【新能源的三大流派:换电、充电、氢燃料,到底哪一个会是未来?】

[威武]一、乘用车:充电逐渐成熟,换电拼死一搏
首先,充电基本设施一直在稳步发展,多层次的充电方式满足不同场景。每个场景均存在一些问题,但改进的路径是清晰的:

- 家用慢充:无论充电换电,家用慢充都是最主要的补能方式。从古老的3.3kW到如今主流的7.7kW,将来可能还会有11kW-20kW的三相交流慢充甚至无线充电。从小区整体来看,未来需要有序充电、公共电桩等方式来解决配电额度问题。

- 商场慢充:大型商场停车场逐渐开始有充电桩,多为7.7kW慢充;品牌的超充桩也在这里建设,功率可达80-150kW。实际上,这种停车2-4小时的场景,慢充太慢,快充太快(建设成本高,需要提前挪车),最适合的应该是20kW的「中速充电」。
目的地慢充:度假酒店的慢充,现在普及的还比较少,实际上非常实用必要。不必快充,慢充即可。

- 城市快充: 没有家用充电桩的话,城市快充就成了主要的补能方式。一般建于商场停车场或专用停车场,很多品牌专属桩也属于此形式。

- 高速快充: 这是目前最薄弱的环节,高速上建桩比较困难(牵扯单位比较多)、旺季淡季的客流量差异也大,盈利困难。特斯拉、小鹏等头部新势力也在发力超快充。
可以看到,从补能方式的角度来讲,换电模式在场景4与5的优势很大,但场景1、2、3并没有什么优势。

总体来说,就算没人发展换电了,仅发展充电模式也并不存在解决不了的根本难题。换电起步比较晚,要想占据一席之地,就需要有不可替代的优势。

[威武]1. 换电难并不等于蔚来难
私家乘用车领域,说要换电必提蔚来。我上面说换电拼死一博,并不是说蔚来拼死一搏 —— 蔚来这家企业发展形势乐观,以换电为核心的服务也成为品牌优势之一,可以说蔚来已经把换电模式做到了商业闭环的程度。

但是,蔚来的换电只能给蔚来车主来用,虽然蔚来说换电技术是公开给其它企业的,但目前看不到其它车企真的基本蔚来换电平台开发的可能性。

这既有商业竞争上的考虑,也有换电模式对产品设计制约的考虑 —— 蔚来的通用电池包不算小,所以ES8、ES6、ET7都是大车,ET5算是中等尺寸的车但是很宽,这样的车一般定价都不会低。蔚来品牌可以撑得起这个价格,其它自主品牌车企有信心撑起这个价格吗?

所以,蔚来换电成功≠换电模式崛起。

[威武]2. 蔚来换电有可能服务于全行业吗
中石化与蔚来展开了合作,一年合作建立了175年换电站,可以说双方都是真金白银的投入。【图1】

显然,中石化搞这些事情肯定不是为蔚来锦上添花的,而是想借这个契机将「加油站」转化为「综合补能站」 —— 既能加油,也能充电、换电、加氢,以确保自己在中国双碳战略中不掉队。

但是,怎么才能将蔚来换电推广给全行业? 在推广过程中,中石化与蔚来分别扮演什么角色? 这一切变数很大,我们不好估计。站在今天这个时间点,我们只能说:蔚来换电成功≠换电模式崛起。

[威武]3. 换电的根本优势是什么?
提起换电优势,我们想的是场景4与5的便利:就像加油一样的3分钟换电,比充电1小时方便多了。此外,还避免了大功率充电对电网的冲击、对电容量的要求低。【图2】

实际上,这点优势超快充也能实现,比如即将发布的小鹏G9,基于800V平台可以实现5分钟充200公里。实际上,充电功率达到400kW这个水平之后,换电/充电是3分钟还是10分钟,对消费者并没有什么区别了,除非你正在跑F1。

480kW对电网的冲击是很大的,这点劣势怎么破? 自建储能可以破:储能电池平时充电就行,这和换电电池仓库平时慢充是差不多的。【图3】

所以,将目光往未来看个两三年,补能速度并不是换电的根本优势。如果只关注补能速度,就会觉得换电没有前途,超充一统江湖。

换电的根本优势是什么呢? 需要从宁德时代发布的换电品牌EVOGO和「巧克力换电块」上寻找答案。

宁德换电的主要意义在于「可掰开可组合」。【图4】

为什么说「可掰开可组合」非常重要,因为它指出了电动汽车的一个根本问题:一个80度电的长续航电动车,其中前26度是高频使用的电,中间26度是低频使用的电,后26度是应急使用的电。

