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欧阳明高院士:新能源的瓶颈,就靠智能、储能、氢能这三大法宝了!

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清华大学深圳研究院新能源技术创新中心主任、全国政协常委、中国科学院院士欧阳明高在论坛上指出,在电源侧,中国已经成为世界上最大的可再生能源装机容量国家,其光伏出货量占全球总量的70%。此外,电力系统的负荷侧也增加了新的波动性负荷。在过去的十年里,中国新能源汽车的数量从1万辆增加到680万辆。目前,中国新能源汽车销量位居世界第一,动力电池产量占全球70%。到2030年,中国新能源汽车保有量预计将达到1亿辆。

欧阳明高指出,第三次工业革命实际上是第三次能源革命,因此有必要关注新能源汽车和新能源革命的协同发展。要实现新能源革命,必须保证新能源整体体系的相互协同。助力储能、氢能和智能的发展是解决新能源瓶颈问题的出路。

下面是部分发言实录

一、中国新能源革命的瓶颈技术

中国的电力系统正在发生革命性变化。在电源侧,中国可再生能源装机容量全球第一,光伏出货量在全球占比70%,大湾区的风电光伏也在迅猛发展。我们面对的挑战则是风电光伏“靠天吃饭”,供需无法平衡。光伏、动力电池、电动汽车是今年中国出口增加最大的三个部分。同时,电力系统的负荷侧也增加了新的波动性负荷。过去十年,中国新能源汽车从1万辆发展到680万辆,创造了世界奇迹。当前,中国新能源汽车的销量全球第一,动力电池产量占全球70%。光伏、动力电池、电动汽车则是今年中国出口增加最大的三个部分。

中国引领全球,深圳引领全国。目前,比亚迪是全球第一大电动汽车企业,也是第二大动力电池企业。作为比亚迪的首席技术顾问,我为大湾区有这样的企业感到骄傲。同时我们也应看到,当前,充电不便利、电网负荷大、冲击大等问题非常突出。未来,新能源汽车的规模还会大幅增加,今年的年销量将达到约1000万辆,2025年的年销量将达到1500万辆。到2030年,新能源汽车保有量预计会达到1亿辆。这意味着,中国新能源汽车市场面临着广阔的受众,并将在电动汽车、电池等方面保持迅猛增长。

我们既要看到优势,也要看到挑战。第三次工业革命实际上就是第三次能源革命,要注重新能源汽车与新能源革命的协同发展。能源革命的内涵丰富,光伏风电只是其中的一项,建筑要变成微型发电厂,还要用氢能电池来储能,还要发展能源互联网。因此,新能源的整体体系必须要相互协同,才能实现新能源革命。

新能源革命将发展出四个10万亿规模的大产业,其中,储能、氢能、智能是三大需要助力发展的关键点。这三方面既是分开的,也是一体的,它们将赋予电力系统灵活性,我们称之为“广义的储能”。这是现在解决新能源瓶颈问题的出路。

首先是氢能。氢可以做储能、动力、原料,而它最重要的功能就是储能。中国拥有大量的煤电厂,我们不可能把火电厂全部去掉,关键是要对火电厂进行改造,用氢逐步取代煤,使它成为可调节的灵活能源。

如何把满负荷运转的火电厂变成调峰的火电厂?可以用富余的风电光伏、电解水制氢来做,也可以把它制成氨运输到东部进行改造,这叫做集中式氢储能。此外,还可以在园区做分布式的氢储能。分布式与集中式的发电装置是不一样的。

如何对现有燃气能机、燃煤锅炉进行改造?答案是发展掺氢或燃氢的锅炉。改造不能一蹴而就,而需要分步进行。因此,我们的方案是结合煤电厂掺氢改造,从20%开始做,逐步变成氢,可以使低负荷燃烧稳定性大幅改善,还可以大幅降低碳排放的程度。另外,目前的储能是电池,因为电池占新型储能的94%,抽水蓄能现在已经降低了,新型储能还会持续上涨。到2050年,抽水蓄能会降到10%以内,其他大量的都是氢储能和电池储能。

在所有的储能方式中,电池储能占有非常重要的位置。展望未来,电池储能产业将会持续增长。动力电池、储能电池实际上都是同一种电池,所以从本质上而言,储能产业也是动力电池产业。

