新能源汽车
新能源汽车发展主要障碍及其解决方案
徐 枭 王巧凤 (河北工业大学机械工程学院)周 荣 (中国汽车技术研究中心)
=摘要> 近年来,新能源汽车包括电动汽车和燃料电池汽车在世界上获得了快速的发展。但是由于新
能源汽车的基础建设差、性能低和成本高等原因,不能尽快大量地投放市场。文章引用全球新能源汽车的最新发展状况和动向,分析若干解决困扰的方法和设想,为新能源汽车更快更好地发展提供参考。
=主题词> 新能源汽车 障碍 分析
亿辆车的84%可以电力驱动,且不需要额外的发
0 引言
新能源汽车可有效减少市区有害气体的排放和烟雾浓度,同时也减少CO2的排放。许多国家和厂商都积极开发纯电动汽车(PEV)、混合动力电动汽车(HEV)(包括插电式混合动力电动汽车PHEV)和燃料电池汽车(FCV)。但是诸多障碍和困难了新能源汽车的发展和普及,从全球范围来看,一场打破约束、冲出困境的行动已经开展。
电厂。
日产与田纳西州以及田纳西河域管理局建立合作关系以推进PEV基础设施的开发。福特与电力研究所签署了一份为期3年的协议来开发和评估PHEV与美国电网结合的技术方法。EPRI包括30多个美国和加拿大的电力公司。福特之前与南加州爱迪生公司曾有过合作,在此合作下福特同意生产20辆EscapePHEV用于在洛杉矶地区评估。
通用汽车公司也与EPRI合作开发充电基础设施的要求和标准,并重新评价网络容量以保证基础设施的正常使用。该合作日益提升公众的注意力并使得加深对PHEV和PEV的了解。
密歇根州公共服务委员会正进行一项试验方案来评定大量采用PHEV和PEV时,从州电网获取电量值。项目将在可获得实际车辆时使用实车来分析其对家用和地区电力系统的影响,并检查在不驱动时PHEV如何将能量返回电网。委员会邀请了国家基础设施公司、电力传输公司、汽车制造商、消费者支持团队等参加了此方案。
波特兰通用电气(PGE)正开发为插电式混合动力汽车服务的充电站网络。PGE正与当地企业和合作在本地区建立12个充电站以帮助开发及测试支持插电式混合动力汽车应用所必须的
1 充电基础设施
推广PEV和PHEV的主要困难就是缺少全面的电池充电基础设施。然而,目前全球许多厂商和已经启动了电动汽车基础设施项目,来评估建立充电基础设施的方法,并正着手进行实际应用。1.1 美国
总部设在加州的ProjectBetterPlace(PBP)认为基本上所有国家的电力供应都足以向PEV和PHEV充电进行转变,仅需要增加6%的投资。假如智能充电系统能避开用电高峰期,则国内的2
收稿日期:2009-03-02
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基础设施。在PGE总部之外的首个充电站建成后,用来代替1996年为纯电动汽车建立的早期充电站。在美国,波特兰地区为人均拥有混合动力汽车最多的地区。
在加州,圣何塞正建设充电基础设施,旧金山也表达了建设这些项目的兴趣:在一系列场所如住宅车库、商业车库以及停车场、交通枢纽、工作场所以及路边停车点建立充电基础设施、快充系统、电池交换系统、智能充电系统的使用以及可再生能源燃料补给系统的合作。1.2 欧洲
PBP在欧洲正与丹麦能源公司合作引入PEV,并在丹麦建立2万个专用服务点。PBP与葡萄牙也进行合作建立类似的网络。在法国,丰田汽车公司正与法国电力公司合作,在欧洲的主要城市共同开发充电点,这些城市有大量的用户将车停在街道上。
在德国,戴姆勒公司和德国第二大电力供应商RWE公司将在柏林建立一个电池充电站网。合作方将建造500个充电站来为城市内逐渐增加的电动汽车提供服务。目前,在柏林大约有100辆Smart和奔驰电动汽车。1.3 我国和其它地区
在中国,国家最大电力公司中国国家电网公司计划在北京、深圳和天津建立电动汽车充电站。试点充电站将会为试验电动公交车及电动轿车提供服务。比亚迪已经设计完成电动汽车试验型智能充电站,并进行下一步大规模建设。
PBP大力推动着电动汽车的使用,并正在开发电池的再充电基础设施,包括充电点、电池更换站和再生能源充电站。PBP计划在以色列建立50万个电池充电站和更换站,包括公众停车场、车库以及沿街的充电点。以色列通过征收PEV购买者的费用来支持该项目。雷诺-日产公司将在3年内投资5~10亿美元来开发PEV,其电池由机器人快速更换。
在日本,日产公司及神奈川县正进行PEV基础设施开发的可行性研究,该研究包括当地的充电网络以及适当的激励条款。神奈川县希望在2014年前将PEV的使用量提升到3000辆,#8#开发氢燃料补给设施是一个巨大工程。目前,为汽车研究提供支持的汽车用氢燃料补给站已基本建立。在补给站内储存氢燃料仍然是一个难题。
