2030新能源汽车占比40%,我们准备好了吗?
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2021-12-03 09:59
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导语



碳中和是关系到人类命运的历史性任务。汽车行业作为碳排放的大户和国家工业的支柱,任何创新与改革都是牵一发动全身的。愿我们任重道远,完成碳中和这一我们必须完成的目标。

作者:卤蛋

编辑:卤蛋


上个月,国务院印发2030年前碳达峰行动方案,明确指出:到2030年,当年新增新能源、清洁能源动力的交通工具比例达到40%左右,营运交通工具单位换算周转量碳排放强度比2020年下降9.5%左右,国家铁路单位换算周转量综合能耗比2020年下降10%。陆路交通运输石油消费力争2030年前达到峰值。


根据《中国汽车产业发展年报2021》,在2020年,我国新能源汽车销量 136.7 万辆,同比增长 10.9%,渗透率提高至 5.4%。截至 2020 年底,我国新能源汽车保有量达 492 万辆,占汽车总量的 1.75%。其中纯电动汽车保有量 400 万辆,占新能源汽车总量的 81.32%。


根据年报数据,我国2020年的汽车销量为2531万量。在近几年的销量数据中,我们可以预见我国将从汽车增量市场转入汽车存量市场,但汽车销量总体会维持在一个平稳的态势。我们做一个粗略的预估,到2030年,我国新车销量仍然将维持在2000万辆的水平。那么按照碳达峰行动方案的目标,当年我们需要销售近800万辆新能源汽车才能完成对应指标。


这其实不是一个轻易能完成的任务。


消费者的认可,仍需检验


今年的十一假期,新能源汽车出行成为了老百姓茶余饭后讨论的焦点。原因是有几则小视频在短视频平台和微信群中疯传。举两个比较有代表性的给大家举例,一条是一家人在高速堵车后怕汽车电池耗尽,全家下车躲在隔离带的阴凉处不敢开空调;另一条是在广东某高速休息区,两个车主为充电桩大打出手。



一时间,新能源车主们在网上成为了被调侃的对象。我们不难从这些短视频里总结出消费者对于新能源车的最大心结:续航里程。


以现在的技术水平,家用轿车满油约40公斤(50L,汽油密度0.70 至 0.78g/cm³),可以跑600至700公里,但新能源汽车电池约500公斤(蔚来ES8电池组555公斤),电池提供续航里程约500公里。从能量密度的角度上说,市面上的大多数新能源汽车达不到汽油车的十四分之一如果刨除发动机效率的因素,每公斤汽油与每公斤电池提供能量差距将会更大。


那么,在未来10年电池的能量密度有可能大范围的提升吗?很遗憾,恐怕是不能的。2021年劳伦斯奖得主,斯坦福大学普雷考特能源研究中心主任崔屹教授曾表示电池领域没有摩尔定律,电池能量密度再提升一倍可能就是电池的极限。


除了,物理化学客观的条件制约外,中国的新能源汽车电池还要面对另一项限制。发展新能源汽车首要驱动力是解决污染碳排放,其次我们也希望通过将动力能源转向电能来减轻对进口化石能源的依赖。需要提醒大家的是,选择不好电池种类同样也会造成原材料受海外掣肘的局面。


常见的动力电池布置方式(图片来源网络)


目前,市面上的汽车动力电池分为两类,三元锂电池和磷酸铁锂电池。其中,三元锂电池中的镍和钴就是我国比较稀缺的元素。另一种,磷酸铁锂电池中并不包含受国外制约的原材料,同时国内比亚迪和宁德时代两家企业生产的磷酸铁锂电池已经是业内领先水平。因此,为了原材料供应安全,在未来十年中,磷酸铁锂电池更可能会占据主流地位。磷酸铁锂电池相对于三元锂电池,除了原材料不受限制,还具有燃点高不容易起火的特点,但是它的能量密度是不及三元锂电池的。按照比亚迪的技术路线,他们生产的磷酸铁锂电池将在2025年达到180Wh/kg的水平,但是现在三元锂电池已经达到170Wh/kg至200Wh/kg的水平了。


比亚迪刀片电池结构(图片来源于网络)


虽然像是比亚迪和宁德时代分别采取了刀片电池和CTP(Cell To Pack)技术来提升电动车的整体续航能力,但是这些技术都是通过优化电池外部结构而实现的,对于电池的本质并没有改变。在未来十年,提升电池能量密度根本途径是通过改变内部电解液和正极材料,当下被行业寄予厚望的固态电池就是如此。但固态电池基本也基本会采取三元锂电池的技术路径。那么,到2030年前,磷酸铁锂电池占主导中国电动车的电池能量密度可能就不会有特别大的提升了。


很多人可能会忽略一个问题,就是消费者的里程焦虑其实并不是指市内30至70km/h的使用场景,而是跨市长途高速100-120km/h的场景。在100-120km/h的速度下,大多数电动车对外宣传的NEDC续航里程都得折损20-30%。在电池能量密度不会有根本上提升的条件下,如何减轻消费者的里程焦虑是摆在汽车人面前的难题。别忘了,在十年内,我们的目标是要将新增车辆的电动车比例提升至40%,如何争取首次购车和家庭只有一辆车的消费者就成了关键,而他们的使用需求肯定不仅仅限于市内通勤。


配套设施,准备好了吗?



