,我們迎來了巨大的時代機遇。但新能源汽車市場在爆發增長的同時,也遇到一系列挑戰,包括電池技術、產業以及材料資源可持續發展問題,快充快換與車網互動以及綠色智慧能源問題,氫能與燃料電池汽車發展問題等。
02 關于動力電池可持續發展
隨著電動汽車爆發式增長,動力電池可持續發展頗受關注。比如動力電池全生命周期的碳排放與材料回收,未來電池材料體系的中長期發展路線圖,動力電池全鏈條的智能化與智能電池技術等。
▍動力電池產業快速擴產 預計2023年達10億千瓦時
我國動力電池裝機量隨電動汽車快速增長而增加。2021年1-9月共裝車0.92億千瓦時電池,全年約1.5億千瓦時。2025年約6億千瓦時,2030年約15億~20億千瓦時。
國外機構基于2030年全球5500萬輛電動汽車年銷量的激進預測,給出全球2030年汽車動力電池年裝車量為50億千瓦時,而保守預測結果是30億千瓦時。 基于電動汽車保有量預測中國車載電池總保有量,預計2025年超過20億千瓦時,2030年超過70億千瓦時,2035年超過150億千瓦時。 電動汽車市場火爆,刺激著上游電池產業快速擴產。中國動力電池規劃產能2023年達10億千瓦時,2025年接近25億千瓦時。當然,規劃產能會大于動力電池年產量,年產量中除新能源汽車電池外,還有儲能電池等一系列其他用途電池,2025年電池總出貨量約為10億千瓦時。
▍鋰電產業進入提速期 向西部轉移成趨勢
電池產量的快速膨脹會刺激上游材料周期性漲價,引起公眾對材料資源短缺的擔心。從潛力看,全球鋰資源經濟可采儲量為2100萬噸,如果按三元811電池材料體系算,可以生產電池2000億千瓦時。按平均一輛車100千瓦時算,可以制造20億輛電動汽車。 當然不能全部用于汽車電池,其他地方也有需求。但這是經濟可采儲量,鋰總勘探儲量是8600萬噸,而且總勘探儲量還在不斷增加。鈷資源就沒這么樂觀,經濟可開采儲量也就710萬噸。照此計算,只能做950億千瓦時。至于錳沒問題,非常富余。 問題在于資源分布不均勻。例如,鋰礦四分之三在澳大利亞、智利、阿根廷。鈷礦三分之二依賴于非洲的剛果金。鎳礦有一半依賴于印度尼西亞和俄羅斯。資源壓力下,我們不能掉以輕心。 資源做了電池就消耗掉了嗎?其實不是。與石油不同,這些材料可循環利用,中國已經開始進行電池資源回收,現在大家很關注電池材料循環。如果循環利用做得好,支撐可持續發展問題不會很大。
與此同時,材料循環要耗能、要排放,電池生產也會耗能和排放,可持續發展應是關注的重大問題,也就是電池全生命周期的碳排放問題。
以三元高鎳811鋰離子電池為例,每千瓦時全生命周期碳排放約87公斤。主要原因在于正極材料,包括前軀體和正極材料制備的碳排放占總排放一半。相比之下,磷酸鐵鋰電池全生命周期碳排放約降低三分之一。鈉離子電池碳排放更低。 怎么解決碳排放問題?
