中国工程院院士 陈清泉:《双碳目标下，充换电发展机遇》

 

 

 

 

演讲实录

 

 

中国工程院院士陈清泉线上演讲并发表主题演讲——《双碳目标下，充换电发展机遇》。

 

 

以下为演讲实录：  

 

各位领导、各位专家、各位朋友：我今天和大家交流的主题是《“双碳”目标下，充换电发展的机遇》。我交流的内容分为四部分：第一，创新、科学、数字经济、颠覆性产品。

 

习近平主席教导我们，发展是第一要务，创新是第一动力，人才是第一资源。什么是科学？科学是真理，科学家的使命是揭示自然界的规律、造福人类。科学的精神：是质疑精神，独立思考。科学的方法：逻辑的推理、演绎计算、实验验证。

 

科学、工程、技术的关系是怎样的？科学是知识，是真理，科学要找出自然界规律，造福全人类。所以科学要回答的问题是“为什么”即Why。工程是将科学、技术、管理集成，解决实际问题，使世界更美好。所以恭城瑶解答问题是“How”怎么做要落地。技术是技巧、工匠精神、精益求精。

 

什么是工程哲学？工程哲学的核心是系统的集成优化，所以要产学研结合。我们的工程要有目标、有思想、有方法，还可以执行。这个跟科学有一点不一样，因为科学家探讨自然界规律，往往是利用明确的目标，但是搞工程一定要有明确的目标，有思想，有方法可以执行。所以我这里归纳为六点：1）辩论、定义、修订和追求目标。2）整体思想、闭环思想、循环思想、因果及相关思想。3）创造性。4）遵守科学程序：分而治之、合而攻之。5）考虑人的因素。6）考虑项目和团队精神。工程和科学相比，有两个特点：1）需要经验。2）需要时间。

 

什么是数字经济？又叫互联网经济、网络经济、新经济，它是指通过数码计算技术为基础，由数字产业带动的经济活动，以及非数字产业即由数字科技的创新经济活动。

 

什么是颠覆性的技术和产品？这些颠覆性技术和产品往往被重新定义，比如台式电脑的出现、智能手机的出现，智能手机改变了原来的手机，智能手机用来打电话的比例很少，大部分帮助你工作和生活，同时智能网联汽车也是一项颠覆性技术和产品，它把能源、交通、信息结合起来，是人类生活的第三个空间。第一个空间是家里，第二空间是办公室，第三空间是在你的智能网联汽车里。

 

在百年大变局下，产业变革有什么技术方向？一个是能源的问题，二是数据管理的问题，三是人类/医疗问题，三是物理/材料。搞科研的时候，一定要跨界融合，多维思维。电动化、高能效、可再生资源、传感技术、增强虚拟现实、新药物研发、生物医药变革、车联网、物联网、数据安全、高速通讯、智能表面、稚嫩材料、非物质化、多功能表面。

 

第二，“双碳”目标。

 

在今年的政府报告中提出，要有序推进碳达峰、碳中和工作，落实碳达峰行动方案，推动能源革命，确保能源供应，立足资源禀赋，坚持先立后破，通盘谋划，推进能源低碳转型。

 

习近平主席提出了一个目标，在2030年达到碳达峰，2060达到碳中和。我们和外国做一个比较，欧盟在上世纪八十年代已经碳达峰，他们碳中和的目标是2050年。美国也在2007年已经达到碳达峰，他们的目标也是2050碳中和。日本在2008年也是达到了碳达峰，他们的目标也是2050碳中和，我们经济还在快速发展当中。因此我们还没有达到碳达峰，我们要到2030才到达碳达峰，2060年才达到碳中和。

 

中国工程院提出“双碳”的八大战略，包括节约优先战略，能源安全战略、非化石能源替代战略、再电气化战略、资源循环利用战略、固碳战略、数字化战略、国际合作战略。  

 

第三，充换电发展机遇。

 

由于时间关系，我不能展开。首先讲一下背景，在我国政府财政补贴政策引导下，中国新能源汽车市场在过去的十年中完成了从几乎0到超600万辆的跨越。最新的数据是，2021年10月底中国新能源汽车累计销售已超过700万辆，继续保持全球第一大新能源汽车市场。新能源汽车补贴已经很好地完成了它的历史使命，不管下一步国家是否维持一定力度的补贴，政府通过补贴政策对市场的刺激也不会起主要作用了，这个市场将真正直面市场挑战。

 

电动汽车在不同领域的应用方式，包括私家车、出租车、城市公交、城际客运、环卫车等等。如何应对电动汽车在推广应用中遇到的困难？有许多专家认为在电动汽车上配置超过日常需要的超重电池组，既浪费资源也浪费钱。经过大量实际出行统计数据及模型测算，结果表明110公里的纯电动汽车可以满足90%的用户，如果要进一步满足90%的人，我们的行驶里程要提高到210公里，还要考虑到低温季节的行驶里程会降低30%，再加上10%山地、重负荷等因素，普及型纯电动汽车达到300公里的行程，如果配上换电站的快速补充能量方式，完全可以满足所有人的需求，包括在高速公路上跑长途，并且它的成本在没有政府补贴情况下，具备了跟同级别燃油车竞争的条件。

