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欧阳明高,电力系统智能化需兑现多元耦合

2019-09-12 12:41

电工电气网】讯

记者 王 辉

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“目前,我国点对点的电力交易机制尚未成熟,而电力系统源、网、荷、储集成,电与热冷化学能耦合以及电网与气网、土建联合设计都面临挑战。”日前,在国家电投中央研究院清洁能源创新基地揭牌仪式上,中国工程院院士陈清泉指出,能源、电力系统的智能化,必须建立在机理性研究的基础上,并需要实现各系统、环节之间的多元耦合。

在2025年之前,锂离子电池和燃料电池都会全方位成熟,电动化拐点来临;同时,新能源发电价格拐点也将到来。在1月12日举办的电动汽车百人会第五届论坛上,中国科学院院士、中国电动汽车百人会执行副理事长欧阳明高对中国新能源汽车技术路线进行了展望。他说,跨过这个拐点,新能源电动汽车就是真正的新能源汽车,因为到那时,电动汽车用的电,大部分是新能源发电产生的。

记者 王 辉

能源系统机理研究很关键

电动车与能源结构转型紧密交织

在2025年之前,锂离子电池和燃料电池都会全方位成熟,电动化拐点来临;同时,新能源发电价格拐点也将到来。在1月12日举办的电动汽车百人会第五届论坛上,中国科学院院士、中国电动汽车百人会执行副理事长欧阳明高对中国新能源汽车技术路线进行了展望。他说,跨过这个拐点,新能源电动汽车就是真正的新能源汽车,因为到那时,电动汽车用的电,大部分是新能源发电产生的。

陈清泉表示,随着国内生产总值不断增长,必须采取措施控制能耗水平的增长速度,否则将造成严重后果,能源革命需要实现低碳化、智能化以及终端能源的电气化。

按照能源局的规划,到2030年我国非化石能源发电比例将降低至50%,而恰巧新能源汽车的比例在那时也将达到40%~50%。

电动车与能源结构转型紧密交织

“真正的智慧能源,必须能够实现不同类型能源间的低碳、多元耦合,将废弃的能源转换为有用的能源。”陈清泉说,“集中式与分布式、化石能源与非化石能源、一次能源与二次能源、电力能源与化工能源,多种能源类型实现耦合,并利用人工智能与数据技术落地应用,才是真正的能源智能化。”

欧阳明高认为,光伏发电将成为替代传统化石能源发电的主要方式。未来分布式光伏将与电动汽车储能相结合,新能源汽车消耗的电力也将从火力发电转变为光伏发电,能源系统将参与构建交通系统。电动汽车需要新能源,新能源也需要电动汽车,引起能源结构上的深刻变革。

按照能源局的规划,到2030年我国非化石能源发电比例将降低至50%,而恰巧新能源汽车的比例在那时也将达到40%~50%。

陈清泉强调,能源革命首先要实现数字化、网络化,但这远远不够,一定要把能源系统的机理研究清楚,才能实现能源跨界融合,突破能源革命的瓶颈。

根据中国汽车工程学会的预测,2030年我国新能源汽车保有量将达到0.8~1亿辆的规模。而到2025年全国新能源汽车保有量有望达到5000~8000万辆的规模。当电动汽车发展与中国能源结构转型紧密交织、相辅相成才是真正的新能源。

欧阳明高认为,光伏发电将成为替代传统化石能源发电的主要方式。未来分布式光伏将与电动汽车储能相结合,新能源汽车消耗的电力也将从火力发电转变为光伏发电,能源系统将参与构建交通系统。电动汽车需要新能源,新能源也需要电动汽车,引起能源结构上的深刻变革。

“我国在电力、能源领域有很多示范项目享受着国家支持,但在设计运行中出现了许多问题。其中很重要的一个原因,就是没有在机理上弄清楚,对智慧能源系统基本机理尚缺乏足够理解与研究,导致集成应用无法遵循统一的原则和标准。”陈清泉指出。