第一,電能清潔化。電池產業鏈要盡可能往西部轉移,四川、貴州、云南、青海是非常合適的地方。比如,四川電池產能約為5億千瓦時,宜賓一個地方就有1.6億千瓦時,是全球最大單個電池基地。往西部轉移,利用可再生能源和當地資源優勢,是一個根本途徑。
第二,電池回收利用再生制造。
第三,改進全產業鏈生產工藝,提升關鍵環節的能效。
▍多家鋰電產業鏈廠商 加碼布局電池回收業務
2025年,中國需要回收和梯次利用的電池總量將達1.25億千瓦時。國家非常重視電池回收利用,國務院、發改委、工信部頒發很多文件,社會各界也非常關注。現在,滿足新能源汽車廢舊動力蓄電池綜合利用行業規范條件的企業有14家,將來還會繼續擴大。 主要回收手段有三種——干法、濕法和物理回收。
干法是燒,能耗偏大,存在環保問題。濕法生產效率偏低,設備比較復雜,有一些腐蝕性溶劑。
當前最推崇的是物理回收、電池修復和材料再生的科技創新。英國政府有專門進行電池回收的科技專項,發明了一些新方法,如大功率超聲波回收方法等。電動汽車退役,電池要通過精確的剩余電量測試,進行分選,分門別類進行修復、梯次利用和材料回收再生。 從電池全生命周期減排潛力看,現有電力結構下,物理回收減排超過50%、濕法回收減排32%、火法回收減排3.5%。隨著綠電比例提升,2030年電力結構背景下,碳排放再降低12%;2050年電網深度脫碳背景下,碳排放再降低75%,100%綠電可以實現電池生產制造全生命周期近零排放。
▍鋰離子電池當前占主導地位 固態電池成電動車下階段競爭核心
難道一直用鋰電池嗎?會不會有別的電池取代鋰電池?這就是動力電池技術可持續發展問題。 首先,鋰離子電池還會用很久。當前,這一代鋰離子電池比能量上限大約是每公斤300瓦時,新型鋰離子電池可以達到每公斤350瓦時到400瓦時之間。
到2025年,會出現與現有液態電解質鋰離子電池比能量大體相當的第一代全固態電池。2030年后,會出現第二代采用新型正負極材料的全固態電池,比能量提升到每公斤500瓦時,還會有高比能量鋰-硫電池、金屬空氣電池。
納離子電池已經出現,但各方面性能還不能滿足高性能汽車使用要求。預計到2035年,鈉離子電池、鉀離子電池性能大幅提升,比能量達到每公斤300瓦時左右,與現在的高比能量鋰離子電池相當。 從電池產業可持續發展角度看,現有的鋰離子電池,包括固液混合的鋰離子電池,2030年前仍占絕對主導地位。
第一代全固態電池產業化,占市場比例接近1%的時間點,可能在2030年左右。2035年后,新一代固態電池,鉀、鎂、鈉、鋰-硫等各類電池會進入市場。2050年,液態鋰離子電池有可能減少到約20%。
這是參考國外資料加上我們的理解,作出的長周期粗略預測。
▍電池全鏈條智能化 保障動力電池可持續發展
還有一個問題是,現有材料怎么挖掘性能潛力。每一種電池材料比容量都有一個理論值,但實際做出來的電池產品很難達到這個理論值,因為現在的材料合成與電池設計主要采用“試錯法”。 通過智能化手段,可使設計進一步優化。比如材料基因組,基于人工智能的材料篩選和設計,可以利用仿真設計、再利用智能制、應用過程中的智能電池管理,最后到達使用壽命后智能回收,實現全過程智能化。
這是歐盟2030年電池計劃的核心思想。即通過智能設計,使電池實際性能與理論值之間差距減少一半;智能回收最終使回收原材料的利用率接近100%;全生命周期的碳足跡減少1/2。在科技潛力之下,可保障動力電池可持續發展。
03 關于充換電和電動汽車智慧能源
▍快速充電和快速換電兩手抓
大家對電動汽車不太滿意的是,充電不如加油快。今年十一長假,很多用戶抱怨電動車變成“電動爹”。其實,高功率型動力電池可以像加油一樣超快充電,但比能量低,無法滿足長續航要求。 現在長續航電動汽車越來越多,大部分裝載高比能量的能量型動力電池,并不太容易實現超快充電。比如350千瓦超快充電,充5分鐘接近30度電,需要解決很多問題——充電倍率太大,電池受不了;充電電流太大,車受不了;充電功率太大,電網受不了。 為此,電池本身要具備快充能力,即比較高的峰值充電倍率。車載電氣系統的電壓要提高,如增加到800伏,以便在超大功率充電時減小總充電電流。最好采用儲能電池放電,以達到350千瓦高功率,減輕電網負荷,這樣才便于超快充電。 動力電池本身最難發揮快充潛力。眾所周知,充電過程最容易發生安全事故,主要原因是,快充導致鋰枝晶造成內短路。為此,需要開發無析鋰的快充技術外,還要選擇超快充電區間和幅度。
