| 查看: 380 | 回复: 2 | |||
| 当前主题已经存档。 | |||
sunmlw铁杆木虫 (著名写手)
|
[交流]
【转帖】汽车氢时代何时到临？
|
||
|
拍摄超速的摄像头似乎是惟一能赶走罗萨里奥·贝雷塔脸上笑容的东西。这位戴姆勒-克莱斯勒公司的工程师正驾驶最新的氢燃料电池汽车F-Cell驶近德国西南部村庄纳伯恩。同样的车一共有60辆，正在德国、美国、日本和新加坡等地试车。 一驶出摄像头的视野，贝雷塔就急于尝试F-Cell迅捷的加速能力，这是电动机的天然优势。F-Cell的外观和操纵与其蓝本奔驰A级车并无不同，特殊之处在于行驶起来只能听到压缩机微弱的嗡嗡声。虽然140公里的最高时速还算满意，但纳伯恩到法兰克福225公里的两小时车程，就足以揭示F-Cell最大的弱点，它不到90分钟就耗尽了燃料。当加氢站还寥若晨星时，这的确是个问题。 全球正在试验的燃料电池车已有600～800辆，除了地球变暖的压力，更现实的刺激还是油价的不断攀升，纽约原油期货价以59.15美元的新高迎接了2005年的愚人节。 以内燃机和电动机取长补短的混合动力车是近期最成熟、节能最显著的途径，富于石油危机感的日本抢占了这一先机，丰田“普锐斯”（Prius，先驱者）成为世界首款批量投产的混合动力车，1997年问世以来全球销量已超23万辆。该车型性能丝毫不逊传统车型，在城市工况下比同等排量的“花冠”节油44.4%。2004年11月，“普锐斯”获欧洲年度车型奖，当年丰田混合动力车销量从上一年的24627辆激增到53991辆。 据估计，到2010年中国石油消耗的61%要依赖进口，汽车的消耗将占国内石油总需求的43%，这两个比例到2020年还将增至76%和57%。2005年后汽车尾气排放在中国城市大气污染中的比重将达79%以上。以2050年15亿人口计，如果参照当前人均GDP为25000美元的国家的能耗计算，届时中国能源消费量将达52.5亿吨标准油，将是目前世界能源消费总量的60%、中国能源消费量的5.8倍。 中国的汽车发展，不考虑混合动力与“氢时代”没有出路。 未来:燃料电池车 燃料电池车是通用的重点，1997年在日内瓦车展推出欧宝燃料电池车，1998年9月“氢动一号”概念车在巴黎车展登场，2001年10月“氢动三号”亮相东京车展，2002年1月面世的“自主魔力”(AUTOnomy)概念车首次将燃料电池技术与线传操纵技术结合起来，当年8月，全球首辆可驾驶的线传操纵氢燃料电池车Hy-wire就在巴黎车展公开。2003年，改进的“氢动三号”成为首款获日本公路行驶许可的液氢燃料电池车，最高时速160公里，可连续行驶270公里。 今年4月，通用刚刚在底特律车展首次公开的Sequel氢燃料电池车将参加上海国际车展，其储氢量达到8公斤，最大功率提高约25%，连续行驶距离达到482公里，0～96.5公里/小时加速只需10秒。该公司研发及规划副总裁波立达的评价是“虽昂贵，但可行”，他还希望燃料电池车“2010年以前在耐用性和性能上能与目前的内燃机系统一争高下，最终实现经济量产，成为普通消费者买得起的车型”。福特的策略则较富过渡性，在业内首先将混合动力与燃料电池技术结合的H2RV可节能25%，预计一两年内上市。 2002年5月20日，戴-克公司的甲醇改质型燃料电池车NECAR5完成了旧金山到华盛顿的横穿北美之行，历时16天，行程5250公里，最高时速145公里。除F-Cell在全球试车外，戴-克还有33辆燃料电池大巴参加了欧洲多个示范项目，总里程和行驶时间已分别达到42万公里和33000小时。2005年3月，以奔驰B级车为原型的燃料电池车B-Cell又出现在日内瓦车展，输出功率超过100千瓦，储氢压力增至70兆帕，连续行驶距离从160公里增至约400公里。公司同时宣布:将于2012年正式销售氢燃料电池车。 宝马公司对燃料电池也不看好，倾向于最保守的氢气、汽油双燃料发动机技术。2005年1月向北美首次推出的H2R概念跑车用液氢燃料时功率276马力，0～96公里/小时加速仅需6秒，可行驶350公里，氮氧化物排放低于加州标准，据称宝马7系中也将出现一款氢燃料车。