工程院院士楊裕生:長里程純電動車並不節能減排

中國新聞週刊2019-09-11 04:18:03


車企的成百上千億投資,都白花了嗎?

本文來自週刊君大家族“ 中新汽車

(ID:CNWAUTO


文前劃重點


楊裕生院士認為:


1、長里程純電動汽車裝電池多,耗電多,續航越長越不環保;


2、插電式混合動力車是大馬拉小車,是假節能減排,油耗低是假象;


3、氫燃料電池車研發投資大,電池價格高,製造過程耗能高,難實現節能減排;


4、純電動車應以微、小型為突破口,大、中型汽車應主要發展增程式;


5、磷酸鐵鋰電池是助力,應提高性價比。


對此,楊裕生院士還提出,對這些問題有關部門需反思,基礎材料研發20年,但生產仍未過關的原因到底是什麼?


續航越長越好?恐怕不盡然。


不久前,北汽董事長徐和誼在接受採訪時説到:300公里的續航里程就已經足夠,再長就沒有任何意義。早前,蔚來董事長李斌也曾説過類似的話,李斌認為一味地增加電池容量並不是好方法,會影響車輛的性能,只要適度就可以了。


另外,還有北大教授,鋰電"達沃斯"學術委員會主席其魯在某個大型鋰電新能源產業國際高峯論壇大談續航里程問題,其魯認為,作為基本交通功能的電動汽車,其實續航里程200公里——最多300公里,完全可以滿足人們的日常需求


不過這番新能源電車續航里程不易過長的言論,讓消費者不敢苟同,至少目前還是很少有人能夠接受這個觀點的。畢竟,“里程焦慮”是每個人都難以跨越的現實障礙。


8月31日,在2019中國汽車產業發展(泰達)國際論壇上,中國工程院院士楊裕生再次對長續航里程純電動車不節能減排的問題提出建議,並且,楊裕生院士稱,近年來國內頻發的電動車自燃事件,與長續航里程不無關係。


楊裕生院士曾多次在公開場合炮轟純電動汽車追求長續航的做法,在他看來,長里程純電動車未必可取。第一,多裝電池比能量又要高,爆炸危險性大;第二,多裝電池,電池生產和廢電池處置耗電多;第三,負重行車,浪費能量;第四,電池用量大,車子價格高,競爭力就低;第五,電池壽命短於整車,換新電池要用户另出錢,這樣帶來的結果反而是浪費能源。


沒有絕對安全的電池,純電動汽車要在里程上追趕燃油車,就會導致車上裝過多的電池。而里程越長需裝電池越多,能量密度越高危險性越大,則電池組燃燒概率越高。”楊裕生院士表示,忽視安全性問題,是純電動汽車事故頻發的根源。


在擔憂電動汽車安全性的同時,楊裕生還表示,“新能源汽車的發展必須要實現市場化,不應一味地追求長里程而多裝電池,造成能源浪費、增加排放、增加廢舊動力電池的處置量”。


事實上,目前我國仍以火力發電為主,節油而耗電高的長里程純電動車並不能減少排放。因此,楊裕生認為長里程純電動汽車在某些程度上來講是背離電動汽車節能減排宗旨的,即便未來電網電能可以廣泛採用太陽能、風能、潮汐能等清潔能源,長里程純電動車也未必是最好的選擇。


楊裕生指出,當前純電動汽車應以微、小型為突破口,長里程的大、中型電動汽車更適合發展增程式。


據悉,微、小型電動車內搭載的電池較少,安全性相對較高,可適應城市、鄉鎮等不同地區交通的普遍需求。同時,微、小型電動車還兼具價格低、易推廣等優勢。目前,我國增程式電動車已經發展至第三代,其發動機發電可以繞過電池直接驅動電動機,避免充放電過程中的能量損耗,並進一步減少電池組的用量,預計節油率可大於60%。


“我們要衡量全過程節能減排,不能只看某一階段或某一環節的節能減排,整體來看發動機與電池結合的路線可以實現最佳效果”,楊裕生表示,增程式並不是向純電動汽車過渡的產品,而是未來節能減排的主力。


