18年專注鋰電池定制

補貼退坡 新能源汽車的未來在哪里?

來源:鉅大LARGE    2019-12-10    點擊量:340

摘要:儲能技術成為新能源、可再生能源發展的一個瓶頸。氫氣和儲能電池結合,就能來解決我們可再生能源的儲存問題。


(來源:微信公眾號“中國經濟大講堂” ID:cctvzgjjdjt)


2019年,有人用“一片寒冬”,也有人用“一個拐點”,來形容新能源汽車行業行進的走向。3月26日,中央四部委發布的《關于進一步完善新能源汽車推廣應用財政補貼政策的通知》,猶如給迅猛發展的新能源汽車產業注入了一副“清醒劑”。


純電動乘用車補貼額度比2018年減少一半,近乎“斷崖式”的補貼退坡,超出了市場的普遍預期,新能源汽車的銷量應聲而落。中國汽車工業協會數據顯示,2019年9月,新能源汽車銷售完成8萬輛,比上年同期下降34.2%。


目前,新能源汽車制造成本依然偏高,續駛里程并不盡如人意,充電還不方便,電池故障時有發生,價格焦慮、里程焦慮、安全焦慮仍然是困擾消費者的現實問題。這些短板不解決,即使有環保、節能、高科技等概念,新能源汽車也很難真正普及。


實際上,新能源汽車產業的發展,已經從政策驅動轉向市場驅動,此次補貼政策的調整,除了降低直接補貼,還提高了獲得補貼的技術門檻,其中有何深意?面對激烈而又殘酷的技術與市場競爭,車企該如何抉擇?當前面臨的最為關鍵的技術瓶頸又該如何突破?站在產業發展的十字路口,《中國經濟大講堂》特邀重量級嘉賓歐陽明高,為您深度解讀《補貼退坡,新能源汽車的未來在哪里?》


選擇電動汽車作為新能源汽車產業化突破口,帶動各類新能源汽車的全方位發展,這個選擇其實是中國政府十年前作出的。從2009年到2018年,新能源汽車的主體是純電動汽車,它的推廣量從0到126萬輛,我們的保有量也從幾千輛上升到2018年的260萬輛。中國鋰離子電池的比能量,從100瓦時每公斤提高到300瓦時每公斤,成本從5元人民幣每瓦時下降到0.8元人民幣每瓦時。


中國在全球建立了最大的鋰離子電池產業鏈,全球十大電池供應商七家在中國,其中包括第一名和第三名。這些事實證明了我們的發展是有成效的,這是中國首次在全球率先成功大規模地推廣高科技的民用消費品,數量占全球的53%以上。大約在2016年,全球基本都轉向了這個方向,包括德國的三大汽車企業,包括美國的通用電器公司,現在也包括日本的幾家企業也都開始朝這個方向轉型,這就是說它已經形成從中國選擇到全球選擇的趨勢。


中國為什么要選擇新能源汽車呢?我們先要認識一下,什么是新能源汽車?


發展新能源汽車勢在必行


1F什么是新能源汽車?


什么是新能源汽車?或者說什么是電動汽車?這兩個概念其實還不完全一樣,電動汽車有三種類型。


第一種,就是我們經常說的油電混合電動汽車。這種電動汽車在1900年就有了,但是現代混合動力汽車實際上是1997年豐田普銳斯推向市場的時候才到來的。燃油車是以內燃機為動力的,但是燃油車里頭的內燃機動力的效率不能經常在一個最優效率的工況運行,因為我們的車速度時高時低,負載時大時小,而我們的內燃機又是跟車連在一起,所以就會受影響,比如說怠速、低速等等,或者非常高的速度都是不好的。混合動力就是用電機、電池的方式優化內燃機的工作點,如果內燃機在高效區,我們就讓它直接驅動汽車;如果在低效區,我們就讓它斷開機械的驅動,帶動發電機發電,然后由電驅動電動機,由電動機帶動車,這樣又把效率提高了,這就是混合動力。


