下一个超越阿里巴巴的产业:能源互联网破解电动汽车充电障碍

丹车清影

编者:本文为北京理工大学电动车辆国家工程实验室、北京理工大学机械与车辆学院副教授、中国电工技术学会电动车辆专业委员会委员孙立清所做的研究报告。原文标题为《互联网+背景下的电动汽车技术、产品、业态和模式创新》。

【第一电动网】(专栏作家 孙立清)李克强总理在政府工作报告中提出,“制定‘互联网+’行动计划,推动移动互联网、云计算、大数据、物联网等与现代制造业结合,促进电子商务、工业互联网和互联网金融健康发展,引导互联网企业拓展国际市场。”互联网+被推到了风口浪尖。“互联网+”作为“利用互联网的平台,利用信息通信技术,把互联网和包括传统行业在内的各行各业结合起来,在新的领域创造一种新的生态”战略(全国人大代表、腾讯董事会主席兼CEO马化腾)。在交通领域,通过把移动互联网和传统的交通出行相结合,可以改善人们出行的方式,增加车辆的使用率,推动互联网共享经济的发展,提高效率、减少排放,更好实现保护环境。在互联网+背景下,电动汽车技术、产品、业态和模式创新会缤纷多彩,本文依据所参与的科研工作和接触到的新技术产品,前瞻性地对此粗略设想和介绍,以供业界参考。

能源领域大变革

探讨互联网+下的电动汽车,首先要谈电力改革。有一本书叫《中国式的电力革命》,它从大量翔实的数据资料出发,对中国电力体制改革问题进行了系统全面的分析论述。从10年来电改的成败得失、电改三大范畴的情景比较、新历史阶段的形势任务出发,探索辨析改革的问题驱动力、成效驱动力与需求驱动力。结合新中国成立60多年来电力体制沿革以及国际电改的普遍规律,系统提出了进一步深化电力体制改革的目标框架以及4个步骤、6项任务的线路图。它最终提出:通过深化电力(能源)领域的改革,实现一场中国式的电力革命,全面提升电力产业价值,将成为继20世纪80年代农村经济体制改革之后推进中国现代化进程的又一关键性步骤。

现在,中共中央、国务院已经下发《关于进一步深化电力体制改革的若干意见》,这一步迈出去了,政策也落地了。通过“三放开一独立三强化” 改变了电网的盈利模式,使电网从盈利性单位变为公用事业单位,只能收取政府监管下的“过路费”。“三放开”即按照管住中间、放开两头的体制架构,有序放开输配以外的竞争性环节电价;有序向社会资本放开配售电业务;有序放开公益性和调节性以外的发用电计划。“一独立”指推进交易机构相对独立,规范运行。“三强化”,指继续深化对区域电网建设和适合我国国情的输配体制研究,进一步强化政府监管;进一步强化电力统筹规划;进一步强化电力安全高效运行和可靠供应。

探讨互联网+下的电动汽车,其次要谈杰里米·里夫金的第三次工业革命。一种建立在互联网和新材料、新能源相结合的第三次工业革命即将到来,它的特点是以“制造业数字化”为核心,并将使全球技术要素和市场要素配置方式发生革命性变化。国内学者指出:“与我们一般对工业革命的划分不同,目前海外学者的‘第三次工业革命’所指的头两次工业革命是十八世纪后半叶以英国纺织机械化为标志的第一次工业革命和以20世纪初福特汽车公司大规模生产流水线诞生为标志的第二次工业革命。而第三次工业革命则是指以数字化制造及新型材料应用为代表的一个崭新的时代。”

第三次工业革命概念的创立者,美国的杰里米·里夫金认为,第三次工业革命的支柱包括以下五个:1、向可再生能源转型;2、将每一大洲的建筑转化为微型发电厂,以便就地收集可再生能源;3、在每一栋建筑物以及基础设施中使用氢和其他存储技术,以存储间歇式能源;4、利用互联网技术将每一大洲的电力网转化为能源共享网络,这一共享网络的工作原理类似于互联网(成千上万的建筑物能够就地生产出少量的能源,这些能源多余的部分既可以被电网回收,也可以被各大洲之间通过联网而共享);5、将运输工具转向插电式以及燃料电 池动力车,这种电动车所需要的电可以通过洲与洲之间共享的电网平台进行买卖。这五个支柱都与汽车工业的下一步发展有关。第三次工业革命的图景是:将每一处建筑转变成能就地收集可再生能源的迷你能量采集器;将氢和其他可储存能源储存在建筑里,利用社会全部的基础设施来储藏间歇性可再生能源,并保证有持久可依赖的环保能源供应;利用网络通信科技把电网转变为智能通用网络,从而让上百万的人可以把周围建筑产生的电能输送到电网中去,在开放的环境中实现与他人的资源共享,其工作原理就像信息在网络上产生和传播一样。

杰里米·里夫金指出“运输是最后一个支柱,重点是改变由汽车、公交车、卡车、火车等构成的全球运输模式,使之成为由插电式和燃料电池型以可再生能源为动力的运输工具构成的交通运输网。建筑物转变为小型发电厂和创建能源互联网,使这些基础设施可以为插电式电动机、氢燃料电池车提供动力。同时,由于能源互联网的建立,电动车所需要的电可以通过共享的电网平台进行买卖,当自身电源充足时也可以将电能回输到电网。当我们把插电式汽车和氢燃料看做潜在的发电厂时,第三次工业革命基础设施提供的分散式电能数量将是巨大的。”《第三次工业革命》为我们描述了一个宏伟的蓝图:数以亿计的人们将在自己家里、办公室里、工厂里生产出自己的绿色能源,并在“能源互联网”上与大家分享,这就好像现在我们在网上发布、分享消息一样。能源民主化将从根本上重塑人际关系,它将影响我们如何做生意,如何管理社会,如何教育子女和如何生活。总之,第三次工业革命将在21世纪从根本上改变人们的生活和工作。按其观点,现今信息、纳米技术、生物科技、地球科学、生态学、系统理论以及各种职业技能成为必需。而制造和销售可再生能源技术,将建筑转化成小型的发电厂,安装氢气和其他存储技术,搭建智能公共事业网,制造使用氢燃料电池的交通工具,建立绿色物流网络等则成为必然。

