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开篇:写作不仅是一种记录,更是一种创造,它让我们能够捕捉那些稍纵即逝的灵感,将它们永久地定格在纸上。下面是小编精心整理的12篇新能源的关键技术,希望这些内容能成为您创作过程中的良师益友,陪伴您不断探索和进步。
[中图分类号] F426.47 [文献标识码] A 文章编号:1671-0037(2015)01-40-5
Patent-based Research on New Energy Automobile Industry and Key Technology Development in Henan Province
Fu zhixin
(Henan Provincial Institute of Scientific & Technical Information, Zhengzhou Henan 450003)
Abstract:This article based on the research on the present situation of new energy automobile technology and the development trend and so on in Henan Province, carries out a thorough analysis on the key technology data of new energy vehicles, objective presentation of the development situation and competition trend, and future development trend of key technology in the field of Henan provincial new energy automobile industry, providing a reference for the government decision-making department to improve industrial policy and establish competitive strategy, providing objective and accurate technical analysis data for new energy vehicles related enterprises.
Keywords:new energy automobile; patent; key technology; tracking analysis
环境污染、石油储量有限及全球气候变暖迫使人们在汽车动力系统领域寻求技术突破,具有零排放和噪声低等优点的新能源汽车已被世界各国所看重,并成为汽车产业的发展趋势。目前,河南省新能源汽车产业以电池为核心的关键零部件处于领先地位。全省有动力电池及其相关材料的企业200多家,已形成年产动力锂离子电池1.58亿安时生产能力,以及年产镍氢电池正极材料10 500吨、磷酸铁锂材料5 000吨、锂电池隔膜6 000万平方米等的生产能力,电池及材料产业整体实力位居国内前列[1]。河南省在培育新能源汽车产业进程中更加强调自主创新的原则。专利文献作为技术创新的最直观呈现,对它们的计量学统计分析,能够准确反映一个领域的自主创新情况。基于此,本研究利用专利文献计量的方法跟踪河南省新能源汽车产业1985―2012年间的专利申请情况,试图从定量的角度对河南省新能源汽车产业领域的关键技术与竞争态势进行分析。
1 河南省专利申请情况
本研究专利数据采用Thomson Innovation专利数据库的数据。经检索,河南省专利数量为1 009件,经人工去噪标引和法律状态筛选,得样本数据量为622件。
1.1 技术规模与发展趋势
由于专利从申请到公开到进入数据库呈现,大致需要2到3年时间,所以我们的数据分析到2011年为止。我省的专利申请开始于1993年,但之后一直到2005年,专利申请数量上升缓慢,2005年至2009年,专利发展进入快车道,2009年至今,飞速发展,专利数量增长迅速。如图1所示。
1.2 地区分布
就地区分布来说,河南省申请专利最多的是郑州市,申请专利261件,占比42.03%,排名第一;三门峡市申请专利77件,占比12.40%,排名第二;许昌市申请专利72件,占比11.59%,排名第三;洛阳市申请专利44件,占比7.09%,排名第四;新乡市申请专利34件,占比5.48%,排名第五;平顶山市申请专利33件,占比5.31%,排名第六;焦作市申请专利29件,占比4.67%,排名第七;南阳市申请专利28件,占比4.51%,排名第八;商丘市和周口申请专利10件,占比1.61%,排名第九。
1.3 技术分布与占比
对新能源汽车的发展,我国制定了“三纵三横”的发展路线,三纵是混合动力汽车、纯电动汽车、燃料电池汽车,“三横”是多能源动力总成控制系统(电控)、电机及其控制系统和电池及其管理系统(电池)。在技术领域研究中,课题组对新能源汽车做了关键技术拆解并进行标引,主要从电控、电池、电机、整车设计、能量管理与回收、发动机、配套设施建设、变速器几方面清晰呈现我国新能源汽车领域的合作情况。检索数据显示,在河南省新能源汽车关键技术领域中,电机及其控制系统(电机)领域的专利数量最多,有193件,占比31.08%;排在第二位的是电池及其控制系统(电池)领域,申请专利168件,占比27.02%;排在第三位的是整车设计领域,申请专利97件,占比15.62%;排在第四位的多能源动力总成控制系统(电控)领域,申请专利77件,占比12.40%;排在第五位的是配套设施建设领域,申请专利35件,占比5.64%;排在第六位的是底盘领域,申请专利25件,占比4.03%;排在第七位的是能量管理与回收领域,申请专利13件,占比2.09%;排在第八位的是发动机领域,合作专利140件,占比1.45%;排在第九位的变速器领域,申请专利4件,占比0.64%。从图3可以看出,河南省新能源汽车领域发展比较好的关键技术领域主要在整车设计、电机、电控和电池。与全国数据相比较,河南在整车设计方面表现优秀,这与河南最大的客车制造商宇通公司一直致力于整车设计研究相关。这几个关键领域的快速发展集中在2010年以后,这与河南省政府在2009年出台了一系列支持新能源汽车发展的政策是分不开的。
1.4 技术与人员发展趋势
新能源汽车产业,总体来说是一个新兴产业,从检索数据来看,有记录以来,随着新技术的不断出现,河南省从事这一领域的研究人员一直呈上升状态,而且在最近几年增长速度很快,这表明河南省对新能源汽车前景看好,投入大量人力和物力,这一局面一直持续到2011年都不曾改变。为了更接近呈现,课题组将2012年和2013年的趋势和数据一并列出,由于专利申请公开和入库的时间等待,这两年的数据只作为参考。
图4和图5为河南省新能源汽车技术与人员发展趋势图。从图中可以看出,就专利检索结果来看,随着时间的推移,河南省新能源汽车领域新技术和新增研究人员整体都呈增长趋势,而且都是在2007年进入快速发展期,都经历了2008年的短暂回落,从2009年以来,随着新技术的不断出现,不仅每年新增人员数量客观,而且原有研究人员继续从事这一领域情况比较稳定,人员流失率小,从而保证了该领域研究的可持续发展。
1.5 机构活跃度
申请专利数量多少可以作为测度一个机构活跃度的直观指标[2]。本节中,课题组采用这一指标,用申请数量多少来进行河南省新能源汽车领域机构活跃度评价。图6中,每块扇形用不用颜色加以区分,代表每一类机构申请专利数量之和。从图中可以看出,红色部分表示申请专利数量小于2个的机构,红色部分代表申请专利数量2―5个的机构,绿色部分代表申请专利数量6―20个的机构,蓝色部分代表申请专利数量大于20个的机构。可以看出,红色和黄色占了60%左右。这显示了我省的专利技术申请仍以中小企业为主,产业进入门槛不高,处于蓬勃发展时期。
1.6 主要申请人排名与占比
在河南省新能源汽车领域,申请专利最多的是郑州宇通客车有限公司,申请专利68件,占比18.58%;排名第二的是河南速达电动车科技有限公司和许继集团有限公司,申请专利55件,占比15.03%;排名第四的是郑州日产汽车有限公司,申请专利20件,占比5.46%;排名第五的是济源贝迪地热能源的中央空调设备有限公司和中原工学院,申请专利18件,占比4.92%;排名第七的是平顶山中嘉能源科技有限公司,申请专利15件,占比4.10%;排名第八的是三门峡速达节能能源保创光电科技(厦门)有限公司,申请专利14件,占比3.83%;排名第九的是河南少林汽车股份有限公司,申请专利13件,占比3.55%;排名第十的是河南龙瑞新能源汽车有限公司,申请专利11件,占比3.01%。图表略。
1.7 前20申请人合作关系
从图7可以看出,我省表现优秀机构的合作积极性并不高,合作表现最好的是许继集团,但该集团的合作大部分局限在本集团内部的机构之间,也就是其各个分支机构之间的合作以及分支机构和总公司的合作,许继集团唯一的外向合作是与山东电力公司的合作,为跨省合作。而排名前20的其他机构,甚少与其他机构有合作关系。
2 电池技术
2.1 技术规模与趋势
作为新能源汽车的关键技术之一,电池技术也是我国新能源汽车战略规划中要重点发展的产业领域,位列我国新能源汽车发展策略“三横”之一。为了点面完备的反映河南省新能源汽车的发展状况,课题组把河南省新能源汽车领域电池、电机和电控“三横”关键技术的专利情况重点列出,并进行分析。就河南省新能源汽车电池领域来说,课题组共检索出专利168件,法律状态为有效。就发展趋势和数量年度分布来说,电池领域在20世纪90年代至21世纪最初几年,增长数量缓慢,基本在10件以下徘徊,在2009年出现明显转机,数量开始上升,平稳上升至2010年,之后,飞速增长。如图8所示。这与2009年国家和河南省相继推出一系列新能源汽车政策以及国家制定新能源汽车产业发展“三纵三横”战略密切相关。其实,从图8还可以看出,由于专利从申请到公开到入库大概需要二到三年时间,所以在一开始课题组就声明我们的有效数据截至到2011年,在报告前面的专利数量总体趋势图中,专利数量在2011年处于最高值,在2012年有回落,而从图8我们可以看出,电池领域,专利的最高值出现在2012年,应该说,这还是2012年的不完全数据,实际专利数量要更多,这也说明,河南省新能源汽车产业在电池领域发展蓬勃,前景乐观。这与河南省在新能源汽车产业方面的产业布局密切相关。一直以来,作为锂资源储量大省,河南省一直很重视锂离子蓄电池产业的发展,蓄电池产业也是河南省电动汽车发展的基础和优势。
2.2 地区分布与占比
河南省新能源汽车产业电池技术的研发主要集中在郑州、许昌、三门峡和新乡等地。就数量与占比来说,郑州有62件专利,排名第一,占比36.90%;许昌有36件专利,排名第二,占比21.43%;三门峡有15件专利,排名第三,占比8.93%;新乡、洛阳和平顶山分别有12件专利,排名第四,占比7.14%;焦作有9件专利,排名第七,占比5.36%;南阳、商丘和周口分别有2件专利,排名第八,占比1.19%;济源、开封、漯河和信阳分别有1件专利,排名第十一,占比0.60%;其他地区无专利。图表略。
2.3 主要申请人排名与占比
河南省新能源汽车领域电池技术中,表现突出的机构是许继集团,申请专利35件,排名第一,占比36.08%;排名第二的是河南速达电动车科技有限公司,申请专利12件,占比12.37%;排名第三的是郑州日产汽车公司和郑州宇通客车股份有限公司,申请专利10件,占比10.31%;排名第五的是平顶山中嘉能源科技有限公司,申请专利7件,占比7.22%;排名第六的是河南光源太阳能科技有限公司,申请专利6件,占比6.19%;排名第七的是河南鸿马实业有限公司和河南少林汽车股份有限公司,申请专利5件,占比5.15%;排名第九的是三门峡速达节能能源保创光电科技(厦门)有限公司,申请专利4件,占比4.12%;排名第十的是河南海马汽车公司,占比3.09%。图表略。
3 电机
3.1 技术规模与趋势
就河南省新能源汽车电机领域来说,课题组共检索出专利193件,法律状态为有效。就发展趋势和数量年度分布来说,电机领域在20世纪90年代至21世纪最初几年,增长数量缓慢,基本在10件左右徘徊,在2007年出现明显转机,数量开始上升,平稳上升至2010年,之后,飞速增长。这与2009年国家和河南省相继推出一系列新能源汽车政策以及国家制定新能源汽车产业发展“三纵三横”战略密切相关。图表略。
3.2 地区分布与占比
河南省新能源汽车产业电机技术的研发主要集中在郑州、南阳、三门峡和焦作等地。就数量与占比来说,郑州有91件专利,排名第一,占比47.15%;南阳申请专利22件,排名第二,占比11.40%;三门峡申请专利16件,排名第三,占比8.29%;焦作申请专利14件,排名第四,占比7.25%;平顶山申请专利13件,排名第五,占比6.74%;洛阳申请专利9件,排名第六,占比4.66%;周口申请专利8件,排名第七,占比4.15%;许昌申请专利7件,排名第八,占比3.63%;商丘申请专利5件,排名第九,占比2.59%;濮阳申请专利3件,排名第十,占比1.55%;安阳和信阳申请专利2件,排名第十一,占比1.04%;驻马店申请专利1件,排名第十三,占比0.52%。图表略。
3.3 主要申请人排名与占比
河南省新能源汽车产业电机技术方面,申请专利最多的是郑州宇通客车股份有限公司,申请专利24件,排名第一,占比23.53%;排名第二的是济源贝迪地热能源中央空调设备有限公司和中原工学院,申请专利18件,占比17.65%;排名第四的是河南速达电动车科技有限公司,申请专利12件,占比11.76%;排名第五的是平顶山中嘉能源科技有限公司和郑州飞机装备有限责任公司,申请专利5件,占比6.86%;排名第七的是以个人名义申请专利的陈冠卿、王敬顺、王法河和王新国,申请专利4件,占比3.92%。图表略。
4 电控
4.1 技术规模与发展趋势
就河南省新能源汽车电机领域来说,课题组共检索出专利77件,法律状态为有效。就发展趋势和数量年度分布来说,电机领域在20世纪90年代末至今,一直处于上升态势。2009年以后,上升速度加快。图表略。
4.2 地区分布与占比