第二種,我們現在開的新能源汽車大多數都是純電動汽車,其實純電動汽車出現就更早,在1834年就有。剛開始純電動汽車它是鉛酸電池的,鉛酸電池續駛里程不高,重量也很重。到了后來,我們就發展了鎳氫電池的純電動汽車,但仍然不能滿足要求。直到1992年發明了鋰離子電池,到了2007年、2008年,市場上最先出現了裝用鋰離子電池的純電動汽車,這才真正進入了市場。


第三種電動汽車就是燃料電池電動汽車。上世紀九十年代巴拉德最先做出了一個90千瓦的燃料電池發動機。又過了很多年,到2015年,豐田推出的燃料電池轎車才真正成為了一個商品。


這就是我們現在的三種電動汽車和三種動力系統。它們有一個共性的特征,那就是電池、電機、電控。不管哪一種車都是需要這三樣東西的。混合動力也是電池、電機、電控。一般的時候,混合動力的電是由汽油發的電,或者是自動回饋的時候,車帶著電動機變成發電機發的電儲到電池里頭的。但是如果這個電池比較大,我們也可以從電網取電,我們把這叫可以充電的混合動力。


中國政府規定的電氣化程度比較高的電動汽車叫新能源汽車,新能源汽車就包括可以外接充電的混合動力、純電動汽車和燃料電池汽車。


2F為什么要發展新能源汽車?


中國為什么要選擇新能源汽車呢?有三個理由:


第一個理由就是我們的石油安全問題。我舉一個數據,2017年中國石油消費6億噸,其中一半是我們汽車用的汽柴油消費。2017年我們有多少車呢?兩億一千五百萬輛車。2019年上半年,我們已經到兩億五千萬輛車,估計今年年底我們一定會超過美國的兩億六千萬輛車。車越來越多,油耗也越來越大,可這些油從哪里來的呢?這其中70%都是進口的,這就是我們的能源安全問題。


第二個問題就是我們城市的污染,尤其是城市中心區域低空的污染。比如說細微的顆粒物,我們百分之二十幾都是汽車帶來的。再比如說氮氧化物,我們大概50%以上,還有揮發性有機物的40%以上,都是汽車帶來的,這是北京的數據。


第三個原因就是中國的汽車產業的升級。我們中國的汽車產業經過多年的發展,現在已經是國民經濟的支柱產業,連續十年產量居全球第一,而且是遙遙領先,現在占全球汽車產量大約30%的車都是中國做的。但是我們是一個汽車大國,還不是汽車的強國。所以總書記在2014年視察上汽的時候強調指出,發展新能源汽車是我國從汽車大國邁向汽車強國的必由之路。


3F純電動——新能源汽車產業的突破口


北京把新能源汽車定義為純電動汽車,這是為什么呢?我們為什么在這中間把純電動汽車挑出來,作為發展新能源汽車產業化的突破口呢?這個理由又是什么呢?


我們當時在作出這個選擇的時候,就是為了抓住新一代鋰離子電池應用于汽車的巨大的機遇。鋰離子電池在車上使用正好是2008年、2009年,這十年來鋰離子電池的確實現了蓄電池領域百年來的一場革命,我們認為我們需要強化中國在電氣化交通領域的特色和優勢。什么叫中國交通體系的電氣化特色與優勢呢?大家知道中國的交通體系跟別人是不一樣的,我們的地理結構跟歐洲、美國、日本都不一樣。我把我們的交通體系總結叫“點線面模型”。


所謂“點”就是大城市或者大城市群。例如北京、天津就是“點”;但如果是像北京到上海這樣的大城市之間,這就是“線”;而我們廣大的中小城市和農村區域,我把它叫“面”。


“點線面模型”的交通的特色是什么呢?我們在“點”上,電氣化的城市公共交通,我們現在城市的電動客車已經是比比皆是。交通部已經發布政策,2020年,全國交通系統的新車都要是新能源電動汽車;在“線”上,中國的電氣化高鐵世界領先;在“面”上,就是我們的電動自行車、電動摩托車,大約有兩億五千萬輛,這也是中國奇跡。


