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【高端访谈】国网能源研究院李立理:推动电动汽车新模式
中国城市低碳经济网   2011-11-10 作者:张微微 来源:中国城市低碳经济网 文字大小:[][][]

  大力发展绿色低碳产业,加快建立以低碳排放为特征的产业体系,积极倡导绿色低碳生活方式和消费模式,是促进产业结构转型和经济发展方式转变的迫切需要。绿色发展是“十二五”规划提出的十六大要点之一,也是今年全国“两会”期间委员热议的话题。

  随着经济社会的发展,环境污染和能源匮乏逐步显现,新能源汽车因此被推上了热议的宝座。近日获悉国家电网公司推出了电动汽车以“换电为主、插电为辅,集中充电、统一配送””的新商业模式,为此中国城市低碳经济网记者张微微专程采访了国家电网公司能源研究院工程师李立理,与他就新能源汽车的现状及未来发展模式等问题做了深入探讨。

国网能源研究院工程师李立理(左)和本网记者(右)

  记者:李博士,您好!交通现在是城市环境污染的一大来源,汽车尾气也给城市环境造成了很大的危害,中国又是能源消耗大国,请您从中国能源安全与节能减排两个方面谈谈电动汽车产业化发展对这两方面带来了哪些重要意义?

  李博士:首先从保障国家能源安全角度说,发展电动汽车是大势所趋、势在必行。我国石油对外依赖程度较高,而且呈现逐年上升的趋势,2010年,我国进口原油2.4亿吨,对外依存度达到54%左右。汽车是石油主要消费力量,我国汽车每年消耗的石油已经超过总量的1/3,而且对每年石油消费增量的贡献超过了50%。

  考虑到我国目前千人汽车保有量只有55辆,不足世界平均水平的一半,未来10-20年我国汽车产业的发展空间依然巨大。有专家预计“十二五”期间我国汽车市场增速约在10%左右,汽车市场的饱和容量将超过3000万辆。2010年末我国汽车保有量接近8千万辆,未来十年汽车规模还会较快增长,如果不转变发展模式,预计到2020年,我国石油对外依存度可能超过70%,届时将面临很大的能源安全压力。

  其次从节能减排角度来说,目前国际上碳税推进得比较快,我国也考虑在未来几年内推进相关工作。碳排放无论是从外交,还是国际事务处理来说,影响都是比较大的。全球范围内,汽车为主的交通运输业碳排放占到了总排放的28%,是碳减排的一个重要领域。

  中国是个碳排放大国,面临的能源安全和节能减排压力都比较大。电动汽车的节能减排效果与电源结构紧密相关,随着电源结构的不断优化和整体效率提升,其节能减排的效果就越好。根据全生命周期测算,按照2015年和2020年我国的电源结构,电动汽车比传统汽油车能够减少二氧化碳排放30%以上,减排效果比较显著。所以总的来看,发展电动汽车以电代油是实现节能减排的必然选择。

  再就是从环境污染这个角度来看,汽车尾气是城市大气污染的主要来源,对于大城市更加明显。根据2005年数据,北京市汽车排放的CO和HC超过了这两项污染物排放总量的60%,NOX超过了总量的40%,随着汽车保有量增加,汽车排放对大城市的大气污染呈上升趋势。2010年环保局的数据显示,全国113个环保重点城市有32.7%空气质量为3级,这样的空气质量应该说是不容乐观的。考虑到我国汽车市场还处于较快发展时期,从减少城市大气污染的角度看,发展电动汽车形势已经很紧迫了。

  因此,从国家能源安全、节能减排、环境污染三个角度来看,必须改变汽车行业的发展模式,发展电动汽车,走绿色低碳发展道路。

  记者:如果不改变汽车产业的发展模式,中国能源安全与环保压力都会进一步增加,看来发展电动车的确是形势所迫?

  李博士:发展电动汽车一方面是以上三方面因素使然,另一方面也是我国政府带有主观能动性的一项重要战略决策。政府希望能够抓住这一契机,实现我国汽车产业的弯道超车,培育新的战略性新兴产业,推动经济结构调整。国家“十二五”规划纲要中明确指出:“开展插电式混合动力汽车、纯电动汽车研发及大规模商业化示范工程,推进产业化应用”。从技术上来看,通过过去十年大力投入与攻关,我国在电动汽车的电池、电机、电控三大关键技术方面已具备一定研发能力和产业化条件。从资源条件上来看,我国锂资源储量丰富,居世界第三,也是现在世界第二大锂电池生产国,具有较好的产业基础和资源保障。

  2009年以来我国出台了一系列刺激计划,如“十城千辆”示范推广计划和私人补贴试点城市政策等,目前已经实现25个十城千辆,6个私人补贴试点城市;工信部在产业规划中也提到到2020年我国电动汽车规模达到500万辆的目标。