下一个超越阿里巴巴的产业:能源互联网破解电动汽车充电障碍

突破充电困扰:能源数字化变换和传输技术

要实现上述的电力深化改革和杰里米·里夫金的所谓的第三次工业革命,笔者认为一个最重要的技术是一种能源数字化变换和传输技术。有了这种技术,才能够在三个层面实现真正的能源互联,而这恰恰是目前困扰我们整个新能源包括电动汽车在内的最为主要的技术突破取向所在。所谓三个层面指的是(1)大的电网,包含风电、光伏和核电等新能源电力以及传统电力的大电网层面;(2)以智慧社区、智能家居为单位的社区-家庭网络层面,这个层面下,有小风电、小光伏、分布式电站或储能,有社区用电设备(移动的电动汽车就是其中的一种),有家庭的智能用电设备;(3)移动的交通工具,如电动汽车上,有发动机发电机组、燃料电池、电机、储能电池、其它用电附件,这是个移动的电动化交通工具层面。有了这三个层面的能源互联并配合以合适的管理体制和价格调节机制,电动汽车技术、产品、业态和模式创新也就很容易实现了,结合互联网技术、大数据和无线、无人等智能技术,互联网+背景下的电动汽车技术、产品、业态和模式必将色彩纷呈。限于篇幅,本文仅介绍一种技术、一种产品、一种业态和一种商业模式,供业界参考。

一种技术,就是下一代能源数字化变换和传输技术。它必须区分现有的基于PWM技术的变换技术,因为基于PWM技术的变换技术不具备柔性传输、能物理隔离、无短路电流、能防止低压穿越、无需进行谐波抑制和无功补偿等的技术,利用它在搭建双向双端口变换设备或多端口设备时,特性差、成本高和离不开大规模储能装置。有了这种技术,能源变换、能源输送和供给可以产生革命性的变化。在电动汽车领域,可以有效解决电机的功率因数提高、谐波抑制的问题,解决低速下再生制动能量回收的问题、解决充电制式复杂导致的充电设备兼容性的问题和小容量电池只有物理并联才能集成成为车载电源(存在安全隐患,单体内短路是概率事件,无法避免会导致着火事故)的问题。这种技术,是电网新能源互联、分布式发电互联、智能住宅和移动电动化交通工具上能量变换和传输的共性技术。未来有了这种技术,大规模储能显得不再必要(电网真正需要调峰的功率实际占总功率不到10%,战略上或许有必要,但油发电应急更经济合理可行),电动汽车在电网中的作用将得到归位---移动的储能设备。

一种产品,就是能量包。它是可交换的,物联了的,适合用户购买能力,拥有它有能源交换收益的(一定价格机制下),标准化了的,易于移动的,便于更换的。若干个积木后,就是白天的快速充电站;电动车上换一个上去,也可以行走50+Km。相信这样描述,读者已经清楚,无需再赘述。现在动力电池的单体质量能量密度已经过207Wh/kg,245 Wh/kg也很快被踩在脚下(安全有保障),这种产品伴随着电力改革的深入和第三次工业革命技术的切入,已经可以听见商业化的能量包的脚步声。

一种业态和一种商业模式,也是围绕上述的基于那种技术的那种产品,能源服务产业和能量包租赁模式。

而上述这种技术、这种产品、这种业态和这种商业模式,无疑将造就一个具备巨大潜力的产业,那就是能源互联网。人们都在谈哪个产业有人可以超越阿里,有人说是健康,但笔者认为,是能源互联网,是能够统揽全球能源交换的能源互联网巨头,它一定能够超越阿里,人们可以拭目以待。如果说今天的电力革命,显得有些焦灼,今天的绿色转型,还显得有些疲惫,那是因为我们还要真正下一代能源数字化变换和传输技术,它将带来电力技术(这些年我们进步相对慢些)的真正革命。就包括电动汽车,这样或那样的技术问题,解决起来比较棘手和成本高企,似乎也缺少这样的能源数字化变换和传输技术。思维的模式要变化,技术需要更新,我们值得借鉴的经验很多:今天,我们有很多低效的电机(不下二十亿千瓦)需要提效。

电动汽车国家将能效与补贴挂钩告诉了业界一个事实:低能效的电动汽车一定会被淘汰出局。也预示着有些领域无钱途:如充电桩。现在的控制器可以与充电装置做到一体化,未来架在售电和电动车用户之间真的不再需要“吸血鬼”(话过了些,但你若让电动车用户的充电成本一度电超过1.7元甚至到2元)。电通又要来了,只不过这次可能不再要光纤,信息无线传输和能量无线分送;光伏发电效率的大幅度提高,中国的太阳城真的到时候了,分布式的新能源解决电动汽车能源供给正在成为必然。站在新能源的时代,站在能源互联网时代,新能源和电动汽车密切结合的顶层设计和阶段过渡策略的出台难能可贵。凡此种种,值得业界深思。

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北京理工大学电动车辆国家工程实验室、北京理工大学机械与车辆学院副教授、中国电工技术学会电动车辆专业委员会委员


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