河南省新能源汽车产业电控技术专利申请主要分布在郑州、新乡、三门峡和洛阳等地。专利数量最多的是郑州,申请专利46件,排名第一,占比59.74%;新乡申请专利9件,排名第二,占比11.69%;三门峡申请专利7件,排名第三,占比9.09%;洛阳申请专利6件,排名第四,占比7.79%;焦作申请专利3件,排名第五,占比3.90%;漯河和许昌申请专利2件,排名第六,占比2.60%;安阳和平顶山申请专利1件,排名第八,占比1.30%。图表略。
4.3 主要申请人排名与占比
河南省新能源汽车产业电控技术方面,申请专利最多的是郑州宇通客车股份有限公司,申请专利16件,排名第一,占比34.04%;排名第二的是河南速达电动车科技有限公司,申请专利6件,占比12.77%;排名第三的是郑州日产汽车公司,申请专利5件,占比16.4%;排名第四的是河南少林汽车股份有限公司和河南海马汽车有限公司,申请专利4件,占比8.51%;排名第六的是许继集团有限公司和郑州泓科电气有限公司,申请专利3件,占比6.38%;排名第八的是河南机电职业学院、河南鸿马实业有限公司和河南省电力公司漯河供电公司,申请专利2件,占比4.26%。图表略。
5 结论
5.1 产业发展态势良好,关键技术领域优势明显
检索数据显示,2009年以后,专利和科技文献数量一直处于上升状态,增长速度逐年加快,特别是2010年以后,增长幅度明显。从河南省新能源汽车产业在电池、电机和电控三大领域的检索数据来看,电机领域的专利数量最多,但电池领域的发展前景最被看好。
5.2 产学研合作密度不大,协同创新力度不够
检索数据显示,在专利申请方面,表现突出的高校只有中原工学院,说明我省新能源汽车领域产学研合作不强;就合作地域范围来看,合作主要是省内合作,省际合作就很少,更是没有国际合作;就进行专利申请的机构来看,合作意识薄弱,除许继集团合作活跃外,大部分机构合作外向性不强,仍停留在单打独斗的阶段,不利于产业的协同创新发展。
5.3 产业发展地区分布不均衡
就地区分布来说,地区分布不平衡,主要分布在郑州、洛阳、新乡、三门峡等地。这些地区总体经济实力较强,对产业发展有着强大的支撑力,而较经济发展处于下位的地区产业发展薄弱。
5.4 企业知识产权意识仍需要加强
从检索数据看,郑州宇通客车股份有限公司、河南速达电动车科技有限公司,郑州日产公司、许继集团公司、海马汽车有限公司以及河南少林汽车有限公司等机构在关键技术专利申请方面表现突出,而作为锂离子电池研究重地,新乡机构在电池方面的专利申请上并不出色,总体来说,企业的知识产权意识还是需要加强。
6 对策建议
6.1 制定河南省新能源汽车发展战略和规划
尽快制订出台河南省新能源汽车产业的中长期发展规划和相关配套政策,加快和完善新能源汽车相关的配套设施建设,尽快建立新能源汽车配套设施,优化整合现有资源、集中优势力量,进行河南特色优势领域的科研开发,走出一条具有河南特色的新能源汽车产业发展道路。
6.2 加强财政税收和金融政策支持,为河南省新能源汽车发展提供保障
在财政政策方面,设立新能源汽车发展专项资金,重点支持关键技术研发与产业化;给予新能源生产企业优惠贷款;对于新能源汽车购买者给予一次性财政补贴;加大新能源汽车的政府采购力度。在税收方面,对新能源汽车及关键零部件的研发、生产给予税收减免;对于购买者按照其购买的车辆的等效节能指标给予一定的购置税减让。在金融政策方面,逐步建立以政府信用、投融资实体为平台,以新能源汽车生产企业的债券发行为手段的开发性金融信贷体系,解决整车及关键零部件生产企业的研发资金来源问题。
6.3 加强产学研合作,推动河南省新能源汽车领域技术突破
新能源汽车要面临“过渡”与“转型”的双重发展形势,目前,河南省研发企业各自为政、单打独斗的局面不利于产业的快速发展,要加强产学研的合作,不仅是省内的合作,更是跨省甚至跨国的合作。鼓励河南省研发企业、高校、科研院所之间加强合作,并与清华大学、同济大学等国内著名研究机构以及广汽、东风、比亚迪等公司加强技术对接,加强交流合作,促进我省新能源汽车子系统与零部件产业的技术创新和发展;花大力气推进“河南省电动汽车产业联盟”,对关键零部件进行技术攻关,对基础研究开展分工合作,实现风险共担、成果共享。同时,研发和应用气体燃料、煤基燃料和生物燃料等汽车代用燃料,促进交通能源来源多元化。
6.4 注重新能源汽车的知识产权保护,加强高层次汽车专业人才的引进和培养
河南当前来说,在新能源汽车方面的人才尤其是高级人才还是比较缺乏,针对河南省当前及今后实际,必须大力实施人才培养和引进工作。首先,要制定和出台更加具体、灵活和优惠的人才政策措施,营造人才创新创业的软硬环境,落实财政保障措施,鼓励企业尤其是大中型企业不断吸引和引进海外和新能源汽车产业高端技术人才、团队和高端管理人才。其次,充分利用郑州大学、河南科技大学等高校科研院所汽车专业基础条件、科研力量单位的积极参与,鼓励高校积极申报与新能源汽车产业发展人才需求相关的新专业,适应社会需要,有计划、分步骤、有重点地培养技术人才;建立新能源汽车生产企业与河南职业技术学院、河南交通职业技术学院等大专职业院校直接对接的专业技术人员培养通道,做到按需育人。同时,建立新能源汽车生产企业人员培训和轮训常态机制,培养与造就一支数量充足、结构优化、布局合理的技师和高级技师人才队伍,打牢新能源产业初、中、高3级人才资源基础。
参考文献:
[1] 徐哲.我国电动汽车发展的现状与对策[J].车界论坛,2006(2):9-12.
关键词 新能源汽车 发展现状 关键技术
中图分类号:U469.7 文献标识码:A DOI:10.16400/ki.kjdks.2015.12.070
Explore Status and Trends of New Energy Vehicle Development
YU Wenxiong
(Taiyuan TAICO Auto Electron Co., Ltd, Taiyuan, Shanxi 030024)
Abstract The development of new energy vehicles is one of the important measures to reduce air pollution, reduce dependence on oil resources, and keep the sustainable economic and social development for the world countries. This paper introduces the development of new energy vehicles and classification, analysis of the necessity of its development. Finally, the key technologies of the new energy vehicles are discussed.
Key words new energy vehicles; current situation of the development; key technology
0 引言
新能源汽车是全世界正在进行研究的热点项目,世界汽车大国如中国、日本、美国、德国等都投入了大量的人力、财力进行相关的研究和推广。在当今社会,汽车已经和每个人的生活息息相关,也是国内外科技实力竞争的一个关键点。发展新能源汽车是解决全球能源和环境系统严峻问题的必由之路,是汽车行业技术和产业革新的必然趋势。
发展新能源汽车对解决能源和环境系统问题以及提高国家的综合能力具有非常重要的意义。一方面解决能源短缺、环境污染、气候变暖等全球汽车行业面对的共同问题。近年来,我国汽车产业发展迅速,国内汽车保有量呈递增趋势。预计2015年的汽车保有量将达到1.5亿辆,2020年中国的汽车保有量更是将达到2亿辆以上。传统汽车在行驶过程中会产生大量的有害气体,排放的污染物有碳氢化合物、氮氢化合物、一氧化碳、二氧化硫等,对人类健康也有很大的影响。此外,传统汽车主要采用燃油发动机,排放大量的温室气体,影响全球的气候变化。现有的车用内燃机的动力技术的改进处于一种渐进式的状态,进展缓慢,已经不能应对环境、能源系统的挑战,汽车行业亟待一场革命性的技术变革。
另一方面,汽车产业对一个国家的经济发展起到了巨大的作用,带动钢铁、机械加工、电子等多个行业的发展,容易形成产业集群,是提升一个国家国际竞争实力的重要因素。相对于欧美国家,我国的汽车工业起步较晚,一直采取以市场换技术的方式推动汽车行业的发展,没有形成原始创新的技术,没有形成自己的关键技术。新能源汽车方面,世界各国处于同一起跑线上,我们国家只有大力发展新能源汽车,才能在汽车工业上实现“弯道超车”,才能有机会与西方发达国家在汽车工业上一较高下。
1 新能源汽车的定义及种类
根据我国《汽车产业发展政策》的有关规定,国家发展和改革委员会制定了《新能源汽车生产准入管理规则》(后文简称《规则》),提出了新能源汽车的新概念。实用非常规车用燃料来作为动力源的汽车便是新能源汽车,综合车辆的动力控制和驱动方面的先进技术,汽车拥有先进的理论和技术,结构也较为新颖。《规则》还指出:新能源汽车包括纯电动汽车(BEV,包括太阳能汽车)、混合动力电动汽车(HEV)、燃料电池电动汽车(FCEV)、其他新能源(如超级电容器、飞轮等高效储能器)汽车等。新能源汽车出现以来,动力形式主要有混合动力、纯电动、燃料电池三种。这也是当前世界各国主要的研究方向。
混合动力汽车在汽车上配置了两种动力系统,一般是在传统燃料的动力系统基础上再匹配发电机、电动机等以电能为动力的系统。在混合动力汽车中,电能的来源主要有三种方式,一是采用外部充电,即通过充电桩直接给汽车中的蓄电池充电。二是采用能量回收装置,在车辆运行过程中将制动时、下坡时、怠速时的能量回收,转换为电能存储在蓄电池中。三是采用前述两种方式的组合,既可以直接给蓄电池充电,也配有能量回收装置。
纯电动汽车,从字面就可以看出,该类汽车采用电能为唯一的动力来源,无需内燃机或其它动力装置。纯电动汽车只有电能一种动力来源,在行驶过程中没有尾气排放,也不会形成二次污染,是一种“干净”的汽车。纯电动汽车由于受续航里程、充电桩的数量及位置的影响,目前主要在短途使用人群中推广使用。
燃料电池汽车的工作原理是,其燃料是氢,氢会在燃料电池中和氧气发生氧化还原反应,从而产生电能来给电动机工作提供支持,通过电动机带动机械传动机构,从而驱动电动汽车。在燃料电池汽车中,氧气和氢气直接参与化学反应,并且化学反应时,不会产生污染物,其也是一种“干净”的汽车。和纯粹使用电力的骑车相比,燃料电池汽车优势明显,比如低温冷启动性能出色、持续行驶里程较长、能够快速补充能量等,但产品成本高且基础设施稀缺。
2 国内外新能源汽车发展的状况
国外在新能源汽车的研究方面比我们国家起步要早得多,在美国和日本已经有很多汽车厂推出了新能源车型并上市销售。如日本为了解决能源安全问题,欧洲和美国为了解决温室效应和石油依赖的问题,从国家和地区的层面都推出了鼓励新能源汽车发展和推广的政策,寻找替代能源,如:欧盟持续加强清洁柴油车技术,推动燃料电池的研发。①金融危机之后,世界各国均把新能源汽车的研究方向聚焦在纯电动汽车上。
2010年以来,欧美日等汽车工业强国的新能源汽车如雨后春笋般上市销售。如本田飞度EV、宝马MINI E、宝马i100Coupe、 宝马(PHEV)以及全球闻名的特斯拉电动车,在全球刮起了新能源汽车的旋风。这些新能源汽车的特点主要是车型与传统汽车相似、续航里程相比早期的电动车有了很大的改善、普遍使用快速充电技术、最高车速增加到100公里/小时以上。
从2001年开始,国家通过“863”项目投入很大的资金主要做电动汽车研发,形成了纯电动、油电混合动力、燃料电池三条技术路线,简称“三纵”; 建立了以动力蓄电池、驱动电机、动力总成控制系统三种共性技术,简称“三横”,形成了“三纵三横”的开局。②2012年3月,科技部公布《电动汽车科技发展“十二五”专项规划》,进行了纯电驱动技术战略的确定,重视技术转型,重视整车继承技术、关键零部件技术以及公共平台技术的深化省级和完善。国务院也进行了《节能与新能源汽车产业发展规划(2012-2020年)》的,制定了新的战略取向,重视以纯电驱动为新能源汽车发展和汽车工业的转型,当前重点推进纯电动汽车和插电式混合动力汽车产业化。我国已经有多家汽车厂开始电动车的生产和销售,如江淮、奇瑞、新大洋、北汽新能源、一汽新能源、长安、郑州日产等均有新能源汽车上市销售。
3 新能源汽车的核心技术及发展趋势
发展新能源汽车需要掌握电池技术、电机驱动及控制技术、能源管理系统以及整车技术等核心技术。
电池技术包括电池形式、电池生产的过程控制、设备和使用方法等。日本企业在电池领域的技术实力较强,如丰田汽车公司获得了四百多项专利。③目前世界各国都在研究电池的新技术,重点解决电池容量和快速充电的问题,石墨烯电池是一个新的研究方向。在中国,中航锂电、比亚迪、五龙汽车等公司在已经掌握了电池技术实现了电池的批量生产。
整车控制器(VCU)、电机控制器(MCU)和电池管理系统(BMS)是最重要的核心技术,对整车的动力性、经济性、可靠性和安全性等有着重要影响。
VCU是新能源汽车的大脑,它通过对来自油门、刹车踏板、档位等位置的信息进行分析,判断驾驶员的意图。VCU还检测车辆的速度、文图、电量、电压等信息,并根据车辆各项参数向车身的动力系统、电池系统等发送控制指令,指挥车辆行驶。
MCU是新能源汽车特有的核心功率电子单元,是电动机的大脑。它在接收到VCU的车辆行驶控制指令后,及时控制电动机输出指定的扭矩和转速,驱动车辆行驶。实现把动力电池的直流电能转换为所需的高压交流电、并驱动电机本体输出机械能。
BMS是新能源汽车的三大核心技术之一,它是新能源汽车电池系统正常工作、提高电池寿命并保证新能源汽车安全的关键技术。由于BMS的存在,当新能源汽车大电池出现早期损坏、过热、过载等情况时,及时保护电池并向司乘人员报警。
随着能源危机和环境系统不断增长的压力,新能源汽车未来的发展方向主要是寻找新的替代能源和动力系统的革命。一是研究甲醇、生物乙醇、氢燃料、可燃气体等替代传统的燃油技术,已经有部分技术在国内外得到了推广应用。二是采用电能作为新的动力来源,主要是运用混合动力驱动、纯电驱动和燃料电池技术解决日益严重的能源紧缺和污染问题。
4 结论
从解决能源紧缺和环境污染的角度来看,以纯净能源尤其是纯电动汽车和燃料电池的汽车将成为新能源汽车未来的发展方向。我国汽车工业的发展应该以纯电动汽车的产业化为重点,着力解决整车控制、电机控制和电池管理系统的关键技术,积极推进电动汽车的产业化,实现“弯道超车”,提高我国的竞争实力。
注释
① 孙俊秀,陈洁,殷正远.美日欧新能源汽车政策辨析及启示[J].上海管理科学,2012.34(2):63-66.
