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明了新動力裝置和交通工具，然后帶動能源資源的開發利用，并引發工業革命。剛才聽了杜院士講座很受啟發，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文明。第二個是工業文明對應的。我們現在是向生態文明來進發。所以第三次工業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。新能源汽車已經發展二十年，從2014年習主席發出號召之后，已經進入快速發展階段，現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，現在就是電和氫。這就是一張儲能的周期和儲能的規模，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，從實現零碳經濟，我們就需要在電氣化和氫能的規模應用，電氣化我就不再說了。再有一個革命，能源革命推動工業革命，第四次工業革命是以可再生能源為基礎的綠色化和以數字網絡為基礎的智能化，這兩化就構成了我們第四次工業革命。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產業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將發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新歷程，這是電池的量，現在車上大概都已經裝了80度，60-100度之間，這是它的續航里程，現在普遍是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1000多公里的電動車，成本也在大幅下降，現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?？稍偕茉磧Υ娴刈罴堰x擇，現在統計，2025年中國電池產量將會超過10億千瓦時，進入T瓦時代，現在大概有1億，今后五年會漲10倍。

所以，成本也還會繼續下降，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，形成所謂的熱失控，在整個電池系統儲能系統中蔓延，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。這是我們發現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，研發了高比能量動力電池熱失控系統性抑制方法，所以我們現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控，所以我們對整車廠開發了電池云控預警平臺，基于運行數據，對故障進行高檢出低誤報。另外一個，一旦發生事故，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。怎么實現超級補電和V2G，這是我們現在要做的工作。，

我們已經開發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，為了實現這個，我們就必須開發智能電池，快充是容易出現安全事故的，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，現在這個東西已經開發出來了，我們正在跟中石化等等大型企業進行合作。

另外一個問題，350千瓦快充，充起來還是有問題的，我們實現不從電網取電而實現超級快充，這里有一個視頻。我們現在轎車是快充，但卡車沒辦法快充，卡車現在都是快換，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來實現，現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電，實際不是空調發電，是系統，空調是不可能發電的，發電的還是光伏，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，她認為是發電系統，這個是完全可以實現的。

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?就是跟我們現在每天中國用電的總電量相當，就是這么大一個數。

所以，我們新能源電動汽車是規模最大，成本最低，安全性最好的分布式短周期儲能系統，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略地位，氫能的戰略意義在于可再生能源轉型中的大規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，氫能是眾多傳統產業轉型升級的理性選擇，它的技術延續性好，它并不像剛才的電池完全顛覆，電廠也是新出的產業，光伏也是新出的產業，跟傳統產業沒什么關系，但氫能不是。另外，氫能的產業鏈長、產值高，吸收的就業人口多，應用覆蓋面廣，所以我們有氫能社會之稱，產業鏈非常長。電池、光伏就業產業鏈短，就沒那么多就業。氫能儲能是新能源電力系統的核心技術，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展。氫能是集中式可再生能源大規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，我們現在短周期好辦，有電池，但是長周期大規模，這是一個很大的問題，只有跨季節的水電、風電可以儲存。另外，規模儲能經濟性，將來可再生能源全鏈條周期中儲能成本是最高的，現在已經是這樣，所以當儲能是最大的成本環節的時候，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電廠，制氫廠，現在0.15元的風電完全可以讓它的經濟性凸顯，我們現在在張家口有350輛燃料電池大客車。

這就是氫燃料電池系統，氫燃料電池發動機，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，發出電，產生熱。這是中國燃料電池汽車研發與產業化進展，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化，大部分技術已經克服。我介紹幾種產品，比如現在張家口運行的12米大公里耗氫5公斤，相當于16.5升柴油，比柴油車節能30%多，ramge700km，這是我們清華系列的企業易華通的產品。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勢。另外一個，冷藏車會特別有優勢，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，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鏈發展存在的問題，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%。

所以我們首先要發展綠氫制氫產業，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可能會比燃料電池產業更大。所以我們現在也面向近中遠期在開展三種電解水制氫技術的研發，我們認為氫燃料電池先導到了進入帶動整個氫能產業鏈全面發展的時候了。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模，目前看，我們近期可以大規模的還是堿性電解槽，而且中國具有產業鏈優勢，可以為全球提供低成本的系統，現在我們正在和殼牌合作，研究堿性電解槽系統，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。所以我們現在需要用內蒙古、新疆這些地區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，先輸到北京附近，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鏈和技術鏈的應用，工業催化合成氨，這個大概是幾十年前德國人發明的，現在已經非常成熟，工業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，氨可以直接發電，也可以跟煤電廠的燃燒鍋爐進行混燒，現在日本在推廣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，我們除了現在的工業催化，下一步還有電催化合成氨，現在也是一個新的，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、船舶、遠洋、道路、建筑、發電、儲能等等。

最后結束語。面向2030、2060年的低碳發展目標和能源革命重大戰略，新能源汽車與新能源革命將突飛猛進，產業格局將發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，新能源汽車的規模推廣將有力破解新能源革命的瓶頸。鋰離子電池實現了相持領域的重大突破，其科技創新、產品性能、應用領域和產業規模正處于爆發性增長期。現在中國有多少人在研究電池呢?我估計的規模是百萬之重，氫能是實現全球碳中和的戰略性能源載體。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，催生氫能產業的起飛，讓我們共同努力，人類的共同發展。