演講實錄

 

 

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

 

 

以下為演講實錄：  

 

各位領導、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，充換電發展的機遇》。我交流的內容分為四部分：第一，創新、科學、數字經濟、顛覆性產品。

 

習近平主席教導我們，發展是第一要務，創新是第一動力，人才是第一資源。什么是科學？科學是真理，科學家的使命是揭示自然界的規律、造福人類。科學的精神：是質疑精神，獨立思考。科學的方法：邏輯的推理、演繹計算、實驗驗證。

 

科學、工程、技術的關系是怎樣的？科學是知識，是真理，科學要找出自然界規律，造福全人類。所以科學要回答的問題是“為什么”即Why。工程是將科學、技術、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。技術是技巧、工匠精神、精益求精。

 

什么是工程哲學？工程哲學的核心是系統的集成優化，所以要產學研結合。我們的工程要有目標、有思想、有方法，還可以執行。這個跟科學有一點不一樣，因為科學家探討自然界規律，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、閉環思想、循環思想、因果及相關思想。3）創造性。4）遵守科學程序：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。工程和科學相比，有兩個特點：1）需要經驗。2）需要時間。

 

什么是數字經濟？又叫互聯網經濟、網絡經濟、新經濟，它是指通過數碼計算技術為基礎，由數字產業帶動的經濟活動，以及非數字產業即由數字科技的創新經濟活動。

 

什么是顛覆性的技術和產品？這些顛覆性技術和產品往往被重新定義，比如臺式電腦的出現、智能手機的出現，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，同時智能網聯汽車也是一項顛覆性技術和產品，它把能源、交通、信息結合起來，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聯汽車里。

 

在百年大變局下，產業變革有什么技術方向？一個是能源的問題，二是數據管理的問題，三是人類/醫療問題，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、增強虛擬現實、新藥物研發、生物醫藥變革、車聯網、物聯網、數據安全、高速通訊、智能表面、稚嫩材料、非物質化、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，立足資源稟賦，堅持先立后破，通盤謀劃，推進能源低碳轉型。

 

習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碳達峰，他們碳中和的目標是2050年。美國也在2007年已經達到碳達峰，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，我們經濟還在快速發展當中。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”的八大戰略，包括節約優先戰略，能源安全戰略、非化石能源替代戰略、再電氣化戰略、資源循環利用戰略、固碳戰略、數字化戰略、國際合作戰略。  

 

第三，充換電發展機遇。

 

由于時間關系，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。最新的數據是，2021年10月底中國新能源汽車累計銷售已超過700萬輛，繼續保持全球第一大新能源汽車市場。新能源汽車補貼已經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。

 

電動汽車在不同領域的應用方式，包括私家車、出租車、城市公交、城際客運、環衛車等等。如何應對電動汽車在推廣應用中遇到的困難？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。經過大量實際出行統計數據及模型測算，結果表明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導致車重、能耗多，節能減排效果不理想。

 

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。今天我們通過數字技術，可以把各種方式結合起來，包括直流快速充電，慢充等，通過數字技術可以破解續航交流、新能源的間歇性和電動汽車工況的間歇性互補。電網削峰填谷，發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，充電設備互聯互通，充電運營服務人性化，運行維護保養數字化。我們要做到光儲充換一體化的技術。

 

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計，面向未來的全新方案。Chaoji是一個經過示范工程驗證，堅持發揮國際力量形成的技術方案。Chaoji與已有系統共存，擴大了企業選擇范圍的同時，不影響現有標準的正常使用，實現了發揮市場機制，產業逐步升級的設計理念。這個Chaoji既可以解決現有問題，也可以適應未來發展，兼容性比較好，可以引入新應用，其次是引領國際發展。

 

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、電擊及防火相關安全。

 

Chaoji全面解決目前存在于其他充電系統的問題，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，Chaoji預留未來發展空間。

 

除了充電，我們還提出換電的服務。換電功能同樣類似于加油站，主要安裝在公共區域，為一種或多種型號的電動汽車提供換電服務，按照功能的不同換電站有不同的服務方式，常見的服務方式如下，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鏈，如圖所示，如何通過換電站能夠打造生態鏈，能夠可持續，因為它能夠將上下游相關企業緊密地聯系起來，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，第五對電網沖擊小，第六商業運營模式可持續。

