▲ 歐陽明高 中(zhōng)國科學院院士、中(zhōng)國電(diàn)動汽車(chē)百人會副理事長（圖片攝于第七屆中(zhōng)國電(diàn)動汽車(chē)百人會論壇）
能源革命是推動工(gōng)業革命和人類社會發展的重要力量。第一(yī)次能源革命實現了從柴薪到煤炭的跨越，動力是蒸汽機，交通工(gōng)具是火(huǒ)車(chē)；第二次能源革命實現了從煤炭到油氣的跨越，動力是内燃機，交通工(gōng)具是汽車(chē)。當前，全球正在經曆第三次能源革命，第三次能源革命将實現人類社會走向可再生(shēng)能源時代，動力是電(diàn)池，能源載體(tǐ)是電(diàn)和氫，交通工(gōng)具是電(diàn)動車(chē)。未來可預見的第四次工(gōng)業革命将是以可再生(shēng)能源爲基礎的綠色化和以數字網絡爲基礎的智能化發展。
3月15日，習近平總書(shū)記在主持召開(kāi)中(zhōng)央财經委員(yuán)會第九次會議時發表重要講話(huà)指出：實現碳達峰、碳中(zhōng)和是一(yī)場廣泛而深刻的經濟社會系統性變革，并提出構建以新能源爲主體(tǐ)的新型電(diàn)力系統。要實現碳中(zhōng)和，最重要的是實現新能源革命。推進新能源革命有五大(dà)重點：從傳統化石能源向可再生(shēng)能源轉型，尤其是光伏與風電(diàn)的大(dà)規模應用；能源集中(zhōng)式發展轉向分(fēn)布式，推動建築成爲微型發電(diàn)廠；利用氫氣和電(diàn)池等技術存儲間歇式能源；發展能源互聯網，以及電(diàn)動汽車(chē)将成爲用能和儲存能源的終端。
當前新能源革命面臨的問題是光伏、風電(diàn)本身的發電(diàn)成本很低，但利用成本仍然較高，這其中(zhōng)儲能是瓶頸，需要靠電(diàn)池、氫能、電(diàn)動汽車(chē)等來解決，儲能和新能源汽車(chē)大(dà)規模發展，将推動新能源革命的實現，隻有實現新能源革命，才能順利邁向碳中(zhōng)和目标。
新能源動力系統
電(diàn)池和氫能技術突破是重要推力
過去(qù)幾年，能源領域出現的最重大(dà)的突破，是汽車(chē)動力系統從油電(diàn)混合動力汽車(chē)向純電(diàn)動車(chē)，乃至氫能燃料電(diàn)池汽車(chē)的邁進，中(zhōng)國新能源産業從此進入了快速發展的階段。
這其中(zhōng)最重要的推動力量是電(diàn)池技術的突破。過去(qù)十年，動力電(diàn)池比能量從100瓦時/千克提升到300瓦時/千克，成本從4元/瓦時以上降低到1元/瓦時以内，這是革命性的飛躍。我(wǒ)國的動力電(diàn)池産業鏈是全球最完整的，産品供應全球市場。随着動力電(diàn)池技術的進步，電(diàn)動汽車(chē)的續航裏程不斷提升，目前續航能力已普遍達到500千米以上，正向着1000千米邁進。可以說，不管是磷酸鐵锂電(diàn)池還是三元锂電(diàn)池，電(diàn)池技術的發展已大(dà)大(dà)超出了人們的預期，并且持續進步和發展的潛力仍然很大(dà)，锂離(lí)子電(diàn)池現在達到的能量密度遠遠低于它所能達到的理論能量密度，至少還有30%~40%的空間可以挖掘。
另一(yī)個重要的推動力量是氫能。2020年，我(wǒ)國燃料電(diàn)池車(chē)大(dà)約爲8000~10000輛，預計2025年燃料電(diàn)池車(chē)約爲5~10萬輛，2030~2035年大(dà)約是80~100萬輛，因此，我(wǒ)國急需建設加氫站，在2025年，我(wǒ)國加氫站的數量将超過1000座，這是一(yī)個保守預測的數據，最近，中(zhōng)國石化宣布在“十四五”期間拟規劃布局1000座加氫站；在2030~2035年，我(wǒ)國的氫氣需求量約爲200~400萬噸/年，加氫站數量将超過5000座。