关键词:新能源;产业;技术瓶颈
随着核能、太阳能、风能等新能源技术的逐步成熟和应用成本逐步降低,新能源产业开始在世界范围内崛起。中国是世界上第二大能源生产国和消费国,但由于新能源产业的核心技术基本都在国外,而重大的制造设备和关键零部件基本靠进口,使得我国新能源产品的成本过高,不仅使得新能源产品在国际上缺乏竞争力,同时也造成国内风电、核电等的价格居高不下,从而在国内消费市场难以打开局面,在内需萎靡,国际市场利润空间受控的情况下,我国新能源产业要想壮大成国民支柱产业前景渺茫。而自金融危机以后,各国经济对新能源产业给予了重望,在国外市场需求的突然增加与国内环保压力的共同推进下中国新能源产业将迎来重大的发展机遇,因此当前如何克服发展的技术瓶颈对于新能源产业来说尤为重要。
1 当前我国新能源产业的发展现状
伴随着国际上低碳经济的呼声越来越高,我国新能源产业近两年获得了快速的膨胀,但由于扩张的速度太快,使得新能源产业的发展陷入无序的状态,特别是近两年快速扩张的风电、多晶硅等新兴产业出现明显的重复建设倾向,新能源产业这种虚热的状态,不得不引起我们高度的重视。
①风电产业失衡的产业链。中国风电产业在2005年《可再生能源法》实施之后,连续4年实现新增装机容量翻番,2008年中国风电装机1221万kW,已占全球总装机的10%,已成为亚洲第一、世界第四的风电大国,仅排在美国、德国、西班牙之后。但是,在竞相上马的风电项目背后,却是微不足道的经济效益,风电产业陷入产能过剩的尴尬境遇。截至2008年底,风电装机容量只占到全国电力总装机容量的1.13%,而发电量更是只占区区0.37%。同时,内蒙古约有三分之一的风电并网项目处于闲置状态;甘肃酒泉已经投运的46万kW风电装机最大发电出力只能达到65%左右。国内风电产业面临的主要问题主要集中在产能过剩、成本过高、机组质量和电网模式制约等方面。
而从风电产业的产业链上来讲,严重失衡。今年上的风电项目都集中在风机制造一端,这是因为我国目前风电场建设的高歌猛进,催生了风电设备的巨大需求,使得风机制造项目一哄而上,造成了风电产业链的结构性失衡,所以我们说风电过热过剩其实指的是风电产业的这种结构性过剩。国内风电整机生产企业超70家,超过全球其他地区风电设备厂商总和。目前,不仅在整机市场上存在着过多企业涌入的状况,在叶片市场也出现了一哄而上的现象。尽管风电大小企业如雨后春笋般成立,在核心技术和关键零部件等方面,生产企业走的却是清一色的引进路线。
②光伏产业国外环保事业的打工仔。国际上新技术的发展与应用,促使太阳能发电成本大大降低,美国工业体系大约在0.21美元左右,这一数值已经相当接近于火电价格的成本。而且成本还将进一步的下降,可以预期不远的将来光伏产业将会迎来一个爆发的增长期。我国光伏产的发展也是随着国外的需求而近年来得到了快速发展,最近5年的年平均增长率在40%以上,其扩展主要在海外市场。按照国家制定的发展计划,至2010年,中国光伏发电的累计安装量将不会超过300MW,因此目前光伏产业的主要市场仍将在海外。
目前国内光伏产业上游多晶硅产业扩张迅猛,价格回落预期强烈,多晶硅行业的暴利时代将逐渐走结束。而且由于金融危机影响了下游光伏需求,许多曾出台庞大扩产计划的多晶硅制造商必将推迟或取消其部分后期项目,近几年将发生无情的洗牌。下游太阳能电池制造业将摆脱多晶硅原料产能瓶颈,行业毛利率将会有所回升。
但是,中国的太阳能电池生产最主要的原料晶体硅,我国矿产储存很少,因此不得不从欧洲和日本高价进口。加工制成太阳能电池后,再返销回当地,这种发展模式无疑等同于担任着国外环保事业打工仔的角色。
③其他产业的发展。在新能产业领域,我国太阳能热水器产业近几年发展迅速,产品推广很快,目前国内太阳能热水器安装总量达到13284万m3,占全球安装总量的70%以上,产业形态也逐步走向成熟。在国际生物燃料产业化风潮的促进下,我国生物燃料产业近年发展很快,2008年中国燃料乙醇产量达到190万t,受粮食产量制约,我国近期不再扩大以粮食为原料的燃料乙醇生产。为了扩大生物燃料来源,我国已自主开发了以甜高粱茎秆为原料生产燃料乙醇的技术(称为甜高梁乙醇),并开展了甜高梁的种植及燃料乙醇生产试点。另外,我国也在开展纤维素制取燃料乙醇的技术研究开发,如果农林废弃物纤维素制取燃料乙醇或合成柴油的技术实现突破,生物燃料年产量可达到上亿吨,从理论上讲,我国生物燃料的发展潜力还是很大的,但目前还处于起步阶段,其产业化的进程还很缓慢。总体来讲部分新能源细分产业在国内市场仍未完全启动,虽然目前发展态势来看还不错,但是如果不加快新能源产业领域核心技术的研发与应用,以及加强行业的规范与引导,新能源产业泡沫无疑将会发展成为中国经济将来发展的又一隐患。
2 我国新能源产业发展的技术瓶颈
我国新能源企业的大多规模小,核心技术对外依存度高,关键设备和零部件主要靠引进,企业自主研发能力薄弱。有数据显示我国新能源技术的专利集中在高校和科研院所,这一方面说明我国对于新能源技术研发的投资重点在高校和科研院所,同时又从另一个方面说明我国新能源企业自主研发能力低下,从而制约了我国新能源技术产业化转化的效率和能力。当前我国新能源产业发展的技术瓶颈主要有以下几方面:
①战略产品缺乏核心技术大幅缩减了产业的利润空间。总体来说我国新能源产品的技术水平偏低,而且核心技术多依赖国外。比较有代表性的是光伏产业,目前太阳能的利用的效率主要依赖于电池的性能,而我国太阳能电池生产的上游产品最重要的专用原材料单晶硅基本都靠进口,由于前期生产过快的扩大,竞争变得异常激烈,因为缺乏核心技术,使得我国这些企业的利润大幅下降,后期的发展不容乐观。
②设备与制造技术落后使得新能源产业发展缺乏后劲。这个问题在风电、核电等产业都很突出。风电机组制造技术是风电发展的核心,而目前我国风电整机总体设计和关键零部件设计制造仍是制约我国风电产业发展的瓶颈。目前我国风电建设远远落后于世界发展,其主要原
因是,没有加大力度依靠国内雄厚的机电制造业基础,吸收引进国外先进技术对风电成套设备进行自主开发。随着世界风力发电设备制造水平提高,更大的单机容量已经是全球风能技术发展的趋势。据了解,国外风电机组目前已达到兆瓦级,如美国主流1.5MV,丹麦主流2.0~3.0MV,在2004年的汉诺威工业博会上4.5MV的风电机组也已面世。而迄今为止,我国在这一技术上处于落后位置,尚不具备自行开发制造大型风电机组的能力,且在机组总体设计技术,特别是桨叶和控制系统及总装等关键性技术上落后于欧美发达国家,且机组质量普遍不高,易出现故障,这就使国产设备的竞争力面临严峻的考验。
③新能源并网应用技术滞后形成了新能源的消费瓶颈。我国风电、光伏电站一般处于偏远地带后,电网负荷小,不能满足大规模风电接人的要求,特别是近几年随着新能源发电装机容量的大幅提升必然对电网提出更高的建设要求。典型的例子便是,西北、东北和华北本是我国风电资源相对丰富的地区,但这些地区大部分处于电网产业的末梢,电网基础设施建设较为薄弱,因而难以对当地的风电资源进行充分有效利用。就全国来看,如业内人士所言,我国风电装机容量虽然在2008年底已突破1200万kW,但其中仅有800万kW的装机容量入网发电。将来新能源的发展迫切需要在电网的系统接入、并网技术标准、并网管理等方面开展突破性工作。
3 对策思路
①做好新能源产业发展战略规划,进行超前布局。新能源是一个新兴的产业,我们应该做好超前布局和规划,为新能源产业的发展建立良好的政策环境。政府应该提前进行新能源产业发展的关键技术、共性技术进行攻关从战略上提前布局,只有这样我们的新能源产业才能克服当前发展的核心技术不足的软肋,迎头赶上甚至超越发达国家。
②建立起行业标准,引导规范新能源产业的发展。逐步建立和完善新能源产品的标准体系,以及质量控制体系,选择有特色的创新能力较强的地区,发展新能源产业基地,构建比较完善的产业链,促进新能源产业的积聚式发展。
③加强示范与应用,推进关键技术与产品产业化。氢能,以燃料电池为重点,燃料电池堆、燃料电池辅助装置、燃料电池发动机等技术,开展产业化示范,推动氢能燃料在交通运输方面的应用。重点包括太阳能系统集成和产业化应用,重点支持能够促进光伏发电并网发电,光伏发电的系统技术和关键技术的产业化;围绕成形燃料开展能源作物的育种、繁育等高科技产业化;实施新材料高技术产业化专项等。通过关键技术与产品的示范与应用,从而推动这些技术产品的规模化、商业化,带动新能源产业的发展。
补贴性政策将有效刺激市场需求
应对全球扑朔迷离的经济形势,中央政府的政策着眼点立足于扩大内需和促进结构调整。除了通过正确的经济政策抑制非理性资产泡沫、防范通货膨胀、打击投机型购房行为外,也采取激励性政策措施促进战略性新兴产业成长。这种差异性政策取向的信号就是,要在抑制物价不合理上涨的同时保障经济的平稳增长。2009年,我国以销售1300多万辆汽车稳居全球第一,为保增长作出了重要贡献。2010年经济增长的目标实现,仍需要汽车工业引领增长。在许多国家把下一个产业竞争的重点放在新能源汽车方面,而中国的经济增长还离不开对汽车产业的路径依赖时,在汽车销售旺盛时期以补贴性政策启动新能源汽车市场,对于扩大汽车市场需求和优化汽车工业结构都极为有益。
这一政策明确规定,在上海、长春、深圳、杭州、合肥5个城市启动私人购买新能源汽车补贴试点工作。中央财政对试点城市私人购买、登记注册和使用的插电式混合动力乘用车和纯电动乘用车给予一次性补贴。补贴标准根据动力电池组能量确定,对满足支持条件的新能源汽车,按3000元/千瓦时给予补贴。插电式混合动力乘用车每辆最高补贴5万元,纯电动乘用车每辆最高补贴6万元。补贴资金拨付给汽车生产企业,按其扣除补贴后的价格将新能源汽车销售给私人用户或租赁企业。试点期内,每家企业销售的插电式混合动力和纯电动乘用车分别达到5万辆的规模后,中央财政将适当降低补贴标准。
相对于传统的汽油汽车来说,新能源汽车因为结构性原因增加了电池等功能,成本相对较高。与传统汽车比较,目前混合动力汽车成本高出30%~40%,纯电动汽车成本高出40%~50%,燃料电池汽车成本高出100%。显然,在同等条件下,新能源汽车并不具备价格竞争优势。但是,由于新能源汽车具有减少尾气污染和碳排放的特点,比传统能源汽车更符合资源节约型、环境友好型社会的建设要求。对于新能源汽车减少负外部性的发展方向,给予一定的补贴与扶持合情合理,毕竟许多减排性的投入也来源于财政资金。当然,也有一些学者提出,这种补偿应该借助征税的形式,由使用传统能源汽车的消费者补偿给使用新能源汽车的消费者,而不作为汽车消费者的群体则不应该承担相应的补偿责任。不过,笔者从汽车行业专家了解到,国外一些老牌汽车厂商有在2011~2012年生产新能源汽车的规划。政府在短期内利用国内汽车销售利好势头,采取财政性激励政策,当然有尽快从布局上促进本土车企形成新能源汽车生产能力的考虑。
根据我国高铁建设的经验,先刺激市场需求,扩大产业规模,而后在产业扩张中促进技术创新,是一条可行的提升产业竞争力之路。由于纯电动汽车中电池组件等产品占用较多成本,在规模化的市场需求没有形成之前,纯电动汽车与普通汽车相比缺乏明显的价格优势。因而,通过政府补贴的办法先行削减纯电动汽车的价格竞争劣势,激发市场的购买活力、扩大市场规模,然后在规模扩大与竞争加剧中引导和促进新能源汽车的技术创新,有助于在一个潜力巨大的市场中培育战略性新兴产业,促进中国新能源汽车在全球竞争中后来居上。
进一步完善配套政策
发展新能源汽车关系到国家汽车产业竞争能力的提高,也攸关各地未来汽车产业的竞争地位。在任期政绩目标制的背景下,地方政府存在着做大经济规模的冲动。尤其是在国家扩大内需政策的推动下,无论是财政还是银行部门都主动积极地为大项目提供资金支持,而地方的规划部门也积极搜罗新的投资项目,新能源汽车无论是从投资规模还是市场前景看都符合地方经济扩张的现实要求。实际上,近年来不少省市地方政府多方支持企业的电动或者混合动力汽车项目,推动企业在即将到来的新能源汽车竞争中占据有利地位,这种产业化前的竞争态势已经导致新能源汽车领域的技术创新不断涌现。不久前,笔者在随北京市政协科技委员会对在北京大兴采育开发区进行调研时发现,北汽新能源汽车公司经过几年探索,已在一定程度上掌握整车匹配技术、电驱动技术和控制系统技术三大领域的核心技术,以此为基础,公司引进电机、电池和辅助系统,为规模化产业扩张做好了技术准备,立足于在短期内成为具有新能源汽车改装、生产资质及具备新能源整车研发、生产、销售能力的企业。
但是,应该说,目前出台的政策还有不尽完善之处。比如,从试点城市看,虽然北京在新能源汽车方面已经有一定进展,政府部门也作了一定准备,消费者对购买新能源汽车存在一定期待,但北京却还不是新能源汽车的试点城市。与此类似的还有重庆,重庆长安汽车在纯电动汽车和插电式混合动力汽车的研发方面也取得重要进展。因而,希望在出台细则的时候考虑区域之间的平衡和相关区域新能源汽车的发展基础。中央政府的政策支持也应该为北汽新能源汽车公司、重庆长安汽车有限公司这样的企业打开市场扩张之门。
