欧阳明高院士：交通电动化将带来新一轮工业革命和经济转型

2023年2月24日，在第二届中国电气化发展高峰论坛上，中国科学院院士、清华大学教授欧阳明高发表了题为《交通电动化探索与实践——中国新能源汽车发展的三个阶段》的演讲。

欧阳明高表示，在“双碳”目标的引领下，需稳步推进新能源革命，构建新能源占比逐步提升的新型电力系统。第三次能源革命以可再生能源为主体，以各种电池为主要动力，能源载体以电和氢为主，新的交通工具是电动汽车。第四次工业革命将与之息息相关，即发展重点将是以可再生能源为基础的绿色化和以数字网络为基础的智能化。

（来源：微信公众号“电联新媒” 作者：欧阳明高）

动力电池是新能源汽车的“心脏”，新能源汽车的蓬勃发展将带动动力电池、储能相关技术应用成本的不断下降，这也是我国推动新能源革命必须解决的瓶颈问题。此外，随着新能源汽车保有量的增长，量变将带来质变，电动汽车会形成一个巨大的电力系统用户侧的能源互联网，通过汽车把停车场、智慧楼宇、园区，还有公路快充快换站的能量流链接起来，汇集起来，这将彻底改变过去的电力潮流。总而言之，新能源汽车与新能源革命既有互动又有相似性，两者将紧密联系、互为促进，并带来新一轮的工业革命和经济转型。

基于交通电动化探索与实践进程，新能源汽车发展有三个阶段：第一阶段即目前的电动汽车发展的初级阶段；第二阶段是“新能源电动汽车”阶段，即电动汽车的动力来源真正由新能源支撑，由于现在的电动汽车使用的电并不全是清洁电，所以尚不能称之为“新能源电动汽车”，随着新能源革命的演进，新能源与电动汽车将迈入互动发展阶段；第三阶段是随着人工智能的蓬勃发展，“新能源电动汽车”将进一步发展成为“新能源智能化电动汽车”，即新能源汽车的高级阶段。

第一阶段：为何选择“纯电驱动”作为产业化突破口？

早在2001年，我国就启动了《电动汽车》国家科技专项，此阶段 “电动汽车”的定义包括了混合动力电动汽车、纯电动汽车和燃料电池电动汽车。

2005年，国家中长期科技发展规划确立了节能与新能源汽车科技发展战略。欧阳明高表示，当时有两种战略思路，一种是过渡战略——优化现有的车用能源动力系统，发展节能汽车；另一种是转型战略——开发新一代车用能源动力系统。最初，我国采取两种战略并行互动的双重战略。针对中国汽车自主创新发展思路上的分歧与争论，欧阳明高院士团队以车用能源系统为方向开展了技术路线研究，提出发展节能与新能源汽车战略思路，该思路的具体建议被收入2006年发布的《国家中长期科学与技术发展规划》的优先主题——“低能耗与新能源汽车和前沿技术-氢能与燃料电池”中。

2008年，我国近600辆节能与新能源汽车成功参与了北京奥运会“新能源汽车科技示范工程”，纯电驱动车辆表现突出，累计行驶371.4万公里，载客441.7万人次。2012年6月，国务院发布了《节能与新能源汽车产业发展规划》，确立了“纯电驱动”技术转型战略。

欧阳明高表示，选择“纯电驱动”作为产业化突破口的原因有三：第一，纯电动汽车是各种电动汽车的基础，涵盖了电池、电机、电控等环节，无论插电、增程、纯电动、燃料电池哪种技术路径，都离不开电池、电机和电控；第二，为我国抢抓锂离子电池革命性突破的机遇；第三，这是由中国交通体系的特色和交通电气化的优势来决定的。我国拥有电气化的高铁，电气化的城市交通，还有面向城镇和农村广为流行的电动自行车，在这样一个电气化交通优势的基础上，更有利于发展新一代的个人轿车，就是小型电动轿车。