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。充滿會遇到很多問題,像安全問題、壽命問題、發熱問題等,得不償失。
超快充電主要用于高速公路應急補電。比如車輛續航500~600公里,5分鐘充1/3電量就是200公里,比較科學合理。除解決這個核心問題外,還要考慮全氣候,比如冬天和夏天,冬天要加熱,夏天要散熱。 基于儲能電池放電的超級快充,其儲能電池從哪里來?有兩種辦法。一是,直接帶儲能的充電站,但成本偏高。
二是跟換電結合。換電本身就有很多電池備用,備用電池可以做儲能電池。商用車快速換電趨勢非常明顯。工信部已在全國進行換電試點,我們團隊也在宜賓等幾個城市做換電試驗。 總體來看,目前高出勤率、重型載荷、短途運輸的卡車換電最火,比如礦區、建筑工地、鋼鐵廠、港口等地區先行,將來逐步擴展到城市和高速公路。 快速充電和快速換電相結合。卡車快換、轎車快充,換電備用電池給轎車快充,將是一個優勢互補、資源共享的解決方案。而且,這種快充快換站的使用,與原先燃油車加油習慣和頻率及位置接近。大能源企業非常適合在加油站建設快充、快換耦合站。 同時,快換的電池實施租賃,能源企業開電池銀行。
對大能源企業而言,這是轉型方向。因為燃油車時代,能源就是柴油、汽油,燃油車是一種能源消耗型的交通工具。而電動車是一種材料循環型交通工具,對材料循環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,也就擁有了材料,跟擁有石油完全類似。 長期看,這是一種比較合理的商業模式,有極大前景。而且,大能源企業一定會介入,現在的充電企業到時會面臨新的競爭壓力。
▍慢充與車網擦出新火花 電動汽車儲能潛力極大
目前,家用電動汽車充電量的75%通過慢充獲得,慢充主要是在家里慢充。隨著電動車數量快速增加,慢充會給電力負荷帶來很大壓力。 北京約有40萬輛電動汽車,使用頻率大大高于燃油車。現在,每天上下班車流里,至少有20%為電動汽車,很快將達到30%~40%。大家都下班回家充電,電力系統將承壓,目前深圳等地已經出現此類問題。
所以,無序充電時代即將結束,之后會進入有序充電階段。會有后臺來管理充電,通過電價機制把充電調整到電力負荷低谷區間。 深圳已開始示范。管理充電的信息網會智能調度電網充電能量,能源互聯網雛形已現,這是一件大事情。有序充電還是單向能量流動,控制什么時候充。再進一步發展是雙向,電動汽車電池會既充電又放電。 比如,電動汽車與建筑或者房屋連接構成一個能源系統,電動車作為一個儲能裝置,可以給建筑供電。當晚上電價跟白天階梯電價差1塊錢時,就會有收益。
隨著向可再生能源轉型,風電、光伏發電波動大,電多時可先儲存一部分,沒電時再放出。如此一來,儲能將發揮大作用,電價差會逐步擴大,而電動汽車作為儲能裝置,其價值將得到發揮。 前面提到,到2025年,電池汽車的電池容量超過20億千瓦時,到2040年3億輛電動車時,按一輛車平均65度電算,大約為200億度電,相當于我國全社會一天消費的總電量。
這一巨大儲能系統將產生巨大碳減排潛力。初步計算,碳減排潛力可以高達10億~20億噸。這個數量十分驚人,當然還需要碳排放計算專家確認。 總之,電動汽車儲能潛力極大,會是一個巨大的藍海市場。現在,各級政府都在面向雙碳目標進行碳減排,最重要的途徑之一就是,基于電動汽車的智慧能源,包括光伏、電動車電池、充放電裝置、家用電器連成網。
一個小區、一個單位可以形成一個個微電網,一個行政區有許多微電網聯起來變成區域電網,最后形成整個城市的智慧能源,成為綠色智慧城市的重要組成部分。
▍低碳城市成新推手