配套性的政策支持除了来自中央政府以外,也涉及到地方政府的政策支持。试点城市应该加强充、换电基础设施建设,作为城市基础设施建设的重要内容,以便为新能源汽车的发展提供便捷、安全的充电条件;相关区域政府还应该削减对新能源汽车的各类限行及限制性措施,以便诱导消费者对节能环保型新能源汽车的购买需求;把新能源汽车扩展到出租行业与公务用车范围,形成一定的刚性购买需求,进一步扩展市场空间。与上述政策相关的,应对示范运营的出租车公司给予一定的税费优惠,并以一定的减免费优惠鼓励新能源出租车取得运营牌照;尽快出台充电站、充电桩、充电接口的国家标准,以便新能源汽车充电过程标准化、规范化;建设配套性的零部件生产基地,建立新能源汽车快捷、高效、完整的产业链。
从全国来看,还需要设置一定的技术准入门槛,在鼓励企业进入新能源汽车领域的同时防止一哄而起低水平重复建设的现象发生。对于汽车企业来说,既要看到在政府政策引导下巨大的市场需求,也应该看到这一行业技术含量高、初始投资规模大、未来竞争激烈等因素,在选择进入市场时一定要做好可行性研究工作。技术创新决定竞争地位
多年来,我国一直把新能源汽车作为科技创新的重要领域。据相关方
面提供的材料,我国科技计划累计投入近20亿元,分别组织实施了“电动汽车重大科技专项”和“节能与新能源汽车重大项目”,确立了“三纵三横”的研局。所谓“三纵”是指燃料电池汽车、混合动力汽车、纯电动汽车三种整车技术,“三横”则是指多能源动力总成系统、驱动电机、动力电池三种关键技术。应该说,整车技术与其中的关键技术在新能源汽车中所处的地位是不同的,“三纵三横”只是一个惯常的说法,显示技术创新对新能源汽车的发展具有重要影响。
有关方面提供的数据显示,我国基本掌握了新能源汽车技术,建立了节能与新能源汽车的动力技术平台,形成了比较完整的关键零部件体系,开发出一批节能与新能源汽车的产品,实现了小批量的整车生产能力。其中,在混合动力汽车方面,我国在系统集成、可靠性、节油性能等方面进步显著,依据不同混合度方案,实际路况运行节油10%至40%,混合动力整车产品开始小批量进入市场;在纯电动汽车方面,我国处于国际先进水平,使用大容量锂离子动力蓄电池的纯电动客车曾在奥运中心区规模应用。纯电动轿车具有成本优势,已开始小批量出口欧美,国内市场需求也在不断加大;在燃料电池汽车方面,我国的整车集成技术、动力平台的成熟性,整车的可靠性有了新的提高,无故障间隔里程与国外同步达到3000公里,并取得了“新一代整车控制器”、“两挡变速器”、“氢电系统安全性碰撞”等一批原创性研究成果。
但是,应该看到我国新能源汽车发展的明显短板:一是电动汽车关键零部件的产业链尚未形成,零部件的生产能力与技术水平无疑会影响到整车质量与规模;二是我国目前的动力电池在性能和成本方面离整车要求还有很大差距,如何研制出成本低、重量小、持续能力强、使用寿命长的电池,已经成为破解新能源汽车难题的关键,但在磷酸铁锂电池、锂离子电池配方权等技术研发方面,国外的研究者拥有技术专利;三是我国在混合动力整车共性技术包括高效内燃机、先进变速箱、轻量化技术和机电耦合技术还有待突破,混合动力整车的核心集成能力、动力系统优化和匹配技术也有待提高。可以说,我国在新能源汽车生产的技术方面有强有弱,不很平衡。
但总体上看,我国在新能源汽车的技术创新方面与欧美日等主要汽车先行国家有一定差距。不过,从中国汽车工业发展经验看,放开市场有助于在竞争中促进汽车行业的技术创新。在传统能源汽车生产历程中,我国曾通过改变定点生产的格局和强化市场竞争,实现企业技术创新能力的不断提高,并在竞争和规模化生产中降低价格使消费者受益。在新能源汽车生产方面,放开市场不仅会促进技术创新。还会促进城市环境改善。根据联合国开发计划署的数据,预计到2020年,城市地区汽车数量将比1995年增长1.2亿到1.5亿辆,未来数十年汽车数量的增长将加剧目前已十分严重的城市空气污染。既然新能源汽车是公认的汽车产业发展方向,有明显的节能减排效果,通过放开市场和利用财政资金弥补新能源汽车价格竞争不利的方式,有助于在一个新的价格起点上形成有效的竞争格局。而竞争,是促进技术创新的有效手段。
在新能源汽车的技术创新与产业化发展方面,应该明确政府与市场的关系。政府应考虑尽快明确我国新能源汽车发展的国家战略和技术路线,针对新能源汽车的关键技术,要尽快建立统一的国家标准,以对市场起到规范、指导、示范的作用,避免新能源汽车产品无序发展;同时,要鼓励企业建立合理竞争与分工合作关系。要鼓励企业与企业之间、企业与科研机构之间建立战略联盟,形成关键技术联合攻关和收益共享的制度与规则,在合作创新与开放创新中提高国内企业在新能源汽车方面的创新能力。当然,国家也应该有相应的配套政策,对于那些能够破解关键技术瓶颈的企业给予让度市场份额的奖励,促使企业在产业化过程中不仅有扩张生产能力的冲动,而且有推动技术创新的动力。
近期对于新能源汽车产业发展,科技部、工信部和国资委都将出台政策支持,分别为《国家"十二五"电动汽车科技产业化重大专项项目》、《节能与新能源汽车产业发展规划》和《央企纯电动车投资规划》。
三部委政策齐发力
上述政策对于未来5年内新能源汽车产业发展给出了非常具体的目标和资金支持力度。《国家"十二五"电动汽车科技产业化重大专项项目》的发展目标为,小型纯电动汽车、大型纯电动商用车、轻度混合动力汽车和插电式混合动力汽车形成比较优势,2015年左右,生产动力电池100亿Wh,发展各种类型电动汽车100万辆。预计总投资30亿元,一半以上用于纯电动,其余重点在锂离子电池攻关。
《节能与新能源汽车产业发展规划》的发展目标包括两大块,一是2015年前,将大力扶持节能与新能源汽车的关键零部件的发展。在电机、电池等核心零部件领域,力争形成3至5家动力电池、电机等关键零部件骨干企业,产业集中度超过60%。到2015年(《规划》中的中期目标),动力电池系统能量密度达到120瓦时/公斤以上,成本降低至2元/瓦时;到2020年,动力电池系统能量密度达到200瓦时/公斤以上,成本降低至1.5元/瓦时。二是实现普通混合动力汽车的产业化,力争中、重度混合动力乘用车保有量达到100万辆以上。新能源汽车的发展范围是,传统燃料的节能环保型汽车、以纯电动汽车为主的新能源汽车,及混合燃料、氢燃料等汽车。到2020年,我国新能源汽车累计产销量要达到500万辆,其中,中、重度混合动力乘用车占乘用车年产销量的50%以上。
其二,对关键技术的争议进行了最后的界定。据了解,去年底,工信部组织专家对6项与电动汽车有关的标准进行讨论,涉及混合动力车型的分类、超级电容、电动车充电接口以及动力电池产品规格等内容。充电接口标准和动力电池产品规格尺寸很难统一。其背后,隐现的则是利益之争。目前已在一定程度上达成了统一的意见。虽然在以后的发展过程中需要有进一步的协调和完善。
《规划》明确,2011到2020年的十年间,中央财政投入1000亿元,其中,500亿元为节能与新能源汽车产业发展专项资金,重点支持关键技术研发和产业化,促进公共平台等联合开发机制;300亿元用于支持新能源汽车示范推广;200亿元用于推广混合动力汽车为重点的节能汽车。另外100亿元用于扶持核心汽车零部件业发展;50亿元用于试点城市基础设施项目建设。与此同时,《规划》还从财政税收、搭建技术平台等多个层面提出了相应的产业支持措施。未来10年,税收政策给予节能与新能源汽车推广以很大优惠。比如,免征纯电动汽车、充电式混合动力汽车车辆购置税,减半征收普通混合动力汽车车辆购置税和消费税。列入《国家重点支持的高新技术领域》的整车企业及关键零部件企业,将享受国家有关高新技术企业所得税税收优惠。
《央企纯电动车投资规划》的近期目标则是协调电动车产业链技术标准的统一,中长期目标是要突破电动车领域核心技术,打造具有国际竞争力的中国电动车企业和品牌。2010年在电动车共性平台建设领域安排13亿资金,到2012年还将安排50亿进行支持。
三部委已经将关注及投入重点统一到着重发展纯电动和插电式混合动力的产业化方向上,同时也将加大对混合动力汽车的市场推广力度。"十二五"期间,混合动力汽车领域,轻混乘用车大批量投放市场,中重混乘用车投放市场,插电式混合动力乘用车批量生产、应用,插电式混合动力公交车小规模示范运行。混合动力大客车大批量投放市场。各种混合动力乘用车年产量达到当年乘用车总产量的20%。
对于纯电动汽车,在"十二五"期间,2人微型电动乘用车和4人微型电动乘用车批量生产,规模示范,5人小型电动乘用车小规模生产示范,各种短程纯电动专用车辆投入使用,纯电动城市公交车小规模示范运行,各种纯电动乘用车产量达到当年乘用车总产量的10%。
车用电机达到200万台的研制生产能力。动力电池形成10家20万套动力蓄电池系统的大型企业,超级电容达到年产200万只的生产能力。充电站建设方面,形成充电模式、充电设备及接口和通讯协议标准,在5个以上城市建成2500个左右充电桩,100个快速充电站,20个电池快速更换站。
产业规划对市场的影响
市场规模巨大
根据产业规划目标,到2015年混合动力乘用车的保有量达到100万量,到2020年新能源汽车(插电式混合动力汽车、纯电动汽车、氢燃料电池汽车)的保有量达到500万量,2016年起使混合动力乘用车的产销量超过300万量。假设包括补贴在内混合动力车的平均售价为15万元/量,估算每年的市场规模有望达到4500亿元。
行业领头羊将受益
《规划》明确,2011到2020年的十年间,中央财政投入1000亿元,其中,500亿元为节能与新能源汽车产业发展专项资金,重点支持关键技术研发和产业化,促进公共平台等联合开发机制;300亿元用于支持新能源汽车示范推广;200亿元用于推广混合动力汽车为重点的节能汽车。另外100亿元用于扶持核心汽车零部件业发展;50亿元用于试点城市基础设施项目建设。长期而言,新能源汽车的领头羊将大大受益于市场整合以及政府补贴。
基础设施是障碍
摘 要 智能电网是经济和技术发展的必然结果,是保证电网安全、经济和优质运行的重要手段。本文主要针对国内外智能电网的发展过程,给出具有我国特色的智能电网概念,同时提出了未来智能电网所具有的特征和功能以及实现这些功能的关键技术。
关键词 智能电网 关键技术
随着市场化改革的推进、数字经济的发展、气候变化的加剧,开发清洁能源,发展低碳经济成为世界能源发展的新趋势。各类大型能源基地特别是风能、太阳能发电基地的加快建设,同时,电力网络跟电力市场、用户之间的协调和交换越来越紧密、电能质量水平要求逐步提高,对电网的安全性、适应性、资源配置能力等提出了新的要求,然而由于我国乃至世界上电网发展严重滞后,传统网络已不能支撑新的发展要求,为此人们开始提出、探讨一种新的具备交互、自愈合、优化运行、主动防御、灵活接入新能源等特征的现代化电网,这种电网必须更加适应多种能源类型发电方式的需要,将太阳能、风能、地热能、石油、天然气、核能、煤炭、氢能和生物质能等多种发电方式协调运行;更加适应高度市场化的电力交易的需要;减少电网损耗,提高电网利用率;更加适应用户的自主选择需要;构建高可靠性的优质电网,减少自然灾害、战争、人为误操作、设备老化等导致的大规模停电事故。
一、国内外智能电网的发展
美国发展情况。在美国,2001年美国电力科学研究院(EPRI)开始对智能电网进行研究;2003年美国能源部(DOE)致力于电网现代化,“电网2030计划”;2004年DOE启动电网智能化项目;2007年美国颁布《新能源法案》,在美国新能源政策中明确了智能电网工作;同时美国工业界,IBM、CISCO等巨头纷纷依托自身优势推出了各自的智能电网解决方案,美国电力企业也积极展开试点研究。2009年奥巴马上任后提出了智能电网计划重点,在于对现行网损巨大和设备老化的电网系统进行升级换代;建立美国横跨四个时区的统一电网,同时逐步实现美国太阳能、风能、地热、分布式能源等的统一入网管理,提高能源利用效率。
二、我国未来智能电网所具有的特征
到目前为止,智能电网并没有统一的定义,各国均根据本国国情逐渐确定了针对本国国情的智能电网概念、侧重点和发展方向。与其他国家智能电网发展的侧重点不同,我国未来的智能电网是以特高压电网为基础,通过统一、畅通、高效、双向的通信网络连通、控制,实现发电、输电、变电、配电、用电和调度的高度智能化,从而保障特大规模、特高电压等级、特大输电能力互联电网的“清洁、安全、自愈、经济、互动”运行,为我国经济、社会发展服务。
三、实现我国智能电网关键技术基础
1.发电侧的关键技术研究
为了降低火力发电对环境的影响,倡导洁净新能源发电、分布式发电已经成为当今世界上研究的热点。我国未来的智能电网要实现清洁环保,必须充分发展、优化新的发电技术,主要解决新型发电接入电网对电网造成的污染和冲击的问题,发电侧的关键技术研究是很重要的。
2.输电侧的关键技术研究
我国智能电网输电侧在特高压输电系统基础上,在电网建设中引入信息、控制等技术过程,统筹考虑电网规划、建设、改造和技术升级,实现整个电网在运行控制和管理维护上的智能化,达到电网更安全可靠、经济环保的目的。
