中國(guó)工程院院士 陳清泉:《雙碳目標(biāo)下，充換電發(fā)展機(jī)遇》

 

在百年大變局下，產(chǎn)業(yè)變革有什么技術(shù)方向？一個(gè)是能源的問(wèn)題，二是數(shù)據(jù)管理的問(wèn)題，三是人類/醫(yī)療問(wèn)題，三是物理/材料。搞科研的時(shí)候，一定要跨界融合，多維思維。電動(dòng)化、高能效、可再生資源、傳感技術(shù)、增強(qiáng)虛擬現(xiàn)實(shí)、新藥物研發(fā)、生物醫(yī)藥變革、車聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、數(shù)據(jù)安全、高速通訊、智能表面、稚嫩材料、非物質(zhì)化、多功能表面。

 

第二，“雙碳”目標(biāo)。

 

在今年的政府報(bào)告中提出，要有序推進(jìn)碳達(dá)峰、碳中和工作，落實(shí)碳達(dá)峰行動(dòng)方案，推動(dòng)能源革命，確保能源供應(yīng)，立足資源稟賦，堅(jiān)持先立后破，通盤(pán)謀劃，推進(jìn)能源低碳轉(zhuǎn)型。

 

習(xí)近平主席提出了一個(gè)目標(biāo)，在2030年達(dá)到碳達(dá)峰，2060達(dá)到碳中和。我們和外國(guó)做一個(gè)比較，歐盟在上世紀(jì)八十年代已經(jīng)碳達(dá)峰，他們碳中和的目標(biāo)是2050年。美國(guó)也在2007年已經(jīng)達(dá)到碳達(dá)峰，他們的目標(biāo)也是2050碳中和。日本在2008年也是達(dá)到了碳達(dá)峰，他們的目標(biāo)也是2050碳中和，我們經(jīng)濟(jì)還在快速發(fā)展當(dāng)中。因此我們還沒(méi)有達(dá)到碳達(dá)峰，我們要到2030才到達(dá)碳達(dá)峰，2060年才達(dá)到碳中和。

 

中國(guó)工程院提出“雙碳”的八大戰(zhàn)略，包括節(jié)約優(yōu)先戰(zhàn)略，能源安全戰(zhàn)略、非化石能源替代戰(zhàn)略、再電氣化戰(zhàn)略、資源循環(huán)利用戰(zhàn)略、固碳戰(zhàn)略、數(shù)字化戰(zhàn)略、國(guó)際合作戰(zhàn)略。  

 

第三，充換電發(fā)展機(jī)遇。

 

由于時(shí)間關(guān)系，我不能展開(kāi)。首先講一下背景，在我國(guó)政府財(cái)政補(bǔ)貼政策引導(dǎo)下，中國(guó)新能源汽車市場(chǎng)在過(guò)去的十年中完成了從幾乎0到超600萬(wàn)輛的跨越。最新的數(shù)據(jù)是，2021年10月底中國(guó)新能源汽車?yán)塾?jì)銷售已超過(guò)700萬(wàn)輛，繼續(xù)保持全球第一大新能源汽車市場(chǎng)。新能源汽車補(bǔ)貼已經(jīng)很好地完成了它的歷史使命，不管下一步國(guó)家是否維持一定力度的補(bǔ)貼，政府通過(guò)補(bǔ)貼政策對(duì)市場(chǎng)的刺激也不會(huì)起主要作用了，這個(gè)市場(chǎng)將真正直面市場(chǎng)挑戰(zhàn)。

 