同時，新能源汽車(chē)進入家庭的速度大(dà)大(dà)加快，目前已經接近市場占有率的10%。預計今年新能源汽車(chē)市場保有量将超過200萬輛，比去(qù)年提升近一(yī)倍，根據中(zhōng)國汽車(chē)工(gōng)程學會《節能與新能源技術路線圖》最新預測：2030年，新能源汽車(chē)銷量将達到汽車(chē)總銷量的40%~50%；2035年将達到50%以上，保有量爲1.6億輛。有些企業家的預測更加樂觀——考慮到自動駕駛技術的應用将給客戶帶來更大(dà)的激情，一(yī)些企業家認爲2030年電(diàn)動汽車(chē)市場占有率會達到90%。
新能源電(diàn)力系統
“源網荷儲”互動調控
新能源動力系統與新能源電(diàn)力系統非常相似。負荷、電(diàn)源、儲能和網絡協同互動，共同構成新能源電(diàn)力系統。在新能源電(diàn)力系統中(zhōng)，光伏、風電(diàn)成本持續下(xià)降，預計2035年，風光發電(diàn)将占80%以上的裝機容量和40%以上的發電(diàn)量，光伏發電(diàn)成本可降至0.1元/千瓦時，風電(diàn)成本可降至0.2元/千瓦時，占比快速升高的可再生(shēng)能源發電(diàn)給電(diàn)力系統帶來了一(yī)系列挑戰。
首先是電(diàn)網技術轉型的挑戰，高比例可再生(shēng)能源+高比例電(diàn)力電(diàn)子化的“雙高”特征給傳統電(diàn)力系統帶來了颠覆性變化。傳統的電(diàn)力系統具有“源随荷動”的特征，新能源電(diàn)力系統則具有“源網荷儲”互動調控的特征，這與新能源汽車(chē)車(chē)載直流微網動力系統類似。
另一(yī)個巨大(dà)挑戰是能量平衡，這包括日内平衡和年内平衡，也包括區域能量平衡。從日内能量平衡來看，當煤電(diàn)發電(diàn)總量占比降至40%~50%，全社會日内負荷平移的總需求可達約1400億瓦時，峰值功率爲300億瓦。從年内能量平衡來看，按照2020年風、光發電(diàn)特性來推演，到2060年季節性能量不平衡更爲顯著；3~5月風光過剩，7~9月發電(diàn)量不足，至少面臨約6500億千瓦時的季節能量轉移缺口。從區域能量平衡來看，2020年跨省電(diàn)力流達到2.5億千瓦，能源-消費(fèi)區域不均衡性強，可再生(shēng)能源的分(fēn)布将加劇這一(yī)特點，預計2035年達到5.5億千瓦，2050年達7.4億千瓦，這對電(diàn)力系統的靈活性提出了很高的要求。低碳轉型的先行者德國在沒有太多儲能的情況下(xià)，依靠煤電(diàn)機組已經實現了高比例可再生(shēng)能源，相當于傳統和新型電(diàn)力系統并存，但也遇到了一(yī)系列挑戰，電(diàn)價幾乎上漲了一(yī)倍。因此，我(wǒ)國實現碳中(zhōng)和進程中(zhōng)的重點是解決儲能的技術瓶頸。
在多種技術路線之中(zhōng)，儲能電(diàn)池和氫能将成爲未來主流的儲能技術。儲能電(diàn)池和氫能各有特點，兩者互補性強。
