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杨裕生:应制约电动汽车里程“随心所欲”地提高
 

 

本报讯 我国新能源汽车发展至今,取得了巨大的成就,也积累了若干问题。11月8日,在参加2018第三届动力电池应用国际峰会(CBIS2018)时,中国工程院院士杨裕生就此表达了自己的看法。

杨裕生提出:“电动汽车的主要矛盾是安全性和里程的对立。安全性是矛盾的主要方面,里程是次要方面,不可颠倒。如果不分清楚,把矛盾的主要方面与次要方面搞错了,就会走弯路。主要矛盾反映在电池上,是危险性与比能量的矛盾。电池的危险性应该制约电动汽车里程‘随心所欲’地提高。”

“我讲的‘随心所欲地提高’是指政策将补贴与电动车续航里程挂钩,诱导续航里程从200公里提向300公里、400公里,将来还想冲击500公里。为达此目的必然要将三元锂离子电池中镍钴锰的比例不断地从333发展为523、622,乃至811,随心所欲地不顾安全性。”杨裕生说。

杨裕生认为,长里程的纯电动汽车的发展存在五大“焦虑”:里程焦虑、安全焦虑、充电焦虑、价格焦虑、电池焦虑。

所谓里程焦虑,就是指为保证续航里程,电动车需要多带电池,而电池多了车身就重,耗电就多,加之夏天、冬天空调耗电,进一步促使里程严重缩短。电池多,同时要求电池的比能量高,这使得电动车危险性增大,造成燃烧爆炸事故多发,形成了安全焦虑。电动车大量投入市场后,必然要求较大密度的充电桩,而这既费钱又占地,还很难符合要求,成为充电焦虑。电池用量大了,电动车的价格就高,与燃油车相比,其竞争力就低,这是价格焦虑。而因为电动车电池的寿命短于整车,第一套电池有补贴,第二、第三套电池就要用户自己花钱,是谓电池焦虑。

“由此可见,电动汽车和动力电池相互依存、相互促进,又相互制约。” 杨裕生说。

“电池如果不成熟就把它大量用在汽车上,就会出问题。”杨裕生表示,“电池的真正进步才能推动电动汽车水平的提高,冒进就要吃苦头。” 因此,他认为,要按电池发展水平来做电动汽车。

杨裕生强调,电动汽车必须安全第一,因此电池的安全性一定要高,目前来看,磷酸铁锂电池的安全性要好于三元锂电池。

有网友认为近年来频发的电动汽车爆燃事故中有使用磷酸铁锂电池的电动汽车,所以, 磷酸铁锂电池和三元锂电池两者同样存在安全性问题。当记者就此观点求证杨裕生时,他表示,“这个说法是不对的。”

杨裕生认为,安全性是指事故发生的概率。现在三元锂电池与磷酸铁锂电池的用量基本相当,而发生燃烧事故的概率大约是10比1,这就表明两种电池的安全性有显著差别,“这主要是由于三元锂电池的热失控温度远低于磷酸铁锂电池”。

“车子的爆燃事故,除了与电池正极材料有关,还与电池的生产工艺水平、企业管理水平等都有关系。所以磷酸铁锂电池也有发生事故的某种概率。”杨裕生补充到。

此外,有人将“锂硫电池”称为下一代动力电池。杨裕生对此表示,锂硫电池理论比能量高,但不能片面地以比能量作为唯一的衡量指标。锂硫电池存在安全性低、体积比能量低、放电倍率低、能量转换率低、循环次数低的问题,“这‘五低’问题真正解决之后才能用到车上,还要做很大努力”。(赵利利)

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光伏铁路:前景可期,存在成本瓶颈

 

光伏铁路:前景可期,存在成本瓶颈
 

 

■本报记者 贡晓丽

2017年年末,一段1000多米长的神奇公路曾经刷爆济南市民的朋友圈,因为世界首条高速公路光伏试验段于济南正式通车。

而现在,对于光伏发电应用又一个大胆的尝试——铁路光伏正在英国得以实现。英国可再生能源投资公司Bankset Energy Corporation雄心勃勃地提出光伏铁路计划,他们将在全球铁路枕木上安装吉瓦规模的太阳能光伏发电系统。

2018年6月,德国1000公里铁轨上已经开始安装200兆瓦光伏系统,此项工程将在2019年完工,并到2022年扩展至10000公里。未来还会在法国、美国、中国、意大利铁轨上应用。

在长长的铁路上铺设光伏,既不占地又不耽误火车运行,可谓是一轨两用、“鱼和熊掌”兼得。不过,“光伏铁路”仍给光伏从业者留下了一连串的疑问:光伏电池板如何能融入铁轨?发电消纳、成本问题如何解决?