電動(dòng)汽車在不同領(lǐng)域的應(yīng)用方式，包括私家車、出租車、城市公交、城際客運(yùn)、環(huán)衛(wèi)車等等。如何應(yīng)對(duì)電動(dòng)汽車在推廣應(yīng)用中遇到的困難？有許多專家認(rèn)為在電動(dòng)汽車上配置超過(guò)日常需要的超重電池組，既浪費(fèi)資源也浪費(fèi)錢(qián)。經(jīng)過(guò)大量實(shí)際出行統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)及模型測(cè)算，結(jié)果表明110公里的純電動(dòng)汽車可以滿足90%的用戶，如果要進(jìn)一步滿足90%的人，我們的行駛里程要提高到210公里，還要考慮到低溫季節(jié)的行駛里程會(huì)降低30%，再加上10%山地、重負(fù)荷等因素，普及型純電動(dòng)汽車達(dá)到300公里的行程，如果配上換電站的快速補(bǔ)充能量方式，完全可以滿足所有人的需求，包括在高速公路上跑長(zhǎng)途，并且它的成本在沒(méi)有政府補(bǔ)貼情況下，具備了跟同級(jí)別燃油車競(jìng)爭(zhēng)的條件。

 

有不少專家認(rèn)為，動(dòng)力電池生產(chǎn)鏈耗能較高，廢電池處置也很耗能，加大帶電量延長(zhǎng)電動(dòng)汽車行駛里程的純電動(dòng)汽車會(huì)背離節(jié)能減排的初衷。另外，插電式混合動(dòng)力車型因?yàn)樗袃商讋?dòng)力系統(tǒng)導(dǎo)致車重、能耗多，節(jié)能減排效果不理想。

 

電動(dòng)汽車的能量補(bǔ)充方式有好幾種，主要分為直流大電流充電、交流慢充方式、電池?fù)Q電及無(wú)線充電四種方式。今天我們通過(guò)數(shù)字技術(shù)，可以把各種方式結(jié)合起來(lái)，包括直流快速充電，慢充等，通過(guò)數(shù)字技術(shù)可以破解續(xù)航交流、新能源的間歇性和電動(dòng)汽車工況的間歇性互補(bǔ)。電網(wǎng)削峰填谷，發(fā)揮電動(dòng)汽車作為移動(dòng)儲(chǔ)能和移動(dòng)緊急電源的作用，慢充、中充、快充、換電融合，充電設(shè)備互聯(lián)互通，充電運(yùn)營(yíng)服務(wù)人性化，運(yùn)行維護(hù)保養(yǎng)數(shù)字化。我們要做到光儲(chǔ)充換一體化的技術(shù)。

 

我們推出了充電標(biāo)準(zhǔn)，Chaoji是一個(gè)基于目前國(guó)際主流充電接口設(shè)計(jì)，面向未來(lái)的全新方案。Chaoji是一個(gè)經(jīng)過(guò)示范工程驗(yàn)證，堅(jiān)持發(fā)揮國(guó)際力量形成的技術(shù)方案。Chaoji與已有系統(tǒng)共存，擴(kuò)大了企業(yè)選擇范圍的同時(shí)，不影響現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)的正常使用，實(shí)現(xiàn)了發(fā)揮市場(chǎng)機(jī)制，產(chǎn)業(yè)逐步升級(jí)的設(shè)計(jì)理念。這個(gè)Chaoji既可以解決現(xiàn)有問(wèn)題，也可以適應(yīng)未來(lái)發(fā)展，兼容性比較好，可以引入新應(yīng)用，其次是引領(lǐng)國(guó)際發(fā)展。

 

這個(gè)Chaoji最大的電壓達(dá)到1000~1500V，最大電流500~600，最大功率是600~900。它的充電安全性能更好，包括機(jī)械安全、熱安全、電擊及防火相關(guān)安全。

 

Chaoji全面解決目前存在于其他充電系統(tǒng)的問(wèn)題，Chaoji在保證安全的前提下，滿足全功率、全電壓充電范圍，解決了大功率、小功率等各類充電的需求整合。Chaoji全面兼容國(guó)際主流充電系統(tǒng)，Chaoji預(yù)留未來(lái)發(fā)展空間。

 

