新能源汽車發(fā)展主要障礙及其解決方案

1、新能源汽車發(fā)展主要障礙及其解決方案徐梟王巧鳳(河北工業(yè)大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院周榮(中國汽車技術(shù)研究中心【摘要】近年來,新能源汽車包括電動汽車和燃料電池汽車在世界上獲得了快速的發(fā)展。但是由于新能源汽車的基礎(chǔ)建設(shè)差、性能低和成本高等原因,不能盡快大量地投放市場。文章引用全球新能源汽車的最新發(fā)展?fàn)顩r和動向,分析若干解決困擾的方法和設(shè)想,為新能源汽車更快更好地發(fā)展提供參考?！局黝}詞】新能源汽車障礙分析0引言新能源汽車可有效減少市區(qū)有害氣體的排放和煙霧濃度,同時也減少CO2的排放。許多國家和廠商都積極開發(fā)純電動汽車(PE V、混合動力電動汽車(HE V(包括插電式混合動力電動汽車PHE V和燃料電池汽車(FC

2、V。但是諸多障礙和困難限制了新能源汽車的發(fā)展和普及,從全球范圍來看,一場打破約束、沖出困境的行動已經(jīng)開展。1充電基礎(chǔ)設(shè)施推廣PE V和PHE V的主要困難就是缺少全面的電池充電基礎(chǔ)設(shè)施。然而,目前全球許多廠商和政府已經(jīng)啟動了電動汽車基礎(chǔ)設(shè)施項目,來評估建立充電基礎(chǔ)設(shè)施的方法,并正著手進(jìn)行實際應(yīng)用。1.1美國總部設(shè)在加州的Pr oject Better Place(P BP認(rèn)為基本上所有國家的電力供應(yīng)都足以向PEV和PHE V充電進(jìn)行轉(zhuǎn)變,僅需要增加6%的投資。假如智能充電系統(tǒng)能避開用電高峰期,則國內(nèi)的2億輛車的84%可以電力驅(qū)動,且不需要額外的發(fā)電廠。日產(chǎn)與田納西州以及田納西河域管理局建立合作

3、關(guān)系以推進(jìn)PE V基礎(chǔ)設(shè)施的開發(fā)。福特與電力研究所簽署了一份為期3年的協(xié)議來開發(fā)和評估PHE V與美國電網(wǎng)結(jié)合的技術(shù)方法。EPR I包括30多個美國和加拿大的電力公司。福特之前與南加州愛迪生公司曾有過合作,在此合作下福特同意生產(chǎn)20輛Escape PHE V用于在洛杉磯地區(qū)評估。通用汽車公司也與EPR I合作開發(fā)充電基礎(chǔ)設(shè)施的要求和標(biāo)準(zhǔn),并重新評價網(wǎng)絡(luò)容量以保證基礎(chǔ)設(shè)施的正常使用。該合作日益提升公眾的注意力并使得加深對PHEV和PE V的了解。密歇根州公共服務(wù)委員會正進(jìn)行一項試驗方案來評定大量采用PHE V和PE V時,從州電網(wǎng)獲取電量值。項目將在可獲得實際車輛時使用實車來分析其對家用和地區(qū)電

4、力系統(tǒng)的影響,并檢查在不驅(qū)動時PHE V如何將能量返回電網(wǎng)。委員會邀請了國家基礎(chǔ)設(shè)施公司、電力傳輸公司、汽車制造商、消費(fèi)者支持團(tuán)隊等參加了此方案。波特蘭通用電氣(PGE正開發(fā)為插電式混合動力汽車服務(wù)的充電站網(wǎng)絡(luò)。PGE正與當(dāng)?shù)仄髽I(yè)和政府合作在本地區(qū)建立12個充電站以幫助開發(fā)及測試支持插電式混合動力汽車應(yīng)用所必須的收稿日期:2009-03-02基礎(chǔ)設(shè)施。在PGE總部之外的首個充電站建成后,用來代替1996年為純電動汽車建立的早期充電站。在美國,波特蘭地區(qū)為人均擁有混合動力汽車最多的地區(qū)。在加州,圣何塞正建設(shè)充電基礎(chǔ)設(shè)施,舊金山也表達(dá)了建設(shè)這些項目的興趣:在一系列場所如住宅車庫、商業(yè)車庫以及停車場