前景可期

火车在快速行驶过程中,会产生巨大的压力与冲击力,这样的光伏铁轨能经得住考验吗?

Bankset Energy总裁帕特里克·布里对媒体表示,“我们采用专利技术,硅树脂和铝制太阳能电池板设计用于夹住现有铁路枕木。这项技术目前已经在混凝土、木材、钢筋等材料上进行了实验,并经受住了时间的考验。”他表示,“这一技术不影响基础设施,因此避免了更换现有轨枕的成本。”

据帕特里克·布里介绍,精心设计的太阳能电池板可以承受住各种压力,如火车本身、冰雹、岩石等,不管是在高速线路,还是在中速二级线路、慢轨、停车轨道都毫无压力。

关于这一系统,布里表示,太阳能电池在美国制造,并在欧洲两个制造中心进行组装。其在亚洲也有一个制造中心——中国。据说,Bankset目前还在与一些卧铺制造商进行讨论,以开发这项技术并调整其产品以适应所有现有的轨枕。

“铁路光伏非常有发展前景,是值得做的尝试。”中国能源研究会能源互联网专委会副秘书长何继江告诉《中国科学报》记者,光伏铺在铁路枕木上首要问题就是抗震。“这也并不复杂,有一些类型的组件本身抗震性能就非常好。比如铜铟镓硒(CIGS)的薄膜光伏等,影响不太大。”

“用普通晶硅来做组件的话,用硅胶来保护组件,抗震性能也非常好,这些问题应该都是可以解决的。”何继江说。

光伏铁路的另一个问题在于铁路线路长,单个光伏面板面积小,并网的耗损会比较大。光伏电站的输出电能,需要考虑很多的因素,如温度、灰尘和污染、遮挡、组件朝向和倾角、逆变器效率、线缆损耗等,铁路光伏也是如此。“在跟电网相连的时候,并网系统还是需要一些创新的,如果要直接供给机车牵引用电,还需要一些技术工艺的保障。”何继江说。

成本是另一个需要面对的难题,“枕木都是非常窄的条状,铺设光伏板,还要把电储存起来,在线路并网这一步会比较繁琐,是需要花点功夫才能把成本降下来的”。何继江表示。

落地仍难

在何继江看来,我国十几万公里的铁路里程,如果枕木都被光伏覆盖,每年将会有数十吉瓦的发电量。如果要做试点,北京到广州或上海这些繁忙的铁路线或者北京到新疆的路线都可以尝试,“繁忙路段铁路用电量大,西北部光照好,光伏枕木发的电完全可以在铁路沿线电力系统消纳,各有优势。”

“其实,铁路光伏能不能推广,起决定作用的不在于光伏企业,而在于铁路公司。”何继江坦言,两年前他就跟中铁集团第三勘察设计院的相关负责人讨论过这个问题,铁路部门的积极性并不高。“他们认为在铁路上铺光伏可能会有安全隐患。”

“因为我国铁路运营基本上是由铁路总公司来负责,具体到枕木铺设光伏,铁路总公司资产管理部“原则上对铁路现有资产结合光伏进行复用是感兴趣的,但是考虑到可能存在的风险,他们难以做出实质性推动。基层铁路局不可能在这类涉及铁路系统安全的关键领域独立做出决策”。何继江说。济南的光伏公路之所以能够通车试运行,是因为不同路段隶属于不同的高速公路公司,总会有公司想要探索新的技术。

