李立理:電動汽車應與智能電網融合發展
在能源緊張和環境惡化的社會背景下,智能電網因其高效率、低能耗得到了越來越多的重視。電動汽車充換電服務網絡作為智能電網的一個重要組成部分,不僅很好的實現了低碳環保的目標,而且與百姓生活密切相關,因而受到了廣泛關注。今天,我們專程訪問了國家電網公司能源研究院智能電網研究所的李立理博士,希望能夠對電動汽車發展的相關問題展開深入探討。
記者:2011年,科技部制定的電動車“十二五”專項規劃已進入實施階段,初定目標是2015年中國的電動汽車達到百萬輛。那么,發展電動汽車的重要意義有哪些方面以及當前中國電動汽車的發展現狀如何?另外如何看待電動汽車與智能電網的關系?
李博士:只有全面深刻理解了發展電動汽車的重要意義,才能夠厘清智能電網和電動汽車兩者的關系。就我理解,這兩者是相互融合的關系,電動汽車與傳統汽車的最大區別就在于它作為一個新的接口,實現了汽車行業和電力工業的對接。只有在兩個行業實現成功對接之后,也就是將電動汽車融入智能電網之后,電動汽車的重大意義才能得到充分的發揮,在促進兩個行業轉型升級的同時,為我國經濟社會可持續發展做出巨大貢獻。
我認為發展電動汽車的重大意義有以下幾個方面:
首先是保障我國能源安全的重要戰略選擇。根據我國工信部和發改委發布的報告,我國石油對外依存度已達到55%左右,接近美國的水平。考慮到我國大量石油來自于非洲和中東等相對不穩定地區,再加上我國在保障遠海石油運輸通道和石油供應渠道等方面的能力要弱于美國,可以說我國能源安全方面面臨的問題要比美國嚴峻的多。應該說近些年機動車快速增長是造成我國石油對外依存度不斷上升的主要原因,每年新增石油消費約有70%用于新增汽車。電動汽車實現了動力電氣化轉型,擺脫了對石油的依賴,在保障未來我國能源安全具有重要的戰略地位。
其次是有利于降低碳排放和污染。全球范圍內,汽車為主的交通運輸業碳排放量占總排放的28%,是碳減排的一個重要領域。隨著“節能減碳”觀念日益盛行和國際碳關稅日益臨近,作為碳排放大國的中國面臨節能減排壓力將不斷加大,電動汽車是降低交通行業排放的重要手段。另外,從趨勢上看,隨著我國電源結構的不斷優化以及整體效率的提升,電動汽車的節能減排的效果將更為明顯。再就是從降低目前嚴峻的城市大氣污染問題來看,發展電動車效益十分突出。
第三是有利于促進可再生能源發展。電動汽車發揮儲能作用,通過智能電網控制,在可再生能源[FS:PAGE]發電富裕時吸收電力,在可再生能源發電不足時停止充電,對避免棄風、棄光現象,提高可再生能源利用效率方面效益十分重要。風電和太陽能這種間歇性和波動性電源大規模發展后,傳統電網的發電跟隨負荷的運行控制方式將難以適用,而智能電網強調關注用戶側響應,通過先進控制通信技術實現負荷側與發電側的共同調節,甚至由負荷側去跟隨風電、太陽能等可再生能源的出力特性,從而能夠最大程度接納可再生能源,提高系統運行效率。必須意識到,要實現智能電網這一功能,僅有通信信息系統是不夠的,儲能也是一個關鍵。電動汽車作為大規模的分散式儲能裝置,只要利用好了,對于可再生能源發展的貢獻是十分重要的。
電動汽車對可再生能源發展的效益在新能源發電比例較高的國家已經得到高度重視,比如德國在宣布推出核電后,更為重視電動汽車對于提高其國家風電、太陽能比例的重要作用。我國新能源發電所占的比例比較低,所以對這一點目前強調的還不夠,但是歐洲的先例會對我國的發展有所啟示,我相信這一點會隨著我國智能電網建設深入開展以及可再生能源比例快速提高而得到更多重視。
第四,電動汽車是新一輪技術革命的核心之一,有利于中國抓住機會實現“彎道超車”。
正由于電動汽車有前三點重要意義,全球主要國家都明確將電動汽車作為了汽車產業升級的發展方向,在近年來顯著加大了這一領域投入。因此,可以說發展電動汽車實現汽車產業升級已經是必然趨勢,電動汽車已經成為新一輪技術革命的核心之一,成為了未來國際競爭中的兵家要地。我國在傳統汽車以及混合動力的核心技術,如發動機和自動變速箱方面與國外差距很大,并且面臨森嚴的專利壁壘,趕超機會相對較少;相較而言,電動汽車的零部件數量約為5000個,遠低于傳統汽車30000個零部件的規模,因此電動汽車發展我國汽車工業一次“彎道趕超先進國家的機會”。所以我們要抓住發展電動汽車的歷史機遇,實現我國汽車工業的產業升級和能源結構的優化調整。
