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燃料電池車技術上的“終極”解決方案

來源:網絡

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所屬頻道:新聞中心

關鍵詞:燃料電池車,電動車,新能源汽車

    2010年9月30日下午,戴姆勒股份公司董事, 梅賽德斯-奔馳汽車集團技術研發負責人韋伯博士接受了中國媒體的采訪。韋伯重點提到了電動車與燃料電池車。并提出奔馳的三線戰略:混合動力技術側重在大型車,如E級和S級;電動車用在小型車,如smart和A級車;燃料電池處于兩者之間,在充電時間和續航里程上更具優勢。他同時也談到了對中國汽車行業發展新能源車的關注,表示并不看好中國對電池技術的討論。

      電動車已經確立了新能源汽車領頭羊的位置,韋伯重點提到電動車不足為奇。真正值得讓人注意的是,韋伯把燃料電池汽車放在了一個相當重要的位置提到,并以不看好電池的間接貶低電動車的方式,從另外一個側面提高了燃料電池車的位置。在搜索引擎上搜索“戴姆勒董事韋伯”,排名前幾位的結果紛紛表示“燃料電池或是更好方案”。好像又一場燃料電池車與電動車的路線之爭又一觸即發。那么,燃料電池車真的是更好的方案嗎?燃料電池車的路線行得通嗎?同為新能源汽車,燃料電池車與電動車在中國的發展,有可比性嗎?

      下面,筆者將從正反兩方面來分析這個問題。正面視角主要是從技術的角度,而反面視角主要是從商業化、國家戰略的角度。

      技術角度的分析1:燃料電池車相對于電動車的優勢

      相對于傳統內燃機汽車,電動車已經具有相當多的優勢,節能減排(即使計算全生命周期,電動車依然是節能減排的)不燒石油,噪音低,可與電網探索行業間資源整合。燃料電池車在國內公認為下一代的清潔能源“終極解決方案”,那么它相對于電動車,又多了哪些優點呢?

      1. 更加節能,無污染

      先說無污染。燃料電池是氫燃料,產物是水,沒有二氧化碳,完全無污染。即使是考慮全生命周期,根據相關文獻,燃料電池也是相當清潔的能源。再說節能,燃料電池的工作效率非常高,達到60%以上。而氫的制備方法多種多樣,簡單羅列一下,有石油制氫,煤制氫,天然氣制氫,電解制氫,核能冷卻水制氫,這些方法并無明顯優勢,但至少可以擺脫對石油的依賴,另外氫在輸送時不像電能有損耗,這是相對于電動車的一點優勢。

      值得挖掘的潛力是化工業副產品制氫。雖然現在化工業副產品氫的富余量并不多,但燃料電池車如果一旦發展,就像電動車的發展給電網帶來的機遇一樣,燃料電池車的發展也會給化工業資源重組帶來機遇。總之,從節能的角度,孤立地觀察電動車與燃料電池車也許優勢并不明顯,但從聯系和發展的角度觀察,這兩者的優勢很大。

      2. 續航里程較高

      制約當今電動車發展的一個主要瓶頸就是續航里程,通用為解決這一問題不得已開發了“增程式”電動車Volt。而燃料電池的問題就沒那么大。盡管一套燃料電池發動機的質量與體積也不小,但具備發動機之后,增加續航里程加氫并不會帶來更多的成本與重量方面的壓力---這就像傳統內燃機車把油箱擴大一點帶來的壓力不大一樣。而電動車,如果想增加續航里程,只能增加電池的數量,那帶來的就是成本與重量的線性增長。

      從韋伯的采訪中的回答就可以清楚地看到燃料電池車的這一優勢:“燃料電池車續航里程可以超過400km,而電動車最多200km。實際上,韋伯在這次采訪中的回答,大部分內容是基于他在” 31st International Vienna Motor Symposium 2010”的一次演講中的內容:” Individual Mobility –Strategies and Solutions for the Automobile of the Future.” 有興趣的朋友可以去google一下。他在這篇文章中的言論更加理性客觀一些。

      就比如說,在這篇文章中,他最多也只是理性地提到了2012年開始為電動車生產動力電池。不像采訪中他說得比較激進:“這個技術(燃料電池)已經成熟到可以量產化,而不是實驗階段了。在成本的控制上,已經達到量產需求了。”

      從以上分析可以看出,從技術的角度考慮,如果忽略燃料電池不夠成熟的方面,燃料電池車確實是比電動車更加優越的“終極”解決方案。

      技術角度的分析2: APU使燃料電池車成為“車”

