未来汽车新能源探讨

未来汽车新能源探讨 未来汽车新能源探讨 发布时间: 2009-3-25 8:55:00 来源：沙永康 阅读88次 【大 中 小】 [我来评论] 摘要提示：汽车新能源是相对目前内燃发动机、二次电池、一次性电池而言的。它必须是消耗新的能源或新的转换技术装置转换成另一种能源、产生机械能，从而驱动车辆行使。因而符合这一条件的有以下几种：氢氧燃料电池（发电装置）、移动或无线途中供电磁能技术（装置）、海水浓缩聚变发电装置等，其余只能是改良性质的。 新能源汽车 眼下世界上众多国家对新能源汽车研究十分重视，投巨资下大力气进行研发，但均重视车辆、轻新能源技术、装备的研发。借新能源之名行内燃发动机改良之实，如混合动力、乙醇、甲醇汽油、天然气、液化石油气、二甲醚、燃氢发动机等，实际上大家明白；离真正意义上的新能源尚远。另外，二次电池储能、电机驱动车辆也是常规传统技术，只是性能不同而已。笔者认为：真正新能源它通过新的装置产生动力驱动汽车行使。因此，名副其实的新能源汽车其所用能源发生装置应该是：氢氧燃料电池发电装置，这已研发多年并有示范产品。另外现在有实验原型机的“移动式途中无线供电系统”，以及正在启动研究的浓缩海水聚变发电装置等等。 就此三项来看，所需能源是氢、氧，常规市电转换成电磁能和取之不尽、用之不竭的海水。将它们立为新能源或新的供能方式相信不会有问题。至于新的二次电池将来性能多么完美它还是一个储能器。太阳能汽车、风能汽车从实用角度来看它只能是前面几项技术的一个辅助发电装置，它产生的电量有限却靠天发电，而且在市区林荫道上则是无用武之地的。压缩空气汽车实用还很远。 燃料电池发电装置、海水浓缩聚变发电装置、移动式途中无线供电系统本人略知一二，后两项离示范样机尚远，但前景诱人，给人以无限想象空间，使人想入非非，但智慧的幻想是伟大发明的前兆。那些改变世界的发明开始时往往像一种旧事物的改良。而我们目前缺的就是这种意识和尝试一下的行动及独立思考的精神。 本人试就三项未来新能源在汽车上的应用作一下设想，抛砖引玉，共享科技大策。 新能源汽车之氢氧燃料电池 电动汽车盼望已久的发电装置 跨世纪的电动汽车研发项目中，数氢氧燃料电池最为热门也最受重视。被各国领导人所关注，在美国受重视程度不亚于“曼哈顿工程”、和“阿波罗”。现今美国在这一领域取得了绝对的优势，但商业化日程一再推迟，究其原因是制造成本、氢燃料的供给，这将困扰这一产业的发展，也决定了这一产品能否形成商业化、产业化。各国政府、企业、研发者均未放弃，期望有一天突破围城取得成功。 燃料电池不是电池，它实际上是一套氢氧发电装置。如果氢源不是纯氢而是由汽油、甲醇等碳氢化合物经改质器分离出纯氢供发电，那么改质器实际上是一套化工反应装置。车上装了一个“化工车间”和一个“发电车间”，它能简单吗？成本能低吗？再加上铂催化剂和进口膜、高压氧气泵，想降低成本难！而且需要钥匙一拧车辆就能启动，且要求在数秒钟内由0KM加速至100KM以上，这要由改质器分离氢气再发电，且电机功率为15KW-20KW，那么大的电能在钥匙一拧之间能发出来吗？不可能！这就有了锂电池加燃料电池的混合动力汽车这个怪物出现，能实用吗？能产业化、商业化吗？燃料电池的出路在简单，惟有简单才能实用、才能普及，否则只能是样机。如何才能简单：一是思路改变，二是技术的改进和突破，三是替代，四是氢氧供应系统常温常压下工作，这对氢氧供应就容易了。如果做不到简单，将来的车辆驾驶员、维修者都得研究生水平才行。最后是氢气加注问题、氢气泄漏及安全性问题都是市场化、实用化的前提。它们无法跨越。 燃料电池及汽车发展至今天，人们展望其产业化、商业化前程如何、成功率多大，笔者认为50％。对此继续力托“氢经济”者有之，反对或建议停止，放缓研发速度者也不乏其人，争的不可开交。其实不紧不慢、不弃不离也许较为合理，按技术发展规律办。 