綜合以上四點,無論是從能源可持續角度或是產業升級的角度來看,發展電動汽車的意義都是非常重要的。
我國電動汽車當前的發展現狀主要表現在以下方面:
現狀一:具備了一定的技術和產業發展基礎。從技術上來看,通過過去十年的大力投入與攻關,我國在電動汽車的電池、電機、電控三大關鍵技術方面已具備一定的研發能力和產業化條件。希望能夠抓住這一契機培育新的戰略性新興產業,推動經濟結構調整,實現汽車產業的彎道超[FS:PAGE]車。國家“十二五”規劃綱要中明確指出:(要)“開展插電式混合動力汽車、純電動汽車研發及大規模商業化示范工程,推進產業化應用”。
現狀二:具備一定產業基礎和較好的資源保障能力。在電動汽車方面,我國具有較好的產業基礎和資源保障。我國的鋰資源儲量居世界第三,同時也是世界第二大鋰電池生產國,在鋰電池的生產經驗和產業技術方面,存在著一定的優勢。另外,從關鍵的電力驅動部件來看,比如大轉矩的永磁電機和稀土材料領域,我國的儲量也位于世界前列。所以從電動汽車發展基礎來看,我國在資源儲備、產業基礎等方面的積累將有助于電動汽車的發展。
現狀三:具備良好的政策激勵環境。主要表現為我國政府對電動汽車補貼力度和廣度在全球是領先的。我國對純電動車國家補貼6萬,地方政府配套補助6萬,合計12萬。而國外的情況為,美國是政府7500美元再加上州補貼,如加州州補貼為5000美元,則一共1.25萬美元,折合人民幣約8萬元;英國是5000英鎊,折合人民幣約5.2萬元。我國補貼力度已經處于全球前列。
現狀四:部分企業參與熱情較高,基礎設施建設力度大。目前我國動力電池、電動汽車(整車)、充換電基礎設施等方面都是企業的關注熱點,近些年投資項目很多,企業參與熱情也比較高。同時,進入公告的整車產品數量和充換電基礎設施建設規模在國際上也是比較領先的。迄今為止,新能源汽車示范推廣城市已擴大到25個;6個城市啟動了私人購買新能源汽車補貼試點工作;已有54家汽車生產企業的190個車型列入《節能與新能源汽車示范推廣應用工程推薦車型目錄》,去年這些車型年產量為7181輛車。
但是,相比國際先進水平,我國發展任務緊迫,問題較為突出:比如存在實際推廣效果一般,暴露了一些產品質量問題;各地差異較大,認識不統一;有些地方出現了地方保護主義傾向;核心技術和產業化能力相對較弱;產業協調和有序發展還有待提高等問題。
記者:您認為中國電動汽車發展需要什么樣的政策或技術支持?
李博士:電動汽車的發展需要政府整體性規劃,從多行業的角度統籌分析。其需要的政策或技術支持主要包括以下幾點:
建立協調機制和交流平臺,形成跨部門協調與跨行業協調的機制。在電動汽車發展前期,政府要充分發揮協調作用,協助有關部門建立一個有效的協調機制,形成發展合力,推進電動汽車的發展。 在國家層面形成整體規劃和各部門的協調機制的基礎上,電動汽車及相關行業要建立和完善協調溝通機制,要在配合政府規劃的基礎[FS:PAGE]上,充分利用有用資源,提高效率,避免無謂的浪費。
提供綜合性、系統性的政策體系支持。形成跨行業多部門的協調機制之后,政府還要從政策層面考慮核心技術、整車技術、并網技術、基礎設施、回收利用、補貼和優惠政策等綜合因素。在制定綜合性和系統性政策時,要把握好政策的統籌設計。推進政策要從核心技術的研發和整車產品的開發出發,包括智能并網技術、基礎設施建設、電池的回收利用和優惠政策等的綜合考量,形成一個由多部門參與的整體性政策框架體系,形成由點到線到面的政策扶持體系。
出臺綜合性試點與產業聯盟政策。政府引導支持相關產業結成聯盟,開展綜合性試點項目。要從整體性的角度積極開展各項試點工作,我國當前的試點工程主要是以補貼政策為主,參與企業粘合度不夠,缺乏綜合性解決方案以及相應的檢驗和測試環節,因此需要政府在組織試點實施過程中,更為注重試點方案的整體性和綜合性,強調產業合作與綜合驗證,并在此基礎上引導相關產業結成產業聯盟,形成合理,確保試點示范取得成效。
加大對關鍵技術的研發和引進、提升產業化能力等政策扶持力度。在這場全球性的技術革命中,政府要充分發揮資源和市場優勢,具備全球視野,積極開展一些國際范圍的產業整合和產業布局,包括技術的引進、消化和吸收,站在高起點上積極提升我國的產業化能力等,為以后電動汽車的快速發展奠定基礎。
記者:繼國家電網公司等電網企業提出了電動車充電站的發展戰略之后,眾多其他行業領域的企業也紛紛參與了電動汽車充電站的建設工作,您是如何看待這個行業動向的?