展望新能源汽车技术路线

根据中国汽车工程学会的预测,2030年我国新能源汽车保有量将达到0.8~1亿辆的规模。而到2025年全国新能源汽车保有量有望达到5000~8000万辆的规模。当电动汽车发展与中国能源结构转型紧密交织、相辅相成才是真正的新能源。

针对各能源、电力系统多元耦合的可行性,陈清泉认为:“目前能源行业还是广泛依赖基于独立系统思路的流程、规划、设计、建设、运行及方法。根据现有的能源系统设计与规范、标准,多种能源耦合的生产方式仍较难实现。”

欧阳明高从技术角度,分纯电动力、混合动力、燃料电池以及电动化和新能源融合四个方面展望了未来中国新能源汽车技术路线。

展望新能源汽车技术路线

纯电、燃料电池并不对立

皇家国际官网,欧阳明高预测,在2025年左右,纯电动汽车性价比会实现大的突破。他认为锂离子电池具有成为动力电池主流技术的潜质和前景,但瓶颈是高比能量动力电池的安全性。随着高镍的应用,电池的热稳定性将会变差,未来安全性风险会更大,必须采取有效手段来预防安全性问题。同时,他强调,电池并不能够解决续驶里程的全部问题。靠增大电池装载量来增加续驶里程不是根本出路,主流技术路线是提高电动汽车能效和充电便利性。此外,还要提高充电的便利性,一是充电体系的建设,二是快充技术的突破。中国是220伏的电压,非常适合小功率慢充。家用轿车配置慢充桩,将成为主体的供电模式。但为了应急,10~15分钟的快速充电是必备的,新一代与储能结合、安全可靠的快充技术的创新空间很大。

欧阳明高从技术角度,分纯电动力、混合动力、燃料电池以及电动化和新能源融合四个方面展望了未来中国新能源汽车技术路线。

根据国际能源署预测,截至2030年,全球电动汽车保有量将从300万提升至1.25亿辆。“电动汽车与充电网络形成的微网系统,是未来智慧能源电力系统的重要组成部分。”陈清泉说,“中国电动汽车保有量居世界首位,应坚持政策与市场双轮驱动,推动相关技术与商业应用创新。”

针对混合动力技术,欧阳明高表示,在混合动力模式下,并联纯电型相较于串联纯电型,具有成本和动力优势,国内领先企业正在着力探索低成本的纯电并联式插电混合动力,这是一个非常值得关注的具有中国优势的技术路线。

欧阳明高预测,在2025年左右,纯电动汽车性价比会实现大的突破。他认为锂离子电池具有成为动力电池主流技术的潜质和前景,但瓶颈是高比能量动力电池的安全性。随着高镍的应用,电池的热稳定性将会变差,未来安全性风险会更大,必须采取有效手段来预防安全性问题。同时,他强调,电池并不能够解决续驶里程的全部问题。靠增大电池装载量来增加续驶里程不是根本出路,主流技术路线是提高电动汽车能效和充电便利性。此外,还要提高充电的便利性,一是充电体系的建设,二是快充技术的突破。中国是220伏的电压,非常适合小功率慢充。家用轿车配置慢充桩,将成为主体的供电模式。但为了应急,10~15分钟的快速充电是必备的,新一代与储能结合、安全可靠的快充技术的创新空间很大。

谈及新能源汽车整车技术路线的选择,陈清泉表示:“小型车、短路途的情境下,纯电动汽车的经济性较好,氢燃料电池在大中型车、较远路程方面具备优势。两种技术路线正如今天的汽油与柴油,并非对立关系,而将根据具体使用需求进行选择。”

国内外的研究表明,氢燃料电池系统更适合替代柴油机,锂离子电池系统更适合替代汽油机。从应用定位来看,燃料电池系统是卡车和公路客车的长途运载工具的最佳选择。欧阳明认为,氢燃料电池汽车相比于纯电动汽车,产业化进程大约晚10年左右。他说,“中国燃料电池产业链目前还很薄弱,但产业化态势全球最佳。”