许多新科技研发进程也富有戏剧性，上世纪八十年代燃料电池更热门的超导技术、现在是没有人们所希望的那样立即实用，原因是常温超导材料还没找到，再者磁流体发电、磁制冷、声波制冷、半导体制冷等都没有出现人们期望的奇迹，但研发者不应放弃，再有电流变技术，核聚变发电和当下也十分热门的纳米技术都需要进一步研究。磁悬浮列车也只有示范尚未有商业化运营的线路。有的甚至有如“鸡肋”但怎忍心放弃呢，也许我们心急了点。 当然燃料电池汽车示范是没有问题的，在特定场合（如公交线路），有加氢设施的地方可以使用，若用金属氢化物贮存氢气，在15℃以上是可以正常释放氢气发电的，要在常年平均气温在15℃-20℃的地区使用，那么在东南亚、北纬30°以南地区是完全适用的，且氢气贮存十分安全。在宜驶的区域示范运行是商业化、产业化的第一步。 国家“九·五”“863”计划之“氢氧燃料电池汽车项目”启动初期，我们研究所与中科院大化所曾共同商定过：用于电动摩托车的1kwh以下的发电堆，金属储氢材料储氢器。就是在常温下放氢的安全装置，但由于前者一直未形成产品，故此项目不了了之。 2007年5月18日美国《每日科学》网站报道：美国科学家已研发出一种方法把铝镓合金丸加上水就会产生纯氢，使燃料电池发电或内燃机燃烧。或许为此开辟一个新的制氢路子，使原来困扰人们的难题能得以有效解决，使燃料电池尽快商业化、产业化。 移动无线途中供电新技术 电动汽车充电如飞机空中加油 笔者在七八年前曾接触过此技术，在海归人员中也有研究此项技术的。无线充电技术是电动汽车（二次电池为动力源）的最高境界，犹如飞机之空中加油一般，可以在车辆行使途中，在具有移动充电设施的路途上或场合中进行超快充电，或直接将电能无线引入车中驱动电动机，最终驱使车辆行使。这个梦想已吸引人多年，人们也做过有益尝试，目前该技术（IPT）已应用于室内平面、垂直输送机械，其供电与受电距离是CM级的。其原理犹如变压器的原边与副边之电能传输。国外曾有人应用于游乐场的电动车辆，但车辆似有轨电车一般需沿供电带行使，偏离出有效距离后无法受电。这一技术受CM级供电之局限，难以应用于道路用电路汽车，但可以给电动汽车提供非接触充电，如GE公司的插头板和目前国内已有手机非接触充电，原理是传输电磁能而非电能。 最近美国麻省理工学院一个科研小组经过多年努力，成功研制出样机，在两米以上距离的供电器、受电器之间成功进行60W功率的电磁能传输，但两者之间是固定的而非电动汽车移动工况下的供电。但它的发展会达到移动无线供电的。我国相关专业应关注此技术，并适时启动原理性研究。 研发步骤是：汇同物理学家、电工专家弄清电磁共振原理，研制无线供电、受电样机，达到在3-4米间距传送电能之要求，解决固定供电、移动受电的具体措施。建立实验性无线供电、移动受电实验道路或场地，造出带有受电器的电动汽车，载有计算机控制，带有通讯功能的计费器械联络设备（车顶盒），使行驶途中的电动汽车犹如空中加油飞机般的得到电能，供电机驱动或充入车载电池中贮存。同时固定供电、移动受电必须由驾驶员操控，即需要时供电，反之关断电源。车辆移动受电与车速有关，应从低速开始逐步向高速升级。 这也许是电动汽车续能之最高阶段、最完美境界。它取决于“电磁共振”技术的突破，取决于供电器、受电器的性能和车辆行驶中的受电能力。这项技术成功了，电动汽车即便仍需用电池储能，其容量也很小了，进而最终抛弃者令人不爽的电池。届时马路旁或上空布设了“电磁共振”供电设施，行驶于此马路上的电动汽车以智能付费方式通过计算机控制供电，电能源源不断按需供给驱动电机或储电器具，将永不再为途中无电而烦恼。 这种移动途中无线供电之车辆，即无轨无线电动汽车最适宜于长途大客车、长途运输的卡车。若建设道路供电设施，电网公司参与建设最好。无线移动供电技术也可用于“气悬浮列车”、电气化列车等。 海水聚变发电 给电动汽车安个热反应发电堆 人们共知海水中含有氘和氚，氘氚发生聚变反应所释放出来的能量，是同质量裂变核燃料发生裂变反应所释放能量的4-5倍，1.5kg氘氚混合物全部发生聚变刻释放出5.8万吨TNT当量的能量。每1L海水中含30mg氘用于聚变反应刻产生能量相当于300L汽油燃烧产生的能量，即1L海水相当于300L汽油。