除了充電，我們還提出換電的服務(wù)。換電功能同樣類似于加油站，主要安裝在公共區(qū)域，為一種或多種型號(hào)的電動(dòng)汽車提供換電服務(wù)，按照功能的不同換電站有不同的服務(wù)方式，常見(jiàn)的服務(wù)方式如下，其中用得最多的是按照換電方式和電池包形式進(jìn)行分類，從換電方式上看，分為底盤(pán)垂直、底盤(pán)側(cè)方，引擎艙或后備箱模式。從電池包形式來(lái)看，分為整包和分箱。

 

我們要打造換電模式的生態(tài)鏈，如圖所示，如何通過(guò)換電站能夠打造生態(tài)鏈，能夠可持續(xù)，因?yàn)樗軌驅(qū)⑸舷掠蜗嚓P(guān)企業(yè)緊密地聯(lián)系起來(lái)，共同努力提取動(dòng)力電池全生命周期的價(jià)值。

 

換電模式適用在各種不同場(chǎng)合，出租車、公交車、載貨汽車、私家乘用車等等。換電有六大優(yōu)勢(shì)，第一安全性有保障，第二運(yùn)營(yíng)效率高，第三資源利用率高，第四電池壽命長(zhǎng)，第五對(duì)電網(wǎng)沖擊小，第六商業(yè)運(yùn)營(yíng)模式可持續(xù)。

 

 

推廣商用車共享?yè)Q電按站具有重大意義。充電方式有好幾個(gè)場(chǎng)景，一個(gè)是在高速公路快充站，一個(gè)是在城市公共快充站、公交停車場(chǎng)，群充式預(yù)裝一體化充電站，也可以做到光儲(chǔ)充綠色能源占，還有重卡充換電站。

 

總結(jié)一下，不管你是充電也好，換電也好，我們國(guó)家這幾種方式同步發(fā)展，來(lái)適應(yīng)不同的用途，創(chuàng)造一個(gè)健康的生態(tài)鏈。

 

第四，四網(wǎng)四流融合理論和實(shí)踐。

 

2020年12月份我牽頭發(fā)表了《四網(wǎng)四流產(chǎn)業(yè)融合》的白皮書(shū)。四網(wǎng)四流根據(jù)數(shù)字經(jīng)濟(jì)、數(shù)字技術(shù)，反過(guò)來(lái)它又推動(dòng)數(shù)字技術(shù)和數(shù)字經(jīng)濟(jì)。有了數(shù)字技術(shù)和數(shù)字經(jīng)濟(jì)以后，我們就可以把能源網(wǎng)、交通網(wǎng)、信息網(wǎng)、人文流融合，能源流、信息流、物質(zhì)流、價(jià)值流融合以后，就產(chǎn)生更好的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)保效益，反過(guò)來(lái)推動(dòng)數(shù)字經(jīng)濟(jì)。它的核心是人-機(jī)-物的融合，人代表人文世界，機(jī)代表計(jì)算機(jī)，物是物理系統(tǒng)。通過(guò)人-機(jī)-物的融合，產(chǎn)生智能，這是一個(gè)顛覆性思維。

 