3.变电侧的关键技术研究
变电侧的关键技术主要集中在数字化变电站技术的发展和应用上,随着我国智能电网建设的发展,变电站必将掀起综合自动化改造后的又一波数字化变电站改造风波。数字化变电站是智能电网的物理基础,也是智能电网建设中变电站发展必然趋势。
4.配电侧的关键技术研究
国际上对于配电侧的研究较多,主要是建立高度智能的高级配电运行管理(ADO)上,ADO主要的功能是使系统可自愈。为了实现自愈,电网应具有灵活的可重构的配电网络拓扑和实时监视、分析目前状态的能力。后者既包括识别故障早期征兆的预测能力,也包括对已经发生的扰动做出响应的能力。而在系统中安放大量的监视传感器并把它们连接到一个安全的通信网上去,是做出快速预测和响应的关键。
5.用电侧的关键技术研究
用电侧是整个电网管理的末端侧,直接和用户连接,要达到对用电侧的智能控制,首先具有先进的计量基础进行架构,它由安装在用户侧的智能电表、前端采集装置、对采集的海量数据进行储存和处理的表计数据管理系统、双向通信的体系架构和相关的后台应用系统组成。其中智能电表需要具有双向通讯和双向计量,提供给用户实时电价和用电信息,需要具有接通或开断功能,实现对用户室内用电装置的负荷控制,并通过该体系实现用户用电数据的实时采集展示和用电量的多维度监测分析,通过实时展示的电价信号帮助用户合理规划用电行为,完成能源使用的统一管理。
总之,随着信息技术水平的不断提高,通信网向“下一代网络”演进,国内外通信网络向速度更高、层次更少、业务融合的方向发展。电力通信逐步从面向线路和电路的管理转移到面向流量和业务的管理,成为电力系统可靠和必不可少的支撑系统。
参考文献:
关键词:新能源科学与工程;实践教学;远程监控
中图分类号:G642.0 文献标识码:A 文章编号:1002-4107(2017)07-0004-02
近年来,能源科技日新月异,风电等新能源快速发展,新能源领域的人才培养日益受到政府、高校和社会各界的广泛重视[1]。2011年教育部批准设置新能源科学与工程专业本科专业(080503T),全国许多高校纷纷增设新能源科学与工程专业,2012年原有的风能与动力工程和新能源科学与工程合并统一调整为新能源科学与工程,如何办好战略性新兴产业背景下的新专业是一项全新而艰巨的课题。作为传统能源特色高校的风电等新能源学科和专业发展面临着许多新的挑战,由风能与动力工程专业调整转变过来的新能源科学与工程专业人才面临诸多现实和复杂的研究课题[2],正在进行中的新能源专业人才培养应该予以及时解决。本文将结合校企共建远程监控中心建设项目的实践,探索一种新型的实际教学模式。
一、新能源专业校外实习面临的挑战
新能源专业的实践教学模式的探索和实践是一项十分紧迫的F实任务。新能源专业直接面对新能源产业的生产一线,具有很强的工程实践性,实践教学必须与生产实践相结合,需要有良好的实验环境和实践基地[3]。学校办学应与企业需求紧密结合,加强校企双向调研,优化新能源专业设置及相关课程设置,修订专业教学计划,共同培养出更多符合企业需要的高素质的实践型人才。在长沙理工大学的新能源专业的培养方案中,有两次校外集中实习和两次校内集中实践教学环节,探索有效可行的实践教学模式是一项重要的任务。
风电专业校外实习面临较大的实际困难。长沙理工大学开设的“新能源科学与工程”专业主要面向风力发电生产一线,实习单位主要为建成运行的风电场,而当前周边的风电场大都建在远离市区的山顶,风电专业学生实习路途遥远、费用高、费时长、交通不便、安全隐患重重,而且风电场一般不能为集体实习的师生提供住宿和饮食条件,生活极为不便,给校外实习的经费、实习时间、安全、住宿和生活带来很大困难,很大程度上影响了实习效果。为了破解这一难题,结合智能风场和互联
网+行动计划,学校在产学研合作的基础上,开创性地探索校企共建远程集中监控平台,探索校企联合人才培养的新模式。
二、校企共建风电远程集中监控平台建设的
可行性分析
远程监控技术成熟。现代远程监控与诊断模式是随着通信、计算机和网络技术发展而产生的[4],其特点是现场的采样设备将各种传感器获得的设备状态信息转变成数字信号后,通过网络传送给远程诊断工程师[5]。基于计算机网络技术的远程实时监控系统不仅可以实现异地控制,也可实现多风场大范围的资源共享。采用无线通信技术为安装具有开通快捷、维护迁移方便、造价低等优点的监视控制和数据采集系统已经运行使用多年,技术成熟、性能稳定可靠[6]。
校企共建远程集控平台和校企双方经济效益显著。将新能源发电远程监控中心建在学校校区,企业可以节省房屋建设或租赁费用;企业可以充分利用学校的相关资源和校区内完善的生活设施,降低运行成本和员工的生活成本。另外,企业投资建设新能源发电远程监控及仿真中心,学校则可节省新能源发电远程监控中心的建设成本;新能源发电远程监控中心由企业对其进行运行维护,学校还可节省新能源发电远程监控中心的运行维护成本。
这种模式能充分发挥新能源发电远程监控示范效益、人才培养效益、科研效益、社会效益。学校在全国电力行业特别是中南地区电力行业有一定优势,为企业的相关业务向中南地区电力行业推广有一定较好的作用。人才培养效益主要是为学校能源类本科生提供认识实习、风电场运行与维护实习、风电机组远程监控实习基地;为研究生提供新能源技术领域的课题研究机会,特别是风电场远程监控和故障诊断的机会。在新能源发电远程监控建设和运行中开展科研合作能使校企双方共同受益;新能源发电远程监控与仿真中心建成后,可以对湖南省新能源发电进行监控和故障诊断,对相关人员技术提供培训服务,还可作为示范中心向全国相关单位推广。
三、新能源校企共建共享新模式的构建
学生在校内能借助“远程监控”完成运行跟班实习,充分利用多风场、多机型和多种风资源状况的实时运行情况,全面提高实习效果。建立一套具有统一软、硬件架构平台的集中监控系统,满足新能源自身监控需求及企业对所辖风电场、光伏电站的集中监管、调度控制,为新能源领域相关教师及工程技术人员提供科研平台。
随着装机容量的快速增长,以及电网公司对风电场、光伏电站调度规划的需求,企业在借鉴国内外风电集中监控系统建设经验的基础上,建立了一套具有统一软、硬件架构平台的集中监控系统,可以满足新能源自身监控需求,同时公司可对所辖风电场、光伏电站的集中监管、调度控制,实现湖南区域风场群、光伏电站群的远程监控和管理。企业还充分利用学校能源动力学科的优势,合作开展新能源发电领域科学技术研究,以及开展下属企业新进员工开展业务培训。
这种模式能很好地破解实践教学难题,全面提升专业办学水平。在整合学校特别是能源动力工程类学科现有技术机构、设施设备、人才队伍的基础上,建成新能源发电远程监控与仿真中心、新能源发电远程监控与仿真产学研基地,以及“新能源发电远程监控与仿真大学生实践教学基地”,实行统一的运行管理机制,从而大力提升学校新能源发电远程监控与仿真中心水平,推动学校新能源发电技术领域科学研究、学生实习、社会服务等方面的健康、协调和可持续发展,保障学校新能源发电技术大学生校内实习基地目标的顺利实现。
四、新能源远程监控中心建设的内容
根据项目建设目标,拟建的“新能源发电远程监控与仿真中心”建设内容主要分为“新能源发电远程监控平台、新能源发电实习实训平台、新能源发电关键技术研究与开发平台、学术交流与培训中心”等四个主要部分。
1.新能源发电远程监控平台。主要由企业负责建设。根据公司的发展规划,该平台将纳入该公司下属十余个能源开发项目,总规划容量达1000MW以上。具体建设内容分为软件、硬件两大部分。软件部分包括大容量实时/历史数据库、报表系统等;硬件部分包括采集设备、存储设备、传输设备、互联互通设备等。
2.新能源发电实习实训平台。主要由学校负责建设。利用该平台可对在校学生开展各项实践教学活动(包括认识实习、运行实习、仿真实习、毕业实习、新能源综合实验、创新性实验、课外科技活动等),年均达1000人次以上。具体建设内容包括场地建设、相关设备及仪器仪表建设、师资队伍教室、文档资料建设等。
3.新能源发电关键技术研究与开发平台。校企合作共建科研和实验平台,对新能源发电的关键技术难题(如新能源发电并网技术、先进控制技术、状态监测与故障诊断技术、风资源评估及风功率预测技术等)联合攻关,合作开发科学研究项目,建设内容包括场地建设、专用工具和仪器仪表、测试及分析软件等。
4.学术交流与培训中心。主要由学校负责建设,可承接企业员工培训、相关教师的工程化锻炼及业内学术交流等,培训人工年均人次数达50人次以上,每年教师赴企业进行工程化锻炼3―5人次,每年不定期举行多场次以上学术交流活动。建设内容包括培训教室、会议中心等场地建设、培训计划制订、培训教材编写、工程案例准备等。
五、新能源专业多环节实践教学的效果
在中心建设和运行过程中,研究新能源实验课程、核心R悼纬痰目纬躺杓啤⒎抡媸迪啊⑷鲜妒迪啊⒃诵惺迪昂捅弦瞪杓频然方诘牡髡,实验室和实习条件的建设方案等。这主要包括以下方面内容:新能源专业实践教学内容和环节的研究、省部共建风能与动力工程专业实验室功能的调整与改造、新能源实验和实践教学环节教学质量标准的研究、新能源新增实践教学条件的建设方案研究。利用笔者所在高校“电力生产与控制国家级虚拟仿真实验教学中心”的优质资源,高标准建设新能源发电过程仿真实验室。
产学研结合不仅是新能源这样的工科专业人才培养的必然要求,能使学校学科和教学受益,同时也应做足做实让企业获利,实现双赢,这样的产学研合作模式才能真正发挥其应有的效能。本文不仅为高校新能源专业人才培养模式提供一种新思路,也为企业的校企合作提供有用的参考。
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elopment of unmanned remote monitoring system
关键词:风电友好型;智能电网;关键技术;风电场;装机容量;电力系统 文献标识码:A
中图分类号:TM614 文章编号:1009-2374(2016)28-0126-02 DOI:10.13535/ki.11-4406/n.2016.28.063
现阶段,新能源开发已经成为国家重点战略,而且地位十分重要,而风电与太阳能等多种可再生资源也逐渐成为未来新能源发展的重点内容。在国家实行“十二五”期间,对于环境恶化以及传统能源短缺问题对地球造成的威胁已经采取了措施,为了保证经济社会中的电能更安全和可靠、更经济和清洁,国家提出了“智能电网”这一概念,并且在与其相关的领域当中开展了深入的研究工作。
1 风力发电发展研究
20世纪80年代,我国开始建设风电场,而截至到目前,其发展效果十分理想。我国风电产业装机容量相对平稳,但是增长的速度却比较慢。而在国家发改委的首期风电特许权项目招标以后,风电场在建设方面逐渐向规模化的方向发展,使得装机容量快速提高。在此背景下,风电行业的发展已经取得了极大的成就,而主要的原因是因为具备明确规划并树立了明确的发展目标。另外,现阶段,我国从事风电机组研制企业的数量快速增加,所以也形成了一定规模,能够研发并生产自主产品,有效地增强了风电行业在国际市场中的竞争力。目前,我国风电整机制造业的规模有所扩大,而且很多大型制造行业以及投资商都开始进入国内的风电设备制造行业市场当中。
2 风电行业现状分析
2.1 电网问题
虽然我国电网系统建设以及火电和水电的发展适应性比较理想,但是在大型的风电厂并网技术中始终存在不足之处,而且运行管理的经验严重缺乏,严重地制约了风力发电行业的发展。因为风电的间歇性与随机性特点十分明显,而且并网风电会影响到系统的电压、稳定和频率。另外,在风电行业当中有不成文的规定,具体内容就是,要保证风力发电电量比例不超过总发电量5%,一旦超出规定的范围,就会影响电网稳定程度。
2.2 风电设备研发能力薄弱
现阶段,我国风电设备在研发方面最明显的不足就是研发能力低,设计和制造水平与世界水平相差过大。我国绝大多数的风电企业,其核心技术都来源于国外,同时在引进技术的过程中并未关注这些资料内容,而且没有正确地判断资料完整性以及技术的先进程度。另外,在设计资料系统学习方面也十分缺乏。有部分企业在获得国外资料之后,因为受到利益驱动,所以没有全面地吸收并消化资料内容,这样就很容易在没有了解设计理念与思路的情况下生产,最终就会使我国的企业处于具备产权但是缺乏知识的状态,仅仅具有组装风电机组的能力,但是却不具备设计风电机组的思维。
3 风电友好型智能电网概述
因为传统的电网属于刚性系统,在电源接入、推出以及传输电能量方面的弹性都十分缺乏,所以导致电网动态柔性和重组性能都不理想。另外,垂直多级控制机制的反应相对迟缓,在建立实时、可配置以及可重组系统的过程中具有极大的难度,同时其自愈和自我恢复的能力也严重依赖物理冗余。在向用户提供服务的时候相对简单且信息单向。除此之外,信息共享困难大,不同种类的自动化系统相互孤立并且割裂,所以难以构成有机统一的整体。目前,国网公司开展两批试点工程,其试点的范围相对较广,能够涵盖公司经营区域的20多个省市,其中所涉及到的环节包括发电、输电、用电、配电以及用电和调度,同时也包括通信信息平台。其中第一批试点工程所遵循的原则内容就是重点区域需要首先突破,并且条件成熟的地区要首先运行。