  从全球市场国际竞争上来看,国外投入电动汽车十分迅速,发展紧迫性突出。美国、日本、德国、英国、以色列、丹麦等都纷纷提出电动汽车推广计划,大力发展电动汽车和基础设施,众多电动汽车产品已经或者将于今年年内实现上市销售。由此看来,在国内外,发展电动汽车已达成共识,已经形成了较激烈的国际竞争态势,我国必须采取措施,牢牢抓住机遇,大力推动电动汽车及其充换电服务产业快速实现产业化,不能停留在纸上谈兵。

  记者:国家在发展电动汽车上带有主观能动性,对于电动汽车的发展会带来进一步的推动,“十二五”规划推动节能减排,两会委员热议电动汽车,那么是不是社会各界对于发展电动汽车都达到了共识?

  李博士:电动汽车本身是新兴事物,而且涉及多个政府部门和相关行业,需要各方形成共识,开展密切合作才能有效推动电动汽车产业发展。目前来看,我国各级政府和相关行业对于发展电动汽车的重要战略意义和发展紧迫性已经基本达成一致共识。下一步就是需要各方进一步加强合作,加快推进技术标准、商业运营模式以及充换电基础设施建设等方面工作,争取尽快为消费者提供较规范的电动汽车产品与配套充换电服务,加大市场培育力度,加快产业化进程。

  记者:电动汽车在发展过程中还有哪些瓶颈?

  李博士:除了上面说的共识问题,还有两个瓶颈:其一是动力电池的性能有待进一步突破,其二是低压配电网扩容改造问题。

  动力电池的性能需要进一步突破。第一个关键是能量密度,电池体积和重量不能太大,否则在整车设计和汽车总体效率方面是不合理的。目前国内动力电池成组以后的能量密度在100-200Wh/kg,只有少数比较好的可以做到200Wh/kg左右,所以说电池的能量密度是一个需要突破的瓶颈。

  第二个就是电池的寿命。动力电池是由很多小的单体电池串并联而成的,目前单体电池的寿命在3000次左右,成组后寿命只能达到1000次的水平。目前来看,要保证单体电池一致性以及过程中各个单体电池所处环境相对一致有较大挑战性。按照23kWh电池的续航里程为160公里考虑,1000次的寿命对应总里程约为16万公里,还是有待进一步提高的。

  再就是电池的价格比较高,目前价格区别比较大,在4000-5000元/kWh左右。这样的价格还是很高,如果没有补贴的话难以实现商业化应用。补贴政策是不可能长期维持的,因此还需要电池成本在规模化需求的带动下实现大幅下降。

  还有一个是大家都比较关心的问题,电池充电时间,即电池的快充能力。充电时间长给车主带来了很多不便之处,目前的技术还难以在不影响电池寿命前提下实现快速充电(10分钟以内)。快充能力是由电池的性能来决定的,电池如果接受电流太大会影响电池的寿命。所以电动汽车的快充能力短期来看还难以快速提升。

  记者:以上是从电池的性能来阐述电动汽车在发展过程中遇到的瓶颈,这些问题是否可以在未来几年实现突破呢?

  李博士:能量密度有望在近几年提高,预计可能在2015年之前达到200-300Wh/kg,这个技术指标对于满足普通汽车还是可以接受的;电池寿命有望提高到1500-2000次,随着国内外对电池研发投入加大,通过技术和工艺进步,电池的单体一致性和成组性能有望大幅提升;电池价格的下降空间是比较大的,考虑我国扶持政策的带动,加上我国的资源储备优势,电池的价格下降趋势应该会比较明显,同时一旦形成规模,初期研发投入的分摊会大幅度下降,预计在近几年有望降到2000-2500元/kWh。

  对动力电池的快充性能来看,由于涉及到电池本身基本材料的物理化学特性,依赖于材料科学的突破,需要很多基础研究的支撑,难度比较大,研究周期相对较长。

  所以总的来看,就电池瓶颈而言,电池价格、能量密度和寿命由于可以从多个方面着手改进,可能会率先突破,有望在未来几年满足商业化、产业化发展的基本条件。但是快充能力要想实现快速提升的话,目前感觉难度还是比较大。

