中國工程院院士 陳清泉:《雙碳目標下，充換電發(fā)展機遇》

 

 

 

 

演講實錄

 

 

中國工程院院士陳清泉線上演講并發(fā)表主題演講——《雙碳目標下，充換電發(fā)展機遇》。

 

 

以下為演講實錄：  

 

各位領(lǐng)導(dǎo)、各位專家、各位朋友：我今天和大家交流的主題是《“雙碳”目標下，充換電發(fā)展的機遇》。我交流的內(nèi)容分為四部分：第一，創(chuàng)新、科學(xué)、數(shù)字經(jīng)濟、顛覆性產(chǎn)品。

 

習(xí)近平主席教導(dǎo)我們，發(fā)展是第一要務(wù)，創(chuàng)新是第一動力，人才是第一資源。什么是科學(xué)？科學(xué)是真理，科學(xué)家的使命是揭示自然界的規(guī)律、造福人類?？茖W(xué)的精神：是質(zhì)疑精神，獨立思考。科學(xué)的方法：邏輯的推理、演繹計算、實驗驗證。

 

科學(xué)、工程、技術(shù)的關(guān)系是怎樣的？科學(xué)是知識，是真理，科學(xué)要找出自然界規(guī)律，造福全人類。所以科學(xué)要回答的問題是“為什么”即Why。工程是將科學(xué)、技術(shù)、管理集成，解決實際問題，使世界更美好。所以恭城瑤解答問題是“How”怎么做要落地。技術(shù)是技巧、工匠精神、精益求精。

 

什么是工程哲學(xué)？工程哲學(xué)的核心是系統(tǒng)的集成優(yōu)化，所以要產(chǎn)學(xué)研結(jié)合。我們的工程要有目標、有思想、有方法，還可以執(zhí)行。這個跟科學(xué)有一點不一樣，因為科學(xué)家探討自然界規(guī)律，往往是利用明確的目標，但是搞工程一定要有明確的目標，有思想，有方法可以執(zhí)行。所以我這里歸納為六點：1）辯論、定義、修訂和追求目標。2）整體思想、閉環(huán)思想、循環(huán)思想、因果及相關(guān)思想。3）創(chuàng)造性。4）遵守科學(xué)程序：分而治之、合而攻之。5）考慮人的因素。6）考慮項目和團隊精神。工程和科學(xué)相比，有兩個特點：1）需要經(jīng)驗。2）需要時間。

 

什么是數(shù)字經(jīng)濟？又叫互聯(lián)網(wǎng)經(jīng)濟、網(wǎng)絡(luò)經(jīng)濟、新經(jīng)濟，它是指通過數(shù)碼計算技術(shù)為基礎(chǔ)，由數(shù)字產(chǎn)業(yè)帶動的經(jīng)濟活動，以及非數(shù)字產(chǎn)業(yè)即由數(shù)字科技的創(chuàng)新經(jīng)濟活動。

 

什么是顛覆性的技術(shù)和產(chǎn)品？這些顛覆性技術(shù)和產(chǎn)品往往被重新定義，比如臺式電腦的出現(xiàn)、智能手機的出現(xiàn)，智能手機改變了原來的手機，智能手機用來打電話的比例很少，大部分幫助你工作和生活，同時智能網(wǎng)聯(lián)汽車也是一項顛覆性技術(shù)和產(chǎn)品，它把能源、交通、信息結(jié)合起來，是人類生活的第三個空間。第一個空間是家里，第二空間是辦公室，第三空間是在你的智能網(wǎng)聯(lián)汽車里。

 

在百年大變局下，產(chǎn)業(yè)變革有什么技術(shù)方向？一個是能源的問題，二是數(shù)據(jù)管理的問題，三是人類/醫(yī)療問題，三是物理/材料。搞科研的時候，一定要跨界融合，多維思維。電動化、高能效、可再生資源、傳感技術(shù)、增強虛擬現(xiàn)實、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。

 

在今年的政府報告中提出，要有序推進碳達峰、碳中和工作，落實碳達峰行動方案，推動能源革命，確保能源供應(yīng)，立足資源稟賦，堅持先立后破，通盤謀劃，推進能源低碳轉(zhuǎn)型。

 