 

有不少专家认为，动力电池生产链耗能较高，废电池处置也很耗能，加大带电量延长电动汽车行驶里程的纯电动汽车会背离节能减排的初衷。另外，插电式混合动力车型因为它有两套动力系统导致车重、能耗多，节能减排效果不理想。

 

电动汽车的能量补充方式有好几种，主要分为直流大电流充电、交流慢充方式、电池换电及无线充电四种方式。今天我们通过数字技术，可以把各种方式结合起来，包括直流快速充电，慢充等，通过数字技术可以破解续航交流、新能源的间歇性和电动汽车工况的间歇性互补。电网削峰填谷，发挥电动汽车作为移动储能和移动紧急电源的作用，慢充、中充、快充、换电融合，充电设备互联互通，充电运营服务人性化，运行维护保养数字化。我们要做到光储充换一体化的技术。

 

我们推出了充电标准，Chaoji是一个基于目前国际主流充电接口设计，面向未来的全新方案。Chaoji是一个经过示范工程验证，坚持发挥国际力量形成的技术方案。Chaoji与已有系统共存，扩大了企业选择范围的同时，不影响现有标准的正常使用，实现了发挥市场机制，产业逐步升级的设计理念。这个Chaoji既可以解决现有问题，也可以适应未来发展，兼容性比较好，可以引入新应用，其次是引领国际发展。

 

这个Chaoji最大的电压达到1000~1500V，最大电流500~600，最大功率是600~900。它的充电安全性能更好，包括机械安全、热安全、电击及防火相关安全。

 

Chaoji全面解决目前存在于其他充电系统的问题，Chaoji在保证安全的前提下，满足全功率、全电压充电范围，解决了大功率、小功率等各类充电的需求整合。Chaoji全面兼容国际主流充电系统，Chaoji预留未来发展空间。

 

除了充电，我们还提出换电的服务。换电功能同样类似于加油站，主要安装在公共区域，为一种或多种型号的电动汽车提供换电服务，按照功能的不同换电站有不同的服务方式，常见的服务方式如下，其中用得最多的是按照换电方式和电池包形式进行分类，从换电方式上看，分为底盘垂直、底盘侧方，引擎舱或后备箱模式。从电池包形式来看，分为整包和分箱。

 

我们要打造换电模式的生态链，如图所示，如何通过换电站能够打造生态链，能够可持续，因为它能够将上下游相关企业紧密地联系起来，共同努力提取动力电池全生命周期的价值。

 

换电模式适用在各种不同场合，出租车、公交车、载货汽车、私家乘用车等等。换电有六大优势，第一安全性有保障，第二运营效率高，第三资源利用率高，第四电池寿命长，第五对电网冲击小，第六商业运营模式可持续。

 

 

推广商用车共享换电按站具有重大意义。充电方式有好几个场景，一个是在高速公路快充站，一个是在城市公共快充站、公交停车场，群充式预装一体化充电站，也可以做到光储充绿色能源占，还有重卡充换电站。

 

总结一下，不管你是充电也好，换电也好，我们国家这几种方式同步发展，来适应不同的用途，创造一个健康的生态链。

 

第四，四网四流融合理论和实践。

 

2020年12月份我牵头发表了《四网四流产业融合》的白皮书。四网四流根据数字经济、数字技术，反过来它又推动数字技术和数字经济。有了数字技术和数字经济以后，我们就可以把能源网、交通网、信息网、人文流融合，能源流、信息流、物质流、价值流融合以后，就产生更好的经济效益和环保效益，反过来推动数字经济。它的核心是人-机-物的融合，人代表人文世界，机代表计算机，物是物理系统。通过人-机-物的融合，产生智能，这是一个颠覆性思维。

 

它的基本理论有两点：1）通过人文世界、信息世界和物理世界的融合，能够产生智能。从数据通过数据孪生变成信息，进一步要通过信息变成知识，通过融合孪生，进一步通过认知孪生，把知识变成智能，如图所示。2012年我在研究中发现，人的行为和能源流、信息的关系，扩大到上面，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们叫做数字孪生，也就是说，你在信息世界里面可以很清楚地看到物理世界的东西，但是这个不够，我们要通过人文世界的帮忙，通过融合孪生，我们要进一步把信息变成知识。我们要进一步通过人文世界，通过认知孪生使知识不断更新，就变成智能了。有了智能以后，把它用到能源就变成智慧能源，把智能用在交通就变成智能交通，把智能放在工业就变成智能化的工业和制造。2）根据熵理论，我在德国做研究的时候，我发现熵理论和爱因斯坦的能源公式结合。很多熵的科学家，比如克劳斯提出热力学第二定律的熵增加原理，玻耳兹曼提出熵是系统混乱程度的亮度，香农提出不确定性作为信息的度量。才定额提出熵是混乱程度即无序性的一种量度，表示这个系统到底有序还是无序。如果你的系统无序，熵就增加，如果你的系统有序，熵就减少。我们要把熵理论跟爱因斯坦能源公式理论融合，所以就产生四网四流理论基础之一。