针对混合动力技术,欧阳明高表示,在混合动力模式下,并联纯电型相较于串联纯电型,具有成本和动力优势,国内领先企业正在着力探索低成本的纯电并联式插电混合动力,这是一个非常值得关注的具有中国优势的技术路线。

陈清泉介绍,有研究团队分析后发现,小客车行程在200km以内时,纯电动汽车经济性占优,200km以上氢燃料电池车更划算;大客车相应的经济性“分水岭”则在80km左右。“当然,随着技术的进步,这些数值也将动态变化。”

针对电动化与新能源融合发展,欧阳明高说,我们把新能源汽车分成三个阶段,第一个阶段是电动汽车,但不是真正的新能源汽车;第二阶段新能源电动汽车,就是真正的新能源汽车;第三个阶段是新能源智能化电动汽车,就是我们最终的全方位革命的完成阶段。目前,我国正处在电动车革命阶段,即将发生的是新能源革命和人工智能革命。

国内外的研究表明,氢燃料电池系统更适合替代柴油机,锂离子电池系统更适合替代汽油机。从应用定位来看,燃料电池系统是卡车和公路客车的长途运载工具的最佳选择。欧阳明认为,氢燃料电池汽车相比于纯电动汽车,产业化进程大约晚10年左右。他说,“中国燃料电池产业链目前还很薄弱,但产业化态势全球最佳。”

欧阳明高,电力系统智能化需兑现多元耦合。“目前我国新能源汽车在轻量化、低阻化、动力总成一体化等方面的研究不足,造成能耗增加,相关核心技术仍待突破。”陈清泉表示。

欧阳明高强调,现阶段电动化革命发展迅猛,中国首次在全球率先导入高科技领域,开始从孕育期、导入期进入成长期,还会到最后的高速成长期。他说:“我们认为在2020年之后,尤其是2025年之后,将会是突飞猛进的过程。我们必须提前做好准备,为能源革命做好准备。”

针对电动化与新能源融合发展,欧阳明高说,我们把新能源汽车分成三个阶段,第一个阶段是电动汽车,但不是真正的新能源汽车;第二阶段新能源电动汽车,就是真正的新能源汽车;第三个阶段是新能源智能化电动汽车,就是我们最终的全方位革命的完成阶段。目前,我国正处在电动车革命阶段,即将发生的是新能源革命和人工智能革命。

“院士经济”推动央企创新落地

欧阳明高强调,现阶段电动化革命发展迅猛,中国首次在全球率先导入高科技领域,开始从孕育期、导入期进入成长期,还会到最后的高速成长期。他说:“我们认为在2020年之后,尤其是2025年之后,将会是突飞猛进的过程。我们必须提前做好准备,为能源革命做好准备。”

尽管尚未明确具体内涵,“院士经济”已在全国多地得到政府与行业的认可与支持。对此,陈清泉认为:“院士经济就是知识经济,院士团队应发挥自身创新与人才培养加速器、孵化器的作用,与企业、政府密切合作,来推动能源经济高质量发展。”

“院士在专业领域的深厚积累与丰富经验,使其有能力对工程项目进行评估、诊断,帮助项目与技术成功实施与应用。”陈清泉表示,“希望清洁能源创新基地可以充分发挥凝聚作用,并利用院士团队的影响力,通过举办高端论坛、培训班等手段,从科技与人才等方面带动国家电投创新发展。”

作为国家电投中央研究院创新顾问,陈清泉指出,企业应思考如何发挥自身在产业结构方面的独特性和优势,将发电、电网、负荷、储存进行整合优化,打造独创性的样板工程。“如何抓住能源革命机遇?如何在智慧能源系统研发中,从理论机理到实践,作出领先贡献?这些问题,都是企业应对能源革命必须思考和解决的问题。”

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