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未來新能源汽車的三種設(shè)想

2009-09-10 10:01:52 能源雜志

眼下全世界對新能源汽車研究都十分重視,但問題是這些研究太重視車輛而輕新能源技術(shù)、裝備的研發(fā)。借新能源之名行內(nèi)燃發(fā)動機(jī)改良之實(shí),如混合動力、乙醇、甲醇汽油、天然氣、液化石油氣、二甲醚、燃?xì)浒l(fā)動機(jī)等,實(shí)際上這些研究離真正意義上的新能源尚遠(yuǎn)。即使是二次電池儲能、電機(jī)驅(qū)動車輛也只是常規(guī)傳統(tǒng)技術(shù),不過性能不同而已。其實(shí),真正的新能源汽車應(yīng)該在于通過新的裝置產(chǎn)生動力驅(qū)動汽車行使。因此,名副其實(shí)的新能源汽車使用的能源發(fā)生裝置應(yīng)該是:研發(fā)多年并有示范產(chǎn)品的“氫氧燃料電池發(fā)電裝置”,已有實(shí)驗(yàn)原型機(jī)的“移動式途中

  無線供電系統(tǒng)”,以及正在啟動研究的“濃縮海水聚變發(fā)電裝置”等。

  就此三項(xiàng)而言,所需能源依次是氫和氧,常規(guī)電轉(zhuǎn)換成的電磁能和取之不盡的海水。至于二次電池,不管將來性能多么完美,都還只是一個儲能器。太陽能汽車、風(fēng)能汽車從實(shí)用角度來看,只能是前面幾項(xiàng)技術(shù)的一個輔助發(fā)電裝置,因?yàn)槠洚a(chǎn)生的電量有限而且是靠天發(fā)電,在市區(qū)林蔭道等地方毫無用武之地。

  移動式途中無線供電系統(tǒng)、海水濃縮聚變發(fā)電裝置這兩項(xiàng)離示范樣機(jī)尚遠(yuǎn),但前景誘人,給人以無限想象空間。應(yīng)該注意的是,智慧的幻想是偉大發(fā)明的前兆。而我們目前缺的就是這種意識和勇于嘗試的行動及獨(dú)立思考的精神。

  氫氧燃料電池

  在跨世紀(jì)的電動汽車研發(fā)技術(shù)中,氫氧燃料電池最為熱門也最受重視,尤其是在美國,受重視程度不亞于“曼哈頓工程”和“阿波羅計(jì)劃”。現(xiàn)今美國在這一領(lǐng)域取得了絕對的優(yōu)勢,但商業(yè)化日程卻一再推遲,究其原因是制造成本高昂,氫燃料的供給困難。但各國政府、企業(yè)、研發(fā)者仍未放棄,期望有一天能取得成功。

  燃料電池不是電池,實(shí)際上是一套氫氧發(fā)電裝置。如果氫源不是純氫,而是由汽油、甲醇等碳?xì)浠衔锝?jīng)改質(zhì)器分離出純氫進(jìn)行發(fā)電,那么改質(zhì)器實(shí)際上是一套化工反應(yīng)裝置。試想,車上裝了一個“化工車間”和一個“發(fā)電車間”,成本能低嗎?再加上鉑催化劑和進(jìn)口膜、高壓氧氣泵,成本更是愈加高昂。燃料電池的出路在簡單,惟有簡單才能實(shí)用和普及,否則只能是樣機(jī)。如果做不到簡單,將來的車輛駕駛員、維修者都得是專業(yè)人員。最后是氫氣加注、氫氣泄漏及安全性問題,這些都是市場化的前提,但很難跨越。

  筆者認(rèn)為燃料電池產(chǎn)業(yè)化的成功率大致是50%。而業(yè)界對此的爭論也是不可開交,繼續(xù)力托“氫經(jīng)濟(jì)”者有之,反對或建議停止、放緩研發(fā)者也不乏其人。其實(shí)不緊不慢也許較為合理,只要是按照技術(shù)發(fā)展規(guī)律辦。