儲能電(diàn)池是分(fēn)布式、小(xiǎo)規模、短周期儲能的最佳選擇。目前全球電(diàn)池産業規模已達到1億千瓦時，未來最終可能會接近50~100億千瓦時。我(wǒ)國的電(diàn)池廠商(shāng)不斷宣稱2025年電(diàn)池産業會進入T瓦時代，也就是年産10億千瓦時，這會是一(yī)個具有百倍成長空間的巨大(dà)産業。如果2040年，3億輛中(zhōng)國乘用車(chē)全部都改爲電(diàn)動轎車(chē)，每輛車(chē)平均儲能容量65千瓦時，則車(chē)載儲能總容量約200億千瓦時，與中(zhōng)國每天消費(fèi)總電(diàn)量基本相當。考慮到基礎設施建設情況，2030~2035可能有10%~20%的車(chē)輛配備雙向充電(diàn)樁接入V2G市場，調節潛力将超過22億千瓦。
氫能是可再生(shēng)能源集中(zhōng)式、大(dà)規模、長周期存儲的最佳選擇。張家口氫能示範表明當可再生(shēng)能源發電(diàn)成本低于0.15元/千瓦時，其能源利用全鏈條技術經濟性将凸顯。首先，從能源利用充分(fēn)性來看，大(dà)容量、長時間儲能模式對可再生(shēng)電(diàn)力的利用更充分(fēn)；其次，從規模儲能經濟性來看，固定式規模化儲氫比電(diàn)池儲電(diàn)的成本低至少一(yī)個數量級；第三，從與電(diàn)池放(fàng)電(diàn)互補性來看，大(dà)容量、長周期靈活能源用于燃料電(diàn)池、燃氣輪機，可與電(diàn)池放(fàng)電(diàn)互補；第四，從制運儲方式來看，可以通過長管拖車(chē)、管道輸氫、摻氫、長途輸電(diàn)-當地制氫等靈活方式來實現。
如果2035年，我(wǒ)國的氫能可達到歐洲2030年的目标，即綠氫1000萬噸，儲能會達到3300億千瓦時。電(diàn)解水制氫成本爲20元/千克（電(diàn)價0.3元/千瓦時），如果這一(yī)成本可降低到10元/千克以内，那麽制氫成本完全取決于電(diàn)價，電(diàn)價将占氫生(shēng)産費(fèi)用的80%左右，風光發電(diàn)成本的降低會使制氫儲能優勢凸顯。
目前，電(diàn)化學儲能度電(diàn)成本仍高達0.6~0.9元/千瓦時，距離(lí)抽水蓄能的成本還有一(yī)定的差距，中(zhōng)國電(diàn)化學儲能85%的裝機量爲锂離(lí)子電(diàn)池，锂離(lí)子電(diàn)池儲能中(zhōng)約67%爲電(diàn)池成本。
爲什麽動力電(diàn)池會成爲主流？因爲車(chē)用電(diàn)池是競争性的消費(fèi)品，規模極大(dà)，具備成本持續降低的條件。在最近的10年裏，锂離(lí)子電(diàn)池系統成本下(xià)降了85%，2020年電(diàn)池系統成本降至0.6~0.9元/瓦時。預計到2025年，三元電(diàn)池成本降至0.6元/瓦時，磷酸鐵锂成本降至0.4元/瓦時，三元電(diàn)池循環壽命将超過1500次，磷酸鐵锂電(diàn)池循環壽命将在5000~10000次，但實際上，一(yī)輛私人轎車(chē)的電(diàn)池循環壽命達到一(yī)千次就已足夠，這大(dà)幅降低了單次儲能成本。
車(chē)用電(diàn)池的成本相對專用的電(diàn)化學儲能更有優勢。車(chē)用電(diàn)池無安裝費(fèi)用，儲能的同時可以車(chē)用，甚至80%的時間都是儲能。以2025年的儲能預測成本來計算，2025年電(diàn)動汽車(chē)總電(diàn)量爲18億千瓦時，三元儲能成本爲0.55元/千瓦時，鐵锂儲能成本0.25元/千瓦時，這一(yī)價格已經與抽水蓄能相當，電(diàn)動汽車(chē)用于分(fēn)布式儲能的成本大(dà)幅優于專用電(diàn)化學儲能。