5、、交通樞紐、工作場所以及路邊停車點(diǎn)建立充電基礎(chǔ)設(shè)施、快充系統(tǒng)、電池交換系統(tǒng)、智能充電系統(tǒng)的使用以及可再生能源燃料補(bǔ)給系統(tǒng)的合作。1.2歐洲P BP在歐洲正與丹麥能源公司合作引入PEV,并在丹麥建立2萬個專用服務(wù)點(diǎn)。P BP與葡萄牙政府也進(jìn)行合作建立類似的網(wǎng)絡(luò)。在法國,豐田汽車公司正與法國電力公司合作,在歐洲的主要城市共同開發(fā)充電點(diǎn),這些城市有大量的用戶將車停在街道上。在德國,戴姆勒公司和德國第二大電力供應(yīng)商RW E公司將在柏林建立一個電池充電站網(wǎng)。合作方將建造500個充電站來為城市內(nèi)逐漸增加的電動汽車提供服務(wù)。目前,在柏林大約有100輛S mart和奔馳電動汽車。1.3我國和其它地區(qū)在中國,國

6、家最大電力公司中國國家電網(wǎng)公司計劃在北京、深圳和天津建立電動汽車充電站。試點(diǎn)充電站將會為試驗電動公交車及電動轎車提供服務(wù)。比亞迪已經(jīng)設(shè)計完成電動汽車試驗型智能充電站,并進(jìn)行下一步大規(guī)模建設(shè)。P BP大力推動著電動汽車的使用,并正在開發(fā)電池的再充電基礎(chǔ)設(shè)施,包括充電點(diǎn)、電池更換站和再生能源充電站。P BP計劃在以色列建立50萬個電池充電站和更換站,包括公眾停車場、車庫以及沿街的充電點(diǎn)。以色列政府通過征收PE V購買者的費(fèi)用來支持該項目。雷諾2日產(chǎn)公司將在3年內(nèi)投資510億美元來開發(fā)PEV,其電池由機(jī)器人快速更換。在日本,日產(chǎn)公司及神奈川縣政府正進(jìn)行PEV基礎(chǔ)設(shè)施開發(fā)的可行性研究,該研究包括當(dāng)?shù)氐?/p>

7、充電網(wǎng)絡(luò)以及適當(dāng)?shù)募顥l款。神奈川縣希望在2014年前將PE V的使用量提升到3000輛,并為其他地區(qū)政府探索一條模型道路。2010年,日產(chǎn)公司將致力于日本和美國PEV的生產(chǎn),而到2012年后,會將大量市場轉(zhuǎn)向全球的PE V用戶。據(jù)了解,東京電力公司也在為全面的充電網(wǎng)絡(luò)制定計劃。2氫燃料補(bǔ)給基礎(chǔ)設(shè)施開發(fā)氫燃料補(bǔ)給設(shè)施是一個巨大工程。目前,為汽車研究提供支持的汽車用氫燃料補(bǔ)給站已基本建立。在補(bǔ)給站內(nèi)儲存氫燃料仍然是一個難題。截止2008年8月,在美國和加拿大約有112個氫燃料補(bǔ)給站,其中約有24個位于加州。美國能源部(DOE預(yù)計建造氫燃料補(bǔ)給設(shè)施的費(fèi)用在10006000億美元之間,但通用汽車公司

8、與殼牌加氫公司在2007年12月發(fā)布的一份報告中估計:建造112萬個氫燃料補(bǔ)給站需要100150億美元,或大約是建造阿拉斯加輸油管所耗費(fèi)用的1/2。這些補(bǔ)給站能為100萬輛FCV補(bǔ)給燃料,并為70%的美國人口在2英里之內(nèi)放置一個氫燃料補(bǔ)給站。在日本,至少有12個氫燃料補(bǔ)給站,其中有5個在東京城區(qū)。巖谷產(chǎn)業(yè)株式會社和關(guān)西電力公司已經(jīng)開發(fā)出一種移動液氫補(bǔ)給站,此補(bǔ)給站安裝在一個半拖車上以補(bǔ)給小型氫燃料汽車。同時,本田公司已開發(fā)出家庭“加油”系統(tǒng),它用來將天然氣轉(zhuǎn)化為氫氣,同時也提供家庭供熱和供電。與美國相似,德國政府正鼓勵開發(fā)“氫氣公路”,目前在德國至少有14家氫氣加注站,其中6家為私人加注站。在

9、法國只有兩家私人加注站,在歐洲其他國家數(shù)量更少。2008年4月中旬,英國第一家氫燃料站在伯明翰大學(xué)開業(yè),該站構(gòu)成由總部設(shè)在考文垂的M i2 cr ocab有限公司設(shè)計和建造的5輛試驗性的燃料電池車的一部分?？偛吭O(shè)在美國賓夕法尼亞州的空氣化工產(chǎn)品公司(氫氣的生產(chǎn)商和供應(yīng)商已專門設(shè)計了100個氫燃料站。燃料站是集氫氣壓縮、儲存和分配為一體的系統(tǒng),最佳狀況時可每天給大約6輛車加注燃料。燃料站所需要的現(xiàn)場公用設(shè)施極少,這對氫燃料站的啟動非常有利。2008年9月下旬,第二家空氣化工產(chǎn)品公司的氫燃料加注站在英國的拉夫堡大學(xué)正式開業(yè)。也有在倫敦建造3家氫燃料加注站的計劃;倫敦交通委員會正計劃在2009年給他