从消费者的角度来讲,前26度最值钱,但后52度又不得不买。从产品角度来讲,虽然大部分情况下使用的是前26/52度电,但26度电池的重量每时每刻都在承担着。

总结一下这种「可掰开可组合」换电模式的意义:

- 消费者角度:只需要花一半的电池钱,就可以满足日常短途通勤+偶尔长途自驾的全部需求。
- 行业角度:车重降低20%,相当于碳减排20%,这么大的收益,光从电机效率上是扣不回来的;降低了全行业的锂资源消耗,促进行业健康发展。

这才是换电模式的根本意义,也是充电模式不可能实现的效果。【图5】

[威武]4. 换电的根本劣势是什么?
考虑换电的根本劣势,我们需要做一个思想试验: 假设宁德时代的EVOGO「巧克力换电块」已经搞成功了,那是不是所有车企都会选择兼容呢?

你的回答也许是肯定的。因为兼容了「巧克力换电块」,就意味着低成本实现了超快充、多了很多第三方换电站、降低了整车成本,这对产品竞争力的增强是显而易见的。反过来,如果不兼容的话,可能就卖不出去了。【图6】

我们不只能看到好处,还要看到代价:无法采用液冷、整包能量密度较低、无法采用底盘电池一体化技术。

总体来说,就是采用「巧克力电池包」不利于打造极致的产品,因而不适用于头部车企。必须指出的是,所谓的极致是相对而言的,「巧克力电池包」的技术本身并不差,只是不极致:

- 能量密度高:在可掰开、可灵活组合的前提下,能量密度高达160Wh/kg、体积能量密度高达325Wh/L,性能表现非常优秀!—— 可以查一下,2022年的一些电动车能量密度还不到160Wh/kg。

- CTP技术:能实现这么高的能量密度,离不开宁德时代的CTP(Cell to Pack)技术 —— 电芯直接组成电池包,省去了模组(Module)这一步。

- 无线BMS技术:这项前沿技术使换电块外部只有高压正负接口,提高插拔部件的可靠性。另外一家用上无线BMS技术的就是凯迪拉克Lyriq,但不像「巧克力换电块」可以把这项技术的优势发挥得这么彻底。

还有一个额外的代价,目前还没显现出来:选择了换电,就拒绝了「底盘电池一体化」技术路线。

特斯拉 Structure Battery【图7】

所以我们可以看到,就算宁德时代「巧克力换电块」的换电模式做成功了,也不可能一统江湖。那时候的电动车,会呈现两极分化的趋势:

- 追求极致的集成化:采用「底盘电池一体化」技术,降低车重、提升空间利用率、降低成本,打造极致的车型。因为电池包比较贵,所以相对来说更适合做中高端车型。

- 追求极致的灵活性:采用宁德时代的「巧克力换电块」,平时只装一块电池,长途装三块电池,既省钱又灵活,换电也方便,追求极致的经济性,相对来说更适合做平价家用车型

注意,以上这种假设,是基于宁德时代EVOGO能做成功。现在它才刚刚起步,而且在to C领域也没有成功的经验,未来能不能搞成功还很难讲。

如果搞不成的话,将来的格局很可能是蔚来换电一枝独秀,网约车出租车换电有一席之地,其它私家电动车全部充电模式。所以说:充电逐渐成熟,换电拼死一搏。

[威武]二、商用车:重卡虽少但重要,氢能与换电在角逐
商用的种类特别多,微卡、轻卡、皮卡、客车、重卡。除重卡外,其它几种类型的电动化路线都很显然:纯电+充电。【图8】

从绝对数量上来说,重卡也不多,但不可轻视:商用车碳排放占所有车的64.6%,而重卡占商用车83.5%。也就是说,这1000多万辆重卡的碳排放,比所有轿车SUV加起来还多!