更有利的是，聚变能不像裂变能那样产生放射性，它是一种清洁能源。核聚变发电各国都在实验，中国的“人造太阳”托克马克装置已运行多年，当然这种装置未来成功后将主要用于大型发电厂。 将来可能用于车辆，船舶的聚变核反应发电机（堆），与上述情况不同，它若用于车辆、船舶这种移动设备，其发电量在十几KWh、几百KWh、几千KWh这种范围。其次必须是微型化、轻量化，否则无法装置在车辆、船舶上。再有是聚变核反应的燃料不是氘和氚，而是氘化氚。若按海水含有0.015％氘化氚这一概率计算，那么，用其作燃料则平均“烧”掉一个氚就可提供7.2Mev（兆电子伏）能量。据此计算，从几升海水中提取的氚，即可提供1万KWh能量，这相当于千余L汽油供给的能量。次高温热堆发电技术，是一种区别于托克马克装置“人造太阳”的新型受控聚变热核反应堆。1吨浓缩海水核燃料，可发出相当于300吨汽油所发出的电量，而且不存在排放有害物质与核污染问题。或许，它可以彻底解决人类用尽石油和煤炭之后的后续能源问题。用次高温堆发电技术制造的发电机组可大可小，大可至几百万KWh，用于大型发电厂，发电成本可降至3.5分人民币/KWh。而下可至几个KWh，安装在电动汽车上。可以预见不久的将来，人类驾驶以浓缩海水做燃料并且零排放的电动汽车并不是梦想。 海水聚变反应发电机，首先由反应堆产生核热能量，由此热能加热水使之产生一定气压的蒸汽来推动涡轮机、汽轮机发电，由这个电源驱动电动汽车之电机工作使车辆行驶。也可直接由涡轮机、汽轮机输出扭矩、转矩直接驱动汽车行驶。或用其他转换方法将核热能转换成机械能、电能，再以这种能量驱动车辆行使。 汽车装了这个海水聚变反应发电机后，汽车加一次燃料（海水）可半年或一年再补充一次。它不再依赖石油等化石能源。且燃料（海水）费用几乎是免费的，约几元人民币1L，其释放能量等于300L汽油之能量释放。它是零排放的，不再为尾气排放、一氧化碳、二氧化碳等温室气体排放而烦恼。同时它的噪声、机械震动与纯电动汽车一样轻微。它的余热可为车辆提供冷、热空气调节。这种汽车日后能产业化、商业化，使世界汽车产生一次飞跃、一次革命，他将在石油用尽后，使加油站成为历史，使充电站失去必要。原有汽车研发、生产格局随之改变。也许中国汽车企业有了赶超世界先进水平的一次机遇。但必须行动、准备参与，“守株待兔”是枉然的。 对于次高温热堆（海水聚变反应）发电技术，世界上刚起步，而我们已在第一梯队靠前位置。目前已有实验样机：800Wh、2KWh，当然这个装置目前更合适与地面固定式大型发电厂，其发电量为百万KWh级的规模。要将这种原理的发电装置用于船舶相对比较容易。因为船舶如万吨轮、水面舰艇的舱容空间能安装得下，而且重量也不会嫌重。而用于汽车它必须轻量化、微型化。最要紧的是必须要以汽车可能的安装空间、可承受的重量作为目标依据。若要汽车车型去配合该发电装置似乎难以做到，整个汽车产业都得大幅改变的话，推广应用阻力是巨大的甚至是灾难性的。 海水聚变反应发电机也许会在5-10年这个不远的将来有真正在马路上行驶的电动汽车。我们姑且命名为原子能汽车。如果我们以发明家的毅力和智慧，企业家的敏锐反应，马上动手，一往无前，百折不挠，不到目的不放手的精神，合纵连横，广汇各种相关专业知识、技术、设备、材料，这个目标是可以达到的，关键是思路、认识。 汽车新能源新动力研发启示 蒸气机 世界都认为瓦特是蒸气机之发明人，其实在他之前已有众多人搞此工作，并有用于工业的蒸汽动力原动机。瓦特是在纽可门蒸汽机的基础上进一步研究，增加了一个冷凝器，使活塞完全靠蒸汽推动，蒸气机提高效率2倍，即节省了三分之二的燃煤，降低使用成本60％。这种新颖蒸气机在投资人富尔顿的合作下走向市场大获成功。现在的蒸气机综合性能更高，但基本原理仍基于瓦特的发明。 柴油发动机 第一批柴油内燃发动机之代表人物是奥托，并有样机投入实际使用，但效率很低。狄塞尔在此基础上提出了“空气高气压压缩是燃料完全燃烧的预先条件，即省油的先决条件”这一科学思想，根据这一设想狄塞尔几经曲折终于研制成功高效的、有高压压缩空气功能的内燃发动机，为它在汽车上及其他工业领域上的应用开了先河。