以下為演講實錄:


大家下午好,我今天想介紹一下我的一些看法,當前電動汽車以及動力電池產業的發展。


新能源補貼還有16個月就要取消,現在市場化的進程已經開始,上午已經説汽車現在是新的起點,實際上電動車也是要開始新的起點。那麼在這樣的情況之下我們要發展什麼樣的電動汽車?發展什麼樣的動力電池?我想講四個問題第一,節能減排是電動汽車的宗旨,第二既安全又節能的車才有前途,第三是安全節能的車需要用什麼電池,第四是充分利用積分促進節能減排。


先講第一個問題,節能減排要從電動汽車的全週期衡量,而不是指哪一段,譬如説在路上行駛這一段,純電動車就用電,燃料電動車是用氫,不是講這個。要講電從哪裏來,氫從哪裏來,它的節能減排效果怎麼樣。所以要全週期來考慮。


那麼全週期考慮之後,就產生了下面的一些看法。第一個是長里程純電動車不節能減排,插電式混合動力車假節能減排,燃料電池電動車難節能減排,微小型純電動車是真節能減排。增程式電動汽車很節能減排。五種車子用到五個形容詞。下面我講講理由,為什麼説長里程純電動車不節能減排?這是純電動車,它在電網的電能主要來自燃煤的情況之下,雖然它節油,但耗電高,這樣的長里程乘用車是不能減少排放的。但是純電動汽車不用油,在新加坡受到罰款,新加坡從香港買了一輛特斯拉,運到新加坡去,本來想得到一萬左右的獎勵,結果新加坡政府把它的耗電量做了測試,從它的耗電量來看不但不給獎勵,還罰了他一萬美元。所以新加坡的政策是對的,就因為追求長里程多裝了很多電池,裝的電池多了車子就重,車子重耗電就多,耗電多在發電的時候排放的二氧化碳以及其他的有害物就多,所以新加坡的政策是從節能減排出發的,這是真正體現了發展電動車的初衷。


即使將來電網的電能主要來自太陽能等清潔能源,高能電池也過關了,長里程純電動車也未必可取。第一,多裝電池比能量又要高,爆炸危險性大,第二多裝電池,電池生產和廢電池處置耗電多,第三多裝電池,負重行車,浪費能量,第四電池用量大,車子價格高,競爭力就低。第五電池壽命短於整車,換新電池要用户另出錢,現在的電池一般保五年,長的保八年,而一輛車要開十幾二十年,所以一個車就要配兩套到三套電池,買車的時候現在看重的不要牌照錢,可以有補貼。但是買主有沒有考慮第二套、第三套電池是要自己掏腰包的。


再有就是充電樁要密,既費錢又佔地,且難符合要求,所以長里程電動車第一是背離了發展電動車節能減排的宗旨,第二是用户多花錢,補貼取消之後競爭力差。所以它不節能減排的道理就在這裏。


第二是插電式混合動力車為什麼假節能減排?它有兩套系統,這樣的車子就重了,耗電就多。第二點是它50公里之外用傳統的內燃機,現在傳統汽車的功率有很大的宂餘量,這個車子仍然是大馬拉小車,所以是不節能減排的。


第三個是標榜“油耗很低”,實際是油耗計算方法有問題,造成的假象。譬如説一個插電式混合動力車,百公里油耗只有1.5升,實際上1.5升怎麼來的?它是裝能行駛七八十公里的電池,剩下二三十公里用油,把二三十公里用的油算到一百公里裏面,這麼一除之後油耗當然降下來了。所以這是一種假的計算方法。