      燃料電池驅動的車,開起來像不像車?大家也許很少從這個角度去考慮新能源汽車。在對比電動車與傳統內燃機車或者混合動力車的時候,更多的爭論是說哪個更清潔更節能更有前途,爭論的前提就是已經默認電動車是“汽車”。電動車肯定能達到傳統汽車的性能,貌似是理所當然的,但對于其它的新能源車來說,未必。

      電動車是電池+電機驅動,電機的特性遠比發動機要好。電機輸出轉矩大,所以不需要離合器也不需要換檔。電動車起步時也需要小電機打火。電池+電機的百公里加速性能比同等級發動機車還要好。電機驅動噪聲更小。負載變化時電機能夠更快地響應。總之,如果讓電池+電機去模仿發動機的性能,那可以說是游刃有余。所以在爭論中也沒人去質疑電動車是不是車這一點。而對于燃料電池車,情況就不是這樣了。

      鮑然在他的博文中也稍微提到了這一點:“急劇加速狀態下極大的功率輸出,以及低速駕駛情況下極低的功率輸出都會導致其低效率”,其實不僅是效率的問題,燃料電池本身的壽命都會受到影響。

      一句話來概括,就是燃料電池的輸出特性,更像是一個功率恒定的發電機,而不能滿足汽車行駛過程中不斷變化的負載的需要。意思就是說,加速時燃料電池它使不上勁,低速行駛時你讓它別燒那么多氫吧,它又欲罷不能-----這就像發電廠發電一樣。所以,純粹的燃料電池車最好是開到一定的速度不變,別爬坡也別減速。這樣的輸出特性,很難讓人覺得這是一輛“車”。

      在輸出特性的自由度方面:電池+電機 >> 內燃機 >> 燃料電池。

      既然是這樣,那為什么韋伯又說,燃料電池車“技術已經很成熟了”呢?

      是APU(Auxiliary Power Unit 輔助動力裝置)使純粹的燃料電池車成為了真正的“車”。什么是APU呢,如果你了解混合動力或者增程式電動車Volt的動力的構型的話,就比較容易了解什么是APU。簡單地說,就是在燃料電池與電機之間,串聯或并聯了一個蓄電池,這個蓄電池就起到了“削峰填谷”的作用------燃料電池只管發電就ok了,蓄電池把多出的電存起來,電不夠時則放電。從而實現燃料電池車比較好的輸出特性,從而使純粹的燃料電池車成為了一輛真正的“車”。

    APU說起來簡單,實現起來比較復雜。奔馳在過去的十年里,已經在燃料電池大客車方面進行過大量的研究,相信技術已經比較成熟,并可以應用在中型轎車上。

      總之,從技術路線角度來看,對燃料電池車筆者基本是正面評價:節能減排,驅動技術較成熟。

      商業角度的分析:燃料電池車究竟多久才能飛入尋常百姓家?

      電動車的發展相當迅猛,在一兩年前,給人的感覺還是遙不可及的事情,而時至如今,電動車給人的感覺是,也許過個三五八年,自己也可以買輛電動車開開了。而韋伯最近的這一席話說:“燃料電池或是更好的解決方案。”貌似一下子把燃料電池車從二三十年后的未來工具也變成了三五八年后可以飛入尋常百姓家的出行工具了。真的會是這樣嗎?我看不是!

      韋伯在采訪時對燃料電池表達了樂觀態度,也許這只是一種輕微的態度傾向而已,只是被媒體解讀的時候放大了。在韋伯的Individual Mobility –Strategies and Solutions for the Automobile of the Future一文中,他對燃料電池車的看法就客觀地多,并指出了燃料電池的兩大致命點:”There are, however, still a series of limitations. These limitations are based on currently non-existent hydrogen refueling and charging infrastructure and the exceedingly high vehicle’s costs caused by a low number of units.”

      一是加氫站的網絡沒有建立,二是產量低導致的超級高的成本。

      除此之外,還涉及到氫抽取、氫安全的問題,暫且不談,先說韋伯提到的這兩點。

      一是加氫網絡。氫的輸送管道與油、汽輸送管道是不兼容的,相比于已經遍布全國的輸電網,輸氫網的建立是一筆太大的支出。而加氫站的成本,比充電站高很多。也許有人說,雖然投入大,但發展燃料電池車的收益也不少。在下文我會分析,為啥這一點會使燃料電池車在中國沒有前途。

      二是“超級高”的成本。什么意思呢,意思是即使量產了,成本也只能從“超級高”降到“很高”。舉個例子,普通一個大客車,一兩百萬吧。而燃料電池大客車,動不動就上千萬,1000%的成本差距,恐怕不是量產就可以解決的。而韋伯的采訪回答有點過于樂觀:“這個技術(燃料電池)已經成熟到可以量產化,而不是實驗階段了。在成本的控制上,已經達到量產需求了。”