  在电池瓶颈之外,还有另一个瓶颈,就是低压配电网扩容改造问题。因为这涉及到供电安全的问题,也不能够忽视。目前充电桩的功率大概是在3-5kW,它相当于是一户居民家庭用电的总功率。假定电池能量密度提高了,电池容量成倍增加的话,则充电桩的功率需求就会不断提高。如果在已建成小区内新增较大规模电动汽车,并且不采取有序充电管理措施,那么配电网就必须要改造,要增加变压器、线路和开关的容量,这样一来,局部改造的压力和投资比较大。从宏观角度来看,电动汽车规模化发展以后的电力需求很可观,会给整个城市电网甚至更大区域带来影响,需要改造或新建许多新的线路、新的变压器来满足这个需求。以某大型城市为例,如果其电动汽车超过百万辆的话,增加的负荷相当于该城市目前最大负荷的1/4,也就是说整个城市1/4的电力要用来满足电动汽车的需求,这是十分可观的。由于新增电力线路需要占用线路走廊,在很多大城市由于土地资源紧张,电网扩容改造的压力非常大。所以必须要重视电动汽车和电网的协调发展。另外,针对充电设备带来的谐波污染问题,必须采用严格的规范与标准,进行统一监管,才能保证供电的质量。

国网能源研究院工程师李立理

  记者:国家电网公司推出电动汽车“换电为主,插充为辅,集中充电、统一配送”的新运营模式,如何正确理解这个新模式,这个新模式可以破解电动汽车发展的瓶颈吗?

  李博士:“换电为主,插充为辅,集中充电、统一配送”这个新模式是瞄准目前电动汽车发展瓶颈提出的针对性策略。针对电池快充能力这一近期内难以突破的瓶颈,考虑到电动汽车必须实现快速的电能供给才能具有市场竞争力,只能采取换电这种方式才能解决人们出行的便利性。换电在5分钟左右就可以实现,从而使电动汽车具有市场竞争力。这一模式下,换电站作为最主要的公共服务载体,根据需要建设一定的充电站、充电桩作补充,从而最大程度满足用户的便利性。

  “集中充电,统一配送”是指在人口比较密集、土地资源比较紧张,不适合建大型换电站的区域,采取建设小型的电池配送站,通过物流把电池配送过去实现为用户换电的方式,具有选址相对灵活的优势。但是这是在不适合建设换电站的前提下提出的,因为这种方式要增加物流成本,另外电池循环利用效率也要低一些。通过配送站和换电站相互配合,有机组合,就能最大限度满足用户的需求。所以说充换电公共服务的角度来说,换电是一个最主要的方式,可以满足人们3-5分钟快速能量补充的要求。

  第二个是能够破解低压配电网扩容改造瓶颈:无论是换电站还是集中充电桩,都是把电池放一块,是集中负荷的概念,对于配电网的影响可以集中到一个局部,不会形成全局性问题,对配电网的压力就会减少很多,局部的问题总是比较好解决的。另外通过网络化的统一管理,所有充电设施进行统一安装、统一维护和统一管理,能够实现和电网友好互动,包括参与系统调峰等,从而也能够降低对配电网的影响。

  第三是这种新模式可以降低产业发展的技术风险和环保风险。对于新兴产业,服务十分关键,网络化、规范统一的服务能增强消费者的信心。另外网络化的大型服务运营商能够实现统一规范的质量管控与规范服务,并且一旦电池技术突破,有易于实施过渡方案。另外,对于电动汽车产业发展来说,网络化的大型服务运营商对于电池的梯级利用和有效回收是十分有利的,能够有效避免电池废弃带来的环境污染以及实现动力电池中锂资源与稀土资源的有效回收。

  记者:那请谈谈这个新模式如何实现电池的回收利用?

  李博士:因为如果没有一个大型充换电服务运营商以及大范围服务网络的话,电池的回收会面临很多问题,各方动力和积极性很难有效调动。因为当动力电池归属于用户所有时,由于回收渠道建设和回收业务经营成本较高,整车企业和动力电池制造企业开展动力电池回收和梯级利用的动力难以保证。而如果没有方便的回收渠道与较好的经济回报的话,个人用户的电池就很可能被随意废弃,带来严重的环境污染与资源浪费问题。

  在“换电为主,插充为辅,集中充电、统一配送”这一模式中,动力电池不是由用户购买,而是由运营商租赁给用户,动力电池由整个服务网络运营商统一购置/租用和管理。作为网络化的大型充换电服务运营商,会想办法使动力电池发这一重要资产发挥最大效益,利用其服务网络优势和集团化运作优势,从组织机制、技术力量、人才队伍方面着手,形成电池购置/租赁、使用、维护、梯级利用、回收的完整电池管理体系。

  尤其是当电网企业作为充换电服务网络运营商时,它本身在建设智能电网过程中就有对储能设施的巨大需求,希望通过动力电池的梯级利用来提高电力系统整体效率,因此对动力电池的梯级利用具有很大的内在动力。

  因此,结合其主营电网业务,国家电网公司提出的电动汽车充换电服务网络运营模式对于动力电池的梯次利用和有序回收十分有利。

  非常感谢李博士能够接受中国城市低碳经济网的专访!

  

 

[中国城市低碳经济网编辑:张微微]

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