第四不少用户不充電,把這個車子當燃油車用,費油排放有增無減,還有的把電池賣掉,不是個別人,是有一些人,拿到補貼,牌照又不花錢,尤其在上海,一個牌照八九萬,所以買這個車是非常合算的,它可以不充電,而且有車用,牌照不花錢,所以插電式混合電動車它是個“虛胖”,不是真正的結實,是肥肉。科技部去年已經把插電式從三重裏面去掉了,去年1月份的百人會議上,萬鋼部長在會上宣佈,三重科技部已經把它定成純電動車、增程式車、燃料電池電動車,裏面已經沒有插電式混合動力車。發改委今年把插電式混合電動車從電動汽車裏面除名了,發改委今年發佈了一個文件,就是關於汽車發展的一個方向指導文件,現在已經開始實施了。把插電式歸到燃油車範圍裏面了。所以現在對於插電式混合動力車的認識是慢慢地清楚了,但是各個部委之間互相還不夠統一,有的還把它當成了寶貝。下面我講到雙積分的時候還會提到。


第三個是關於燃料電池電動車,為什麼説它難節能減排?燃料電池是用氫做能源,而氫是沒有礦藏的,當然也可以説水是礦藏,但氫和水不是一回事,這樣解決的問題就很多。第一條就是要高能效、低排放制氫。剛才衣院士講到現在的很多氫是用電解水的方式,如果是直接用電解水制氫,再到燃料電池裏面去發電,前面那個效率,電解大概85%,燃料電池算50%,這樣算下來之後,這兩步10度電變成4度,就送到公路上,再加上燃料電池本身還要消耗電,它的運行要耗電。所以最後的效率也不是很高。


有人説可以用副產氫,實際副產氫也是有限,大概氯鹼工藝產生的副產氫可以用,但是裏面有少量的氯氣、氧氣,要純化。一氧化碳根據現在國家公佈的標準,氫氣裏面的一氧化碳的含量是千萬分之二,就是0.2個PPM,實際上氫氣裏面的純度要求很高,要把這些煤轉化出來的氫氣,要把一氧化碳去掉,難度很大。因為要純化到0.2個PPM,代價非常高,這是主要耗能的問題。


第二個是氫的安全運輸、分佈、儲存,都有技術問題。今天這裏不詳細講,最近有一篇文章投到《科技日報》,已經十幾天了,到現在還沒有登,如果登出來請大家看看,就是氫的安全運輸問題非常大。


第三個問題是燃料電池的壽命不夠長,在實驗時可以做到一萬兩萬小時,到路上不行的。因為價格高、製作高,造成了燃料電池耗能遠遠比內燃機耗能高得多。再有就是鉑資源,我們國家現在一年生產的鉑金是4噸左右,主要用在化工方面做催化劑,還有做首飾,遠遠不夠,還要進口大概40噸左右。把這個鉑金只能拿很小部分做燃料電池,燃料電池的量很有限,大概就是幾十萬就到頂了,所以要研究不用鉑的,鉑金用的少的,現在可以做到0.2、0.3克千瓦,但是鉑金越少越容易中毒,壽命降得越快。不用鉑金的催化劑這是世界難題,現在正在攻克,這些問題都要經過長期的研究才能解決。


政府尤其要考慮三個問題:第一個就是膜紙泵罐已經研發20年,碳質、氣泵、高壓氣罐生產不過關,這個原因到底在什麼地方?我是前三十多年參加核實驗,我經歷過我國從原子彈、氫彈的研製,好像也沒有這麼難。


第二個問題是進口電池和進口部件來裝車,對於我國的技術發展有什麼好處?第三個問題是多大規模演示?在什麼地方演示?如何實現市場化?燃料電池只是增程式的一種,也就是電電混合,實際上它發電機給電池充電,因此它今後就要和其他的發電技術來競爭,它要競爭不過,就上不了市場,所以它很難節能減排。


第四是微小型車為什麼説真節能減排?它的電能雖然全部來自電網,但是微小型純電動車電池少,安全性高,適應城市、鄉鎮交通的普遍需求,價格便宜,容易推廣。微小型純電動車以200V,充電8小時就能行使100公里,耗電少,真正減排。它的排放相當於3升油。如果一輛微小型純電動車夜間充電相當於100座百萬KW的抽水蓄能電站,可省1.5萬億元建站費用。微小型純電動車可用鉛炭電池做低速車,更安全。