除了续航里程的焦虑,电动车的充电时间也是一大心结。汽油车的加油一般是在3分钟内解决,也就是3分钟内获得600公里续航。现在电动车百公里消耗电量是在14-15度电,也就是说每分钟要充30度电才能追上汽油车的效率。如果要达到这个效果,充电箱的功率得是1800千瓦,纵使这个充电箱是1800V的,需要的电流也高达1000A。所以只要用到高中物理知识我们都可以知道这个美好的愿景基本上是永远不可能实现的。市面上功率最高的是特斯拉的超级快充,功率为250千瓦,这基本上也是快充技术的极限。


纵使特斯拉超级快充的功率,也是仅仅是1800千瓦的零头,那么真正本质提高电动车续航效率的方式可能也就只剩换电模式了。但是换电模式,也不是可以轻易推进的,电池目前是各新能源电动车的核心产品力,要说服各主机厂统一规格难如登天。目前,推行换电模式比较成功的主机厂是蔚来汽车。在今年的七月,蔚来公布了2025年建立4000座换电站的目标,截止10月 ,蔚来换电站的刚达到560座(这是由2019年开始积累的数字)。同在10月,却出现了蔚来换电站仅运行一个月就拆除的新闻。可见单一主机厂独立运营、建设换电站还是很有难度的。


蔚来换电站(图片源于网络)


关于快充、换电的其它细节我们在此暂且不表,面对未来的新能源汽车增量,我们的基础电网也将会面临挑战。


通常情况下,公共充电桩基本分为60千瓦和120千瓦快充。目前我国的新能源汽车保有量是400万台,按照行动方案中的目标估算,我们2030年的新能源汽车保有量估计需要达到2000万辆的水平。我们以一个保守方式进行估算,2000万辆新能源车有20分之一在进行充电,充电功率以60千瓦计算,也需要增加6000万千瓦的耗电功率。2021年,北京电网的最高负荷也就为2451万千瓦,上海市为3450万千瓦。


而新能源车并不是未来十年唯一耗电增量大户,未来智能交通的通信基础5G基站也将占用很大一部分的用电资源,其耗电功率在4000-6000万千瓦的级别。新能源汽车+5G网络一起将相当于给全国电网再增加四大一线总和的最高峰用电功率。


碳中和关乎人类命运,是我们的历史使命



上面我们谈到了许多在汽车出行领域进行新能源改革的难点,但推动汽车的新能源化是我们别无选择的出路。


在这里,希望向大家普及一个知识。全球变暖是有惯性的,并不是完成了碳中和全球变暖的趋势就会马上停止,而是会在惯性的作用下继续变暖一到两个世纪后才会慢慢回落。如果我们现在不积极采取措施、不节制二氧化碳的排放,那么不可逆的冰川冰盖消失、洋流改变、海平面上升、海洋生物灭绝等现象将会使全人类遭受超过全球核大战级别的灾难。


全球变暖下,积雪明显变少


2030年完成碳达峰,2060年努力实现碳中和,已经是我国的未来40年里的重要国策。国家碳中和战略既着眼于国家未来的发展,也立足于全人类的福祉。如果我们能切实完成碳中和战略的目标,这可能将会是中国在整体人类层面上做出的最大贡献,但也仅仅是为遏制全球变暖灾害创造了可能。事实上,留给我们的时间不多了。


因此,尽管实现碳达峰行动方案有难度,但作为国家的一份子、全人类的一员,我们需要迎难而上,努力实现国家制定的目标。


参考资料:

蔚来首次公布城市换电站位置,用户可自行扫码换电,https://chejiahao.autohome.com.cn/info/4412339

超级充电,https://www.tesla.cn/support/supercharging

一座蔚来换电站被拆之后, https://www.36kr.com/p/1461300562709504

上海电网今夏最高负荷预计可达3450万千瓦,https://baijiahao.baidu.com/s?id=1702276334982542199&wfr=spider&for=pc

纯电动汽车充电桩是多少伏,https://www.youcheyihou.com/jxwd/1017970

电动汽车:未来十年,动力电池的徘徊,https://www.dedao.cn/courseArticle/yNwelz6kDn0aKeRk23V7qLAO3Bb51j

碳中和2:新能源推广,难点在哪里, https://www.dedao.cn/courseArticle/Lpy0edZAG5mnK0wd4lXzD9BkoajY4x

Global warming is speeding up Earth's massive ocean currents, https://www.science.org/content/article/global-warming-speeding-earth-s-massive-ocean-currents