從制氫成本來看，未來電(diàn)解水制氫的成本将主要取決于材料成本及電(diàn)價，風光發電(diàn)成本快速下(xià)降帶來氫氣成本快速下(xià)降，最終氫氣成本可能會降到1美元/千克，電(diàn)解水制氫會形成一(yī)個巨大(dà)的産業。目前來看，堿性制氫在中(zhōng)國的優勢是成本極低的同時技術潛力很大(dà)，改進的空間極大(dà)。
從氫能儲運成本來看，對上千公裏的運輸而言，特高壓輸電(diàn)線路是我(wǒ)國綠氫輸送的優勢通道。綠氫已經被電(diàn)網視爲靈活負荷，可在谷段利用特高壓通道長途輸電(diàn)，不進入配電(diàn)網，直接制氫。當可再生(shēng)能源發電(diàn)爲0.12元/千瓦時，過網費(fèi)爲8分(fēn)時，通過特高壓上千公裏輸電(diàn)（輸氫）通道，在用戶側制氫（谷段約8小(xiǎo)時/天）加氫（>3噸/）實現加氫槍出口價格在30~40元/千克，比柴油具有競争力。
智慧新能源系統
形成車(chē)網互動的智慧生(shēng)态
電(diàn)網和負荷波動性的挑戰孕育出以電(diàn)動車(chē)爲主體(tǐ)的移動能源互聯網，單車(chē)數十至上百千瓦充電(diàn)，對電(diàn)網穩定性帶來了較大(dà)挑戰；碳中(zhōng)和背景下(xià)電(diàn)網波動性增加，需要靈活電(diàn)源參與能量互動。
新能源電(diàn)力與新能源汽車(chē)的接口就是充電(diàn)設施。截至2021年2月，全國充電(diàn)基礎設施累計數量爲175.8萬台。車(chē)樁比已達2.8∶1，在有些區域已經接近1∶1。二者的互動需要從無序充電(diàn)到有序充電(diàn)，再到車(chē)網互動，在未來，充電(diàn)樁與車(chē)會一(yī)直連接，并非充電(diàn)時才插入，這将形成一(yī)個龐大(dà)的能源互聯網。
未來車(chē)載交流充電(diàn)器将逐步取消，交流充電(diàn)樁将由具有V2G功能的直流慢(màn)充取代，慢(màn)充的充電(diàn)樁還有很大(dà)的潛力沒有開(kāi)發出來。對于私家乘用車(chē)，可以平時在家或者單位慢(màn)充（或車(chē)網互動），在高速公路長途跋涉時采用超快補電(diàn)。2020年中(zhōng)電(diàn)聯公布了大(dà)功率快充新标準——“超級充電(diàn)”，預計2025年可以全面提供超充服務。
将來的能源互聯網裏，慢(màn)充将占據80%的電(diàn)量，快充占據15%~20%的電(diàn)量，快充是補電(diàn)，而非充滿。北(běi)京城管委2019年對8萬輛電(diàn)動乘用車(chē)統計表明：自由充電(diàn)樁慢(màn)充總電(diàn)量占比已達75%，公共充電(diàn)中(zhōng)，快充占比已達85%，符合發展預期。另外(wài)，對于快充，現在正在研發5分(fēn)鍾充200公裏的快充速度，對一(yī)輛續航裏程爲600公裏的車(chē)，目前是可以做到安全地快速充電(diàn)。
光儲氫充換多能互補微網系統中(zhōng)，快充與快換一(yī)體(tǐ)化，我(wǒ)們主張轎車(chē)快充，卡車(chē)快換，因爲換電(diàn)站有很多備用電(diàn)池，我(wǒ)們不是直接快充從網上取電(diàn)，而是快充快換的備用電(diàn)池給快充的車(chē)充電(diàn)，快充和快換形成互補，不僅更安全，同時也減少對電(diàn)網的容量需求。
