作者专访 | 上海交通大学制冷与低温工程研究所陈江平教授

文摘   2024-06-19 18:11   陕西  

OAE

  作者

专访  

 




导语  Introduction

本期OAE作者专访栏目荣幸邀请到上海交通大学制冷与低温工程研究所陈江平教授,就陈教授在Carbon Footprints  期刊发布文章“ The emission reduction potential and cost-effectiveness of low-GWP refrigerants in electric vehicle air conditionings (欢迎点击标题进入中文导读)的选题、研究结论等展开深入探讨。同时,聚焦陈教授对电动汽车制冷剂领域当前发展现状以及未来发展趋势的见解。此外,了解他作为Carbon Footprints 期刊作者的对期刊的印象以及寻求他对期刊未来发展的宝贵建议。


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作者简介

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陈江平,博士,上海交通大学制冷与低温工程研究所二级教授(长聘),生物医学工程学院党委书记,国家重点研发计划首席科学家,承担国家自然科学基金,上海市科委重大科技攻关和863项目,以及国际合作、横向合作等十余项。现带领团队从事微通道换热器技术,低温热泵空调系统和新能源汽车和储能热管理,生物医学工程交叉课题等研究,在Nature、Joule、Applied Energy、International Journal of Refrigeration等期刊发表论文300余篇,获授权专利百余项。担任联合国环境规划署(UNEP)汽车空调五人委员会委员、联合国气候变化政府框架组织(IPCC)特聘专家、联合国环境规划署RTOC委员、上海市高效冷却系统工程技术研究中心主任等。





采访视频

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采访问答

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Q1

   您当初是如何确定这篇关于电动汽车空调制冷剂的研究主题的?

这个题目实际上与我们的专业密切相关。我们的专业是制冷工程,而且早在1996、1997年,交大就与上汽集团合作,成立了车用空调工程中心。因此,我们一直在这个领域培养博士生。目前,我们在车用热管理系统领域培养的硕士和博士生人数已经超过100人,这一直是我们的研究重点。

汽车是能源消耗大户,其能源消耗对国家政策有重大影响。例如,我们进口的石油大部分用于汽车燃料,我国的原油进口量已达到60%左右。因此,电动车政策对中国的能源结构具有重要影响,我们也一直关注电动汽车的发展。

在电动车发展过程中,热管理系统对空调起着决定性作用。如果没有热泵,电动汽车可能无法实现商业化。大约在2012年,当时的电动出租车在冬天只能行驶20公里,这在北京的冬天尤为明显。因此,电动车热泵的产业化推动了电动车商业化进程。无论是公交车还是轿车,如果冬天仍使用PTC加热,行驶里程可能只有40%。

使用热泵后,制冷剂的选择变得不同。传统空调主要用于制冷和制热,使用发动机冷却水。而现在的空调需要同时具备制冷和制热功能,这对制冷剂的选择提出了新的要求。

在国际上,我们希望从其他国家的经验中获得启发,因为电动车的发展路径在中国是独特的。即使到了2024年,某些车企仍然反对电动车,欧洲和美国也在重新考虑发动机技术路线。然而,从中国的角度来看,电动车是解决许多问题的有效途径,如减少对原油进口的依赖,以及解决大城市的局部空气污染问题。
早些年,北京、上海和深圳等城市的臭氧污染问题严重,尤其是夏天的下午,发动机尾气在太阳照射下会导致臭氧浓度升高,诱发心脏病和猝死。国家环保部门一直关注这一问题,但只有电动化才能真正解决。因此,我们始终认为电动汽车是适合中国的一条发展道路。

其他国家如日本、韩国,由于私有制的限制,安装充电桩等基础设施并不容易,这反而成为中国的一个优势。从这个角度看,未来电动车的制冷制热技术路径尤为重要。

我从2003年开始就受国家委派,参与IPCC工作,主要负责车用制冷剂的选择。这个小组内部争论激烈,美国推行YF制冷剂,欧洲推行二氧化碳自然工质。考虑到热泵的应用,中国需要自己判断到底哪种制冷剂更好,是YF、二氧化碳还是其他工质。

这篇文章正是基于这一背景而撰写的。之前很少有人计算经济性,虽然关于LCCP的文章不少,但将经济性纳入考量的研究较少。一个主要原因是欧洲的大众等公司,商业化的二氧化碳系统成本是其他系统的三倍。如果134A或YF系统的成本是6000元人民币,二氧化碳系统则超过14000元。汽车作为消费品,其商业竞争性也是一个重要因素。因此,我们在这篇文章中将经济性纳入推演计算


Q2

   您能否简要概述一下本文的研究结论?