解决了重卡的新能源问题,就建成了汽车电动化的半壁江山啊。

重卡的充电模式存在难以解决的难题:【图9】

- 充电时间:乘用车90%的时间都是闲置的,大部分情况下搁家里慢慢充就行;商用客车、轻卡也不需要24小时连轴跑。重卡不行,一般是两班倒不停地开,要是充个10小时的电,相当于运力减一半,划不来啊!麦肯锡出过一个报告,说德国纯电重卡充电比换电好,主要是国情不一样,他们国土面积小,重卡不是两班倒。

大电池占用运力、成本高:电动乘用车2吨重,坐人载货最多400公斤;重卡不一样,装个几十吨货拉走,这就需要超级大的电池。但电池本身也重,占用运气,赚钱效率又低了;电池也贵,初期成本高,也更难赚钱。

- 路线固定:重卡一般就在干线上跑,不进城市,所以这降低了对加氢站、换电站的选址要求。
考虑到锂电技术再有大突破很困难,所以氢燃料电池重卡基本上是立于不败之地的。换个角度,氢能和燃油的属性相似,就凭这一点,锂电池是很难追上能量密度的,这也就决定了氢燃料电池在重卡领域的不败之地:

氢燃料电池立于不败之地,换电重卡能吃掉多少份额,要看它在十四五规划的五年间都取得多大进展了。【图10】

从这个意义上来说,氢能与纯电之争,主要只体现在重卡领域了。

有人说特斯拉Semitruck满载36吨的续航800公里,充电30分钟可以600公里。这听起来也很不错,为啥咱们不走这个路线呢?关于这个问题,我还没仔细研究,大体估摸着应该是成本、安全性、充电电网冲击待方面存在困难。有空再研究吧!本文就不展开了。