第五種是增程式電動車為什麼很節能減排?這是第二代的增程式車,所謂第一代就是寶馬I3,這個發動機是0.7升的排量,電池用完之後增程機開始發電,這只是供電的關係,而沒有很好優化組合。而第二代的增程式,是優化了電力系統,第一個是發動機排量大概減小一半,但是它的節油率高了。第二是發動機能效優化,因為可以在很窄的轉速下調節發電,不像普通的發動機要有一個很寬的動態範圍。第三個是電池少了,成本低,第四是車子減輕了,更加節能。


所以我把它歸納有7個優點:電池少,補貼取消的影響小,容易推銷,比燃油車節油50%以上,更加省錢,可以不充電,免建充電樁,而且可以遠行,如果有充電條件,城市裏面百公里節油率可以達到80%,現在的燃油車生產和加油設施全部可以繼承,所以傳統汽車企業就可以減少很多浪費,它沒有純電動車的里程安全、充電、價格、電池等等的問題。


第二是增程式是燃油車與電動車的融合,節能減排。這是瀋陽華龍做的12米增程式客車,百公里油耗12升,公路模式百公里油耗16.3升,加拿大PlanB公司百公里油耗17升。日產汽車NOTE用的E-POWER系統,百公里油耗僅2.9升。山東德州做了增程式低速車,用的是摩托車的單缸發動機,用鉛酸電池,百公里油耗僅1.8升,2017年出來當年銷售1萬多輛。


第五個是最近的,港東集團的國馬50輛增程式SUV,從廣東的佛山經過井岡山到武漢,20號到達開封,1800公里不充電,氣温在38-40度之間,全程開空調,這個對於純電動車是不可想象的。它的平均時速是每小時90公里,百公里平均油耗3.9升。一個SUV的車子在這種條件之下百公里耗油3.9升,節油率是非常高的,50%以上。這個例子在網上都已經傳得很廣。


第二個問題是既安全又節能的車才有前途。我把這個車子的要求列出七項指標,安全性高,節能減排,使用方便,價格低廉,能源費少,維修方便,使用期長。安全性高這樣的車子用户才能欣賞,特斯拉純電動車2017年共燒了十幾輛車,2018年一年燒了11輛。今年2月、3月、4月、5月、7月,差不多一個月一輛。


根據不完全統計,我國2017年燒車103輛,2018年燒51輛,這個51輛打了個問號,因為有人有意刪除燒車的新聞,所以統計不準。其中90%以上是用三元鋰電池的純電動車,今年21號的這一個月裏面就燒了11輛車以上。深圳電動物流車2018年燒了5輛,其中4輛是電池自燃。


所以三元鋰電,車裏的人來不及逃生,車內的人來不及救援,為什麼會有這樣的情況?


我視作各種電動車輛競爭力的強化,把剛才7個指標畫了一個表。7個指標5種車子給它進行打分,打出來的總分,長里程純電動車12分,插電式14分,燃料電池車11分,微型純電動車27分,增程式33分,這是我的看法,我希望這個表大家拿回去自己打打分,看看是不是這樣的趨勢。


7個指標是等權相加,實際安全性應該加權,節能減排是宗旨,應該加權,如果這兩項全增加了,那麼總分差距更大。所以請各位可以試試,看看結果如何。


第三代增程式電動車技術介紹一下,江蘇公爵提出來發電直驅電動車,與第二代不同,發電不經過電池,第三代是發電機發的電直接到電動機,這樣就減少了電池充電放電的能量損失大概10%左右,所以可以提高節油率。另外這個電池的壽命也長了,因為大電流不經過它,所以它集安全、節能減排、方便,長里程,省錢大全。


增程式還是要省油,不是我們最終的目標。我想提醒兩個問題,如果我國汽車的油耗降到一半以下,年節原油2億噸,環境改善,能源安全提高,我國由汽車大國向汽車強國邁進一大步,全國人民都非常高興。