10、們車隊增加70輛氫動力車輛。英國政府的目標(biāo)是到2010年在適當(dāng)位置有12家可使用的氫燃料加注站。3氫燃料的生產(chǎn)氫的生產(chǎn)是一項重要的全球性業(yè)務(wù)。根據(jù)2007年12月殼牌氫能公司通用汽車公司的報告,目前每年的氫產(chǎn)量約為4000萬t,足以給1.3億輛燃料電池車提供燃料。其中1/4的氫用在石油精煉過程中。日本宣稱已有能力為300萬輛燃料電池車生產(chǎn)足夠的氫。法國液化空氣公司報告稱:在法國,氫燃料的需求量以每年10%15%的速度增長,預(yù)計在2008年生產(chǎn)59萬t氫。然而,目前絕大多數(shù)氫的生產(chǎn)是采用蒸氣甲烷重整法,這意味著該方法產(chǎn)生CO2。其他生產(chǎn)方法包括煤(產(chǎn)生CO2或生物質(zhì)氣化、高溫水裂解和一些新興技術(shù)

11、,如利用陽光從水中分出氫的光解方法。用化石燃料發(fā)電,再用電使水分解的方法也產(chǎn)生CO2,水解的效率只有大約70%,氫氣壓縮的效率大約為90%,在電動機(jī)輸出階段,燃料電池將燃料能量轉(zhuǎn)化為直流電的效率最大為65%,因此,電能輸出到電動機(jī)輸出的效率大約為41%。相比之下,直接向純電動汽車的鋰離子電池充電時,AC-DC蓄電池的充電效率大約為89%,電池效率為94%,DC-AC轉(zhuǎn)化效率為95%,因此,最終效率為79%。由于效率和成本原因,美國國家研究理事會的一個專家小組稱PHE V 是更有前途的替代車。全球最大氫生產(chǎn)商空氣化工產(chǎn)品公司已完成85個氫加注站的項目,為6萬輛FCV加注燃料,如果加注設(shè)施建成,他

12、們有信心為10萬輛燃料電池車提供足夠的氫燃料。盡管如此,公司認(rèn)為在加注站現(xiàn)場電解氫仍是不現(xiàn)實的,因為需要巨大的儲存量及如何處理供應(yīng)與需求的問題,特別是在交通高峰期。然而,隨著其它氫生產(chǎn)公司已擁有用于天然氣分銷網(wǎng)絡(luò)的載貨汽車和運(yùn)輸管道,空氣化工產(chǎn)品公司認(rèn)為從中央設(shè)施生產(chǎn)氫燃料再進(jìn)行運(yùn)輸更可行。殼牌公司也認(rèn)為現(xiàn)場電解裝置的潛力有限。公司認(rèn)為使用天然氣的蒸氣甲烷重整法是最好的方法,因為它能以比電解法低的成本生產(chǎn)大容量的氫氣。橡樹嶺國家實驗室評估包括運(yùn)輸和末端費(fèi)用在內(nèi)的中央工廠生產(chǎn)成本在每千克2.50 3125美元,該成本與每加侖汽油的成本相當(dāng),而在加注站的小廠生產(chǎn)成本接近每千克5美元。賓夕法尼亞州立

13、大學(xué)已研發(fā)出一種新的氫氣生產(chǎn)工藝,利用自然發(fā)生的細(xì)菌和弱電解方法分解纖維塑料、葡萄糖、醋酸酯或其他揮發(fā)性酸等有機(jī)廢料。唯一的排放物是水,反應(yīng)器工作用水可以來自食品加工廠和其它廢水處理廠。該工藝過程只需要水解法所需電能的10%左右。豐田中央研發(fā)實驗室宣布發(fā)現(xiàn)利用乙醇生產(chǎn)氫更有效。該新方法是:使水和乙醇的混合物通過裝在一鋁盒子內(nèi)并含有銠和金剛砂作為催化劑的石英管中。使用微波對盒子內(nèi)部加熱,該熱易被金剛砂吸收。試驗表明1mL體積分?jǐn)?shù)比為5050的乙醇2水混合物可產(chǎn)生0.92L氫氣,能量轉(zhuǎn)化效率為80%左右,是傳統(tǒng)技術(shù)的2倍。本田公司已研發(fā)出適合家庭使用的氫發(fā)電裝置。該裝置使用家庭用的天然氣生產(chǎn)氫氣,

