电力驱动:运输业发展的方向?

现代社会人类的活动范围越来越大,使用的物资的来源越来越广,物资的交流越来越频繁。每时每刻,都有无数的飞机,轮船,火车,汽车等等各类交通工具匆忙来往于各地,维持着现代社会的正常运转,这就是运输业。

运输业是能耗大户,消耗着人类活动百分之二十的能源。与人类其他活动复杂丰富的能源来源不同,运输业使用的能源形式相对单一:石油为运输业提供了百分之九十五的能量。

石油:时代将尽


运输业选择石油的原因非常简单:石油产品的使用非常方便,各种内燃机技术非常成熟;石油产品还可以很方便地存储,随用随取;石油产品的能量密度很高,一公 斤就可以存储相当于十几度电的能量;石油的供应量也巨大,目前每天八千五百万桶的产量至少还可以维持十数年。这些特性,目前还没有任何其他的能源可以与之 相比。

但是石油的大规模应用也带来了很多问题。石油是碳基燃料,其开采,炼制,运输,使用过程中排放的温室气体超过人类活动排放温室气体总量的四分之一, 这还是中远期的影响。在石油开采地,石油自身带来的环境代价就非常严重,去年美国墨西哥湾的深海采油泄露事件就是一个很典型的石油开采导致的生态灾难。而 小规模的泄露事件更是经常发生,甚至连新闻都缺少了报道的兴趣。石油资源的分布也非常不均匀,重要产地往往也是政治敏感地区,随时威胁着石油供应的安全。 所以如果有办法,人们还是需要寻找石油的替代品。

即使不考虑石油的环境影响,人们也需要寻找石油替代品了,原因也很简单,石油要不够用了。石油曾经是非常廉价的能源,一桶石油提供的能量,曾经可以 把三五十桶的石油开采到地面,加工成成品,送到用户面前。但是,随着超过一点二万亿桶石油已经被人类消耗,这类开采方便廉价的石油已经所剩不多。人们已经 开始开发那些并不方便的石油资源,比如深海开采,油砂,页岩油等等。这些非常规石油资源的开采需要消耗大量的能量,提升了石油开采的成本,也给环境带来更 大压力。可以说,廉价石油的年代已经结束了。

更麻烦的是,这些非常规石油资源也不是无限的,石油的开采高峰很可能已经近在眼前,可开采的石油资源可能在几十年最多百多年左右枯竭,而运输业却是 能量消耗增长最快的领域。人类要满足自己对于运输的需求,必须寻找其他的能源方式,必须改变目前已经成熟的运输方法。在这个背景下,电动车辆,就成了运输 业的一个重要选择。

电动车:优势与限制

 

可以说人类的运输必然要走向电驱动。曾经承担运输业主力的铁路已经大部分完成电气化,对于运输业里面消耗最多能量的公路运输来讲,电动汽车也是必然的发展方向。电动车自身有很多好处,最大的优点,就是在使用端零排放。这样,目前困扰着大城市的汽车粉尘、有机烟雾、一氧化碳、氮氧化物排放等等直接污染就可以 立刻得到缓解,为减轻城市的环保压力作出贡献。同时,电动汽车使用的是电力,可以摆脱对石油的依赖。而因为可再生能源大多数都在以电的形式被应用,随着电 的来源越来越清洁,电动车所带来的环境优势将会更加明显。

但是目前的电网的确不够清洁。目前世界大部分国家的电力来源仍然以煤炭和天然气为主,而煤炭火力电站的污染非常严重,不仅仅排放大量的温室气体,煤 炭火电还会产生硫化物,氮氧化物,颗粒污染物等的排放,甚至煤炭利用造成的核污染也远远高于核电造成的核污染。由于矿山安全问题,煤炭开采的生命代价也很 高。此外,目前的技术水平下,电动车的制造与传统内燃汽车相比也要消耗更多的资源,造成更大的环境危害。综合下来,目前阶段在很多国家推广电动车,从生命 周期角度考虑并没有多少环保优势,可能只是造成污染转移。甚至可能电动车在生命周期中排放更多的污染物。中国去年就有研究表明,根据目前的电网结构,普及 电动车的环保好处有限,硫排放和氮氧化物排放都比汽油车高上数倍;美国相关的研究也显示,目前阶段全电车的生命周期环境代价高于内燃气车。

电动车自身的技术也有待突破。人们现在已经习惯了内燃汽车带来的方便,一箱油五六百公里的行程成了标准要求。但是对于电动汽车来讲,这个行程需要携 带的电量就太大了。由于目前电池技术水平的限制,单位重量和体积所携带的能量太低,大多数全电动车的行程仍然只能被限制在一两百公里之内。超过这个行程 后,电动车的重量增加太多,效率降低,制造成本也大幅度升高,推广面临困难。而这么短的行程用户是否接受,是否愿意改变用车习惯,还需要在实践中摸索,电 池技术恐怕仍然需要更大的突破。

充电速度也是一个电动车推广过程中需要解决的问题。目前的常规技术的充电速度很慢,往往需要几个小时,虽然理论上说可以利用后半夜用电低谷的时候充 电几个小时,但是在实际应用中,一辆本来行程就不长的车经常处于缺电状态,显然无法应付一些突发事件,用户能否接受,也需要实践考验。当然针对这个问题, 也有了很多解决办法,比如快速加电站,比如电池更换等等,这些新概念给解决这个问题带来了希望,不过实际效果如何,仍然需要实践检验。

针对全电动车的这些问题,混合动力汽车就成了一个不错的选择。油电双驱动的混合动力汽车已经成功在市场上运行了十几年,其超低的油耗在目前高油价的 背景下越来越受到用户欢迎,加入这个行列的制造厂家越来越多。不过目前的油电双驱动汽车仍然使用内燃机,更像是一个节油效果很好的内燃汽车,并不能使用电 网的供电。

插入式混合动力车就更像是电动车了。插入式电动车平时依赖电网充电,进行能源补充,所携带的能量足够短途使用。在进行长途运行的时候,插入式电动车 又可以使用燃油,通过燃油燃烧发电来提供电力。这样,在使用的大多数时候,插入式电动车都可以使用电网提供的电力,同时也解决了长途运行以及紧急情况下的 使用问题。另一方面,由于内燃机只用于发电,可以保持在效率最高的工作状态下运行,也可以进一步提高燃油的利用率,降低对环境的影响。这个方案,在很多国 家被视为目前阶段电动车的重要发展方向。

无论如何,电动车非常可能是未来运输的解决方案,虽然目前在实际应用中仍然有一些技术问题,但是随着各国政府对电动车发展的重视,大的车辆制造企业 加大研发投入,相信这些问题终将得到解决。目前已经进入到电动车的工业推广尝试阶段,在较大应用规模中寻找暴露出的具体技术问题,寻找推广方法模式,为大 规模商业推广进行相关技术准备,积累经验。也许二三十年后,电动车就可以占到重要的比例,最终摆脱对石油的依赖。

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