李博士:我認為從目前來看,電網的優勢突出,并且主導地位已經建立。其表現為:
在充電站的建設方面,與其他企業相比,電網企業具有極大優勢。電網企業在技術和標準上是有先發優勢的,這主要是因為電網企業開展這種充換電設施的研究和實踐時間比較早。自2006年至今,電網企業在電動汽車充電設施的研究與實踐方面開展了大量工作,取得了多項重要成果。目前我國電網企業已經編制完成了充電站的典型設計和多個相關企業標準,并且正積極參與國家標準的研究與編制工作。
在實踐方面,電網企業已經在上海、唐山、河南、深圳等地建成了示范充電站與充電樁,并與絕大多數地方政府簽署了戰略合作協議,為下一階段大規模示范應用打下了良好基礎,積累了豐富的實踐經驗。考慮到充電設施建設涉及配電線路改造與變壓器擴容等配套工程的設計與建設、電能質量治理技術[FS:PAGE]、以及智能計量技術等,電力企業在充電設施建設相關技術與標準方面具有較明顯先發優勢。
在提供充電服務方面,電網企業則具有網絡優勢和直銷優勢。從服務網絡來看,未來建設的充電站和充電樁都在電網覆蓋范圍之內,電網企業能夠更全面地掌握充電網絡布點情況,并有針對性地進行合理優化。同時,依托現有配電網通信信息平臺以及營銷網絡,電網企業更容易實現充電設施網絡化管理與服務。從銷售模式來看,電網企業直接把電力出售給電動汽車用戶,不存在中間環節,既有助于提供更具價格優勢的服務,又有助于更好地把握和滿足用戶需求。
此外,在促進充電網絡與智能電網結合方面,電網企業同樣具有天然優勢,能夠通過智能控制實現社會效益最大化。智能充電控制是實現電動汽車“削峰填谷”效益的關鍵,需要有智能充電管理平臺、通信信道、智能終端以及和電網的雙向互動作為支撐,建設成本和運維成本較高。對于電網公司而言,保障安全、經濟、清潔、可持續的電力供應是其基本使命,因此具備開展智能充電相關工作的內在驅動力。另外,由電網公司開展充電網絡服務,可以利用智能配電網中已有的信息管理平臺、通信信道以及智能電表終端實現智能充電控制,降低智能充電管理系統的建設成本和運行成本,能夠最大化地節約社會資源節。因此,電網企業在開展智能充電業務,實現社會效益最大化方面既有內在動力,又有成本優勢。此外,從能源系統整體優化角度來看,電動汽車充電設施應當而且完全可以成為智能電網重要組成部分,由電網企業統一運營管理在建設、運營、管理等方面的可操作性都更強。下一步需要著重關注的是電網企業和相關行業協調合作事宜。
記者:2011年我國出現了幾例電動汽車自燃的事件,引發了社會對電動汽車安全性的爭議,您作為電動汽車方面的專家,對上述現象是怎么看的?
李博士:電動汽車作為新生事物,出現問題是很正常的。從目前社會報道的角度來看,也都是比較寬容的,可以說公眾對電動汽車這個新生事物的信心并沒有受到影響。但“自燃”也進一步凸顯了電動汽車安全的重要性。就目前的情況來看,電動汽車要做成一個與燃油車成熟度相當的產品,還有較長的路要走。
自燃事件發生之后,專家組經過檢測后一致認為造成事故起火原因是電池單體封裝以及電池箱裝車使用過程中未能充分考慮到使用環境和相關的安全因素,在應用過程中出現了電池漏液、絕緣受損以及局部短路的情況且未能及時發現,在經過多次重復使用以后隱患顯現,[FS:PAGE]引發本次事故。
總體來看,國內企業普遍涉足動力電池、電動汽車技術和生產領域時間較短,企業自身實力相對有限。一方面我國企業普遍欠缺生產動力電池的經驗,在技術與自動化水平上與國外先進水平差距較大;另一方面,在產品質量與可靠性管控等方面相比國外知名企業也存在較大差距。但是,應該認識到,只要在設計、生產、管理、監控等環節嚴格把關,電動汽車產品的安全性能夠得到保證。比如國外經過長時間研發和設計的較成熟產品如Volt和Leaf等目前來看在安全性方面的問題就解決的很好。
為了行業的健康發展,政府有必要加快完善動力電池和電動汽車有關檢測認證標準體系,尤其是要加強對動力電池組的強制檢測認證,提高行業準入門檻,避免出現劣幣驅逐良幣的局面,促進行業規范發展。
記者:您認為國外電動汽車的運營模式對我國是否有可借鑒之處?