  當(dāng)然,燃料電池汽車示范項(xiàng)目是沒有問題的。在特定場合(如公交線路)、有加氫設(shè)施的地方可以使用。若用金屬氫化物貯存氫氣,在15℃以上是可以正常釋放氫氣發(fā)電的,要在常年平均氣溫在15℃-20℃的地區(qū)使用,那么在北緯30°以南地區(qū)是完全適用的,且氫氣貯存十分安全。在宜駛的區(qū)域示范運(yùn)行是商業(yè)化、產(chǎn)業(yè)化的第一步。

  移動無線途中供電新技術(shù)

  筆者在七、八年前曾接觸過此技術(shù),如今在海歸人員中也有研究此項(xiàng)技術(shù)的。無線充電技術(shù)是電動 汽車(二次電池為動力源)的最高境界,猶如飛機(jī)之空中加油一般,可以在車輛行使途中,在具有移動充電設(shè)施的路途上進(jìn)行超快充電,或直接將電能無線引入車中驅(qū)動電動機(jī),最終驅(qū)使車輛行使。這個夢想多年來一直吸引著人們,目前該技術(shù)(IPT)已應(yīng)用于室內(nèi)平面、垂直輸送機(jī)械,供電與受電距離是CM級的,其原理猶如變壓器的原邊與副邊之電能傳輸。國外曾有人應(yīng)用于游樂場的電動車輛,但車輛必須像有軌電車一般沿供電帶行使,偏離出有效距離后無法受電。這一技術(shù)目前受CM級供電之局限,難以應(yīng)用于道路用電路汽車,但可以給電動汽車提供非接觸充電。

  最近美國麻省理工學(xué)院一個科研小組經(jīng)過多年努力,成功研制出樣機(jī),在兩米以上距離的固定的供電器、受電器之間成功進(jìn)行60W功率的電磁能傳輸。筆者認(rèn)為,該項(xiàng)技術(shù)最終將發(fā)展到移動無線供電。我國相關(guān)人士應(yīng)密切關(guān)注此技術(shù),并適時(shí)啟動原理性研究。

  研發(fā)可以按照以下步驟:會同物理學(xué)家、電工專家弄清電磁共振原理,研制無線供電、受電樣機(jī),達(dá)到在3-4米間距傳送電能的要求,解決固定供電、移動受電的具體措施;建立實(shí)驗(yàn)性無線供電、移動受電的實(shí)驗(yàn)道路,造出帶有受電器的電動汽車,載有計(jì)算機(jī)控制、帶有通訊功能的計(jì)費(fèi)器械聯(lián)絡(luò)設(shè)備(即車頂盒),使行駛途中的電動汽車猶如空中加油飛機(jī)般得到電能,供電機(jī)驅(qū)動或充入車載電池中貯存;車輛移動受電與車速有關(guān),應(yīng)從低速開始逐步向高速升級。

  這也許是電動汽車?yán)m(xù)能的最高階段、最完美境界。它取決于“電磁共振”技術(shù)的突破,取決于供電器、受電器的性能和車輛行駛中的受電能力。這項(xiàng)技術(shù)成功了,電動汽車即便仍需用電池儲能,其容量也很小了,進(jìn)而最終拋棄重量、體積過大的電池。屆時(shí)馬路旁或上空布設(shè) “電磁共振”供電設(shè)施,行駛于馬路上的電動汽車以智能付費(fèi)方式通過計(jì)算機(jī)控制得到供電,電能源源不斷按需供給驅(qū)動電機(jī)或儲電設(shè)備,人們也將不會再為途中無電而煩惱。

  這種移動途中無線供電之車輛,即無軌無線電動汽車最適宜于長途大客車、長途運(yùn)輸?shù)目ㄜ嚒S呻娋W(wǎng)公司組織參與建設(shè)道路供電設(shè)施是最好的辦法。另外,該項(xiàng)技術(shù)也可用于“氣懸浮列車”、電氣化列車等。