我們在這樣一個交通體系下看問題,中國的轎車主要是在城市里面走,三五百公里的距離,我們的高鐵已經非常方便,我們“面”上,再短途的,電動自行車、個人化交通領域也很方便。所以我們發展電動轎車具有全世界獨一無二的優勢,這是我們把純電動汽車作為新能源汽車產業化突破口的主要原因。當然我們并不是說只搞純電動汽車,而是要以純電動汽車為突破口,帶動各類新能源汽車的全方位發展。


4F突破可再生能源發展的瓶頸


總書記提出要實現能源生產與消費的革命,這個革命中的核心任務就是要轉型可再生能源。


據國家發改委能源研究所新能源研究方面的結果,如果我們要實現能源革命,到2050年實現碳平衡,我們必須大力發展風電和光伏。其中,到2035年,我們的光伏要從1.8億千瓦發展到20億千瓦,煤電的比例要從現在的69%降低到31%,而風電、光伏可再生能源要提升到63%,所以這是一個很大的任務。如果從成本的角度來看,光伏、風電都已經可以大規模發展,尤其是光伏上網的電價已經降低到0.2元人民幣,已經低于煤電的價格,所以大規模上光伏,在經濟可行性和技術可行性上都是沒有問題的。但是可再生能源發電有一個最大的瓶頸,就是它波動的負荷很難平衡,必須要儲能。儲能技術成為新能源、可再生能源發展的一個瓶頸。


氫氣和儲能電池結合,就能來解決我們可再生能源的儲存問題。


兩大儲能技術。一個是鋰離子電池,它是分布式、小規模、短周期儲能的最佳方式,它的效率最高,成本最低,現在的裝機規模也最大,發展潛力巨大。將來是要到萬億瓦時的規模,也就是年產十億千瓦時這樣的規模,包括儲能,包括電動汽車都要用到。另外一個就是我們中國的可再生能源有一個特點,我們的西北地區有廣闊的地方來供我們生產光伏可再生能源。但是這些光伏就是集中式的、大規模的,長周期儲存,遠距離輸送,這個時候我們需要把它變成氫氣來長周期儲存。有了這個技術,我們就可以推動可再生能源的革命。


5F構建移動能源互聯網


還有交通智能化,其中很重要的就是智慧能源,我們就叫移動能源互聯網。這是以電動汽車為核心,結合光伏發電、智能電網構成一個體系。


現在我們在充電方面好像是無序的,有了這個能源互聯網之后,當我們的規模不斷地擴大,我們就必須要搞有序充電,也就是智能充電。不能大家回家之后都充電,最好是移到半夜去充,因為那個時候沒有什么人用電了,我們的電動車的電池把電存起來。還有一個就是我們的車網互動,我們不僅存起來,等到白天高峰用電的時候,我們還可以用儲能電池里面的電回饋電網,去滿足負荷的需求。這就是我們的智慧能源,或者說叫交通智慧能源,再或者叫交通能源的一體化。我們的電動汽車不僅僅是出行工具,也是能源裝置。


我們要網聯化,不僅僅是信息的互聯網,還有我們能源的互聯網和車的物聯網,這些結合起來就會發揮巨大的作用。最終我們能達到什么結果呢?在2035年,我們的新能源汽車保有量如果是達到一億輛,車上的電池至少是50億度電,這50億度電能放出多大的功率呢?我們就算再估得低一點,至少它能提供25億千瓦到50億千瓦。不僅有車上的電池儲能,我們還有車下的儲能,還有集中式的氫的儲能,整個加起來就能完全滿足可再生能源規模發展的需求。


新能源汽車,不僅僅是一個很好汽車減排工具,而且是可再生能源革命的推動力,是實現人類可持續發展的一個優秀的交通工具。


作為電動汽車最核心部件,動力電池一直是我國新能源汽車產業鏈中最為重要的一環,而電池比能量的高低,更是提高新能源汽車續駛里程的關鍵技術。電池比能量的提升,無疑需要一個過程,它涉及到材料、成本、安全等諸多問題,如果控制不好,還有可能引發自燃、爆炸等安全事故,目前,這也是各大車企技術競爭的一個焦點,也是未來能否在激烈而殘酷的市場競爭中脫穎而出的一大關鍵。目前,新能源汽車技術已經發展到什么程度?還存在哪些技術瓶頸?如何有效解決消費者的“里程焦慮”“安全焦慮”和“成本焦慮”?