4 风电友好型智能电网的特性分析
对于风电友好型的智能电网来讲,之所以被重视,是因为其自身所具备的特性决定的。第一,风电友好型智能电网的资源优化配置能力十分强大;第二,这种类型的智能电网在实际运行的过程中十分安全与稳定;第三,该智能电网能够积极地推动多种清洁能源的进一步发展;第四,其电网调度很容易实现高度的智能化;第五,风电友好型智能电网可以调动用户侧弹性资源。
5 风电友好型智能电网的关键技术分析
当智能电网的建设将电力系统当中的所有环节实现覆盖以后,各环节智能化的建设与改造就会促进风电的大规模利用与开发,而其中所运用的关键技术可以表现在以下五个方面:
5.1 发电环节的关键技术
在发电环节当中,关键的技术有风电并网运行与控制技术、新能源网源协调技术、常规电源网厂协调技术、风电并网建模及仿真技术以及大规模储能技术等。其中在短期或者是中期方面进行分析,对风电消纳问题的解决,最为有效且成本最适宜的方法就是不断增强常规电源快速调节的能力。另外,在新建电厂的过程中,需要明确规定灵活性,并且合理地改造现有电厂,有效地满足灵活性的需求。但是站在长远的角度来看,大规模储能技术可以补充新能源的发电方式,并且利用所存储的电能来平滑随机和间歇功率的输出,在发展大规模新能源方面发挥着重要的作用。而在风力发电方面运用大规模储能装置,因为电源侧配置的动态响应性能十分理想,使用寿命比较长,而且可靠性能较高,所以对于风电间歇性与波动性的问题能够有效地解决,使得电网接纳风电能力得以提升。
5.2 输电环节的关键技术
灵活/柔流输电技术、智能变电站技术、柔性直流输电技术、特高压交/直流输电技术等都属于先进输电技术的范畴。其中柔性输电技术与特高压输电技术在风电开发中发挥着重要的作用,优势是“建设大基地,融入大电网”这种模式。而智能变电站技术以及输电线路状态监测的技术则能够在电网输送容量增加方面发挥重要的作用,同时还能够提高电网的自愈水平。
5.3 配电环节的关键技术
在风电分布式发展的过程中,配电室电力系统中的电能配送环节发挥着基础性的作用。其中智能配电网能够为灵活自适应故障处理与自愈提供有力的支持,并且实现信息流、电力流以及业务流三者的一体化,而且配电网络的自组织和自优化能力都十分高效,同时还包括分布式电源有序并网,实现即插即用和电网互动。而通过风电分布式所接入的智能配电技术主要有分布式发电并网技术、配电网定制电力技术、微电网技术以及高级配电自动化技术等多种技术内容。
5.4 调度环节的关键技术
在智能电网的建设过程中,最重要的内容就是智能化调度,同时这也是实现风电可调度目标的重要技术措施。而电力系统要想与大规模清洁能源发电的并网运行相适应,就应该对监测技术、调度决策支持技术以及控制技术等进行深入的研究,保证风电是可控制可测量的。而智能电力系统的调度技术则主要涉及的内容就是发电机组低成本调度技术和功率预测及监控技术,但是一定要对发电厂的类型进行详细地考虑,并且分别掌握各自约束条件。因为在实现电力系统调度的过程中,信息透明是最重要的基础,也就是说,不同发电厂在发电过程中的边际成本信息,所以需要对最小化成本优化问题进行深入地思考。其中风电调度决策支持技术、调度端风电预测技术、安全稳定防御技术、节能发电调度技术以及风电场监控和实时监测的技术都是风电发展过程中的智能调度技术。以上所列举的技术能够根据风电出力的主要特性来深入研究大规模风电发展对于电网的调频和调峰产生的相关影响。与此同时,还能够探究大规模风电对于系统的开机方式以及区域电网联络线功率控制以及自动发电控制所产生的影响,进而更好地分析风电调度管理模式。
5.5 用电环节的关键技术
在电力系统当中,用电属于电能消费的环节,而且智能用电技术可以构建出系统和电力用户的信息流、电力流以及业务流的实时互动供电关系,是一种全新的供电关系。另外,用电环节实现灵活与互动,能够使系统对于风电变化进行及时地跟踪,有效地提高了风电消纳的水平。
在短时期内,不断加大灵活性符合用电的比例能够提高风电消纳。而这种负荷可以在风力发电量较高的情况下随之升高,并且在其电量低的情况下随之下降。同时能够和供热设备相互联系在一起,如热泵或者是带有大型储热系统的电锅炉等。而在长期内,可以将电动汽车的充放电、用户侧储能技术、高级测量体系以及用电信息采集等纳入到智能用电技术内容中。基于双向计量、实时通信、用户用电信息采集和需求响应技术使得高级测量体系能够对用户的分布式电源和电动机汽车接入与监控提供大力支持,保证智能电网和电力用户之间能够实现双向的互动。而用电信息采集系统则可以对用户进行正确的指导,保证其用电的科学合理,并且更好地为风电低谷消纳提供所需的技术支持。另外,在智能电网和用户实现双向互动的过程中,电动汽车的充放电十分重要,能够帮助系统更好地接纳波动性的发电容量。基于此,智能需求侧管理的技术就是对自动需求进行响应,保证用电的智能性与有序性,能够实现远程能耗的检测,并且正确诊断效能等。用户侧储能技术能够将高峰电力进行转移,积极地开发低谷用电,使得风电消纳所占比重增加,所以该技术十分重要,其中所包含的关键技术就是蓄热、蓄冷和储能技术。
6 结语
综上所述,通过对我国目前风电发展情况以及风电行业的现状分析,提出了风电友好型智能电网的理念,并且重点阐述了其中所涉及到的关键性技术。经过相关内容的分析与研究,希望能够不断推动我国的风电行业发展,并且全面推广使用风电友好型智能电网的关键技术,更好地实现我国低碳经济的目标。
参考文献
[1] 梁广平,朱青.风电友好型智能电网的关键技术[J].硅谷,2014,(3).
宜春锂电新能源产业取得了突破:碳酸锂量产取得了突破。江西本源、银锂、合纵三家公司的电池级碳酸锂项目,先后在实现工业化批量生产;锂电产业关键材料的工业化、规模化取得了突破,江特电机公司的锂电池正极材料实现了大规模化的生产,另新引进了具有国内先进水平的电解液生产企业金晖公司正在建设中,博能新材料公司、正拓新能源科技有限公司也分别生产出正、负极材料;高品质动力电池的引进取得了突破,引进了国内动力电动生产一流团队企业中投新能源和河南环宇公司,以及具有国际先进水平的英迪能源(苏州)公司,为今年动力电池在我市的突破打下了良好的基础;新能源汽车的生产和研发取得了突破,大路汽车、江特公司、福斯特公司分别生产出了锂电汽车、锂电场地车和电动摩托、自行车,宜工集团研发出了锂电垃圾清扫车,其工程车的新能源改造已经起步。
依靠科技有效开展锂矿资源整合
锂是自然界最轻的金属,被科学家誉为“工业味精”、“能源之星”,是生产锂离子电池的好材料,是发展新能源、新材料的重要金属。
切实做好锂矿资源整合,开展矿业权收购工作。巨源矿业1250万元收购了江西永生物流实业集团有限公司持有的江西博鑫矿业有限责任公司51%的股权;江特公司5800万元竞拍获得宜丰牌楼含锂瓷石矿6.43平方公里的普查探矿权。开展资源勘查。与赣西地质大队合作,对宜丰白水洞矿区开展锂资源详查工作,共探明氧化锂储量12.1万吨。开展选矿试验工作。针对宜丰同安第一瓷矿和奉新塘下瓷石矿、郭家瓷石矿进行选矿试验及宜丰、奉新所有氧化锂含量0.4%以上锂矿资源进行手选纯云母试验,累计试验926组,取得试验样品3572个,测样1563个,试验结果数据都很理想。
在集思广益后,宜春市委、市政府将目光敏锐地聚焦到独一无二的锂资源上。宜春现探明可利用氧化锂的储量约250万吨,其中,宜春钽铌矿可开采氧化锂的储量为110万吨,占全国的31%,世界的12%,居矿石锂矿的世界首位。在扩能改造上,宜春钽铌矿主厂房工程基建项目于2009年7月份正式开工,标志着扩能改造工程已全面铺开。项目扩能改造后,仅矿产品锂云母年产量就将从过去的6万吨增至20万吨以上,可支持年产碳酸锂2万吨,这个产量相当于2008年全国的总产量。
规划把脉锂电新能源产业
产业要发展,规划是龙头。2009年4月,宜春形成了《宜春市锂电产业发展规划》初稿。为使规划更为科学合理,同年6月10日至11日,该市和江西省科技厅、科协联合主办了锂电新能源产业规划论证会和同舟论坛,邀请国内知名专家前来宜春,为锂电新能源产业发展规划把脉。
在论证会和论坛上,专家们一致认为:锂电动汽车是锂电新能源产业的高端产品,并已成为国际竞争的热点。宜春拥有丰富的锂资源,发展锂电新能源产业符合科学发展观要求,顺应了时代潮流,融入了世界新能源革命发展大潮。
在全国乃至全球产业体系分工中,找准了适合自身发展的新坐标,宜春人推进锂电新能源产业发展的脚步也更加坚定。
《宜春市锂电产业发展规划》为打造“亚洲锂都”描绘了更加科学的发展蓝图:以锂电汽车为目标,打造亚洲较大的碳酸锂生产基地,并全部本地加工成工业用品和终端产品;建成中国领先的动力锂电池生产基地;建成35万辆以上大、中、小锂电汽车生产基地,并建立国内或国际一流的产品与技术研发、测试中心,打造“亚洲锂都”。在2015年实现产值过1000亿,力争突破1200亿元。为此,江西省将锂电新能源产业列为江西第4个千亿元产业工程和重点发展产业,宜春正打造从锂矿原料碳酸锂锂电池材料锂电池锂电汽车的完整的锂电新能源产业链条。宜春的“亚洲锂都”之梦,正沿着这样一条清晰的“路线图”全速推进。
招强选优工作突出关键技术和优势项目
宜春市紧紧围绕“延伸产业链,提升附加值,形成规模化”的招商目标,着重推出一批产业化项目,包括:国家级锂电技术研发及检测中心建设项目、电池级碳酸锂生产项目、锂离子电池锰酸锂正极材料生产项目、锂离子电池磷酸铁锂正极材料生产项目、锂离子电池三元系正极材料生产项目、锂离子电池负极材料生产项目、锂离子电池隔膜生产项目、锂离子电池电解液生产项目、动力锂离子电池项目、储能型锂离子电池项目、锂离子通信电芯生产项目、电动车用驱动电机生产项目、锂离子电池(组)电控系统(电源管理系统)生产项目、锂离子电池助力自行车项目、锂离子电池电动汽车生产项目、锂离子电池微型电动汽车生产项目、锂离子电池电动摩托车生产项目、锂离子电池回收循环综合利用项目。
在招商过程中,注重招商质量,避免低水平的重复建设,力争产业链每个环节至少有 1个优势项目落地。对涉及锂能产业内的关键技术和优势项目(如隔膜、铝塑膜、电解液、动力电池、电动汽车),在国内外进行有针对性的重点招商。
以建设新能源汽车基地为核心开展招商。在电机电控、动力电池、电源管理、整车集成等方面具有比较优势的企业中,开展以建设新能源汽车基地为目标进行招商。同时,积极扶持本地上市公司江特电机、萍钢控股的宜工集团等公司做大做强,积极引导他们参与锂电新能源项目的开发与建设,吸引了一个个投资规模大、技术含量高的锂电新能源产业项目集聚。
通过努力,江西本源新材料电池级碳酸锂项目,率先在国内实现工业化批量生产;江特电机公司生产出了具有自主知识产权和国际先进水平的锂电池正极材料;博能新材料公司、正拓新能源科技有限公司分别生产出正、负极材料;福斯特公司生产出宜春第一批锂离子生活类电池和动力及储能电池;江西锂能产业公司、宜春天锂公司、宜春微型电动汽车公司、江特电机、福斯特公司生产出了大、中、小电动汽车、特种车、电动自行车;银锂公司已生产出电池级碳酸锂;鸿兴能源二期、联威新能源、威玛新能源已投产。萍钢控股宜工投资50亿元的工程机械及新能源机械项目已进资10亿元、江特锂电池材料二期投资完成1亿元并投产;合纵锂业、佳的电源正在安装设备;京九电源、金晖公司已动工建设;中投新能源正在整地;齐鲁证注资3000万元入股明冠能源(江西)有限公司;河南环宇、厦门德科电池公司、安徽鑫达沣矿业技术公司等20多家正在注册等等。
加速推进科技平台建设
锂电新能源产业科技平台建设强势推进。
科技部授予宜春全国首个国家锂电新能源高新技术产业化基地并列入重点推进产业;江西省政府批准宜春成立全国首个锂电新能源发展局;宜春职业技术学院成立全国首个锂电新能源学院,宜春学院开设全国首个锂电新能源实验本科班;江西省高度重视宜春市锂电新能源产业发展,将宜春市锂电新能源高新产业列为全省第六个高新技术产业、第十四个重大产业和第四个千亿元产业工程,并被科技部列为重点推进产业。
强化人才支撑,引进国内外锂能产业先进技术和高端人才。主动与全球从事锂能产业研发的高等院校及科研机构联系与合作,与市政府建立合作关系的中南大学、南昌大学、江西理工大学、北京有色金属研究总院、同济大学汽车学院中,已有3所院校实施9个产学研项目;与宜春学院合作3个项目;与其他院校合作5个项目。同时,与美国麻省理工学院、美国怀特州立大学、中科院物理所、中科院电工所、武汉大学、四川大学等院校的科研人员保持密切联系,并建立了锂能产业专家库。