“关于光伏铁路,可以进行技术和应用前景探讨,但距离规模性的推广应用还有很远距离。”国家发展和改革委员会国际合作中心国家能源研究所原执行所长、北燃研究院副院长白俊告诉《中国科学报》记者。要将发的电输送进架空线为火车提供动力的话就需要升压,光伏电力供应量和稳定性都有问题,如何和其他电源匹配,因为铁路对供电可靠性要求很高,而且枕木面积太小,逐个安装也并不容易。“即使技术上的问题都可以解决,但相对于传统屋顶、墙面、地面、道路等受光面积大的应用场景,光伏铁路还没有什么优势。”

成本瓶颈

随着绿色能源发展与环保趋势的蔓延,可再生能源与大众运输的组合越来越常见,光伏铁路也只是诸多场景中的一种。2016年7月,中国内蒙古呼和浩特铁路局完成了全国首个铁路系统光伏发电示范专案,光伏铺在呼和浩特沙良物流园区的屋顶,装置量2.4兆瓦,所发电量主要用于铁路运输和生产。

光伏在道路上的另一个可安装位置是隔音墙或防护栏,2012年英利集团自主研发建立的我国首座光伏隔音墙正式具备并网发电条件,并申请获批国家实用新型专利。

不过,何继江告诉记者:“隔音墙上铺光伏成本比较高,做起来也并不划算。”如果大规模建设,成本也还是可能大幅下降的。

光伏在交通领域还有一个值得期待的应用场景,美国创业家埃隆·马斯克提出的超级高铁将用管道的方式来运输,管道上方安装光伏,用光伏的直流电配上储能来驱动超级铁路的磁悬浮动力系统。

该计划当中,未来的超级铁路全部依靠光伏发电。“在技术落地上,他的论证基本上是可行的。”何继江评价道,而在铁路上面的顶棚安装光伏,好处是受光面积大、发电量大,还能挡雨挡雪,提高了铁路运行的安全性,而且铁路的高度是限定的,不用担心限高的问题。“但这方面的缺点仍然是成本太高。”何继江说。在铁路局各火车站的火车停车场建设大型的光伏车棚,是个比较容易实现的铁路光伏场景,单个项目规模会比较大,并网和消纳都不是问题,价格也容易控制得住,最主要的难点也就是如何有效控制施工过程对火车的安全影响了。

成本不光是以上场景的光伏应用瓶颈,国家发展和改革委员会、财政部、国家能源局下发的《关于2018年光伏发电有关事项的通知》(以下简称“5·31新政”),要求光伏产业加速平价上网征程,这也使部分企业耽于市场而无暇研发;但从大趋势看,为了在平价时代创造更好的项目收益率,以激活下游投资热情,光伏产业上下游越来越多的企业正积极地通过“提效”而非单纯的“降本”方式来达到目的。

“5·31新政”标志着光伏行业的暴利时代结束。东方日升点点升阳光总经理田君告诉《中国科学报》记者,“5·31新政”发布以后,整个光伏行业呈现出四个特点:去暴利化,挤泡沫;行业增长速度和装机速度放缓;行业洗牌开始,未来两三年内市场可能会由三五家企业垄断;光伏进入以技术、产品立身的时代。

“在光伏板块我们实施两步走战略,”田君说,“一方面大力发展用户;另一方面联合经销商、金融机构做分布式的商业业务,未来的蓝海市场依然存在。”

《中国科学报》 (2018-11-08 第5版 技术经济周刊)
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新研究提升太阳能电池转换效率

 

新研究提升太阳能电池转换效率
 

 

本报讯(记者刘晓倩)兰州大学教授彭尚龙团队采用新型电荷选择性材料改性、光吸收改善、硅纳米陷光结构的构筑、硅表面钝化和硅/金属界面接触电阻降低等策略,提升了太阳能电池转换效率,同时,降低了成本。该成果日前发表于《纳米能源》。

传统的硅基太阳能电池由于制备流程复杂、硬件设备投资高,使得电池成本高,限制了大规模的应用。用新型电荷选择性材料与晶硅基片形成非掺杂的异质结太阳能电池,可避免掺杂所需要的高温工艺,但这类材料本身空穴迁移率低、硅接触面性能差,以及存在硅/金属电极接触电阻高等问题,限制了电池转换效率的提高。

针对这些问题,研究人员通过将还原氧化石墨烯引入新型电荷选择性材料薄膜中,使导电性提高、电池材料光吸收增强。通过电池结构的设计、选用氧化锌作为电子选择性材料等技术改进,使得太阳能电池转换效率超过15%。