[威武]小结

- 乘用车领域:充电技术逐渐完善,立于不败之地;蔚来换电只是企业行为,难以拓展为全行业;宁德换电对行业有意义,但起步较晚能否做成需要观察。

- 商用车领域:聚焦到重卡领域,充电重卡存在困难,氢能重卡立于不败之地,换电重卡在未来5年努力发展,争取份额。
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今天的模考给我整emo了,哭的眼睛疼头疼,关了灯钻在被窝里单曲循环《唯一的光》。第一次听这首歌的时候就忍不住哭了,每一句歌词、每一个音符,都好像是在讲我的故事。今天更是边哭边听。听着宁叔叔的歌,也想起了宁对我说的那句“高考加油”。
听了好多遍,想了好多事,心里慢慢平静了。拿了块糖吃,糖皮刚好是黄色的,上面还印着MD,后面跟着的17也刚好是我的年龄。如果不是心里堵,我也不会盯着一个糖皮看半天,更不会发现上面的MD。“塞翁失马,焉知非福”大概也就是这个意思吧。
宁叔叔,我把自己今天的故事密密麻麻写在小纸条上塞给你了。不妄想你会看到。只是这一天对我来说,值得记录。也希望你可以天天开心。晚安。
@摩登兄弟刘宇宁
摩登兄弟刘宇宁宁哥刘宇宁棚主
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【污水负荷是什么】[绿植领养]
一、污水负荷的定义
1、负荷:一般说负荷有污泥负荷和容积负荷两种,分别指一定时间(天)内一定量污泥(kg)去除COD的量(kg),和一定时间(天)内一定反应体积(立方米)去除COD的量(kg)。
2、冲击负荷:在污水处理运行当中,污泥量一般都会保持在一定水平,反应器(曝气池、厌氧反应器等)容积当然也不会发生变化。但是如果进水水质发生很大变化(COD飙升或大幅下降),就会使污泥负荷和容积负荷发生很大变化,对污泥微生物带来影响,就是所谓的冲击负荷。
3、在一些处理工艺中(特别是一些回流量特别大或者完全混合类型的),由于一些水力或其他方面的设计,使工艺对冲击负荷的耐受能力比较强。即使有负荷升高的现象,也不至于马上崩溃,并可以比较快恢复。即抗冲击负荷能力强。
二、关于污水系统负荷的理解计算
1、运行负荷率=每日实际进水量/每日设计处理量。一般要求运行负荷率不低于60%,2010年,虽然全国城镇污水处理厂平均运行负荷率已接近80%,有的甚至超过100%,但国家规定运行负荷率不能超过设计处理量的120%。
2、BOD负荷=(进水BOD×进水量)/(V池容×MLSS)这是MLSS负荷BOD负荷=(进水BOD×进水量)/(V池容×MLVSS)这是MLVSS负荷。
3、污泥体积:浓度为1%的污泥其体积可以认为和水一样1吨/立方米浓度为5%的污泥其体积可以认为和水一样1吨/立方米浓度为1%的污泥是指每吨污泥中有10公斤固体物质浓度为5%的污泥是指每吨污泥中有50公斤固体物质所以污泥含水率为99%,降低至95%也就是5吨污泥变成一吨污泥. 就是说污泥的体积会减少5倍。
含水率为99%的活性污泥,浓缩至含水率97% 其体积将缩小多少?
干物质守恒,密度近似为1V99×ρ×(1-99%)=V97×ρ×(1-97%)V97/V99=1/3所以体积从3缩到1,大概缩了66%
4、沉淀池、出水堰负荷:沉淀池的表面负荷和出水堰负荷属于水力负荷,与生物处理没多大关系了。都属于设计上的一些参数。沉淀池的表面负荷:当一个颗粒在理论停留时间内通过一段恰好等于池深的距离时而沉淀,其沉降速度称作溢流率或表面负荷率。量纲为单位时间每平方米若干立方米,即单位时间若干米。沉淀池的效率通常以表面负荷率为基础,以每平方米水面面积每天流过水量的立方米数表示。就是水量除以沉淀池面积出水堰负荷:即一定长度的堰出水流量,即流量除以堰长。
5、有机负荷率是进水有机物量与反应器中污泥量的比值。
6、污泥龄是指在反应系统内,微生物从其生成到排出系统的平均停留时间,也就是反应系统内的微生物全部更新一次所需的时间。在稳定条件下,就是曝气池中工作着的活性污泥总量与每日排放的剩余污泥数量的比通常污泥龄长,菌种多样性就多,有机负荷率相对可提高。但也不是绝对的。
从动力学的角度讲,保持池内生物量浓度MLVSS、进水流量、不变的前提下(请注意这个前提条件),负荷升高(提高进水COD浓度)会导致出水COD浓度的提高,污泥生长变快,为保持MLVSS,排泥更快,即泥龄变小。反之亦然。但是这个动力学反应有一个范围的。
依据的反应如下:u=1/SRT=umax*Se/(Se+Ks)------MonodNs=Q*So/(V*X)-----有机负荷 对于实际工程中进水负荷增加及应对措施以及楼上engineerxia所言“有机负荷率相对可提高。但也不是绝对的。”可以这样分析:对于一个已有的系统而言,调节停留时间、改变构筑物大都是行不通的,能够改变的就是污泥浓度、排泥量控制。为了保证出水水质(Se不变的情况下,单位微生物生长和吸收污染物的速度是不变的),势必需要提高MLVSS来实现增加负荷的吸收,实际的操作是减少排泥量,然后MLVSS提高,出水达标后,逐步增加排泥量,最终的平衡是MLVSS比负荷增加前要大,绝对排泥量也增大的。最后稳定的条件下,Ns并没有变化,SRT也没变化,只是形成了一个新的平衡点!
7、表面负荷单位时间内通过沉淀池单位表面积的流量,称为表面负荷或溢流率,常用q表示,q=Q/A(即流量与表面积的比值)
8、污泥负荷曝气池内每公斤活性污泥单位时间负担的五日生化需氧量公斤数。其计量单位 通常以kg/(kg·d)表示。
污泥负荷(Ns)是指单位质量的活性污泥在单位时间内所去除的污染物的量。污泥负荷在微生物代谢方面的含义就是F/M比值,单位kgCOD(BOD)/(kg污泥.d)
在污泥增长的不同阶段,污泥负荷各不相同,净化效果也不一样,因此污泥负荷是活性污泥法设计和运行的主要参数之一。一般来说,污泥负荷在0.3~0.5kg/(kg.d)范围内时,BOD5去除率可达90%以上,SVI为80-150,污泥的吸附性能和沉淀性能都较好。
污泥负荷的计算方法:
Ns=F/M=QS/(VX)
式中:
Ns ——污泥负荷,kgCOD(BOD)/(kg污泥.d);
Q ——每天进水量,m3/d;
S ——COD(BOD)浓度,mg/L;
V ——曝气池有效容积,m3;
X ——污泥浓度,mg/L。
9、满负荷污水的处理负荷一般是指污水处理系统对于进入的污水能够稳定达标的前提下,所处理的污水量,或污染物的总量。譬如某污水厂设计2000m3/d,进水COD1000mg/L,而实际上来水是1000m3,来水COD2000多,如果处理出水稳定达标,也可以说该系统已达到了满负荷。当然这个满负荷是相对的,设计人员设计说明上会提一下污水处理单元中微生物的有机负荷是多少,池内微生物的浓度是多少,如果你在运行中,通过管理,提高了池内的生物量,提高了它的处理能力,也完全可以超负荷运转。一般的设计指标都是运行比较稳定的参数,再高或者低一些,也未尝不可。在负荷的提高过程中,逐渐提高生物量,以及单元去除能力,逐渐增加处理污水量,这个过程就是调试的过程。这个调试的指标是出水水质合格,出水稳定,就可以慢慢增加污水负荷,直到满负荷运转。


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