我们的研究结论其实就是想告诉大家,R290这个制冷剂,它是一个非常不错的制冷剂。从环境效应、LCCP以及经济性来说,它在全球大部分区域其实比二氧化碳和YF都要好。因为这个制冷剂本身很便宜,而且它的制冷制热性能都不错。实际上这是我们这篇文章主要的一个思想,把这个数据陈列出来,让大家看到无论是LCCP还是成本效应,290都是有一定优势的。


Q3

   您对煤电行业零碳转型的发展现状及未来发展趋势有何见解?

我认为电动汽车制冷剂的发展实际上与技术进步密切相关。其他领域都在推行自然工质,尤其是欧洲。实际上,我在这个领域工作多年,了解到欧洲推行自然工质的主要原因是他们缺乏相关企业。现在,化学合成公司主要集中在美国,而日本的大金等公司推行自然工质也是迫不得已。许多人认为这是因为他们环保意识强,这当然也是一个因素。


实际上,自然工质没有得到广泛推广,是因为每种自然工质都有其缺点。例如,二氧化碳的压力非常高,R290具有可燃性。如果有人能够找到一种新的合成物,能够克服这些缺点,仍然有可能得到推广使用。

电动汽车的技术路线与汽车的发展紧密相连。汽车的热管理系统不同于其他类型的空调系统,它是一个零件或子系统,旨在更好地服务于汽车。电动汽车不仅需要空调,还需要考虑电池的冷却。目前,有两种主要的冷却系统:水冷和制冷剂冷却。比如,比亚迪推行的制冷剂冷却系统。由于电池本身是可燃的,因此通到电池里的制冷剂最好是不可燃的。如果制冷剂是可燃的,则只能用水冷却。

因此,市场上可能会出现两种制冷剂并行使用的情况。虽然R290性能良好,但不能直接用于电池冷却,还需要一个介质。如果我们能够找到一种GWP值较低、各方面性能优越且具有灭火作用的制冷剂,它将占据一定的市场份额。当然,目前我们还没有找到这样理想的介质,但我们正在努力寻找。


Q4

    从全球气候变化的背景下看,您觉得电动汽车及相关技术,如空调系统,对于实现碳中和目标有多大的潜力和重要性?

汽车制冷剂的排放量在全球温室气体排放中占比约为5%,这一比例依然相当大。因此,IPCC专门成立了一个工作组,讨论汽车制冷剂的泄漏问题。美国派出的代表是他们气候司的司长,即美国EPA的气候司司长,这充分表明了该问题的重要性。制冷剂的选择路线对整个汽车行业有着非常大的影响。每个国家的汽车行业都是支柱产业,所以这个行业的竞争实际上是国家政治和经济的竞争。


尽管制冷剂问题看似微小,但对于电动车来说,是一个非常重要的问题。中国,在热管理系统领域已经远远领先于其他国家。十年前,在美国的SAE和日本的行业协会中,他们的发言权更重,但由于这些国家的社会结构中老年人占主导,总体上较为保守。因此,这几年中,中国的热管理系统技术已经远远超过了他们。

每年我们都会到SAE做主题报告,今年10月也被邀请去美国SAE做主题报告,讲述中国在这方面的尝试、探索、零部件和核心技术。我们的迭代速度已经远远超过美国。

电动车不仅仅是动力系统的改变。我们的车辆开发周期,从传统发动机车的2到3年,缩短到现在的8到12个月。有些企业最快可以在8个月内推出一辆新车。这种快速迭代让外资企业和合资企业难以应对。如果我们能够坚持几年,速度还会更快。

随着越来越多车企的加入,电动汽车逐渐呈现出消费电子化的趋势。硬件和软件产业将会分离,软件产业的优势将进一步显现。就像手机行业一样,最终可能只剩下少数几家企业,如苹果和华为。在这种情况下,中国企业的优势将更加突出。传统汽车强国如日本、韩国和德国将面临巨大压力,市场上也已经引起了他们的警觉,他们也推出了一些针对性的措施。


Q5

   在您进行多年的研究的过程中,有哪些挑战使您印象特别深刻的?您又是如何解决的?您对研究这个领域的青年学者有什么建议和忠告吗?