習(xí)近平主席提出了一個目標，在2030年達到碳達峰，2060達到碳中和。我們和外國做一個比較，歐盟在上世紀八十年代已經(jīng)碳達峰，他們碳中和的目標是2050年。美國也在2007年已經(jīng)達到碳達峰，他們的目標也是2050碳中和。日本在2008年也是達到了碳達峰，他們的目標也是2050碳中和，我們經(jīng)濟還在快速發(fā)展當(dāng)中。因此我們還沒有達到碳達峰，我們要到2030才到達碳達峰，2060年才達到碳中和。

 

中國工程院提出“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、國際合作戰(zhàn)略。  

 

第三，充換電發(fā)展機遇。

 

由于時間關(guān)系，我不能展開。首先講一下背景，在我國政府財政補貼政策引導(dǎo)下，中國新能源汽車市場在過去的十年中完成了從幾乎0到超600萬輛的跨越。最新的數(shù)據(jù)是，2021年10月底中國新能源汽車累計銷售已超過700萬輛，繼續(xù)保持全球第一大新能源汽車市場。新能源汽車補貼已經(jīng)很好地完成了它的歷史使命，不管下一步國家是否維持一定力度的補貼，政府通過補貼政策對市場的刺激也不會起主要作用了，這個市場將真正直面市場挑戰(zhàn)。

 

電動汽車在不同領(lǐng)域的應(yīng)用方式，包括私家車、出租車、城市公交、城際客運、環(huán)衛(wèi)車等等。如何應(yīng)對電動汽車在推廣應(yīng)用中遇到的困難？有許多專家認為在電動汽車上配置超過日常需要的超重電池組，既浪費資源也浪費錢。經(jīng)過大量實際出行統(tǒng)計數(shù)據(jù)及模型測算，結(jié)果表明110公里的純電動汽車可以滿足90%的用戶，如果要進一步滿足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)的行駛里程會降低30%，再加上10%山地、重負荷等因素，普及型純電動汽車達到300公里的行程，如果配上換電站的快速補充能量方式，完全可以滿足所有人的需求，包括在高速公路上跑長途，并且它的成本在沒有政府補貼情況下，具備了跟同級別燃油車競爭的條件。

 

有不少專家認為，動力電池生產(chǎn)鏈耗能較高，廢電池處置也很耗能，加大帶電量延長電動汽車行駛里程的純電動汽車會背離節(jié)能減排的初衷。另外，插電式混合動力車型因為它有兩套動力系統(tǒng)導(dǎo)致車重、能耗多，節(jié)能減排效果不理想。

 

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

 

我們推出了充電標準，Chaoji是一個基于目前國際主流充電接口設(shè)計，面向未來的全新方案。Chaoji是一個經(jīng)過示范工程驗證，堅持發(fā)揮國際力量形成的技術(shù)方案。Chaoji與已有系統(tǒng)共存，擴大了企業(yè)選擇范圍的同時，不影響現(xiàn)有標準的正常使用，實現(xiàn)了發(fā)揮市場機制，產(chǎn)業(yè)逐步升級的設(shè)計理念。這個Chaoji既可以解決現(xiàn)有問題，也可以適應(yīng)未來發(fā)展，兼容性比較好，可以引入新應(yīng)用，其次是引領(lǐng)國際發(fā)展。

 

這個Chaoji最大的電壓達到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全面兼容國際主流充電系統(tǒng)，Chaoji預(yù)留未來發(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，為一種或多種型號的電動汽車提供換電服務(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行分類，從換電方式上看，分為底盤垂直、底盤側(cè)方，引擎艙或后備箱模式。從電池包形式來看，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，如何通過換電站能夠打造生態(tài)鏈，能夠可持續(xù)，因為它能夠?qū)⑸舷掠蜗嚓P(guān)企業(yè)緊密地聯(lián)系起來，共同努力提取動力電池全生命周期的價值。

 

換電模式適用在各種不同場合，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，第一安全性有保障，第二運營效率高，第三資源利用率高，第四電池壽命長，第五對電網(wǎng)沖擊小，第六商業(yè)運營模式可持續(xù)。

 

 

推廣商用車共享換電按站具有重大意義。充電方式有好幾個場景，一個是在高速公路快充站，一個是在城市公共快充站、公交停車場，群充式預(yù)裝一體化充電站，也可以做到光儲充綠色能源占，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，我們國家這幾種方式同步發(fā)展，來適應(yīng)不同的用途，創(chuàng)造一個健康的生態(tài)鏈。