截止2008年8月,在美国和加拿大约有112个氢燃料补给站,其中约有24个位于加州。美国能源部(DOE)预计建造氢燃料补给设施的费用在1000~6000亿美元之间,但通用汽车公司与壳牌加氢公司在2007年12月发布的一份报告中估计:建造112万个氢燃料补给站需要100~150亿美元,或大约是建造阿拉斯加输所耗费用的1/2。这些补给站能为100万辆FCV补给燃料,并为70%的美国人口在2英里之内放置一个氢燃料补给站。
在日本,至少有12个氢燃料补给站,其中有5个在东京城区。岩谷产业株式会社和关西电力公司已经开发出一种移动液氢补给站,此补给站安装在一个半拖车上以补给小型氢燃料汽车。
同时,本田公司已开发出家庭/加油0系统,它用来将天然气转化为氢气,同时也提供家庭供热和供电。
与美国相似,德国正鼓励开发/氢气公路0,目前在德国至少有14家氢气加注站,其中6家为私人加注站。在法国只有两家私人加注站,在欧洲其他国家数量更少。
2008年4月中旬,英国第一家氢燃料站在伯明翰大学开业,该站构成由总部设在考文垂的M-icrocab有限公司设计和建造的5辆试验性的燃料电池车的一部分。总部设在美国宾夕法尼亚州的空气化工产品公司(氢气的生产商和供应商)已专门设计了100个氢燃料站。燃料站是集氢气压缩、储存和分配为一体的系统,最佳状况时可每天
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并为其他地区探索一条模型道路。2010年,日产公司将致力于日本和美国PEV的生产,而到2012年后,会将大量市场转向全球的PEV用户。据了解,东京电力公司也在为全面的充电网络制定计划。
2 氢燃料补给基础设施
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给大约6辆车加注燃料。燃料站所需要的现场公用设施极少,这对氢燃料站的启动非常有利。2008年9月下旬,第二家空气化工产品公司的氢燃料加注站在英国的拉夫堡大学正式开业。也有在伦敦建造3家氢燃料加注站的计划;伦敦交通委员会正计划在2009年给他们车队增加70辆氢动力车辆。英国的目标是到2010年在适当位置有12家可使用的氢燃料加注站。
在交通高峰期。然而,随着其它氢生产公司已拥有用于天然气分销网络的载货汽车和运输管道,空气化工产品公司认为从设施生产氢燃料再进行运输更可行。
壳牌公司也认为现场电解装置的潜力有限。公司认为使用天然气的蒸气甲烷重整法是最好的方法,因为它能以比电解法低的成本生产大容量的氢气。橡树岭国家实验室评估包括运输和末端费用在内的工厂生产成本在每千克2.50~3125美元,该成本与每加仑汽油的成本相当,而在加注站的小厂生产成本接近每千克5美元。
宾夕法尼亚州立大学已研发出一种新的氢气生产工艺,利用自然发生的细菌和弱电解方法分解纤维塑料、葡萄糖、醋酸酯或其他挥发性酸等有机废料。唯一的排放物是水,反应器工作用水可以来自食品加工厂和其它废水处理厂。该工艺过程只需要水解法所需电能的10%左右。
丰田研发实验室宣布发现利用乙醇生产氢更有效。该新方法是:使水和乙醇的混合物通过装在一铝盒子内并含有铑和金刚砂作为催化剂的石英管中。使用微波对盒子内部加热,该热易被金刚砂吸收。试验表明1mL体积分数比为50B50的乙醇-水混合物可产生0.92L氢气,能量转化效率为80%左右,是传统技术的2倍。本田公司已研发出适合家庭使用的氢发电装置。该装置使用家庭用的天然气生产氢气,同时为普通家庭提供热能和电能。日本宣称该技术能减少排放和消费者的能源成本。相比美国普通家庭的电网供电和汽油轿车,使用家庭能源站帮助供热和供电及给轿车加注燃料的家庭估计可减少30%的CO2排放量,能源成本估计降低50%。
3 氢燃料的生产
氢的生产是一项重要的全球性业务。根据2007年12月壳牌氢能公司)通用汽车公司的报
告,目前每年的氢产量约为4000万,t足以给1.3亿辆燃料电池车提供燃料。其中1/4的氢用在石油精炼过程中。日本宣称已有能力为300万辆燃料电池车生产足够的氢。法国液化空气公司报告称:在法国,氢燃料的需求量以每年10%~15%的速度增长,预计在2008年生产59万t氢。
然而,目前绝大多数氢的生产是采用蒸气甲烷重整法,这意味着该方法产生CO2。其他生产方法包括煤(产生CO2)或生物质气化、高温水裂解和一些新兴技术,如利用阳光从水中分出氢的光解方法。用化石燃料发电,再用电使水分解的方法也产生CO2,水解的效率只有大约70%,氢气压缩的效率大约为90%,在电动机输出阶段,燃料电池将燃料能量转化为直流电的效率最大为65%,因此,电能输出到电动机输出的效率大约为41%。相比之下,直接向纯电动汽车的锂离子电池充电时,AC-DC蓄电池的充电效率大约为%,电池效率为94%,DC-AC转化效率为95%,因此,最终效率为79%。由于效率和成本原因,美国国家研究理事会的一个专家小组称PHEV是更有前途的替代车。