它的基本理論有兩點(diǎn)：1）通過(guò)人文世界、信息世界和物理世界的融合，能夠產(chǎn)生智能。從數(shù)據(jù)通過(guò)數(shù)據(jù)孿生變成信息，進(jìn)一步要通過(guò)信息變成知識(shí)，通過(guò)融合孿生，進(jìn)一步通過(guò)認(rèn)知孿生，把知識(shí)變成智能，如圖所示。2012年我在研究中發(fā)現(xiàn)，人的行為和能源流、信息的關(guān)系，擴(kuò)大到上面，人文世界、信息世界和物理世界的融合，大家知道物理世界和信息的融合我們叫做數(shù)字孿生，也就是說(shuō)，你在信息世界里面可以很清楚地看到物理世界的東西，但是這個(gè)不夠，我們要通過(guò)人文世界的幫忙，通過(guò)融合孿生，我們要進(jìn)一步把信息變成知識(shí)。我們要進(jìn)一步通過(guò)人文世界，通過(guò)認(rèn)知孿生使知識(shí)不斷更新，就變成智能了。有了智能以后，把它用到能源就變成智慧能源，把智能用在交通就變成智能交通，把智能放在工業(yè)就變成智能化的工業(yè)和制造。2）根據(jù)熵理論，我在德國(guó)做研究的時(shí)候，我發(fā)現(xiàn)熵理論和愛(ài)因斯坦的能源公式結(jié)合。很多熵的科學(xué)家，比如克勞斯提出熱力學(xué)第二定律的熵增加原理，玻耳茲曼提出熵是系統(tǒng)混亂程度的亮度，香農(nóng)提出不確定性作為信息的度量。才定額提出熵是混亂程度即無(wú)序性的一種量度，表示這個(gè)系統(tǒng)到底有序還是無(wú)序。如果你的系統(tǒng)無(wú)序，熵就增加，如果你的系統(tǒng)有序，熵就減少。我們要把熵理論跟愛(ài)因斯坦能源公式理論融合，所以就產(chǎn)生四網(wǎng)四流理論基礎(chǔ)之一。

 

融合的機(jī)理是通過(guò)系統(tǒng)耦合與設(shè)備共享，以提高網(wǎng)絡(luò)中能源與資源的利用率。融合的關(guān)鍵，通過(guò)人文網(wǎng)指導(dǎo)融合中的動(dòng)態(tài)因果關(guān)系與復(fù)雜連接邏輯，融合的效果，通過(guò)價(jià)值流調(diào)整融合中的技術(shù)，產(chǎn)業(yè)到生態(tài)的動(dòng)態(tài)演化。最后的結(jié)果是起到經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)保效益。

 

四網(wǎng)四流就是整體大于個(gè)體的總和，上層建筑和經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)的互動(dòng)關(guān)系。從科學(xué)理論上，探索出能源、信息和人的行為互動(dòng)規(guī)律。從工程上來(lái)說(shuō)，我們開(kāi)發(fā)了能源操作系統(tǒng)，采用邊緣云結(jié)構(gòu)，將能源體系和人工智能大數(shù)據(jù)體系結(jié)合，實(shí)現(xiàn)增值效益。

 

舉一個(gè)例子，通過(guò)我提出的四網(wǎng)四流理論，我們?cè)趺礃幽軌蜃龅街腔勰茉?？剛才講了，你要產(chǎn)生智能，一定要把無(wú)序變有序，能源里面有各種體系，電網(wǎng)、天然氣、煤炭，把這些能源交互融合，就可以使無(wú)序變成有序。比如，在發(fā)電里面，我們可以風(fēng)能發(fā)電、太陽(yáng)能發(fā)電、傳統(tǒng)能源發(fā)電。利用風(fēng)能、太陽(yáng)能，進(jìn)行水制氫，把能源流變成物理流，需要的時(shí)候氫能和氧氣結(jié)合可以發(fā)電，過(guò)程中產(chǎn)生二氧化碳和氫氣，但是它們合成可以形成能源，并且這些化工通過(guò)四網(wǎng)四流，我們可以友好地把電力和化工磨合好。

 

通過(guò)四網(wǎng)四流可以解決四大矛盾，第一是化石能源/可再生資源的矛盾；非中式能源/分布式能源的矛盾；一次能源/二次能源的矛盾；電力能源/化工能源的矛盾。通過(guò)四網(wǎng)四流可以把廢棄的能源變得有用，從而促進(jìn)碳中和。我們通過(guò)人文世界、信息世界、物理世界的融合，通過(guò)熵理論，可以把無(wú)序變有序。

 