電動汽車是分散的、移動的、隨機使用的,充電裝置也不是到處都有。理想的結果如何實現? 首先,慢充設施要大普及。慢充今后規劃是,每輛車至少有一兩個充電樁,工作單位和家庭各一個。最終理想狀態是,車停下就會接入電網,這樣才能實現儲能和電網互動。 實現手段很多。比如利用車載雙向充電機,車下只需要一個智能插座就可以。智能插座其實是解決結算問題,就像我們騎共享單車,只要騎了就可以結算。從技術角度看,只要有標準規范,安全將得到保障。 關鍵是如何實施。各級城市都要創建低碳城市,需要推廣電動汽車、光伏和儲能。每個城市每年必須完成碳減排指標,如果碳指標降不下來,新的投資就無法上馬。以前各個城市競爭GDP,現在要比賽碳減排。以電動汽車為核心的電池儲能和光、儲、充一體化的智慧能源系統,很快就會在全國逐步展開。
在進度上,估計2025年之前是有序充電,2025年到2030年會發展出跟建筑和微網互動,2030年之后會與配電網互動。
從系統分級看,底層是充放電的硬件設施。中層是大量電動汽車儲能和微網聚合商。上層是政府介入的調度管理平臺,有區一級的、城市級的、省級的和國家級的國家電網總調度。 以可再生能源為主體的電力系統的特征將是分布式、市場化為主。國家電力改革基本政策是兩頭放開,管住中間,即只管電網,把用戶端和發電端放開,建設全國統一的電力市場。
電動汽車充放電也會是一個市場。充電、放電就跟股票的買入和賣出一樣,相當于建一個電動車的股市,電價低就充,電價高就賣。 通過經濟激勵手段,實現對波動性風電與光伏等可再生能源的自動調節與平衡。對個人而言,用手機APP就可以搞定,這是未來綠色智能城市的一個美好愿景。
04 關于氫能與燃料電池
▍燃料電池走到技術突破節點 2025年保有量為5萬~10萬輛
對氫能和燃料電池總體看法樂觀,尤其從整個氫能看,更是如此。氫燃料電池是氫能的一個部分,但它是先導部分,是引領部分,或者說核心部分。近兩年,氫燃料電池技術有重大突破。以前總覺得跟動力電池沒法比,燃料電池發展太慢,現在燃料電池到了技術突破的節點。 前面提到電動汽車產業化到了一個爆發節點,電池技術突破節點大概在十多年前。也就是說,氫燃料電池技術突破節點比動力電池晚十多年,這是大致判斷。現在,氫燃料電池會進入成本下降的快速通道,跟十年前動力電池成本開始快速下降相同。
氫燃料電池汽車已進入大規模商業示范階段。這次冬奧會,大概有1000多輛燃料電池車、30多個加氫站,在張家口已投入600多輛氫燃料電池客車。北京冬奧會是全球最大燃料電池汽車示范活動。 科技部“冬奧氫能出行”示范項目由我的團隊牽頭。現在,燃料電池車已在為運動員服務,我們團隊在全力保證安全。
與此同時,財政部等五部委開展的氫燃料電池汽車示范工程已經啟動。選擇的幾個示范城市群,已經開始以燃料電池商用車為主體,進行多元場景商業化示范。 中國氫燃料電池汽車技術路線圖原規劃是,2025年氫燃料電池汽車保有量發展到5萬~10萬輛;2030-2035年間保有量增加到80萬~100萬輛。我仍然堅持這種預測,將以商用車為主體。
▍商用車仍為主體 燃料電池轎車重在參與
至于燃料電池轎車,要與純電動轎車競爭不太可能。純電動轎車市場已經爆發,中長期看,不太可能改變為氫燃料電池轎車,但會有局部市場。比如,性能很好的燃料電池轎車,今后5年賣出1萬輛,畢竟燃料電池轎車粉絲不少。 總體看,氫能燃料電池汽車關鍵的決定期是未來5年。2025年可以做出明確判斷,現在只是初步判斷。今后5年,整個商用車電動化會呈現多元化趨勢,到2025年,對商用車電動化長期路線圖就會相當明確。
觀察純電動汽車普及地圖,可以發現,純電動汽車市場大都在中國長城以南,特別是中部及東部,其他地方相當少。那里就是氫燃料電池汽車的潛在發展空間。
我們要努力利用這5年窗口期,把氫能燃料電池汽車搞起來。應當注意的是,純電動只需要動力電池單點突破就可基本解決問題,而氫能燃料電池汽車不僅需要燃料電池,還有氫能制、儲、運、加,以及車載儲氫問題。因此,必須從氫能大戰略角度看問題。 第一, 要清潔低碳、主攻綠氫,牢記發展氫能的初心使命。
大家會反問我,純電動車怎么不一上來就說綠電?
