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2011年9月6日星期二

电力驱动:运输业发展的方向?

電力驅動:運輸業發展的方向?:

現代社會人類的活動範圍越來越大,使用的物資的來源越來越廣,物資的交流越來越頻繁。每時每刻,都有無數的飛機,輪船,火車,汽車等等各類交通工具匆忙來往於各地,維持著現代社會的正常運轉,這就是運輸業。


運輸業是能耗大戶,消耗著人類活動百分之二十的能源。與人類其他活動複雜豐富的能源來源不同,運輸業使用的能源形式相對單一:石油為運輸業提供了百分之九十五的能量。


石油:時代將盡




運輸業選擇石油的原因非常簡單:石油產品的使用非常方便,各種內燃機技術非常成熟;石油產品還可以很方便地存儲,隨用隨取;石油產品的能量密度很高,一公斤就可以存儲相當於十幾度電的能量;石油的供應量也巨大,目前每天八千五百萬桶的產量至少還可以維持十數年。這些特性,目前還沒有任何其他的能源可以與之相比。


但是石油的大規模應用也帶來了很多問題。石油是碳基燃料,其開採,煉製,運輸,使用過程中排放的溫室氣體超過人類活動排放溫室氣體總量的四分之一,這還是中遠期的影響。在石油開採地,石油自身帶來的環境代價就非常嚴重,去年美國墨西哥灣的深海採油洩露事件就是一個很典型的石油開採導致的生態災難。而小規模的洩露事件更是經常發生,甚至連新聞都缺少了報導的興趣。石油資源的分佈也非常不均勻,重要產地往往也是政治敏感地區,隨時威脅著石油供應的安全。所以如果有辦法,人們還是需要尋找石油的替代品。


即使不考慮石油的環境影響,人們也需要尋找石油替代品了,原因也很簡單,石油要不夠用了。石油曾經是非常廉價的能源,一桶石油提供的能量,曾經可以把三五十桶的石油開採到地面,加工成成品,送到用戶面前。但是,隨著超過一點二萬億桶石油已經被人類消耗,這類開採方便廉價的石油已經所剩不多。人們已經開始開發那些並不方便的石油資源,比如深海開採,油砂,頁岩油等等。這些非常規石油資源的開採需要消耗大量的能量,提升了石油開採的成本,也給環境帶來更大壓力。可以說,廉價石油的年代已經結束了。


更麻煩的是,這些非常規石油資源也不是無限的,石油的開採高峰很可能已經近在眼前,可開採的石油資源可能在幾十年最多百多年左右枯竭,而運輸業卻是能量消耗增長最快的領域。人類要滿足自己對於運輸的需求,必須尋找其他的能源方式,必須改變目前已經成熟的運輸方法。在這個背景下,電動車輛,就成了運輸業的一個重要選擇。


電動車:優勢與限制




可以說人類的運輸必然要走向電驅動。曾經承擔運輸業主力的鐵路已經大部分完成電氣化,對於運輸業裡面消耗最多能量的公路運輸來講,電動汽車也是必然的發展方向。


電動車自身有很多好處,最大的優點,就是在使用端零排放。這樣,目前困擾著大城市的汽車粉塵、有機煙霧、一氧化碳、氮氧化物排放等等直接污染就可以立刻得到緩解,為減輕城市的環保壓力作出貢獻。同時,電動汽車使用的是電力,可以擺脫對石油的依賴。而因為可再生能源大多數都在以電的形式被應用,隨著電的來源越來越清潔,電動車所帶來的環境優勢將會更加明顯。


但是目前的電網的確不夠清潔。目前世界大部分國家的電力來源仍然以煤炭和天然氣為主,而煤炭火力電站的污染非常嚴重,不僅僅排放大量的溫室氣體,煤炭火電還會產生硫化物,氮氧化物,顆粒污染物等的排放,甚至煤炭利用造成的核污染也遠遠高於核電造成的核污染。由於礦山安全問題,煤炭開採的生命代價也很高。此外,目前的技術水平下,電動車的製造與傳統內燃汽車相比也要消耗更多的資源,造成更大的環境危害。綜合下來,目前階段在很多國家推廣電動車,從生命週期角度考慮並沒有多少環保優勢,可能只是造成污染轉移。甚至可能電動車在生命週期中排放更多的污染物。中國去年就有研究表明,根據目前的電網結構,普及電動車的環保好處有限,硫排放和氮氧化物排放都比汽油車高上數倍;美國相關的研究也顯示,目前階段全電車的生命週期環境代價高於內燃氣車。


電動車自身的技術也有待突破。人們現在已經習慣了內燃汽車帶來的方便,一箱油五六百公里的行程成了標準要求。但是對於電動汽車來講,這個行程需要攜帶的電量就太大了。由於目前電池技術水平的限制,單位重量和體積所攜帶的能量太低,大多數全電動車的行程仍然只能被限制在一兩百公里之內。超過這個行程後,電動車的重量增加太多,效率降低,製造成本也大幅度升高,推廣面臨困難。而這麼短的行程用戶是否接受,是否願意改變用車習慣,還需要在實踐中摸索,電池技術恐怕仍然需要更大的突破。


充電速度也是一個電動車推廣過程中需要解決的問題。目前的常規技術的充電速度很慢,往往需要幾個小時,雖然理論上說可以利用後半夜用電低谷的時候充電幾個小時,但是在實際應用中,一輛本來行程就不長的車經常處於缺電狀態,顯然無法應付一些突發事件,用戶能否接受,也需要實踐考驗。當然針對這個問題,也有了很多解決辦法,比如快速加電站,比如電池更換等等,這些新概唸給解決這個問題帶來了希望,不過實際效果如何,仍然需要實踐檢驗。


針對全電動車的這些問題,混合動力汽車就成了一個不錯的選擇。油電雙驅動的混合動力汽車已經成功在市場上運行了十幾年,其超低的油耗在目前高油價的背景下越來越受到用戶歡迎,加入這個行列的製造廠家越來越多。不過目前的油電雙驅動汽車仍然使用內燃機,更像是一個節油效果很好的內燃汽車,並不能使用電網的供電。


插入式混合動力車就更像是電動車了。插入式電動車平時依賴電網充電,進行能源補充,所攜帶的能量足夠短途使用。在進行長途運行的時候,插入式電動車又可以使用燃油,通過燃油燃燒發電來提供電力。這樣,在使用的大多數時候,插入式電動車都可以使用電網提供的電力,同時也解決了長途運行以及緊急情況下的使用問題。另一方面,由於內燃機只用於發電,可以保持在效率最高的工作狀態下運行,也可以進一步提高燃油的利用率,降低對環境的影響。這個方案,在很多國家被視為目前階段電動車的重要發展方向。


無論如何,電動車非常可能是未來運輸的解決方案,雖然目前在實際應用中仍然有一些技術問題,但是隨著各國政府對電動車發展的重視,大的車輛製造企業加大研發投入,相信這些問題終將得到解決。目前已經進入到電動車的工業推廣嘗試階段,在較大應用規模中尋找暴露出的具體技術問題,尋找推廣方法模式,為大規模商業推廣進行相關技術準備,積累經驗。也許二三十年後,電動車就可以佔到重要的比例,最終擺脫對石油的依賴。

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