这个行业呢,一直面临挑战。我自己是98年在交大博士毕业,那个时候从事车用空调方面的研究工作。实际上,我们能做的事情非常少,因为当时中国的汽车厂在98年可能就只有三种。那时汽车空调行业主要集中在上海的两家企业,一个是上海汽车空调厂,一个是上海通用,他们的市场占有率分别是百分之九十几和百分之八十五以上。后来,随着中国改革开放,车型越来越多,才慢慢开始有自己的设计开发。上海与通用建立了三亚这样一个研究院,逐渐发展起来。

我的经历是与中国的汽车工业逐步发展起来的,从合资到自主品牌,再到电动车领域的电池技术。因此,在中国的汽车产业中,我与现在的很多领导人都非常熟悉。那个时候大家都年轻,一起奋斗。那时的情况,以产业和工业的发展为主,市场占有率较高,汽车产业是一个非常好的行业,大家都非常骄傲。我的同学进入汽车厂的收入非常高,是我在学校收入的8到10倍。

然而,现在汽车行业进入了淘汰和洗牌阶段。尤其在2024年,部分车企开始裁员,可能会让很多年轻人对这个行业产生畏惧。但实际上,从宏观经济角度来看,汽车行业的规模和接纳人才的能力还是超过其他行业的。因此,虽然学生面临就业压力,但我告诉他们,汽车行业仍然是一个较好的选择,尤其在能源利用、自动驾驶和新技术应用方面,汽车行业将成为创新的载体。

对于年轻人来说,现在进入产业或在高校发展的年轻人需要关注从0到1的原始创新,这样才能走得更远。


Q6

   了解到您也担任了上海交通大学-上海汽车工业集团总公司车用空调工程中心主任一职,您认为未来学术界和工业界在汽车领域有哪些新的合作模式和发展方向?

回顾我的求学经历,我在博士毕业之前就参与了相关工作。1996年和1997年设立的工程中心虽然规模不大,但给我带来了很多成长。除了在学校学到的知识外,与上汽合作的经历让我学到了企业的规划。他们教会我如何规划5年、10年、20年的发展,使我形成了独特的思维方式。

在后来做老师时,我注重与工业界交往,帮助很多企业从小规模发展到现在的几百亿规模。这种经历,现在的年轻人可能难以碰到。我们的导师都是从德国留学回来,非常注重大学与业界的联合培养。那时的博士导师会带我们第一次去企业,后面就让我们自己与企业接触,通过企业的条件完成研究。这方面现在的大学里较为欠缺,现在的大学教授大多是从海外拿到博士学位回来,招聘时主要看论文,与原来的培养模式有些不同。

实际上,中国也进入了这样一个阶段,所以国家现在强调产教融合,要企业参与人才培养。我认为这是一个波浪形的过程,总是阶段性地强调工程或科学,对人的要求越来越高。


Q7

   您作为 Carbon Footprints 期刊的作者,对期刊的印象如何?有什么期望和建议?

对于这个期刊,我认为非常好,首先祝贺期刊办得越来越好。虽然我从事机械行业,主要搞产品改进,但因为长期在UNEP(联合国环境规划署)做环境相关工作,所以对碳中和非常关注。


我的建议是,中国现在做具体技术的人,发的文章更多集中在具体技术方面,但对于碳政策和宏观研究的人较少,主要是文科的老师。如果期刊能够利用这一点,将文科和工科的人联系起来,可能对国家政策的制定和具体落地会有帮助。

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Carbon Footprints,碳足迹CF, Online ISSN: 2831-932X),是一本开放获取的国际性期刊,致力于出版有关温室气体(CO2、CH4、N2O等)排放相关知识以及特定时期内直接或间接产生的低碳能源转换和空气污染物、气候变化等领域内容。基于广泛的学术背景,该期刊旨在发表促进对与各种人类活动相关的碳、能源和空气污染物足迹的程度、控制它的模式和过程、碳捕获、利用和存储技术、碳、能源和空气污染物足迹之间相互作用的性质以及影响生态系统、城市系统、工业系统,环境和资源经济政策四大板块相关内容。目前,期刊编委会由主编--来自上海交通大学-联合国工发绿色增长联合研究院院长、上海交通大学环境科学与工程学院院长耿涌教授,以及其他40名成员组成。这些成员分别来自12个国家,38所大学和机构,包括阿尔伯塔大学(加拿大)、麦吉尔大学(加拿大)、北京大学、佛罗里达大学(美国)、滑铁卢大学(加拿大)、清华大学、上海交通大学、瓦赫宁根大学(荷兰) 、伍斯特理工学院(美国)等。


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