 

第四，四網(wǎng)四流融合理論和實踐。

 

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。四網(wǎng)四流根據(jù)數(shù)字經(jīng)濟、數(shù)字技術(shù)，反過來它又推動數(shù)字技術(shù)和數(shù)字經(jīng)濟。有了數(shù)字技術(shù)和數(shù)字經(jīng)濟以后，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、價值流融合以后，就產(chǎn)生更好的經(jīng)濟效益和環(huán)保效益，反過來推動數(shù)字經(jīng)濟。它的核心是人-機-物的融合，人代表人文世界，機代表計算機，物是物理系統(tǒng)。通過人-機-物的融合，產(chǎn)生智能，這是一個顛覆性思維。

 

它的基本理論有兩點：1）通過人文世界、信息世界和物理世界的融合，能夠產(chǎn)生智能。從數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)孿生變成信息，進一步要通過信息變成知識，通過融合孿生，進一步通過認知孿生，把知識變成智能，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，你在信息世界里面可以很清楚地看到物理世界的東西，但是這個不夠，我們要通過人文世界的幫忙，通過融合孿生，我們要進一步把信息變成知識。我們要進一步通過人文世界，通過認知孿生使知識不斷更新，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，我在德國做研究的時候，我發(fā)現(xiàn)熵理論和愛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序性的一種量度，表示這個系統(tǒng)到底有序還是無序。如果你的系統(tǒng)無序，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。

 

融合的機理是通過系統(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，通過人文網(wǎng)指導(dǎo)融合中的動態(tài)因果關(guān)系與復(fù)雜連接邏輯，融合的效果，通過價值流調(diào)整融合中的技術(shù)，產(chǎn)業(yè)到生態(tài)的動態(tài)演化。最后的結(jié)果是起到經(jīng)濟效益和環(huán)保效益。

 

四網(wǎng)四流就是整體大于個體的總和，上層建筑和經(jīng)濟基礎(chǔ)的互動關(guān)系。從科學(xué)理論上，探索出能源、信息和人的行為互動規(guī)律。從工程上來說，我們開發(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，實現(xiàn)增值效益。

 

舉一個例子，通過我提出的四網(wǎng)四流理論，我們怎么樣能夠做到智慧能源？剛才講了，你要產(chǎn)生智能，一定要把無序變有序，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、太陽能發(fā)電、傳統(tǒng)能源發(fā)電。利用風(fēng)能、太陽能，進行水制氫，把能源流變成物理流，需要的時候氫能和氧氣結(jié)合可以發(fā)電，過程中產(chǎn)生二氧化碳和氫氣，但是它們合成可以形成能源，并且這些化工通過四網(wǎng)四流，我們可以友好地把電力和化工磨合好。

 

通過四網(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。通過四網(wǎng)四流可以把廢棄的能源變得有用，從而促進碳中和。我們通過人文世界、信息世界、物理世界的融合，通過熵理論，可以把無序變有序。

 

電-氫能夠很好地協(xié)同。因為電和氫都是終端能源，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、氫易于存儲的優(yōu)勢，為新能源為主體的新型電力系統(tǒng)的多時間尺度靈活調(diào)節(jié)問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)，反過來四網(wǎng)四流可以全力、全方位推動數(shù)字經(jīng)濟。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)代表先進的思想、先進的法規(guī)、先進的政策等等，也能夠代表上層建筑和經(jīng)濟基礎(chǔ)的互動。通過四網(wǎng)四流，我們可以更全方位地推動數(shù)字經(jīng)濟。

 

回顧一下工業(yè)革命，第一次工業(yè)革命是蒸汽機的發(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，因為人工智能還要加人文，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，特點是以人為本、可持續(xù)、高韌性。日本提出“日本社會5.0”，以人為本需要成為考慮的核心因素，總結(jié)下來是人類社會的進步，體現(xiàn)出以人為本。

 

小結(jié)一下，上個世紀我們專注于物理世界的進步。本世紀初，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-智能解決復(fù)雜問題，在現(xiàn)實世界中，僅僅依靠技術(shù)并不能解決復(fù)雜的問題和迎接新的挑戰(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、歐盟。第六把眼睛放在左邊，看看日本和韓國，這樣無處不曉，無所不知。

 

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