把热效率提高到26％，比奥托的内燃机高出了1倍。现在应用的内燃发动机经上百年的不懈改进、发明，达到了几近完美的程度。但是都是在狄塞尔的内燃柴油机基础上逐步提升的、进步的。 新能源新动力的现状 用二次电池储能的电动汽车，由于电池比能量尚嫌不够、循环寿命、公用充电站等问题仍需努力。燃料电池汽车实用尚有一段距离，何日达到目的尚不得而知，仍需加倍努力。移动供电、无线充电技术尚是一个技术和设想，还需我们去尝试，需解决一系列问题。但有了思路、方案，就有了希望和目标。海水聚变反应发电装置离由它发电驱动汽车、或驾驶者一拧钥匙或一个遥控信号就马上发电，并驱动汽车全速行驶还做不到。但随着研发者不断努力、投资人不懈投入，会逐步完善提高各项性能，迎来关键性实用的技术的突破。上述要求是能够做到的，但需要时间，学要研发者的努力，更需要政、产、学、研诸方面共同努力。 在传统动力科技、制造水平方面我们明显落后与发达国家。但在这些新能源新动力新科技方面我们同处于一个起跑线，我们可能进入第一集团或取得领先，但关键是达成共识，统一行动，瞄准目标，也许下一个瓦特、狄塞尔出在中国，这就需要有发明家精神。 结束语 中国从“八﹒五”、 “九﹒五”、 “十﹒五”，直至目前的“十一﹒五”数个五年计划，都进行新能源汽车科技计划。当时认为我们在内燃机汽车方面与国外相比差距很大，难以跟上乃至超越。而新能源汽车与国外相差不大，有可能达到齐驾并驱的目标。因此连续十几、二十年持续投入研发。目前中国汽车企业甚多，产能已趋饱和，而且都是内燃机汽车，以合资企业为众。现在再搞新能源电动汽车研发经济实力有了，研发基础雄厚了。但企业目前以市场占有率为目标，以尽快获得投资回报为目的。对研发新能源电动汽车积极性不高、主动性不够。同时背上了既有产业基础、现有产品市场这个包袱，全然没有了二十年前的那种冲劲。这种现象也充分反应在管理部门的作为方面，要不然为什么新能源电动汽车上牌上市那么长时间不能确定。 这与上世纪发生在半导体领域的案例有所相似：半导体问世以后，瑞士钟表业很快生产出了石英数字手表，它比发条手表走时更准确、价格更便宜。由于瑞士在机械表上投资太大，因此决定局部推出石英表，且以高档奢侈品定位。这一机遇被日本精工抓住了，利用这一技术再加上日本工艺，以更低成本、轻巧外形迅速推向市场，数年后几乎占领了这一领域100％市场。瑞士公司如梦初醒，但为时已晚，将这一市场拱手让给日本公司。 再有是晶体管，贝尔实验室发明了它，并获得了诺贝尔奖。随后由美国无线电公司生产，由于成品率低、性能较差，实用价值没有显示出来，只用在了助听器上面。那么美国无线电公司为何不进行晶体管的二次研发呢？原因是：一、他们在电子管方面投入巨大，而且所造产品品质很高，大大优于当时的晶体管。其电子管生产工艺、品质在当时世界上无对手。因此不愿再在晶体管产业上投资和花精力研究。这一信息被日本人发现，旋即去美国以2.5万美元买回专利，进行数年的二次研发，解决了成品率和性能问题。并用于收音机上，以替代电子管，小巧、低成本的收音机在美国市场上打败了以美国无线电公司为首的美国收音机。而且迅速应用于其他电子、电器产品上。至此美国人后悔莫及丧失了机遇。 新能源电动汽车与前述案例有无借鉴要若干年后或出现了结局才知道。笔者认为这至少是“企业柔道战略”之依据，若不利用这种机遇，中国车企难以制胜。同时那种科研计划也难以取得预计的效果。 新技术、新产品面世后能否为市场所接受，不取决于产品或技术本身，而取决于社会综合因素。美国国际电话电报公司的电视电话失败的主要原因就充分说明了这一点。因此社会因素决定何种技术被接纳、以及如何被接纳以及如何被使用，使用方面发挥着重要的作用。就像一项新技术的好处难以预测一样，其缺点也难以预测。 笔者一个民企研发者，以生存为首要营生，人穷志短，对这种牵涉到国计民生之大事，免不了缺乏远见，恳请这一领域的有识之士将这类新能源予于关注，并着手研发，以免丧失机遇。