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理性思考,电动车全面取代燃油车可能吗?

2017-06-30 20:28 阅读:33
正文

  长期来看,电动汽车会全面取代燃油汽车吗?笔者认为这一问题可分别从两个时间段进行分析: 

  短期来看,电动汽车至少在十年内无法全面取代燃油汽车。首先,动力电池的技术发展速度并没有人们想象中的那么快;其次,就算电池技术在十年内得以突破,考虑到工程化等多种因素,电动汽车也难以全面取代燃油汽车。  

  长期来看,电动汽车将会作为汽车领域的主要补充,特别是在第二辆车、园区内用车、共享交通等领域内将占较高比例,这是由目前电池、电网等行业发展的现状决定的。  

  需要强调的是,电池技术是核心,若电池技术不突破,电动汽车也很难得到进一步突破,100%取代燃油汽车就更困难了。依笔者看,电动汽车未来将会以一定比例取代燃油汽车,两者互为补充。  

  文丨刘冠伟  

  清华大学能源互联网创新研究院副研究员、高级工程师 

  全文约2600字 建议阅读 5 分钟  

  为什么十年之内做不到“全面取代”? 

  仅就电池技术适应性这一点来看就可以知道,“全面取代”的可能性几乎为零。 

  目前动力电池PACK能量密度普遍在100Wh/kg以上。假设十年后,经过技术进步,动力电池PACK能量密度达到了300Wh/kg,这意味着届时普通电动汽车续航是现在的2.5倍左右——200km变500km,确实可以满足大部分家庭的一般需求。 

  但不容忽视的是,在一些特殊领域,例如在我国西部、北部等偏远地区的极寒条件下,在低于常压的气体压力状态下,电动汽车的电池就很难吃得消了。举一个简单的例子,为什么藏区藏民喜欢开陆巡呢?因为这款汽车更能胜任极端条件。那些喊着要开电动汽车去西藏的人,虽然精神可嘉,但完全没有正视电动汽车存在的问题。 

  更何况笔者上述提出的假设条件——技术能使PACK动力电池能量密度达到300Wh/kg,在业内也是公认难度极大的数字。需要强调的是,电池研发的困难更是超过很多业外人士的想象。此外,笔者还没有加入电网、原材料供应等其它因素场景的分析。可想而知,十年之内就想全面取代燃油汽车的可能性几乎为零。 

  未来30-50年,“全面取代”可能性多大? 

  上文中已提到纯电动汽车技术路线受制于电池本身的性能,对于极端偏远条件下的服役适应力很低,且在长期内也很难得到根本性解决。在此我们先刨除这一因素,谈谈为什么电动汽车仅仅想做到高比例取代燃油汽车也很困难: 

  电池技术层面 

  在家用领域,当电动汽车可达到大部分家庭的出行需求时,即续航里程达到500km、电池PACK能量密度达到300Wh/kg,这一情况所对应的单体能量密度至少要达到350Wh/kg,而这已经是锂电的能量极限了,想要实现这一极限目标至少要从全固态甚至是锂硫锂空领域找到突破才有可能实现。  

  尽管外界喊得热闹,但只有业内人士才知道锂电研发到底有多难。不得不吐槽一句,那些以为加上石墨烯电池就能进外太空的想法,真是要多不靠谱有多不靠谱。 

  总而言之,想把电池单体能量密度做到350Wh/kg肯定不容易。笔者也很希望未来电池研发能够实现技术突破,但是电池从业者应该都知道实现这一目标是极其困难的。 

  锂原料供应问题 

  从某种意义上来说,资源勘探会不断有新的进展,所以用静止的能源耗尽观点来看资源供应似乎不太科学,比如近年来的页岩气革命就使得化石能源一下子宽裕了不少。 

  然而,我们首先要知道,锂电池重点材料的地壳内储量(如下图):Li(锂)、Co(钴)的地壳相对含量都处于较低水平。  

  此外,近两年内的钴、锂矿涨价事件告诉我们,锂电池产量扩张将会带来各种行业的剧烈变化。数据显示,截至2015年底,我国机动车保有量达2.79亿辆,新能源汽车保有量达58.32万辆,可以得出目前新能源汽车的替代率为0.2%。替代率从0%到0.2%,这对于动力电池上下游行业的影响已经很大,试想这一数字变成80%的时候,必定会带来原材料资源等产业链各方面的冲击。  

  这并不是说“全面取代”不能做到,而是说短期内(10~20年)如此之大的变革是否有些血雨腥风? 