电池储能分为集中式电池储能和分布式电池储能。集中式电池储能面临的关键问题是安全和成本。目前我们的发电成本很低,但储能成本要比发电成本要高出很多。如何解决上述问题?我们认为,分布式电池用电动汽车做储能,可以解决成本问题和安全问题,这就是所谓电动汽车的双向充放电,也叫“车网互动”。这是我们对未来的展望,“车网互动”会逐步成为电池储能的主体。

电动汽车做储能,还涉及到智慧能源的问题,即所谓的智能与车网互动。我们现在是无序冲电的,但是它对电网的冲击太大,所以我们接下来要做有序冲电,也就是V1G单向。我们还要做V2G双向和V2X多向,让车跟房子、车跟建筑、车跟局域网、车跟配电网等都能进行有益互动,从而促进电动汽车和储能的发展。

到2040年,我们可能会有3亿辆电动车,车上的电能能储多少电?200亿度电。这是今天中国每天消费的总电量数。我们将拥有巨大的储能容量,但我们不可能利用所有容量进行储能,优化储能就需要智慧能源的控制。

二、清华储能氢能智能技术研发

我的团队叫新能源动力系统团队,初期从新能源汽车业务开始,现在已经发展到了整个车向,集智能、储能、氢能“三位一体”。首先是储能板块,就是电化学储能。二是氢能板块,包括燃料电池和制氢。然后是智能动力和智慧能源板块,我们将在深圳建立智慧能源创新中心。

1、氢能。经过20年的发展,氢能是一个技术门槛很高的行业,我们从上至下“剥洋葱”式地把燃料电池全链条打通形成技术,并推进产业化,培育出了科创板的上市企业氢能第一股亿华通。作为国内市场占有率全国第一的企业,亿华通即将进入大湾区市场,并已拿到广东省第一个大订单。

另外,我们也做氢能制备电解水,推出了大规模、低成本、长寿命的清华-海德制氢系统。目前我们已在北方地区鄂尔多斯完成装机,当地风光资源极其丰富。我们也在鄂尔多斯做氢储能示范,掺氢20%即可降低二氧化碳排放量的40%,还可以实现风电光伏的季节性转移,将这些能源都制成氢。

2、储能。电池安全是整个电池应用的生命线,为此,我们建立了清华大学电池安全实验室,在国际上率先开展电池安全研究,研究水平较为领先。电池发生热失控之后,会在整个电池包蔓延,造成热事故,所以我们开发了主动安全、被动安全的技术。我们正在从电池安全的研究,发展到安全电池的开发。在本征安全方面,我们做处于全球前沿领域的全固态电池。在被动安全方面,我们重点做储能电站。在主动安全方面,我们发展下一代的智能电池,并将用人工智能来做智能电池。

3、智能。面向整个电池领域,我们研发了面向电池时序数据的大模型,实现了人工智能的突破。基于这个模型,我们进一步开发了电池安全预警和寿命预测,以满足“车网互动”的安全需求和电池健康需求。目前我们在30个城市实现了业务落地,并计划进军中国香港市场。我们创立了“车网互动”的创业企业清华链宇,开发了全球智慧能源系统“云-边-端”的全栈式产品矩阵,并面向不同的场景,比如农村场景、城市场景、交通场景等分别做了示范项目。

三、新能源革命的技术路径展望

2023年4月,国务院出台了支持新能源下乡的实施意见,国家发改委也提出了鼓励V2G-光储充的政策。深圳具有得天独厚的优势,率先提出了电动车充换电双向能量互动和车网能源的规范。在此基础上,大湾区将再一次引领全国、引领全球。

首先,要建立清华深圳研究院智慧新能源创新中心,打造研发平台、推进成果转化及国际合作、加快进军中国香港市场。同时,我们也在筹建国家智慧低碳建筑工程中心,将建筑部门的低碳化、用能的电气化以及能源的互联化作为重点工作。我们的目标不仅是技术研发,我们还希望能够拉动产值,吸引更多产业落地,尤其是要孵化的创业企业。30多家创业企业将在这里设立分部,共同实现大湾区新能源革命的发展。

编辑:敬之

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