“纯电驱动”要取得产业化突破还得有路线图。欧阳明高院士团队提出“两头挤”的电动汽车市场推进战略——一头从大型商用车、城市、公共领域使用的公交车等推广，另一头从微小型电动车开始，再逐步渗透至家用的中级主流轿车。经过近十几年来的发展，该战略已得到完全实施。

2014年，国家主席习近平确立了新能源汽车产业化发展战略，明确指出发展新能源汽车是从汽车大国迈向汽车强国的必由之路。中国新能源汽车产业化进入快速发展阶段，政府提出了一系列的政策法规和补贴政策来推动新能源汽车产业发展。

2016年是全球“纯电驱动”技术转型的标志性年份，国际汽车企业加快“纯电驱动”战略转型，也加速在中国市场布局。电动汽车曾经几起几落、多元探索; 锂离子电池后来居上、技术进步超出预期；中国新能源汽车产业化率先发力，从产品导入期进入产业成长期；全球纯电驱动汽车市场发展由于中国市场的带动已不可逆转，各老牌汽车工业强国全面进入转型期。

从2012年至今，中国新能源汽车产量从1万辆发展到680万辆，十年增长680倍，成就巨大，举世瞩目。同时，电动汽车的普及带动动力电池上水平上规模——2012~2022年电池比能量从130瓦时/公斤提升到300瓦时/公斤，而成本下降70%。中国特色的磷酸铁锂动力电池占据近70%市场份额，中国动力电池产量占全球近70%，2022年达到545吉瓦时。在未来，新能源汽车续航有望突破一千公里。

此外，电池的安全问题受到广泛关注，电池安全是由各种诱因导致的热失控，热失控再蔓延，最后造成事故发生。欧阳明高表示，通过控制和管理的手段、材料体系的改进，来实现主动安全控制，同时还有像热管理技术等被动安全技术。目前，电动汽车的安全事故比例已经降低到与燃油车同水平甚至更低。

第二阶段：新能源与电动汽车将互促发展

第二个阶段是“新能源电动汽车”阶段，新能源将与电动汽车实现良性互动、促进发展。

《第三次工业革命》一书指出，新能源革命的内涵包括五大支柱，分别为：向可再生能源转型(尤其是光伏与风电)，通过集中或分布结合式系统将建筑变为微型发电厂，用氢气、电池等技术存储间歇性能源，发展能源（电能）互联网技术和电动汽车成为用能、储能并回馈能源终端；涉及四大板块，依次是硅能（光伏与电力电子）、储能（物理与化学储能等）、氢能（可再生能源制绿氢）和智能（车网互动、能源互联网）；面临三大挑战，主要有储能（绿电储存）、氢能（绿色氢能）、智能（智慧能源）。欧阳明高表示，以上的大部分内容，都与电动汽车行业息息相关。除此之外，新能源革命还需建设两大主体系统和突破一个核心瓶颈。两大主体系统即汽车的新能源动力系统和固定的新能源电力系统，这两个系统实际上既有互动，又有相似性。互动体现为新能源汽车需要绿电与绿氢才能成为真正的“新能源”汽车，而新能源的发展又需要新能源汽车的电池和氢能技术解决发电侧出力波动问题；相似体现在共性技术相似，其核心都是储能技术：具体包括各种储能电池和电动汽车车网互动、变流器与电力电子、燃料电池与电解水制氢系统、氢能储运技术、氢载体氨可用于交通动力和发电能源等。最终，新能源革命和新能源汽车都要突破同一个瓶颈——实现新型电力系统的电网灵活性，即广义储能。储能可以改变电网发用电必须随时平衡的特点，变电网的刚性平衡为柔性平衡。所以从广义储能的角度来讲，基于成本竞争力来研判，未来的新型储能技术有两大方向，一个是长周期大规模储能的绿色氢能，另一个就是电池储能，2030年以后两者在多数领域时段具有竞争优势，而这两者都是电动汽车带动的。从现在的装机量来看，2022年，国内新增投运新型储能项目装机规模达6.9吉瓦/15.3吉瓦时，与2021年相比增长180%。而锂离子电池仍然占据了主导地位，新增投运装机规模首次突破6吉瓦，占比近90%，而电化学储能与车载电池相比，比例很小不超过10%。未来，随着全球交通电动化进入高速发展阶段，带动中国动力电池行业飞速发展，2025国内电池年需求/出货量预计超过1200吉瓦时；相比车用动力电池，储能电池用量小，很容易满足需求。因此，电化学储能并不是独立的行业，它从属于动力电池行业。