14、同時為普通家庭提供熱能和電能。日本宣稱該技術(shù)能減少排放和消費(fèi)者的能源成本。相比美國普通家庭的電網(wǎng)供電和汽油轎車,使用家庭能源站幫助供熱和供電及給轎車加注燃料的家庭估計可減少30%的CO2排放量,能源成本估計降低50%。4續(xù)駛里程對許多消費(fèi)者來說,在電動模式時,PE V和PHE V行駛距離有限仍是個問題。尤其是PEV,它沒有裝載續(xù)駛里程較大的內(nèi)燃機(jī)(I CE,再充電時也需要很長時間。盡管如此,戴姆勒克萊斯勒的研究指出大多數(shù)歐洲人每天行駛距離約50k m,而PE V的續(xù)駛里程是其2倍為97km,對于這些消費(fèi)者來說已足夠。類似的雪佛蘭Volt車每次再充電的續(xù)駛里程目標(biāo)約為64km,對于美國大約78%

15、的上班族來說已足夠。目前所選用制造商的23輛PEV的續(xù)駛里程,平均值為185k m,行駛里程范圍64402km。僅使用電動模式的10輛PHE V平均續(xù)駛里程為68km,行駛里程范圍2697k m。5成本目前HEV和PEV所使用的蓄電池組的價格依然昂貴,首批大規(guī)模銷售的PE V和PHEV所需的研發(fā)成本將由消費(fèi)者承擔(dān)。通用汽車公司認(rèn)為PHE V的電動續(xù)駛里程每增加16km其成本將增加約1500美元,但豐田的Prius續(xù)駛里程增加16k m 的成本為5000美元。在2006年,能保證PE V續(xù)駛里程為563k m的鋰離子蓄電池的成本估計為115萬美元。主要的汽車制造商都認(rèn)為,當(dāng)產(chǎn)品規(guī)模達(dá)到大規(guī)模時,

16、成本很容易降下來,但目前大多數(shù)PEV的小批量制造商不能夠做到這一點(diǎn)。盡管燃料電池堆的成本自2000年至今已降低了10個百分點(diǎn),但目前FC V的價格估計仍然約為15萬美元,這比估計的早期用戶市場可以接受價格高出2或3倍。白金仍用作燃料電池的催化劑,每單元的成本約為7500美元,廠商希望到2015年白金的用量減少到10%。屆時,燃料電池每輸出1k W 的成本為50美元或輸出功率為100k W普通電動汽車的成本為5000美元。相比之下,一臺昂貴的汽油內(nèi)燃機(jī)的價格約為1500美元。氫儲存罐的價格也必須考慮到,目前一個7.35萬Pa的儲罐及其冷卻系統(tǒng)價格為1.5萬美元。除此之外,運(yùn)行成本也相當(dāng)高。例如在

17、2008年2月,加利福尼亞州的圣塔克拉拉山谷交通管理局報告說它所管轄的3輛氫燃料電池公共汽車平均每英里的總運(yùn)行成本為51.66美元,是常規(guī)柴油車輛平均每英里總運(yùn)行成本32倍。燃料電池公共汽車的配件每英里成本相比柴油車輛的0121美元高達(dá)34.40美元,每英里人工成本為7187美元對0184美元,燃料成本為每英里2186美元。除此之外,燃料電池公共汽車的可靠性略差,燃料電池公共汽車的使用率為65%,柴油公共汽車的使用率為80%。另外,加注設(shè)施的效率只有50%,有一半的氫散失到大氣中,這樣就使燃料成本增加1倍。6結(jié)語從文中可以看出,新能源汽車在實際應(yīng)用方面可謂困難重重,不僅有基礎(chǔ)設(shè)施不足,也有技術(shù)

18、價格等不利因素,不過可以肯定的是,就像以往的技術(shù)革新一樣,新能源汽車總會沖破阻礙服務(wù)社會。參考文獻(xiàn)1周榮,徐梟,等.汽車先進(jìn)的整車與總成開發(fā)技術(shù)跟蹤和研究R.天津,2008.2陳全世,信繼欣,等1中國電動車輛研究與開發(fā)M.北京理工大學(xué)出版社,2005.3陳全世.先進(jìn)電動汽車技術(shù)M.北京:化學(xué)工業(yè)出版社, 2007.8.4胡驊,宋慧.電動汽車(第二版M.北京:人民交通出版社,2006.10.5M ichael Mur phy,BSc,MPhil(Hons I.Passenger car fuel ef2 ficiency:technol ogies and trends t o2015C.London,2008.AbstractThe ne w energy vehicle including EV and FCV has been rap idly gr owing in recent years worldwide. However,it can not put int o the market as s oon as possible because of poor