如何破解電動汽車里程焦慮


剛開始推廣電動汽車的時候,甚至有些科學家覺得電動汽車取代燃油車,永遠都不可能實現。因為按照汽油的比能量跟電池的比能量來比,在十年前大概要差一百多倍,但現在只差50倍了。50倍還是很高,但是我們不能只看這一點,我們還要看100公里的電動車耗多少能量,燃油車耗多少能量。我們的電動汽車百公里耗15度電,同樣的里程數,燃油車在城里開需要消耗8升油,8升油就是72度電。這樣一來,電動汽車使用的能量只是燃油車的五分之一。雖然之前汽油的比能量跟電池的比能量來比是50倍,但是電動汽車使用的能量只是燃油車的5倍,所以現在只差10倍。10倍是什么意思呢?比方說一個油箱,燃油車裝60升油最多也就是六、七十公斤,同樣的續駛里程,根據電池性能高低的不同,電動汽車走500公里所需要的電池重量就要300公斤到500公斤。就算300公斤,還是比燃油車多兩百幾十公斤。但是電動汽車的電機很輕,燃油車的內燃機、變速器、排氣管后處理,再加上前面的水箱、風扇,比電動汽車的要重200公斤左右。所以最后總的看起來,兩種車其實重量差別并不是很大。隨著電池比能量的進一步提高,對于續駛里程四、五百公里而言,兩種車可以做到重量基本相當。


現在很多人經常說,新發明出了一種電池,可以讓轎車跑1000公里。大多數人可能是懷疑的,聽起來跑1000公里好像不可能。但是我要告訴大家,如果僅僅想讓它能跑1000公里是可能的。要跑1000公里就要把電池加一倍,但是空間占用了很大,也許后備箱全都被占了。另外重量增加了很多,成本也加了很多,這種車可能沒人要。所以并不是不能跑1000公里,而是從一個車的綜合指標來看,這樣的產品并不是一個好車,這才是問題的關鍵。


那么,我們如何在提升續駛里程的同時又讓它成為一個好產品呢?正確的提升里程的方法不是簡單地堆電池,應該做到以下幾點:


第一,進一步提高電池的比能量。同樣的體積下我的儲電量更大。


第二,通過降低整車的電耗來提升續駛里程。現在100公里耗電15度,那是否能降到13度、12度?國際上有一款電動汽車,也算是家用轎車,它百公里10度電,這樣一來,同樣的電池你可以跑得更遠,續駛里程不就增加了嗎?現在其實大家覺得續駛里程不夠,我們叫“里程焦慮”。


“里程焦慮”是什么原因呢?大多是充電不方便,所以我們還需要把充電變得更方便,通過增加充電設備來解決“里程焦慮”。現在中國大概有一百萬多個充電樁或者充電站,私人的大概60萬個,公共的大概40多萬個。什么方式是最好呢?就是只要你買一個電動汽車,你就應該有一個自己的充電方式,平時最好的充電方式就是在家里或者單位慢充,用自己單獨的充電樁。如果你要跑長途應急的時候,你可以快充,充十分鐘,不一定要充滿。我們不按照電池的電量來看,而是說充十分鐘能跑100公里還是200公里。所以這樣一來,如果能夠構成一個體系,那大家的“里程焦慮”就不復存在了。


續駛里程基本上每年都要提升50公里以上,比如前年我買的車續駛里程是300多公里,去年續駛里程達到400多公里,已經很多了,今年續駛里程已經提高到500公里了。但是我不認為續駛里程都要達到500公里或者更長的距離,電動汽車需要有合理的續駛里程。比方說那種特別小的車,續駛里程150公里 、200公里也很好,因為它車很小。再比如說,我們家用轎車的續駛里程是400公里,這也挺合理的。當然,如果是B級車,中高端車500公里的續駛里程還是要的。所以在這方面,它是要有一個合理的里程范圍,并不是越長越好。