加速推进产业平台建设。积极筹建国家级锂电研究院和测试中心,江西省质量技术监督局已批复在宜春市筹建我国唯一的省级锂电产品检测中心―“江西省锂电产品质量监督检验中心”,成立了南昌大学(宜春)锂电及新能源研究院,江特电机股份有限公司研发平台被认定为江西省特种电机工程技术研究中心,市锂能产业公司建成了锂云母矿选矿研发中心,宜春学院成立了锂电新能源研究所。通过这些产业平台的建立,与相关科研院所合作,开展锂云母矿选矿、锂云母矿提取碳酸锂、锂电材料、锂离子电池制造、电源管理系统、电控系统、新能源汽车用电机等方面的技术研发。
面对全球金融危机的冲击,中国汽车产业发展的方向表现在两个方面:一是利用金融危机对世界汽车产业的冲击和中国汽车消费市场的持续增长,通过技术购买、引进和自主研发1,实现关键和核心技术的突破,提升传统汽车产业的国际竞争力;二是立足自主研发,大力推进新能源汽车,尤其是电动汽车的产业化,谋求新能源汽车产业技术和发展水平的国际领先地位。在新能源汽车产业发展过程中,绝不能简单模仿美国和日本的经验,必须从实际出发,探索具有中国特色的产业化发展道路。
以三个基本假设为基础
在对中国电动汽车产业化进程进行大量实际调研的基础上,本文认为,对中国电动汽车产业化路径选择的探讨,必须建立在三个基本假设的基础上。
基本假设一:与传统汽车产业不同,电动汽车产业属于战略性新兴产业,电动汽车产品是对传统汽车产品的替代。与发展混合动力汽车和插电式混合动力汽车不同,依靠拥有传统汽车研发和生产技术优势的汽车企业发展电动汽车,是与虎谋皮。
在新能源汽车产业的发展上,始终存在着多种技术路径,例如清洁燃料汽车、混合动力汽车、插电式混动力汽车和纯电动汽车。根据是否对传统汽车技术存在依赖,可以把新能源汽车产业化的技术路径划分为两类,第一类强调在传统汽车动力技术的基础上,渐进式地改进和发展节能和新能源汽车,包括清洁燃料汽车和各种各样的混合动力汽车;第二类则强调从动力系统的根本技术变革出发开发新能源汽车,主要是纯电动汽车和插电式混合动力汽车。
自新能源汽车产业诞生以来,以美国和日本为代表的传统汽车发达国家,始终强调前一种技术路径。因为发达国家拥有强大的传统汽车产业,在发展新能源汽车的过程中,强调对传统汽车技术的改进和延续,而不是替代。而在传统汽车产业相对落后的国家,例如以色列,则更多地强调电动汽车的发展及其对传统汽车的替代。
基本假设二:电动汽车的研发和生产,涉及到产品的系统创新,因而,电动汽车产业的启动者或主导者,往往不是现有大企业,而是创新型中小企业或来自其他行业的新进入者。
在战略性新兴产业的发展过程中,更富有创新精神的往往不是现有技术的主导者,而是新企业或行业新的进入者。例如,在微型计算机的研发和生产上,率先进行产品研发和生产的不是在大型计算机领域拥有技术优势的IBM,而是当时名不见经传的苹果公司。同样,在互联网产业的初创阶段,是处于创业中的杨致远,而不是著名的电脑公司掀起了这场革命。
20世纪70年代以来,美国启动和发展IT产业的成功经验表明,在产业发展的早期阶段,当以系统的产品创新为主时,产业发展的主导者不是大企业,而是科技型中小企业。只有当产业进入工艺流程创新阶段时,生产的标准化和对低成本制造的强调才会出现大企业主导的局面。
基本假设三:作为战略性新兴产业,电动汽车的产业化需要系统创新,在产业发展的初始阶段,既没有定型的产品,也没有完善的上下游供应链关系,更没有符合产业发展实际或内在规律的产业政策。
在战略性新兴产业发展的初始阶段,往往存在多种技术路径,产品的创新是系统性的,产业化过程充满了不确定性。其中最集中的表现是现实中根本就不存在产品生产的价值网络,没有产业标准,企业之间的联系是松散的,不存在明确的上下游产业链关系。在这种情况下,政府政策的关键不是补贴,而是构建创新创业环境,是放松管制,而不是严格管制。
满足低端市场需求的低端创新
从中国新能源汽车技术的研发结果看,当前已经形成了三大类新能源汽车产品,即混合动力汽车、纯电动汽车和燃料电池汽车。其中,混合动力汽车和纯电动汽车技术逐渐成熟,开始进入产业化阶段,燃料电池汽车技术尚处于深化研发阶段,近期难以实现产业化。
当前对中国新能源汽车产业化的讨论中,技术专家们更多地从产品技术的功能、成熟程度和燃油经济性上设计新能源汽车产业化的技术路线图。例如,通过比较微度混合、轻度混合、全(强度)混合、插电式混合、扩大行驶里程的插电式混合动力和纯电动汽车的技术成熟速度、功能和燃油经济性角度,技术专家认为,混合动力尤其是插电式混合动力具有更强的产业化能力,是中国新能源汽车产业化的现实选择。从现有讨论看,中国汽车技术专家的看法与美国和日本汽车企业的思路基本相同,都强调混合动力代表了新能源汽车产业发展的方向。
与汽车技术专家和美国、日本汽车企业新能源汽车发展的思路不同,对当地市场更为敏感的中国自主品牌汽车企业正在选择另外一条发展道路――在不放弃混合动力汽车技术研发的同时,更加重视电动汽车的产业化。
目前开发和生产新能源汽车的中国自主品牌企业大体包括两大阵营:一是以奇瑞、吉利和比亚迪为代表的汽车企业,他们在传统汽车的研发和生产上已经占有优势,新能源汽车属于新的业务扩张;二是以天津清源、浙江众泰和山东时风为代表的新的汽车生产企业, 他们基本没有涉足传统轿车的生产,一开始就以开发和生产新能源汽车为主导。
2001年以来,以奇瑞、吉利和比亚迪为代表的中国自主品牌汽车企业,先后加入到国家新能源汽车技术研发过程之中。对应于国家新能源汽车开发的“三纵三横”格局,这些企业的产品开发是多样的,既包括清洁燃料汽车和混合动力汽车也包括纯电动汽车。例如,奇瑞建立了新能源汽车开发的五大系统平台:BSG混合动力、ISG混合动力、Plug-in混合动力、纯电动系统以及燃料电池系统。2008年12月,BSG混合动力轿车批量上市,2009年1月,ISG混合动力轿车上市,在2008年北京奥运会期间,这两款混合动力轿车都成功进行了示范运营。2009年2月,S18纯电动轿车正式下线。与奇瑞类似,比亚迪和长安汽车的新能源汽车研发都包含了多个产品系列。
与奇瑞和吉利等企业不同,以山东时风、天津清源和浙江众泰纽贝尔等为代表的新能源汽车新企业,关注的是小型纯电动汽车的研发和生产。从产品开发面对的市场需求看,这些企业又分为两类,一类以众泰纽贝尔为代表,面对城市市场,重点开发的是高速电动汽车;另一类则以山东时风为代表,面对城郊和农村市场,开发的产品是低速电动汽车。例如,2009年3月获得国家汽车产品公告的“众泰2008”纯电动车,采用聚合物锂离子电池,最大功率为27kw,最高时速为110km/h,充满电后的续航里程为200km,百公里动力成本大约为6元人民币。与“众泰2008”不同,山东时风生产的低速电动车,使用的是铅酸电池,时速低于50km/h,充满电后的续航里程为150km,百公里动力成本大约为8元人民币。两种产品的销售价格差异很大,低速电动汽车的售价仅为高速电动汽车的1/5。从目前的生产和销售情况看,由于价格高于消费者的预期,与混合动力汽车一样,高速电动车的产业化过程较为缓慢,生产的产品主要是为了展示和出口。由于价格符合消费者的预期,低速电动汽车的产业化速度进展很快,不仅在国内市场销售,而且出口到国际市场。与混合动力相比,小型而低速化电动汽车的价格较低,能够满足中国市场对新能源汽车的需求。
尽管现有的优势企业和汽车技术专家对小型低速电动汽车生产企业充满质疑,但是以民营汽车企业为主体的山东和浙江等地,涌现出一大批低速电动汽车的生产厂家。据2009年7月在上海召开的全国轻型电动车会议提供的数据显示,中国目前拥有各类低速电动汽车生产企业100多家,产能达到30万辆,年销售量为10万辆。
到目前为止,通过新能源汽车企业对市场的不断适应和调整,中国新能源汽车研发阶段的技术多样性在产业培育阶段开始向小型化和低速电动汽车方向演变。国家相关部门同样认识到这一趋势,2008年在“863”计划“节能与新能源汽车重大项目”立项中专门设立了小型纯电动汽车专项。从目前的发展趋势看,适应中国特殊的市场需求,小型化和低速化或将成为中国新能源汽车产业化更为现实的路径选择。
通过实际调查和研究,本文认为,中国新能源汽车产业化的小型化和低速化纯电动汽车发展趋势是合理的,是中国新能源汽车发展特定条件下市场选择的结果。
首先,纯电动汽车适应了中国对新能源汽车的潜在市场需求。混合动力汽车追求的是与传统燃油汽车相同的舒适性和操控性,它必须建立在传统汽车技术的基础之上,是对传统汽车技术的补充和提升,销售的对象是已经拥有传统汽车驾驶经验的消费者。因而,混合动力汽车是传统汽车的替代品,价格将高于传统汽车。而中国消费者大都是第一次购买汽车,对传统汽车驾驶的舒适性和操控性没有足够的认知,同时要求产品的价格足够低。从某种意义上说,混合动力和纯电动汽车是两种完全不同的产品,因为它们面对的是不同的市场。
其次,中国在纯电动汽车的研发和产业化上拥有关键技术方面的优势,几乎与发达国家站在同一起跑线上,在某些领域甚至达到了世界领先水平。在传统汽车研发和生产技术上,中国与日本和美国等发达国家存在相当大的差距,而混合动力汽车的开发必须依赖传统汽车技术。因而,在混合动力汽车的研发上,中国汽车企业暂时不具备技术优势。而纯电动汽车的核心技术并不依赖传统汽车,是系统性技术创新。与传统汽车相比,纯电动汽车废弃了油箱、变速器、燃油发动机、冷却系统和排气系统等关键部件。作为纯电动汽车关键技术的动力总成的电机和控制器,制造成本相对较低。同时,经过近10年的发展,中国车用电池的产业化程度较高,在研发和生产上都具有优势。目前,中国在铅酸电池、镍氢电池、锂离子电池和镍镉电池等领域,都拥有自主知识产权的核心技术。随着纯电动汽车的规模产业化,成本将获得极大的降低。
最后,电动自行车和摩托车产业的兴起和发展,为纯电动汽车的产业化提供了借鉴。中国目前电动自行车和电动摩托车等轻型电动车的市场保有量已经超过5000万辆,其产销量已经达到全球的90%。从中国消费者的角度看,纯电动汽车与其说是对汽车的替代,还不如说是对电动自行车和摩托车的替代。
当然,纯电动汽车目前还只是中国新能源汽车产业化一个重要的现实趋势,能否成为最终的发展方向,还取决于电池技术上的重大突破和政府在产业政策上的扶持。
图1描述了中国新能源汽车技术潜在的产业化路径。图1的纵轴为价格,横轴为质量。图中的AB线是消费者对新能源汽车的消费者剩余评价曲线。在AB线上的每一点,消费者获得同样的消费者剩余。其中,A(Q2 , P1)代表高端产品,即混合动力汽车;而B(Q1,P2)代表低端产品,即纯电动汽车。从目前中国新能源汽车市场看,大多数消费者选择B,即小型化和低速化的纯电动汽车满足自己的出行需求。因而,中国新能源汽车产业化将从纯电动汽车开始。一旦纯电动汽车产业化启动,纯电动汽车关键技术的研发将得到更多的资金和人力资源支持,同时,随着纯电动汽车的规模化和相关技术的成熟,性能会进一步提高而成本则会降低。纯电动汽车规模产业化的结果,是性价比的提高,从而使图1中B点移动到A0(Q2,P2)点,A0代表更高性价比的纯电动汽车。A0点处于更高的消费者剩余曲线上,与B点相比,消费者将增加A和A0数量的消费者剩余。由于消费者剩余的增加,会吸引更多的消费者购买纯电动汽车产品,从而带动纯电动汽车技术的进一步提升和发展。如果出现这种报酬递增效应,纯电动汽车将最终成为中国新能源汽车现实的产业化路径。
更为重要的是,纯电动汽车产业化带来的电池技术的重大突破和成本降低,可能降低插电式混合动力汽车成本。如果出现这种情况,纯电动和插电式混合动力分别满足了高端和中低端市场需求,将代表中国新能源汽车产业发展的最终方向。
产业扶持是关键
本文对中国新能源汽车产业化发展路径的判断,更多的是基于中国的市场需求和目前中国在电动汽车技术上的优势而做出的。要使这一路径变为现实,还需要包括政府产业政策在内的其他因素的支持。如何通过制定有效的产业扶持政策,快速实现电动汽车产业化所需要的初始规模和核心技术的成熟,是中国电动汽车产业发展的关键。
从中国新能源汽车产业化的实际情况看,除了低速电动汽车之外,奇瑞、比亚迪和长安汽车等汽车生产厂家开发的混合动力和纯电动汽车仅仅处于示范运行阶段。尽管获得了国家汽车产品公告目录,还没有在市场上正式销售,远远达不到产业化所需要的初始规模量。据测算,实现中国电动汽车产业化市场驱动的初始规模大约为6万辆。只有达到初始规模后,动力蓄电池等核心零部件才能实现规模生产,真正解决由于材料一致性不好带来的成组电池不一致等一系列问题。
为了尽快达到产业化的初始规模,真正使电动汽车产业化进入市场驱动阶段,政府需要不断制定电动汽车产业化扶持政策,继续在国家“863”科技攻关计划中对电动汽车关键技术的研发和产业化的项目进行支持。例如,在关键零部件技术方面,重点支持磷酸铁锂离子蓄电池等动力蓄电池的研发,形成蓄电池关键材料、单体电池、蓄电池模块、蓄电池包及管理系统等的集成能力。这些关键技术的突破,将极大地推动电动汽车产业化的进程。同时,应尽快制定符合中国实际的电动汽车生产和销售标准体系,考虑到战略性新兴产业早期的实际情况,电动汽车的技术标准必须适度,不能一味地向国际标准看齐。