一是,時代不一樣,那時候還沒有雙碳戰略。
二是,純電動汽車跟綠電是互動關系。光伏、風電等綠電,波動性強,不儲能,綠電規模上不去,而純電動大發展可以直接提供電池儲能。電動車越多,綠電也越多;綠電越多,電動車越綠色,是互動增強的關系。 從碳中和與新能源革命角度,可再生能源的載體就兩個:一個是電,另一個是氫,在動力和儲能應用方面互補。
儲能方面,氫能是集中式、長周期、大規模儲能。電池是分布式、短周期、小規模儲能。氫還可以做原料,化工、冶金都需要氫能,電池不行。 氫能的合理性,主要取決于可再生能源大規模、長周期的能量儲存和多元化利用需求。氫的關鍵是成本,成本取決于綠電的成本。如果綠電低到每千瓦時0.15元以內,經濟性就體現。
這在大規模可再生能源基地很容易實現。在東部、中部、南部不容易實現,但在新疆、青海、西藏、內蒙古、四川這些地方,就容易實現。所以,要盡可能在這些地方搞氫能。 綠氫方面,我國有很大潛力。燃料電池也有很大的拉動作用,它會拉動綠氫制造設備,也就是電解槽技術發展。因為燃料電池的反過程就是電解,具有共性的技術平臺。
有的燃料電池既可以發電,又可以制氫。應該在可再生能源電力集中區域,比如四川的水電、新疆的光伏、內蒙古的風電,利用低成本綠電,大規模制綠氫。 第二, 要創新引領、自立自強,實現氫能科技的新突破。 氫能與燃料電池,跟電能與動力電池不一樣,鏈條很長,難點很多,急需要制氫、儲氫、運氫、加氫、車載儲氫、燃料電池動力、氫儲能系統全鏈條技術取得新突破。 這涉及到三個方面。一是,突破現在產業化卡脖子問題。這是當務之急,比如基礎材料,像催化劑、質子膜、碳紙,高強度碳纖維、安全閥、加氫站離子壓縮機等,大多都要進口。
二是,氫安全技術。安全很重要,動力電池剛進入汽車市場時,安全問題很敏感。所以,要建立測試評價規范、安全監控平臺,開展安全操作培訓等。在張家口的冬奧氫能示范,安全保障技術是重中之重,為此專門組織國際氫安全專家委員會,利用全球氫安全技術與經驗服務冬奧氫能安全。 三是,氫能中長期前沿科技。比如電化學制氨,氫的載體有一種是氨,遠洋貨輪會用氨內燃機,還會用氨來燒鍋爐發電。再比如,既可以發電、又可以制氫的可逆型固態氧化物燃料電池/電解裝置等。 跟動力電池相比,燃料電池的產業基礎、人才隊伍要薄弱很多,氫能燃料電池行業缺人。動力電池方面,我國總體處于領先地位;燃料電池方面,我國與國外比有一定差距。所以,要在建立創新體系的同時,開展國際合作。 第三, 市場主導,政府引導,遵循新興產業發展規律。 氫能產業發展跟純電動汽車產業發展類似,從孕育期到導入期、成長期,再到爆發式增長期,要經歷一個艱難的過程。氫能汽車比純電動汽車約晚十多年,目前是產品導入期,即將進入成本快速下降的產業成長期。 今后5年,政府支持和引導非常重要,尤其在產業鏈的聚合、應用場景規劃等方面。當然,地方政府要因地制宜、量力而行、放長線釣大魚,如果急功近利,將欲速不達,最后就是一地雞毛。 要堅持市場主導。市場突破口在哪里?長城以北、西部和西北部冬季溫度低,能源基地多,可再生能源集中度高,具有氫能生產和利用的場景,非常適合氫能全產業鏈發展。
所以,今后5-10年,氫能市場的突破口或者宜于市場化的場景,就在可再生能源氫的富余區域,盡量在當地就近利用。對燃料電池汽車而言,最好是低成本、高安全儲氫瓶能覆蓋的里程范圍,能在冬天利用燃料電池的余熱給車內供暖。
同時,地方政府和大型國有能源企業愿意建加氫站。主要合適的車型是卡車、公路客車和重載貨車等。 我們正在從新能源汽車市場的需求不足,過渡到供不應求;從政府驅動開始經過市場與政府雙驅動階段,轉型到市場驅動為主導的階段;從培育期、成長期到高速增長期;從示范到商業化,再到規模產業化。 當前,已經從乘用車的電動化發展到商用車的電動化;從電池技術突破的上一個十年,即將進入燃料電池技術突破的下一個十年;從新能源汽車的量變,即將引發整個汽車產業的質變;從汽車電動化即將發展到交通全面電動化,包括電動飛機、電動輪船等;從新能源汽車發展到新能源革命,電化學儲能市場在爆發,今年還是光伏制氫元年…… 今年5月,國際能源署宣稱,這種大規模工業轉型,標志著從燃料密集型消耗性能源系統,向材料密集型、循環性能源系統的大轉型。所以,今后二三十年,汽車工業將引領動力電動化、能源低碳化、系統智能化三大革命,推動中國工業和經濟全面升級。
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