 

 

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展，來適應不同的用途，創造一個健康的生態鏈。

 

第四，四網四流融合理論和實踐。

 

2020年12月份我牽頭發表了《四網四流產業融合》的白皮書。四網四流根據數字經濟、數字技術，反過來它又推動數字技術和數字經濟。有了數字技術和數字經濟以后，我們就可以把能源網、交通網、信息網、人文流融合，能源流、信息流、物質流、價值流融合以后，就產生更好的經濟效益和環保效益，反過來推動數字經濟。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。通過人-機-物的融合，產生智能，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，能夠產生智能。從數據通過數據孿生變成信息，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年我在研究中發現，人的行為和能源流、信息的關系，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，把智能放在工業就變成智能化的工業和制造。2）根據熵理論，我在德國做研究的時候，我發現熵理論和愛因斯坦的能源公式結合。很多熵的科學家，比如克勞斯提出熱力學第二定律的熵增加原理，玻耳茲曼提出熵是系統混亂程度的亮度，香農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，表示這個系統到底有序還是無序。如果你的系統無序，熵就增加，如果你的系統有序，熵就減少。我們要把熵理論跟愛因斯坦能源公式理論融合，所以就產生四網四流理論基礎之一。

 

融合的機理是通過系統耦合與設備共享，以提高網絡中能源與資源的利用率。融合的關鍵，通過人文網指導融合中的動態因果關系與復雜連接邏輯，融合的效果，通過價值流調整融合中的技術，產業到生態的動態演化。最后的結果是起到經濟效益和環保效益。

 

四網四流就是整體大于個體的總和，上層建筑和經濟基礎的互動關系。從科學理論上，探索出能源、信息和人的行為互動規律。從工程上來說，我們開發了能源操作系統，采用邊緣云結構，將能源體系和人工智能大數據體系結合，實現增值效益。

 

舉一個例子，通過我提出的四網四流理論，我們怎么樣能夠做到智慧能源？剛才講了，你要產生智能，一定要把無序變有序，能源里面有各種體系，電網、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，在發電里面，我們可以風能發電、太陽能發電、傳統能源發電。利用風能、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合可以發電，過程中產生二氧化碳和氫氣，但是它們合成可以形成能源，并且這些化工通過四網四流，我們可以友好地把電力和化工磨合好。

 

通過四網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-氫能夠很好地協同。因為電和氫都是終端能源，并且便于相互轉化，所以電-氫協同可以充分發揮電便于傳輸、氫易于存儲的優勢，為新能源為主體的新型電力系統的多時間尺度靈活調節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，協同優化。電-氫系統是新型電力新能源為主體的重要手段。

 

四網四流是基于數字基礎，反過來四網四流可以全力、全方位推動數字經濟。能源網就是能源和信息結合，我們所謂的車聯網，實際上是能源、信息和交通的結合。我提出四網，加人文網，人文網代表先進的思想、先進的法規、先進的政策等等，也能夠代表上層建筑和經濟基礎的互動。通過四網四流，我們可以更全方位地推動數字經濟。

 

回顧一下工業革命，第一次工業革命是蒸汽機的發現，第二次工業革命是電力的發明，第三次工業革命是數字革命，第四次工業革命是人工智能，它比前三者還要厲害。我們發現光人工智能不行，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革命，演化到第五次工業革命，第五次工業革命的特點是在人工智能的基礎上，加上人文，加上環境。

 

歐盟也提出歐盟工業5.0，特點是以人為本、可持續、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，總結下來是人類社會的進步，體現出以人為本。

 

小結一下，上個世紀我們專注于物理世界的進步。本世紀初，我們專注于網絡信息世界的發展和數字化的復興。網絡信息世界創造了新的價值，提高了我們的生產力，改變了我們的人際關系。但是，我們應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，有效地將數據轉化為信息-知識-智能解決復雜問題，在現實世界中，僅僅依靠技術并不能解決復雜的問題和迎接新的挑戰。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。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（創新），第四是Integration（創新），第五是Implementation（實現），第六是Investment（投資）。謝謝大家！