全球最大氢生产商空气化工产品公司已完成85个氢加注站的项目,为6万辆FCV加注燃料,如果加注设施建成,他们有信心为10万辆燃料电池车提供足够的氢燃料。尽管如此,公司认为在加注站现场电解氢仍是不现实的,因为需要巨大的储存量及如何处理供应与需求的问题,特别是
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4 续驶里程
对许多消费者来说,在电动模式时,PEV和PHEV行驶距离有限仍是个问题。尤其是PEV,它没有装载续驶里程较大的内燃机(ICE),再充电时也需要很长时间。尽管如此,戴姆勒克莱斯勒的研究指出大多数欧洲人每天行驶距离约50km,而PEV的续驶里程是其2倍为97km,对于这些消费
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者来说已足够。类似的雪佛兰Volt车每次再充电的续驶里程目标约为km,对于美国大约78%的上班族来说已足够。
目前所选用制造商的23辆PEV的续驶里程,平均值为185km,行驶里程范围~402km。仅使用电动模式的10辆PHEV平均续驶里程为68km,行驶里程范围26~97km。
0121美元高达34.40美元,每英里人工成本为7187美元对0184美元,燃料成本为每英里2186美元。除此之外,燃料电池公共汽车的可靠性略差,燃料电池公共汽车的使用率为65%,柴油公共汽车的使用率为80%。另外,加注设施的效率只有50%,有一半的氢散失到大气中,这样就使燃料成本增加1倍。
5 成本
目前HEV和PEV所使用的蓄电池组的价格依然昂贵,首批大规模销售的PEV和PHEV所需的研发成本将由消费者承担。通用汽车公司认为
PHEV的电动续驶里程每增加16km其成本将增加约1500美元,但丰田的Prius续驶里程增加16km的成本为5000美元。在2006年,能保证PEV续驶里程为563km的锂离子蓄电池的成本估计为115万美元。主要的汽车制造商都认为,当产品规模达到大规模时,成本很容易降下来,但目前大多数PEV的小批量制造商不能够做到这一点。尽管燃料电池堆的成本自2000年至今已降低了10个百分点,但目前FCV的价格估计仍然约为15万美元,这比估计的早期用户市场可以接受价格高出2或3倍。白金仍用作燃料电池的催化剂,每单元的成本约为7500美元,厂商希望到2015年白金的用量减少到10%。届时,燃料电池每输出1kW的成本为50美元或输出功率为100kW普通电动汽车的成本为5000美元。相比之下,一台昂贵的汽油内燃机的价格约为1500美元。氢储存罐的价格也必须考虑到,目前一个7.35万Pa的储罐及其冷却系统价格为1.5万美元。
除此之外,运行成本也相当高。例如在2008年2月,加利福尼亚州的圣塔克拉拉山谷交通管理局报告说它所管辖的3辆氢燃料电池公共汽车平均每英里的总运行成本为51.66美元,是常规柴油车辆平均每英里总运行成本32倍。燃料电池公共汽车的配件每英里成本相比柴油车辆的
6 结语
从文中可以看出,新能源汽车在实际应用方面可谓困难重重,不仅有基础设施不足,也有技术价格等不利因素,不过可以肯定的是,就像以往的技术革新一样,新能源汽车总会冲破阻碍服务社会。
参考文献
1 周荣,徐枭,等.汽车先进的整车与总成开发技术跟踪和研究[R].天津,2008.
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4 胡骅,宋慧.电动汽车(第二版)[M].北京:人民交通出版社,2006.10.
5 MichaelMurphy,BSc,MPhil(HonsI).Passengercarfuele-fficiency:technologiesandtrendsto2015[C].London,2008.
Abstract
ThenewenergyvehicleincludingEVandFCVhasbeenrapidlygrowinginrecentyearsworldwide.However,itcannotputintothemarketassoonaspossiblebecauseofpoorinfrastructure,lowperform-anceandhighprice.Thearticlequotedthedevelop-mentandthelatesttrendofthenewenergyvehicle,andanumberofwaysandideastosolvetheproblemareanalyzed.Thereferencefornewenergyvehiclefasterandbetterdevelopmentisprovided.
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