  海水聚變發(fā)電

  海水中含有豐富的氘和氚,而氘、氚發(fā)生聚變反應(yīng)所釋放出來的能量,是同質(zhì)量裂變核燃料發(fā)生裂變反應(yīng)所釋放能量的4-5倍。1.5kg氘、氚混合物發(fā)生聚變反應(yīng)可釋放出5.8萬噸TNT當(dāng)量的能量。每1L海水中含30mg氘用于聚變反應(yīng)產(chǎn)生的能量相當(dāng)于300L汽油燃燒,即1L海水相當(dāng)于300L汽油。而且聚變產(chǎn)生的能量不像裂變那樣有放射性,它是一種清潔能源。核聚變發(fā)電各國都在實(shí)驗(yàn),中國的“人造太陽”托克馬克裝置已運(yùn)行多年,當(dāng)然這種裝置未來成功后將主要用于大型發(fā)電廠。

  上述裝置將來可能用于車輛、船舶的聚變核反應(yīng)發(fā)電機(jī),與上述情況不同。首先,發(fā)電量在幾百到幾千千瓦時(shí)的范圍,其次必須是微型化、輕量化,否則無法用在車輛、船舶上。另外,聚變核反應(yīng)的燃料不是氘和氚,而是氘化氚。若按海水含有0.015%氘化氚,平均“燒”掉一個氚可提供7.2Mev(兆電子伏)能量來計(jì)算,從幾升海水中提取的氚,即可提供1萬千瓦時(shí)能量,這相當(dāng)于千余升汽油供給的能量。次高溫?zé)岫寻l(fā)電技術(shù),是一種區(qū)別于托克馬克裝置“人造太陽”的新型受控聚變熱核反應(yīng)堆。1噸濃縮海水核燃料,可發(fā)出相當(dāng)于300噸汽油所發(fā)出的電量,而且不存在排放有害物質(zhì)與核污染問題。或許,這種方式可以徹底解決人類用盡石油和煤炭之后的能源問題。用次高溫堆發(fā)電技術(shù)制造的發(fā)電機(jī)組可大可小。大可至幾百萬千瓦時(shí),用于大型發(fā)電廠,發(fā)電成本可降至3.5分/千瓦時(shí),而小可至幾個千瓦時(shí),安裝在電動汽車上。在不久的將來,人類駕駛以濃縮海水做燃料并且零排放的電動汽車并不是夢想。

  海水聚變反應(yīng)發(fā)電機(jī),首先由反應(yīng)堆產(chǎn)生核熱能量,再由此熱能對水進(jìn)行加熱,產(chǎn)生一定氣壓的蒸汽來推動渦輪機(jī)、汽輪機(jī)發(fā)電,并由這個電源驅(qū)動電動汽車的電機(jī)工作使車輛行駛。當(dāng)然也可直接由渦輪機(jī)、汽輪機(jī)輸出扭矩、轉(zhuǎn)矩直接驅(qū)動汽車行駛。

  汽車裝了海水聚變反應(yīng)發(fā)電機(jī)后,汽車可半年到一年加一次燃料(海水)。燃料(海水)費(fèi)用幾乎是免費(fèi)的,每一升可能只要幾元人民幣,其釋放能量等于300L汽油之能量釋放。并且,這種方式是零排放,人們也不再為二氧化碳等溫室氣體排放而煩惱。同時(shí)噪聲、機(jī)械震動與純電動汽車一樣輕微,其余熱還可以為車輛提供冷、熱空氣調(diào)節(jié)。這種汽車日后能產(chǎn)業(yè)化、商業(yè)化,世界汽車業(yè)也將產(chǎn)生一次飛躍、一次革命,加油站或?qū)⒊蔀闅v史,充電站失去必要,原有汽車研發(fā)、生產(chǎn)格局也隨之改變。也許中國汽車企業(yè)有了趕超世界先進(jìn)水平的一次機(jī)遇。但必須要行動,“守株待兔”肯定是枉然的。