如何破解電動汽車安全焦慮


鋰離子電池有各種類型,有些安全性是很好的,比如說磷酸鐵鋰電池。大家知道,中國的公交大客車基本上實現了電動化,用的都是磷酸鐵鋰電池。現在一般報道的事故,大多數跟我們現在一種新的電池——三元鋰離子電池,尤其是高鎳三元鋰離子電池有關系。


電池安全主要的核心是電池的熱失控,一個電池熱失控之后,會影響著周圍電池。因為一輛車上有很多電池,不像我們手機只是一塊電池,例如特斯拉汽車上有8000多塊電池。一塊電池熱失控并不可怕,關鍵的問題是這8000多塊電池要是都熱失控,這就是事故了。


當溫度上升到一定的時候,電池會引發電池放熱的副反應,放熱副反應會進一步提升溫度,又會引發新的放熱反應,溫度就不斷地上升。這種鏈式的反應最終會失控,溫度上升的速率可以達到每秒鐘1000度,電池就會引起劇烈放熱,這種放熱會在整個電池系統中蔓延,引發所有的單體電池熱失控。一旦全方位熱失控,噴出氣體來之后,跟氧結合就會燃燒,這就是我們電池熱安全事故的一個基本過程。


目前有兩種辦法來解決它。第一種是用系統控制的方式來把電池出現事故之后產生的后果抑制住,比如可以完全防止像燃燒這樣的事故出現。個別電池發熱百分之百避免不太可能,但是不會讓它蔓延繼續造成劇烈的事故,這個技術還是可以做到的,只是現在我們的研發工程化還需要一個過程。另外一個方面就是解決最開始出現發熱的那些電池,也就是把現在液態的、可燃的電解液變成固態的、無機的、不可燃的電解質。


電動汽車的壽命、安全等等問題跟我們如何去使用有很大關系。比如說充電,我們不主張經常去快充,而且用快充的方式把電池充滿。這樣做首先對電池壽命不好,因為你充得太快,鋰離子嵌入負極的時候一堆鋰離子過來,它進去的時候,大家擁堵在這門口了,進不去了,進不去了它會還原跟電子結合,形成鋰金屬,這個鋰金屬會長成枝晶,像樹枝一樣,把正負極中間隔開的,那層隔膜就會被刺破,刺破正負極就會短路,就會造成事故。即使它不會這么嚴重,也會使壽命縮短,所以我們不太主張越快越好的充電方法。因為越快越好充電的功率沒有問題,但是電池不一定能受得了,所以即使要快充,也要選擇電池最合適的區域快充,而不能從頭到尾,一直充滿,全是快充。另外,當你在開車的時候,不要每次都是汽車發出充電警告了,但你還不充,電量很低了還不充,這樣放電放得過空的時候也會出現問題,因為一加速電池的動態特性產生極化,很容易就到達截止電壓,這樣后面就會比較危險了。


現在雖然出了一些有關新能源汽車安全的問題,但是從統計數據來看,新能源汽車出現事故的概率大概是萬分之0.9,而傳統燃油車自燃的概率是萬分之三。


我們也要理性對待目前的安全事故,不要有這方面的焦慮,這也是目前電動汽車在政府退出補貼之后技術競爭的焦點。安全既是我們電動汽車發展的生命線,也是電動汽車市場競爭的關鍵,也是最能體現技術亮點的地方,就看哪個企業能做好,做不好的就要被淘汰,做得好的品牌就上升,市場競爭中間技術會不斷地完善。


我們新能源汽車的資質已經放開,我們是對全球的汽車廠開放的,大家都來市場競爭。以前因為有國家補貼,大家好像還都能做得下去,但是目前補貼退出之后,就出現激烈的市場競爭,優勝劣汰。這樣的話,如果你做不好,不安全你就會被淘汰,那些好的就會越做越大,越做越強。