而在电动汽车产业化的过程中,不能仅仅依赖现有的大企业,而应当给科技型中小企业以足够的支持和帮助,必须考虑给研发实力强的科技型中小企业发放电动汽车生产许可证,通过政策扶持使他们快速成长为具有国际竞争优势的大企业。在销售终端,要通过税收优惠和财政补贴政策,鼓励中低端电动汽车的使用和消费。为了弥补电动汽车与传统汽车之间存在的生产、购买和使用的附加成本,政府财政通过税收优惠和补贴的方式,刺激消费,尽快实现电动汽车生产和使用成本的降低。
此外,政府还应该通过既有的电动汽车产业联盟,形成研发和产业化过程中风险共担和收益共享的机制,促进整车和零部件配套体系的形成和完善,并加快电动汽车的基础设施建设,例如,充电站、换电站和维修站。
其他参考文献
陈清泉:“可持续道路交通的挑战:电动汽车、混合动力汽车和燃料电池汽车的技术路线和产业化路线”,《机械制造与自动化》,2009年4月号,第1~4页。
吴憩棠:“‘十二•五’新能源汽车发展框架”,《汽车与配件》,2009年第37期,第13~15页。
重庆在乘用汽车、商用车、专用汽车、新能源汽车、摩托车、车用发动机和汽车摩托车配件等各类行业都表现出很强的空间集聚性。
目前,我国汽车产业已经显现出一定的空间集聚和集群现象。资源汇集、技术管理较先进、投资环境较好、经济发展较快的地区,如江苏、上海、湖北、广东、浙江、吉林、重庆等地,汽车产业发展根基牢、空间集聚水平较高。重庆在乘用汽车、商用车及专用汽车、新能源汽车、摩托车、车用发动机和汽车摩托车配件等小类行业都表现出很强的空间集聚性。
重庆汽车产业发展的优势在于――整个“十一五”期间,重庆园区平台体系形成,工业集聚发展水平提高,增强了汽车竞争能力。构建起“1+2+4+41”工业园区平台体系,两江新区全面启动,西永综合保税区、两路寸滩保税港区封关运行,高新区、经开区加快发展,万州工业园、长寿化工园升级为国家级经开区,41个特色工业园区加速发展,九龙、西彭、江津、南岸成为国家新型工业化产业示范基地。
结合重庆市《工业转型升级“十二五”规划》,我认为以建成中国汽车名城和世界摩托车之都的重庆汽车产业发展有四大利器。
(1)乘用车:
依托长安集团、力帆集团、渝安集团、北汽银翔公司等典型企业,加快引进国内外著名汽车整车企业,进一步提高传统能源汽车节能环保和安全水平,巩固微车优势,扩大小型车市场份额,加大中高级车发展力度。坚持整车带动配套模式,突破先进内燃机、高效变速器、轻量化材料等关键技术,发展高效节能环保发动机、发动机电控系统、汽油机增压器、双离合和无级自动变速器、电动助力转向器、以及总线控制系统、数字化仪表仪统、车载故障诊断仪、防抱死制动系统等汽车电子控制系统,提高汽车关键零部件的本地配套率,建设面向全球供货的零部件生产基地。重点支持两江新区、花溪工业园区、井口工业园区、合川工业园区等产业园建设,到2015年,乘用车产能280万辆,实现销售产值4000亿元,零部件本地化率达到80%。
(2)商用车及专用车:
依托庆铃集团、上依红公司、长安股份、北奔集团、力帆集团、渝安集团、恒通公司等典型企业,以系列化、多样化为发展方向,发挥全市高端商用车领域技术优势,重点发展轻中重各型货车、自卸车、大型低底盘城市客车、以及厢式冷冻车、运钞车、消防车、垃圾处理车、抢险车、大型吊车等改装车。加快发展大马力柴油发动机、大中型客车变频空调系统、自动控制机械变速器及执行器、以及汽车上装、重型车铸锻件、客车车桥、底盘等商用车关键零部件。重点支持两江新区、重庆高新区、万州经开区、双桥工业园区、江津工业园区等产业园建设。到2015年,商用车产能40万辆,实现销售产值1000亿元,零部件本地化率达到80%。
(3)摩托车:
依托力帆集团、宗申集团、隆鑫集团、嘉陵集团、建设集团等典型企业,重点推动摩托车产业从“数量扩张型”向“质量效益型”转变,加强品牌建设,积极研发生产满足城市娱乐需求的大排量高档摩托车,用好摩托车下乡政策,开发适销对路、质优价廉、适合农村市场的摩托车;充分发挥重庆完善的零部件配套体系,鼓励摩托车企业抱团走出去,支持有条件的企业进入汽车配件及农用机械领域。重点支持重庆高新区、花溪工业园区、璧山工业园区等产业园建设。到2015年,摩托车产能1200万辆,实现销售产值800亿元。
(4)新能源汽车:
【关键词】能源短缺;纯电动汽车;关键技术;产业化
【Abstract】The traditional fuel car ownership is increasing, the corresponding energy shortages, so the development of new energy vehicles become a top priority of automobile manufacturing industry. Pure electric vehicles as a kind of new energy vehicles, its relative to fuel cars with the advantages of energy-saving, environmental protection, can effectively relieve the strain on energy resources, such as atmospheric pollution problem and the development of pure electric vehicles is faced with many key technology breakthrough, concentrated expression in battery technology, motor control, energy management strategy, etc.Industrialization of pure electric vehicle charging station construction, and also is the core content of the future development.
【Key words】Energy shortage;Blade electric vehicles;Key technology;Industrialization
新能源汽车指采用非常规车用燃料作为动力来源,综合考虑车辆的动力控制和驱动形式的先进技术,形成的技术先进、具备新技术、结构的汽车。新能源汽车有:纯电动汽车、混合动力汽车、燃料电池电动汽车、其他新能源汽车等[1]。电动汽车指的是全部或者部分的动力用电能来驱动电机运行转动的汽车,根据汽车的驱动原理,也可以将电动汽车分为纯电动汽车、混合动力汽车以及燃料电池电动汽车。当下日趋严峻的环境以及能源问题给人们的生活带来不少负面影响,传统的燃油汽车造成的环境污染特别严重,并且消耗了大量的资源。电动汽车不仅有节能环保的优点,而且有效缓解了能源稀缺、环境污染。
1 电动汽车的发展现状与趋势
1.1 国外电动汽车发展现状
发达国家诸如欧美日已经将电动汽车发展作为其在汽车产业具备核心竞争的一枚重要棋子,电动汽车的发展不仅得到了政府的诸多鼓励措施,而且受到了民众的欢迎。纯电动、混合动力以及燃料电池汽都已经在其能够大放异彩的营运地点试用着,如日本东京电力的客服服务车、美国的街道垃圾清扫车等[2]。图2为特斯拉纯电动汽车。
影响着电动汽车发展的最核心关键的因素是动力电池。这其中,锂离子电池已经逐步成为国外混合动力以及纯电动汽车的御用动力电池。为了让锂离子电池在全球范围内得到广泛的使用,各大车厂已经将动力电池的标准化作为全球推广的关键一步。日本车企在此做出表率,丰田、日产在与松下电器的合作之中将合作制定了车用动力电池的标准,该电池标准包含测试、充电、安全[3]等主要方面。
1.2 国内电动汽车发展现状
进入21世纪以来,中国在新能源汽车方面的研究有着相当不错的成绩,在车用动力电池等核心技术上的研究取得成果的前提下,研发并生产出了一批电动汽车的整车产品,并且在诸多城市开展了公共交通示范运作。如北京121纯电动公交线路、上海Y1纯电动公交线路等。纯电动公交的投入使用成为电动汽车在中国更好发展的先驱者。图3为奇瑞S18纯电动汽车。
2005年以来,电动汽车的关键技术探讨研究和量产推广得到了国家相关部门的大力支持,动力电池及电机总成、供充电基站、能源供给及回收模式、示范试用考核、政府支持政策等都在协同推进过程中得到发展。
1.3 电动汽车的发展趋势
汽车工业发展的趋势必将是电动汽车的使用,纯电动、混合动力汽车现已是电动汽车发展的两大类型。电动汽车的量产化及推广使用一定会经历漫长的过程和不同阶段。电动汽车的发展阶段可以大致分为起步、过渡和成熟这三个时期:起步期主要是电动汽车技术方面的探索和研究;过渡期是混合动力汽车的发展研究;成熟期是以纯电动和燃料电池汽车作为最终发展目标。事实上传统汽车行业受到金融危机的不小冲击,其带来的国际油价的不稳定,造成了节能减排的压力增长、动力电池技术研发迟滞,使得部分主流车企在纯电动汽车的投入研发资金增多,如丰田、大众、日产、比亚迪等,相信在各国新能源产业政策的支持下,纯电动汽车的发展会迎来新的市场热潮。
2 纯电动汽车发展的关键技术
车身、底盘、动力电池组、电机、电机控制器和辅助设备是纯电动汽车的主要构成部分。纯电动汽车作为新能源汽车分类下的重要角色,国内外关于纯电动汽车的研究更是有着良好的发展。要做好纯电动汽车的关键技术研发工作并不容易,需要车企及研究人员在诸多关键的技术上有突破性进展。这其中电动整车结构、电池组、电机及电控以及电能管理技术等将都是发展电动汽车的最关键的地方。
2.1 电池技术
纯电动汽车的车用动力电池的发展经历了三代,第一代是铅酸电池,第二代是碱性电池,第三代是燃料电池。各种类型的电池性能比较如表1所示。但这些电池技术成熟但相对陈旧,新型的电池技术,诸如模块化电池技术、无线快速充电技术等都有待研发,并有效提升电池性能。
2.2 电机及控制技术
驱动电机同样是纯电动汽车的关键组成。为了使纯电动汽车的具备良好的行驶性能,驱动电机应该具有调速范围宽、转速高,扭矩大等基本特征。另外要质量轻、体积小、机械效率高、制动效能高和能量回收的性能。纯电动汽车驱动电机的性能表现如表2所示。
在机电一体化快速应用的时代,智能数字化的控制系统得到广泛应用。自适应、变结构、遗传算法模糊、神经网络等非线性的智能控制技术也会被快速的应用与电机控制系统。合理使用这些技术将使得系统结构更加优化、响应更加灵敏、抗干扰能力更强,这大大提高整个系统的综合性能。
2.3 整车技术
纯电动汽车是多学科的高合成度的产品,在动力电池、电动机以及电动控制系统之外,整车总布置和车身结构也是最基本的构成部分。对于整车技术的研究多借鉴于传统燃油汽车,并以此作为电动汽车的改进基础。轻量化材料如铝镁合金、优质合成钢材及诸如碳纤维等材料的采用,会使得车身质量大量减轻;高性能的子午线轮胎的使用会减少车辆行驶过程中的车轮滚动阻力;流线型车身造型,可使得汽车行驶的空气阻力减少等等[4]。
这其中整车车身轻量化始终是纯电动汽车的各项整车技术当中核心的研究内容。纯电动汽车因为布置了动力蓄电池组,增加了整车重量,所以轻量化得问题更加突出,汽车轻量化的技术主要有以下几种。第一,使用轻型材料,例如铝合金、碳纤维等。第二,通过结构优化,利用 CAD/CAE 结合技术对车身结构进行多工况强度分析以及模态分析研究,计算试验相结合验证,实现结构最优,达到质量减轻的效果。第三,采用先进的汽车制造工艺技术,例如激光拼焊等。
2.4 能量管理技术
比能量高、比功率大、使用寿命长的蓄电池是电动汽车具备高续驶里程和良好动力特性的必要条件,但是一个优秀的电池能量管理系统不仅能够延长电池的使用寿命而且可以增加电动汽车的续驶里程。电动汽的ECU是能量管理系统。一方面,它能够采集汽车各个子系统的实时运行数据,进行实时监控和修复诊断;另一方面,有着控制充放电模式、显示电池剩余电量等功能。能量管理系统是电动汽车的安全保障,它需要执行的功能之多,负担之重前所未有。它不仅可以在线对电池进行修复并且能够实时保护电池,监测电池电压、电流和温度,建立安全保护机制,有效提升电池使用寿命[5]。
3 电动汽车产业化的前景展望
技术成熟程度、使用便利性及经济性是影响电动汽车普及的主要因素,电动汽车必须在这三个方面具有与燃油汽车相比较的核心竞争力,这样才能让电动汽车大规模应用和量产。
在对纯电动汽车产业的考察分析之后,可以看到推动其发展的因素主要技术、能源以及政府政策。纯电动汽车产业发展必须要汽车技术、市场需求、政府支持及能源等因素协同作用下才能够更快的实现产业化,也只有这样才能够有效的缓解渐趋严峻的能源及环境问题。
【参考文献】
[1]章桐,贾永轩著.电动汽车最新技术[M].北京:机械工业出版社,2010.
[2]崔胜民.新能源汽车技术[M].北京:北京大学出版社,2010.
[3]罗兰贝格国际管理咨询公司.2010年汽车行业分析报告[A].2010.