電(diàn)動汽車(chē)與電(diàn)力系統的互動，可以從單向有序充電(diàn)到主動參與負荷調節，在配網容量不足時，主動控制充電(diàn)功率，調整充電(diàn)負荷，減少充電(diàn)負荷峰值，提高波谷用電(diàn)，負荷時域移動促進源荷匹配。
雙向車(chē)網能源互動中(zhōng)，電(diàn)動汽車(chē)可以作爲高靈活性電(diàn)源，提供削峰填谷、電(diàn)網調頻(pín)、虛拟慣量等電(diàn)網所需的輔助服務，并滿足新能源電(diàn)力系統的可靠性要求。國家電(diàn)網公司在北(běi)京人濟大(dà)廈設置的雙向充放(fàng)電(diàn)互動樁，是國内首個納入調峰輔助服務結算的項目。谷充峰放(fàng)模式下(xià)，車(chē)主每度電(diàn)能賺将近0.4元。
電(diàn)動汽車(chē)參與虛拟電(diàn)廠。在國外(wài)，澳大(dà)利亞VPP項目中(zhōng)特斯拉與電(diàn)商(shāng)聯合推廣Power Plant，已經聚合1000多個家庭，降低20%多的電(diàn)價，并計劃聚合5萬個家庭。國家電(diàn)網在冀北(běi)實施虛拟電(diàn)廠的示範項目已于2020年2月6日正式投入商(shāng)業運營，4月底總收益爲160.4萬元，日最高收益近9萬元。通過虛拟電(diàn)廠聚合，電(diàn)動汽車(chē)通過V2G樁參與電(diàn)力市場交易，負荷聚能，共降成本。
電(diàn)動汽車(chē)區塊鏈将成爲未來移動能源互聯網的核心支撐技術。能源互聯網小(xiǎo)範圍、高頻(pín)率、大(dà)信息量、多共識機制的交易十分(fēn)适合區塊鏈的應用，區塊鏈去(qù)中(zhōng)心化、不可篡改、可追溯的特點，可以用于電(diàn)動汽車(chē)充換電(diàn)服務、V2G服務、電(diàn)池管理和信息安全服務。
綜上，車(chē)網互動的新能源系統在發電(diàn)側可以實現調峰調頻(pín)，提高電(diàn)網的靈活性；在輸配電(diàn)側可降低電(diàn)網投資(zī)，提高電(diàn)網利用率；在用戶側可減少電(diàn)費(fèi)，促進分(fēn)布式資(zī)源消納，提高可靠性。新能源電(diàn)力系統靈活調節總體(tǐ)方案分(fēn)爲短周期、小(xiǎo)規模和長周期、大(dà)規模兩種。短周期、小(xiǎo)規模采用電(diàn)動汽車(chē)儲能，加上集中(zhōng)式換電(diàn)站，用于調頻(pín)、日内調峰、應急備用、緩解阻塞、提高電(diàn)能質量等；長周期、大(dà)規模使用氫能，制氫儲氫用于季節性調峰、多能互補等。
電(diàn)動汽車(chē)入網特征包括單體(tǐ)容量小(xiǎo)、總體(tǐ)數量多，時空靈活性高，響應速度快，可預測性高，具有能量自消納能力。未來十年我(wǒ)國将形成車(chē)網互動的智慧新能源生(shēng)态。其中(zhōng)黃金組合是分(fēn)布式光伏+電(diàn)池+電(diàn)動汽車(chē)+物(wù)聯網+區塊鏈，即分(fēn)布式光-儲-充一(yī)體(tǐ)化智慧能源系統；白(bái)銀組合是集中(zhōng)式風電(diàn)與光伏+氫能+燃料電(diàn)池汽車(chē)+物(wù)聯網+區塊鏈，即集中(zhōng)式風-光-氫一(yī)體(tǐ)化智慧能源系統。新能源革命的高潮正在到來，讓我(wǒ)們共同迎接這激動人心的時代強音，爲碳中(zhōng)和願景擘畫宏偉藍(lán)圖。
轉自：《中(zhōng)國電(diàn)力企業管理》、汽車(chē)評價研究院