如何破解電動汽車的成本焦慮


現在有國家補貼,電動汽車似乎不貴,但是這不正要取消補貼嗎?取消補貼了怎么辦?會不會成本就上來了?我們要分析一下成本。


我們的成本包括購置成本、使用成本、維修成本,還要考慮能不能有后續利用價值,它可以補償一部分成本。


從購置成本的角度來看,我們電動車成本相當一部分歸結于電池,這部分大概在幾年前占50%,現在會稍稍降一點,但是比例仍然很高。電池的成本又是什么呢?50%都是材料和制造成本,那么我們就可以看如何減少材料和制造成本。首先,材料的長期供應保障和價格穩定性怎么樣,取決于這種材料的資源是不是稀缺資源,最重要的當然就是鋰。中國是全球鋰資源排名第二的國家,按金屬鋰來計算500多萬噸,我們大概一億輛車需要50萬噸。


另外一個問題就是說,如果就只有這么多呢?用完了怎么辦?第一,我們不會用完,因為我們是循環使用,電池并不消耗鋰。第二,還有新的儲量在不斷被發現。對于磷酸鐵鋰電池來講,鋰資源就夠了,但是對于三元電池來講,還需要有鎳、鈷、錳,這中間其實主要是鈷這個稀缺資源。我們的三元電池鈷用量在不斷地降低,最開始鎳鈷錳是各三分之一,我們現在鈷已經占10%了,下面是占5%,最后可能是完全不要它。


當然還有一個材料問題,就是全生命周期的成本。比如說有人擔心壽命要是不夠的話,要在中途再換一次電池多貴呀。比如說你的電池系統循環壽命也就是1500次到3000次,就這么一點次數怎么夠?這里有一個誤解,我們說的1500次到3000次的充放電循環,指的是從0到100%,也叫滿充、滿放的次數,這是為了方便進行壽命測試定的一個基準。真正你在家里開電動車的時候,不會把它放到0,也不會充到100%。


一般來說在20%到80%的時候會比較多,甚至30%到70%也很多。一旦你是淺充、淺放,這個次數就不是兩、三千次,而是兩、三萬次都可以,這就取決于你充、放電的深度。在實際使用的時候和跟我們測試的時候,兩個情況是不一樣的,所以大家不要為這1500次來擔心。大家知道特斯拉汽車用的圓柱形電池,在我們所有電池中間壽命相對是比較短的,一般在1000次以內,但是它照樣能跑幾十萬公里。現在的電池已經完全能滿足我們家用轎車全生命周期使用要求,而且希望它降低到原先容量20%之后,也就是我們電池在車上的壽命到期之后,還能梯次利用。比如說我們用到電動自行車去,我們用到5G網絡去等等,還能夠發揮作用,這樣能夠回收成本。


最后我們還有回收利用這一項,因為材料都是值錢的。所以現在的工信部規定是廠家必須負責電池回收。電池的成本其實這些年在不斷地下降,十年來電池價格已經降了80%。隨著技術進步,隨著我們規模的加大,還有下降的空間。全球大家認同的一個基本的趨勢是:大概在今后的三、五年,比能量特高的電池,每多容納一度電,成本大約是100美元。目前我們比較經濟的磷酸鐵鋰電池已經接近這個數,相對性能高的三元電池需要再等三、五年。


據中國汽車工程學會的汽車技術路線圖的研究結果表明,我們新能源汽車在2035年應該達到一億輛的保有量。這就是我們的前景,我相信我們現在看到的電動汽車,還只是新能源汽車初級階段的產品,不是一個真正意義的成熟的新能源汽車。所以大家會有各種各樣的質疑,也會有各種各樣的疑惑和彷徨。但是經過了能源低碳化和交通智能化兩大技術革命,我們新能源汽車在2035年一定會迎來新的時代。2025年會是新能源智能化電動汽車的一個里程碑,就是全方位的性價比突破;2035年,新能源智能化電動汽車會基本進入成熟階段。所以我們一定要堅定信心往前走,新能源汽車的未來一片光明!




原標題:補貼退坡,新能源汽車的未來在哪里?


鉅大鋰電,18年專注鋰電池定制
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