第二,純電動車的電池多,車重,耗電多,未必是最終目標。如果大家都認清發展電動車是為了節能減排,政策就要改變,改變了之後,純電動車就不應該是最終目標。我過去也是認為純電動車好,從八九年之前我開始慢慢認識到,純電動車的問題比較多。所以最近八九年,我一直講,不能夠搞長距離的純電動車,要衡量全過程的節能減排,把發動機和電池配合,這是效果最佳。未來的增程式發動機可以不燒油,不增加二氧化碳的排放,我實際是這麼一個設想,全部由太陽能提供能量,太陽能風力發電、光伏發電,給蓄電站充電,給電池充電。我們有7億多的秸稈,可以產生1億多的酒精,現在甜高粱的項目由清華牽頭,國家在立項,裏面有大量的糖,而且這種高粱一般的土地都能長,這樣才能生產大量的乙醇,給發動機供應燃料,就像現在巴西有一半左右的汽車用的酒精,很多車子都是酒精、汽油兩用,這樣全部由太陽能給提供增程式電動車,是可以不燒油。所以增程式不是像純電動汽車的過渡,而是未來汽車的主力。


第三個問題是安全節能的車需要什麼電池?高鎳三元等電池不應該是重點,只要把補貼取消了,或者補貼不和里程掛鈎,不和現在電池的比能量掛鈎,把這個政策改變,高鎳三元沒有冒險去做。另外全固態電池又較遠。


另外磷酸鐵鋰電池應是主力,提高壽命,降低成本,現在有的地方已經從一塊達到八毛。第二是回收剎車能量,這是汽車節能減排非常重要的內容,回收剎車能量需要用5C-35C的快充電池,所謂5C就是五分之一小時把這個電充滿。石墨電極可以快放,但是難以快充,所謂的鋰離子電池都是用石墨做負極,鈦酸鋰電池可以快充,但是它的價格高,比能量很低,所以要發展高安全性、廉價快充的電容電池,這個電池我們提出來,正極用磷酸鐵鋰加多孔碳,負極用硬碳代替石墨,硬碳不容易長枝晶,調節材料的比例和電極的厚度,就可以調充放電倍率。雖然我們是申請了專利,但是大家都可以用。這種電池做好之後,它的比能量比碳酸鋰高一倍,價格是碳酸鋰的三分之一到四分之一。


最後一個問題是講充分利用積分促進節能減排,現在的正積分決定於純電動里程,不利於節能減排,另外還有一個問題是正積分過剩。工信部正在徵求對雙積分《並行管理辦法》修改稿的意見,初步意見裏面有一條就是純電動車的積分等於基準分值乘上電耗調整係數,這就弱化里程因素,我很贊成。


但是,還有點建議,第一個建議是現在的基準積分等於0.006乘R加0.4,這個R是純電動里程,建議改為0.004乘R,進一步弱化里程的因素,推動節能減排,另外分數就降低一點,使得政府積分的平衡更有力。


第二個建議是插電式電動車現在的積分是2分,在徵求意見稿當中改成1.6分,打了個八折,比稿子當中150公里的純電動車的1.3分還要高,這是很不合理的。現在發改委已經在《汽車產業投資管理規定》當中把插電式列為燃油車,所以取消它的積分也不為過,但是為了照顧現在的現狀和習慣,尤其有些企業公司跑到部裏面公關,我説可以照顧給他1分。


第三個建議,要建議給增程式電動車1分,和現在的建議150公里的純電動車相持平,推動節能減排。


最後結束語,第一,政府的政策要改革,電動汽車和動力電池必須安全第一,而不是里程第一、比能量第一,必須改變這個觀念,改變這個政策。再有就是不該要求極速提高比能量久、增加危險性。現在電池的指標是一年提高一個指標,這個電池是沒有經過考驗就上車,非常危險。


第二點,企業經營要改向:在市場化下,必須減少電池用量,提高安全性、節能減排、降低車價。而不是追求長里程純電動、多裝電池、浪費能源、增加排放、加大廢電池的處置量。


第三,提高安全性、堅持節能減排宗旨,具體做法有四條。一是積分與節能減排掛鈎,進一步與純電動車裏程脱鈎。二是純電動車微小型化,鼓勵發展低速車,電池隨市場來定,三是發展增程式技術,用各種電動車,第四是發展快充電廉價的磷酸鐵鋰電池或者是電池電容,謝謝大家!


值班編輯:羅曉蘭

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