李博士:目前國外電動汽車的運營模式有三種:一種是以英國和德國為代表,以慢充為主,主要是電力企業與停車場、超市等合作;一種是Better Place 提出的充換結合,公共服務換電為主的模式,此模式計劃在以色列、丹麥、澳大利亞、奧地利等國推廣;一種是日本Chademo協會為代表,以快充網絡為主,在日本和美國得到一定程度應用。
就我國而言,需要綜合應用各種模式,最后以實現產業綜合效益最大化為目標來選擇合理的運營模式。在敲定商業模式的過程中要遵照因地制宜的原則,合理地確定各個地方的充換電服務的模式。比如,在郊縣、農村、小城市等車輛使用頻率較低的地方應該以充電方式為主,但是在大城市這種行駛里程較長,使用頻率較高的地方應該是充換結合,通過換電方式來提高用戶使用的便捷性。由此看出,對國外運營模式的借鑒是十分必要的,如何結合國情,因地制宜地綜合應用國外的成功經驗是我們要考慮的問題。
記者:您覺得中國電動汽車的發展前景如何?
李博士:中國電動汽車的前景可以說是非常好的,因為無論從國家層面、能源安全、還是節能環保和產業升級等方面,中國電動汽車發展都是十分必要的。
從我國電動汽車發展的市場前景來看,增長的空間非常大。不同于國外汽車行業相對飽和的發展狀況,中國的汽車行業發展“后勁十足”。中國汽車行業本身是處在快速的增長階段,專家預計“十二五”汽車產量銷量還能增長10%到15%。未來,如果充分發揮我國市場“增量優勢”,中國極有可能成為全球最大的電動汽車市場。
從產業發展的現有基礎來看,在自主研發和學習國[FS:PAGE]外先進技術的基礎上,我國在技術產品研發方面已有所突破,企業參與熱情很高,擁有了一個很好的發展基礎。再加上政府又出臺了相關的激勵政策,中國電動汽車快速發展的基本條件已經具備。因此,只要政府、相關產業和技術部門能形成合力,整合國家的需要、市場空間的遠景和政策支持等有利資源,中國電動汽車的前景將是十分美好的。
記者:您能否暢想下,十年后,智能電網將會為人們生活帶來怎樣的改變?
李博士:毋容置疑,十年后的智能電網將得到非常好的發展,將對人們的生活產生巨大的影響,我覺得主要可能體現在五個方面。
一是智能電網將提高用戶的參與度,用戶參與性將變得更好。用戶通過智能電網能主動控制各自的能源損耗,更多地參與到電力系統的優化和運行中,并提高了其能源利用效率。
二是未來的電氣化程度更高、能效更高。十年后,電動汽車的使用和清潔能源的自由并網將會提高整個社會的電氣化程度。另外,隨著經濟的發展,儲能、儲熱、儲電這三種以電為核心的技術應用也會提高電氣化水平。從用戶端而言,用戶可以利用智能終端、智能電表及能效管理系統的綜合體系提高能源利用效率。從傳輸環節而言,智能電網提高了整個系統的運行效率,降低系統的網損,能源的傳輸效率也會變得更高,另外特高壓等新型的輸電技術應用也有利于提高能效。
三是未來的城市會更清潔。電動汽車替代傳統汽車、高效的分布式能源的應用和其他清潔技術的使用都能夠有效地降低包括汽車尾氣排放,冬季供暖及燃煤造成的大氣污染,使城市更清潔。
四是智能電網有助于消除城鄉差距和區域不平衡的問題,發展會更均衡。智能電網能夠提供一個更好的信息平臺,該平臺不僅能改變城鄉信息不對稱的問題,也能減弱資源調配不均造成的負面影響,讓區域間發展變得更平衡。同時還可以利用分布式電源、微網和農村的生物質能,充分發揮鄉村的優勢,提高鄉村的利用效率,促進經濟的協調發展。
五是在智能電網產業鏈帶動下將產生眾多新的產業和就業人員。十年后,將出現以智能電網為基礎的電動汽車充換電服務網絡、智能小區、智能家居、電力光纖到戶等新興產業。這些新產業會帶動新的就業增長點,增加更多的就業機會。
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