      對于這個回答,筆者提出幾點質疑:技術成熟到可以量產化,是誰的分析結果?在成本的控制上,達到量產需求----是針對研究性質的用車還是針對商業性質的用車?如果是研究性質的,國家可以為你買單幾百萬,如果是商業性質的,即使是補貼,也不會有多少。這個“成本”究竟是“研究性質”的“成本”還是“商業性質”的“成本”,很令人懷疑。

      總之,筆者覺得,一個尋常百姓家現在考慮開一開燃料電池車還為時過早,即使燃料電車轎車發展順利,那這也應該是兒子輩才能開上了。

    戰略角度的分析:燃料電池車的后發劣勢,使其在中國的發展終成泡影

      摩托羅拉在“銥星計劃”中的慘敗,以及后來在手機終端業務中與諾基亞之爭的慘敗,使人對永不言敗的工程師精神的企業文化愛恨交加。摩托羅拉過于追求技術上的完美,工程師精神統領著企業,導致在市場推進過程中出現嚴重失誤。這也告訴了我們一個道理,一個產品,技術路線上的優勢并不一定會取得最終的成功。在筆者看來,燃料電池車在中國的發展也是這樣,雖然從技術角度上來說,燃料電池車是汽車的“終極”解決方案,可是由于其后發的劣勢,它在中國的發展終成泡影。即使是三十年后,燃料電池車的份額可能還是依然非常有限。為什么這樣說呢??

      最近國際上談的熱點話題是“低碳”,而十幾年前并不是這樣,那時候談論的是“保護臭氧層”。“保護臭氧層”的現實意義就是,禁止了氟利昂的使用。發達國家用了近百年的有氟冰箱,發展中國家才剛剛開始用就被禁止,這事兒還真是巧了。無氟冰箱成本高,制冷效果差,我小時候就要時不時去買氟利昂往無氟冰箱里加,一加就會制冷效果成倍增長(-.-!)。聯想起前一段哥本哈根會議上,中國被各種圍攻的景象,筆者就覺得,所謂的環保,當然是必要的,但更多的時候是為了取得政治外交主動權和話語權的工具罷了。環保從來就不是,將來也不會是推進技術革命的根本原因。

      就比如說現在我國要發展電動車及其它新能源汽車,喊的口號的節能減排低碳生活,筆者覺得這最多只占了20%的決策權重。更深的原因是石油,占80%的決策權重。中國的石油進口量一直處于50%以上,非常危險的數字,而且有繼續增加的趨勢。在這種形勢下,發展不燒油的電動車以及少燒油的混合動力車就非常有必要,國家推進起來也非常有動力。擺脫石油依賴對我國在政治、外交、軍事、經濟上有多大的意義,就不在此細說了。

      從傳統汽車到不燒油純電動車,這是一個質變,國家推進起來很給力。而從不燒油的電動車,到更加節能環保的燃料電池車,這個真是讓人提不起胃口。要說節能,中國有太多的工業的單位產出能源消耗過多,汽車還排不上號;要說環保,與排到長江黃河與近海的各種化工污染比,以及危及工人生命的車間內污染相比,二氧化碳的“污染”還真沒有那么著急去解決。收益不大,而投入呢,輸氫網絡,加氫站的建立,那是傷筋動骨的事情。網絡建好了,氫從哪來?僅靠化工副產品,少量燃料電池車還可以,要真的燃料電池車成了主流,氫主要還是從天然氣來抽取,而我國又面臨“缺油”“少氣”的現狀。

      因此從歷史發展的長河來看,電動車之所以能夠在“低碳”的潮流提出之初得到國家的如此大的支持,而不像推進“無氟冰箱”的使用那樣扭扭捏捏,能拖就拖,是由我國在這個階段的戰略布局需求決定的,是難得一遇的好機會,而不是由“環保”這個冠冕堂皇的理由決定的。而燃料電池車的推進,在二十年后,在完成了不依賴石油的質變之后,中國就沒有那么大的動力了。恐怕中國只能是被各種國際環保會議逼著,就像推進“無氟冰箱”一樣慢慢發展,而不會主動地去推進了。

      所以說,燃料電池車雖然是“終極”解決方案,在中國的發展終成“鏡中花,水中月”。也許我們預期兒子輩能開上燃料電池車還是為時過早了,恐怕得孫子輩吧。

      筆者否認燃料電池車在中國的前途,并沒有否認在其它國家的前途。比如說燃料電池車在德國這種小國發展,還是有希望的。

    (審核編輯: Doris)

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