電-氫能夠很好地協(xié)同。因?yàn)殡姾蜌涠际墙K端能源，并且便于相互轉(zhuǎn)化，所以電-氫協(xié)同可以充分發(fā)揮電便于傳輸、氫易于存儲(chǔ)的優(yōu)勢(shì)，為新能源為主體的新型電力系統(tǒng)的多時(shí)間尺度靈活調(diào)節(jié)問(wèn)題提供全新的解決方案。如圖所示，送端模式有新能源基地、外送電+外送氫。受端模式有用能中心、受電制氫或直接輸氫。輸送模式輸電輸氫并舉，協(xié)同優(yōu)化。電-氫系統(tǒng)是新型電力新能源為主體的重要手段。

 

四網(wǎng)四流是基于數(shù)字基礎(chǔ)，反過(guò)來(lái)四網(wǎng)四流可以全力、全方位推動(dòng)數(shù)字經(jīng)濟(jì)。能源網(wǎng)就是能源和信息結(jié)合，我們所謂的車聯(lián)網(wǎng)，實(shí)際上是能源、信息和交通的結(jié)合。我提出四網(wǎng)，加人文網(wǎng)，人文網(wǎng)代表先進(jìn)的思想、先進(jìn)的法規(guī)、先進(jìn)的政策等等，也能夠代表上層建筑和經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)的互動(dòng)。通過(guò)四網(wǎng)四流，我們可以更全方位地推動(dòng)數(shù)字經(jīng)濟(jì)。

 

回顧一下工業(yè)革命，第一次工業(yè)革命是蒸汽機(jī)的發(fā)現(xiàn)，第二次工業(yè)革命是電力的發(fā)明，第三次工業(yè)革命是數(shù)字革命，第四次工業(yè)革命是人工智能，它比前三者還要厲害。我們發(fā)現(xiàn)光人工智能不行，因?yàn)槿斯ぶ悄苓€要加人文，利用人文之道，人工智能合力，可能破壞世界。我們正在從第四次工業(yè)革命，演化到第五次工業(yè)革命，第五次工業(yè)革命的特點(diǎn)是在人工智能的基礎(chǔ)上，加上人文，加上環(huán)境。

 

歐盟也提出歐盟工業(yè)5.0，特點(diǎn)是以人為本、可持續(xù)、高韌性。日本提出“日本社會(huì)5.0”，以人為本需要成為考慮的核心因素，總結(jié)下來(lái)是人類社會(huì)的進(jìn)步，體現(xiàn)出以人為本。

 

小結(jié)一下，上個(gè)世紀(jì)我們專注于物理世界的進(jìn)步。本世紀(jì)初，我們專注于網(wǎng)絡(luò)信息世界的發(fā)展和數(shù)字化的復(fù)興。網(wǎng)絡(luò)信息世界創(chuàng)造了新的價(jià)值，提高了我們的生產(chǎn)力，改變了我們的人際關(guān)系。但是，我們應(yīng)該進(jìn)一步顛覆性思維，將物理世界、信息世界和人文世界深度融合，有效地將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為信息-知識(shí)-智能解決復(fù)雜問(wèn)題，在現(xiàn)實(shí)世界中，僅僅依靠技術(shù)并不能解決復(fù)雜的問(wèn)題和迎接新的挑戰(zhàn)。必須將人文世界、物理世界和信息世界深度的融合。

 

我們需要有“六個(gè)眼睛”和大家共勉，首先我們要把眼睛放在前面，要有前瞻性思維。第二要把眼睛放在后面，吸取歷史教訓(xùn)。第三把眼睛放在上面，綜合思維，全局思維。第四眼睛放在腳底，能夠落地。第五把眼睛放在右邊，看看美國(guó)、歐盟。第六把眼睛放在左邊，看看日本和韓國(guó)，這樣無(wú)處不曉，無(wú)所不知。

 

六個(gè)“I”：第一個(gè)是Inspiration（激情），第二個(gè)是Imagination（想象力），第三是Innovation（創(chuàng)新），第四是Integration（創(chuàng)新），第五是Implementation（實(shí)現(xiàn)），第六是Investment（投資）。謝謝大家！