相关研究成果对传统硅基太阳能电池降低成本提供了新思路,为其将来大范围推广提供了可能。

相关论文信息:https://doi.org/10.1016/j.nanoen.2018.10.010

《中国科学报》 (2018-10-25 第1版 要闻)
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俄新型核动力破冰船反应堆性能显著提升
 

 

新华社电 俄罗斯“核电机器制造”公司日前介绍了其研制的新型核动力破冰船反应堆,其服役期、热功率等多项指标显著优于“前辈”破冰船反应堆。

据公司网站发布的新闻公报,由该公司为俄新型核动力破冰船“乌拉尔”号研制的首个RITM-200型反应堆已于日前出厂并被运往造船厂。该反应堆的整体外观是一个有金属外壳的圆柱体,高7.3米、直径3.3米,重约147.5吨;其安全保护外壳由钢和混凝土制成,壳内含有冷却水。

依据设计,“乌拉尔”号有两个核动力反应堆,其第二个反应堆的制造已进入收尾和测试阶段。

公报显示,单个RITM-200型反应堆的热功率为175兆瓦,服役期为36年,可连续工作近3年。这种反应堆的特点是内部结构采用新布局方案,各部件配置得更加紧凑,使该反应堆可安装到核电机组的大型蒸汽发生器内部。

与俄现役10580型破冰船的KLT型反应堆相比,新反应堆有重量轻、内部配置紧凑、热功率提升、连续工作时间更长、主要设备的服役期更长等特点。因此,配备这种新型反应堆的破冰船有望在速度和破冰能力方面表现更优,且反应堆能承受更大幅度的船身摇摆。

“乌拉尔”号属于22220型LK-60YA级破冰船,俄仅有3艘该级别破冰船。其余两艘“北极”号和“西伯利亚”号分别于2016年、2017年下水,目前正处于舾装测试阶段。于2016年开建的“乌拉尔”号预计明年5月下水。

上述3艘破冰船均为俄核动力船舶公司效力,用于北极航道运输和考察。这3艘船均长约173米,宽34米,排水量3.35万吨,可破除3米厚冰层。(栾海)

《中国科学报》 (2018-10-09 第2版 国际)
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我国将开展未来核燃料辐照性能考核

 

我国将开展未来核燃料辐照性能考核
 

 

科技日报绵阳10月7日电 (何佳恒 周韦 记者盛利)记者7日从中物院核物理与化学研究所获悉,该所将与中广核研究院合作,利用中国绵阳研究堆(CMRR)开展事故容错燃料(ATF)芯块和包壳的辐照考核与评价。这标志着中广核研究院牵头的ATF国家科技重大专项已在前期材料研制的基础上迈入辐照考核的重要阶段。

近年来,事故容错燃料正处在国际核燃料技术研发最前沿。自2015年我国启动相关研发后,中广核研究院ATF项目部牵头研制出新型核燃料芯块氧化铍增强型二氧化铀、大晶粒二氧化铀,及新型包壳材料铁铬铝合金、涂层锆合金和钼合金等,可提高燃料的热导率和裂变气体包容能力,并有效提高事故工况下包壳的失效时间、防止氢爆事件发生。这些材料也是未来高安全性和经济性核燃料及包壳的主要备选方案。

“辐照性能的优劣是关系到ATF材料能否实现工程应用的关键因素。”中物院核物理与化学研究所相关团队负责人表示,反应堆内服役环境极其恶劣,经受强中子辐照和冷却剂腐蚀后,材料性能会急剧下降,因此反应堆材料需经过中子辐照考核并满足性能要求后,才能开展工程应用。

为测试ATF材料的辐照性能,评价其相对传统核燃料系统的优势,并反馈优化制备技术,该所将与中广核研究院合作,利用中国绵阳研究堆开展ATF材料的辐照考核研究。

该负责人说,项目的主要技术难点在于ATF燃料小棒辐照装置的设计,同时,CMRR的高功率运行天数也是挑战之一。他表示,此前CMRR对这种新燃料小棒的辐照考核尚无先例,该项目还将进一步拓展CMRR在我国核能发展中的应用。

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