储能的突破会促进中国新能源占比的快速提高。中国光伏面板出货量占全球的70%，截止到今年，新能源装机已经占到电力总装机的一半，乐观估计，2030年非化石能源发电量将超过全部发电量的一半。所以，电动汽车推动储能发展，储能促进新能源发展，新能源发展又使电动汽车能源更趋绿色化，如此一来，电动汽车将成为真正的新能源汽车。

关于新能源电池能源快速补给问题，欧阳明高表示，我国正在开发“超级充电”，由中电联颁布的350千瓦“超级充电”标准，5分钟可以续航150~200公里，补电非常方便，但无法直接从电网取电，因为电网目前还难以承载。“另外我国还在推广换电重卡，每一次换电可以跑300公里，该模式完全可以套用给轿车快速充电。这是两种解决方案，目前我们建成了全球首个超充、重卡换电综合示范平台。”欧阳明高说。

第三阶段：智能革命将同时为电动车和电网赋能

第三阶段是新能源汽车的高级阶段，即“新能源智能化电动汽车”阶段。近年来，智能化革命席卷了汽车行业，汽车智能化与网联化成为“互联网+”的新领地。从备受关注的智能驾驶乃至无人驾驶，到城市导航辅助驾驶，再到能源互动、汽车能源与家庭能源互通和管理等，汽车行业的智能化技术变革，吸引了绝大多数信息与互联网厂商深度参与。

“我们不光要实现自动驾驶，还要力争尽早推出新一代智能电池，实现动力电池从材料选择、电池设计、制造、使用、回收的全链条智能化，这也是欧洲国家瞄准的目标，此外还有智能底盘、轮毂电机等创新技术，这些将实现整个电动汽车的智能化。”欧阳明高说。

未来，车网互动将实现“削峰填谷”，还可以为用户节省充电费用。欧阳明高指出，随着电动汽车保有量增长，其无序充电将叠加晚间用电高峰，增大电网压力，所以首要目标是实现有序充电，下一步再实现广义车网互动。电动汽车在用电低谷充电，在用电高峰放电，并且进一步与未来新能源发电特性匹配，减少电网增容压力，表面上看，每一次车网互动都是分离的、小规模的，但其聚合的潜力巨大。2040年，中国电动汽车保有量有望达到3亿辆，每辆车平均电量大于65千瓦时，则车载储能容量超过200亿千瓦时，与中国每天消费的总电量基本相当。考虑出行需求，乘用车、重型卡车、物流车每日可参与电网调度的平均电量分别为104亿千瓦时、4.3亿千瓦时、0.8亿千瓦时，日内可调度能量波动±10%。乘用车停充补电采用15千瓦双向充电桩，根据日出行概率分布，新能源汽车对电网功率支撑的能力达到29~35亿千瓦，约为当年全国电网非化石装机功率的一半。

欧阳明高表示，三大产业革命都处于“现在进行时”。首先是电动汽车革命，新能源汽车已经进入大规模产业化新阶段，预计2040年左右保有量达到3~4亿辆，届时将发展成十万亿规模的大产业；然后是新能源革命，新能源汽车普及将带动交通全面电动化和储能产业国际化大发展，预计15~20年后会发展成十万亿规模的大产业；最后是人工智能革命，智能电动汽车产业化将带动智能机器人、智慧能源系统、智能低碳建筑及智慧城市大发展，预计20~30年发展成十万亿规模的大产业。综上，未来二三十年，汽车产业、信息产业、交通装备与能源化工相关产业将迎来百年未有的大变局，新能源汽车与新能源革命将进一步促进工业革命与经济转型。