 

融合的机理是通过系统耦合与设备共享，以提高网络中能源与资源的利用率。融合的关键，通过人文网指导融合中的动态因果关系与复杂连接逻辑，融合的效果，通过价值流调整融合中的技术，产业到生态的动态演化。最后的结果是起到经济效益和环保效益。

 

四网四流就是整体大于个体的总和，上层建筑和经济基础的互动关系。从科学理论上，探索出能源、信息和人的行为互动规律。从工程上来说，我们开发了能源操作系统，采用边缘云结构，将能源体系和人工智能大数据体系结合，实现增值效益。

 

举一个例子，通过我提出的四网四流理论，我们怎么样能够做到智慧能源？刚才讲了，你要产生智能，一定要把无序变有序，能源里面有各种体系，电网、天然气、煤炭，把这些能源交互融合，就可以使无序变成有序。比如，在发电里面，我们可以风能发电、太阳能发电、传统能源发电。利用风能、太阳能，进行水制氢，把能源流变成物理流，需要的时候氢能和氧气结合可以发电，过程中产生二氧化碳和氢气，但是它们合成可以形成能源，并且这些化工通过四网四流，我们可以友好地把电力和化工磨合好。

 

通过四网四流可以解决四大矛盾，第一是化石能源/可再生资源的矛盾；非中式能源/分布式能源的矛盾；一次能源/二次能源的矛盾；电力能源/化工能源的矛盾。通过四网四流可以把废弃的能源变得有用，从而促进碳中和。我们通过人文世界、信息世界、物理世界的融合，通过熵理论，可以把无序变有序。

 

电-氢能够很好地协同。因为电和氢都是终端能源，并且便于相互转化，所以电-氢协同可以充分发挥电便于传输、氢易于存储的优势，为新能源为主体的新型电力系统的多时间尺度灵活调节问题提供全新的解决方案。如图所示，送端模式有新能源基地、外送电+外送氢。受端模式有用能中心、受电制氢或直接输氢。输送模式输电输氢并举，协同优化。电-氢系统是新型电力新能源为主体的重要手段。

 

四网四流是基于数字基础，反过来四网四流可以全力、全方位推动数字经济。能源网就是能源和信息结合，我们所谓的车联网，实际上是能源、信息和交通的结合。我提出四网，加人文网，人文网代表先进的思想、先进的法规、先进的政策等等，也能够代表上层建筑和经济基础的互动。通过四网四流，我们可以更全方位地推动数字经济。

 

回顾一下工业革命，第一次工业革命是蒸汽机的发现，第二次工业革命是电力的发明，第三次工业革命是数字革命，第四次工业革命是人工智能，它比前三者还要厉害。我们发现光人工智能不行，因为人工智能还要加人文，利用人文之道，人工智能合力，可能破坏世界。我们正在从第四次工业革命，演化到第五次工业革命，第五次工业革命的特点是在人工智能的基础上，加上人文，加上环境。

 

欧盟也提出欧盟工业5.0，特点是以人为本、可持续、高韧性。日本提出“日本社会5.0”，以人为本需要成为考虑的核心因素，总结下来是人类社会的进步，体现出以人为本。

 

小结一下，上个世纪我们专注于物理世界的进步。本世纪初，我们专注于网络信息世界的发展和数字化的复兴。网络信息世界创造了新的价值，提高了我们的生产力，改变了我们的人际关系。但是，我们应该进一步颠覆性思维，将物理世界、信息世界和人文世界深度融合，有效地将数据转化为信息-知识-智能解决复杂问题，在现实世界中，仅仅依靠技术并不能解决复杂的问题和迎接新的挑战。必须将人文世界、物理世界和信息世界深度的融合。

 

我们需要有“六个眼睛”和大家共勉，首先我们要把眼睛放在前面，要有前瞻性思维。第二要把眼睛放在后面，吸取历史教训。第三把眼睛放在上面，综合思维，全局思维。第四眼睛放在脚底，能够落地。第五把眼睛放在右边，看看美国、欧盟。第六把眼睛放在左边，看看日本和韩国，这样无处不晓，无所不知。

 

六个“I”：第一个是Inspiration（激情），第二个是Imagination（想象力），第三是Innovation（创新），第四是Integration（创新），第五是Implementation（实现），第六是Investment（投资）。谢谢大家！