  對于次高溫?zé)岫眩êK圩兎磻?yīng))發(fā)電技術(shù),全世界研發(fā)都還只是剛起步,而我們已在第一梯隊(duì)靠前位置。目前我國已有800瓦和2千瓦的實(shí)驗(yàn)樣機(jī),當(dāng)然這個裝置目前更合適于地面固定式大型發(fā)電廠,其發(fā)電量為百萬千瓦時(shí)級的規(guī)模。要將這種原理的發(fā)電裝置用于船舶相對比較容易,因?yàn)榇暗呐撊菘臻g能安裝得下,而且重量也不會太大。而用于汽車則必須輕量化、微型化,必須以汽車可能的安裝空間、可承受的重量作為目標(biāo)依據(jù)。

  海水聚變反應(yīng)發(fā)電機(jī)也許會在5到10年后這個不遠(yuǎn)的將來逐漸開始真正應(yīng)用,我們姑且命名為原子能汽車。如果我們以發(fā)明家的毅力和智慧,企業(yè)家的敏銳反應(yīng),馬上動手,一往無前,百折不撓,并廣匯各種相關(guān)專業(yè)知識、技術(shù)、設(shè)備,這個目標(biāo)是可以達(dá)到的,關(guān)鍵是思路、認(rèn)識。

  抓住機(jī)遇開發(fā)新技術(shù)

  中國從“八五”開始,直至目前的“十一五”,在數(shù)個五年計(jì)劃里,都在進(jìn)行新能源汽車研究。當(dāng)時(shí)的認(rèn)識是,我國在內(nèi)燃機(jī)汽車方面與國外差距很大,難以趕超,而新能源汽車與國外相差不大,有可能達(dá)到并駕齊驅(qū)的目標(biāo),因此連續(xù)二十年持續(xù)投入研發(fā)。目前中國汽車企業(yè)甚多,產(chǎn)能已趨飽和,而且都是內(nèi)燃機(jī)汽車,以合資企業(yè)為眾。現(xiàn)在對于新能源汽車,經(jīng)濟(jì)實(shí)力有了,研發(fā)基礎(chǔ)雄厚。但企業(yè)目前以市場占有率、盡快獲得投資回報(bào)為目的,對研發(fā)新能源電動汽車反而積極性不高、主動性不夠。同時(shí)背上了既有產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)、現(xiàn)有產(chǎn)品市場這個包袱,企業(yè)全然沒有了二十年前的那種沖勁。同時(shí),這種現(xiàn)象也充分反應(yīng)在管理部門的作為方面,新能源汽車上牌上市長時(shí)間不能確定即可作為佐證。

  這與上世紀(jì)發(fā)生在半導(dǎo)體領(lǐng)域的案例有所類似:半導(dǎo)體問世以后,瑞士鐘表業(yè)公司很快生產(chǎn)出了石英數(shù)字手表。石英手表比發(fā)條手表走時(shí)更準(zhǔn)確、價(jià)格更便宜。但由于瑞士在機(jī)械表上投資太大,因此決定局部推出石英表,且以高檔奢侈品定位。這一機(jī)遇被日本精工抓住了,利用這一技術(shù)再加上日本工藝,以更低成本、輕巧外形迅速推向市場,數(shù)年后幾乎占領(lǐng)了這一領(lǐng)域100%市場。瑞士公司如夢初醒,但為時(shí)已晚,將這一市場拱手讓給日本公司。

  新能源汽車與前述案例會否出現(xiàn)相似之處,若干年后出現(xiàn)了結(jié)局才知道。但筆者認(rèn)為,這至少是“企業(yè)柔道戰(zhàn)略”的依據(jù)。若不利用這種機(jī)遇,中國車企難以制勝。同時(shí)我們的科研計(jì)劃也難以取得預(yù)計(jì)的效果。

  (作者為江蘇常熟合眾環(huán)保能源技術(shù)研究所所長)
 




責(zé)任編輯: 中國能源網(wǎng)

標(biāo)簽:新能源 汽車