  电网负荷问题 

  电网是个大系统。简单来讲,电网需要发电与用电功率随时平衡,才能使得整个系统稳定运行。所以,电网非常害怕各种负荷不规律的电源接入,以及在用电高峰期的集中使用。 

  在这里,笔者不想用过于复杂的计算来解释,只想用一个比较简单的估计来计算: 

  据报道,北京的用电负荷峰值为2000万kW,即20GW。北京2016年机动车保有量为548万辆,如果其中近80%,即400万辆是电动汽车。若拉出其中100万辆同一时间进行7kW慢充,则此时带来的电网整体负荷上升将是7GW,对于电网系统峰值20GW的影响是非常可观的,而且此时还没算上快充情景。  

  尽管上述估算略显粗糙,但有一点可以肯定:大规模使用电动汽车,必然会给电网造成巨大冲击,以上还仅仅是对于全电网的整体影响。相比之下,局部配电网的压力才是电动汽车大规模推广的实质性阻碍。 

  在小区配电网中,一辆汽车充电就可以与若干户家庭的用电量相当,一旦电动汽车普及开来,对小区配电网的压力极大。所以想要在北京的老旧小区大量推广电动汽车,其困难程度可想而知。如果想要在小区建成集中式的充电站对电网的挑战更是不小。 

  此外,电动汽车充电的安全性,不论是电池本体、汽车,还是电网配电系统,都是需要考虑的重要方面。 

  笔者认为,若能对能源网络进行改革,引导有序充电,例如引导电动汽车都在晚上充电等相关措施也可以很好的解决上述问题,这也可以作为技术发展与电力体制改革的重点方向。但不容忽视的是,这样的改革难度也非常大,不仅涉及多方的技术难题,且还涉及到我国能源体制的改革。  

  中低比例的取代是较为可行的选择 

  长期内,纯电动汽车高比例取代燃油车仍较为困难,但中低比例取代的可能性则较大一些。首先,毕竟目前在家用第二辆车、园区内用车、共享汽车等领域进行电气化取代条件已趋于成熟。  

  其次,技术研发需要时间,需要不断的积累。材料行业的进步就是这样,一口吃不成个胖子,我们需要多给新技术一点耐心,这样它会走得更稳、更好。  

  而且不要忘了,哪怕电动汽车仅取代传统汽车的20%,也将是一块很大的市场。所以踏踏实实做好目前能达成的目标,比好高骛远要实际一些,毕竟现在替代率仅为0.2%。 

  最后,锂电池也不见得是能源的最终解决技术,我们没有必要只看锂电池,其它电池或氢能源等技术路线都有希望。东方不亮西方亮,假以时日,其它技术可能也会有令人惊喜的进步,但前提是一定要真正重视工程技术研发。一方面过度重视过于花哨的、所谓的前沿技术,另一方面对工程技术人员没有提供太好的待遇,恐怕也是阻碍我国电池技术进步的重要原因。  

  我国新能源汽车行业确实已有些过热,沸沸扬扬的“骗补”和原料涨价事件就已经说明了一切。政府补贴从今年开始将逐渐退坡,潮水慢慢退去,哪些人是在投机、哪些人技术过硬,不久就会有结果。技术进步是曲折中前进的,赶英超美的大跃进思维不会让我国的电池技术腾飞。  

  综上所述,笔者的结论是,电动汽车十年内全面取代燃油汽车?没有任何可能。那从更长的时间内来看呢?也很困难,难到可能性极低。 

  大咖有话说

  王传福 

  比亚迪股份有限公司董事长兼总裁:到2020年,也就是“十三五”的收官之年,大巴和出租车会实现全面的电动化;在国家的大力支持下,专用车、物流车将进入黄金的发展期,在2025年会全面电动化;2030年,“十五五”收官之年,私家车应该会实现全面的电动化。 

  Elon Musk 

  特斯拉电动车(Tesla)CEO:到2020年,也就是“十三五”的收官之年,大巴和出租车会实现全面的电动化;在国家的大力支持下,专用车、物流车将进入黄金的发展期,在2025年会全面电动化;2030年,“十五五”收官之年,私家车应该会实现全面的电动化。  

  江冰 

  国家电网电动汽车服务公司副总经理:我积极地认为2050年可完成新能源汽车对传统汽车的基本替代,最快2040年一些主要国家主要城市就能基本完成替代。  

  姜克隽 

  国家发改委能源研究所研究员:根据目前国家发改委调研情况分析,未来几年内,纯电动汽车所亟需的技术都会得到突破,到2025年,国内销售的增量新车中,将没有内燃机作为动力的传统汽车,取而代之的则是以纯电为动力的新能源汽车。  

End  

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  出品 | 中国能源报(ID:cnenergy) 

  责编 | 闫志强 

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