这些车型需要制冷系统保证液氢的低温，待燃料电池技术成熟后，宝马很可能还是要彻底变革。 也许因为在混合动力车上占有先机，丰田认为燃料电池车难度甚大。在混合动力车型基础上开发的丰田FCHV氢燃料电池车2003就在加州开始租赁试用，但其130升的储氢量，实际连续行驶距离只有209公里，比汽油车和“普锐斯”的500公里和700公里相去甚远。丰田汽车燃料电池开发本部技术部长河合大洋认为:“如果连续行驶距离达不到500公里，估计无法让普通消费者接受。130升的燃料箱也根本无法安装到‘威驰’和‘花冠’等小型车上。”在2005年1月的东京“第一届国际燃料电池展”上，河合大洋表示:“2010年代前半期，必须造出能让人相信燃料电池车即将普及的车型。” 日产汽车公司从1996年就开始研发燃料电池，2002年12月开始测试的X-Trail FCV氢燃料电池车最高时速145公里，可连续行驶350公里，2004年3月批量生产，2005款又应用了自主开发的固体高分子燃料电池组和碳纤维高压液氢罐。本田的最新燃料电池车是2005款FCX，最大时速149.6公里/小时，行程322公里，每加仑燃料在城市可行驶100公里，已有20辆上路试用。马自达稍嫌保守，计划2006年在日本开始租赁RX-8氢气、汽油双燃料车。现代汽车2002年开发了Santa Fe氢燃料电池车，可连续行驶165公里，2004年12月韩国能源研究所也推出氢燃料车，可连续行驶210公里。 氢经济发展史 氢经济是个非常宽泛的概念，其实氢能源是二次能源，鉴于交通在经济中的重要地位，才出现了这样的说法。目前，氢能源系统建设投资主要来自民间，壳牌打算到2006年投资10亿美元以上，英国石油公司和埃克森-美孚等能源巨头也都有计划，此外还有全球100多家燃料电池制造商的努力。 受1973年石油危机影响，国际社会早在1974年就召开了“国际氢能经济利用会议”，成立了“国际氢能学会”（IAHE），每两年举行一次国际氢能会议，但直到90年代，各国对氢能的投资才开始回升。2000年首届“国际氢能论坛”在慕尼黑举行，2004年第二届论坛在北京举行，2003年10月，包括中国在内的14个国家成立了国际氢能经济合作组织（IPHE）。 2002年，美国能源部建立了氢、燃料电池和基础设施技术规划办公室，提出了《向氢经济过渡的2030年远景展望报告》。以环保激进著称的加州一度曾要求到2003年全州售出新车的10%是零排放汽车，今后几年将陆续投放300辆燃料电池轿车和公共汽车试用，密执安州2002年就在底特律建立了“下一代能源”工业区。 2003年，欧盟发布了氢发展构想报告和行动计划，将在4年内投资20亿美元，并创立欧洲氢燃料电池合作组织。“欧洲清洁城市运输项目计划”正为阿姆斯特丹、巴塞罗那、汉堡、斯图加特、伦敦、卢森堡、马德里、斯德哥尔摩和波尔图9个城市各安排3辆燃料电池公共汽车试用。日本从1993年起就开始实施“世界能源网络”计划，深入研究氢及其基础设施技术，希望到2020年逐步推广氢能。韩国氢燃料技术比美、日落后4～5年，因而公布了以氢为基础的经济能源政策，希望到2020年陆续投资8.43亿美元，使交通对原油的依赖减少20%。 水电和天然气丰富的挪威2003年就设立了国家氢能源委员会，目前正在斯塔万格和奥斯陆间建设500公里的氢能源公路。加拿大和巴西也都希望利用廉价水电推广氢能。人口仅28万的冰岛58%的能源和近100%的电力来自水电和地热，早在1999年就提出到2030年将率先建成氢经济，首先更换首都雷克雅未克全部公交车，到2030年将使全部机动车和渔船使用氢燃料电池。 规模问题 现在，少数激进的厂商和国家对氢经济雄心勃勃，戴-克计划到2010年生产10万辆氢燃料车，通用的胃口是100万辆，欧盟打算到2030年使氢燃料车的比例达到15%，2040年至少翻一番，而日本计划到2020年生产500万辆。但实际上，氢能源的大规模使用是一个可能需要数十年的社会经济过程，汽车、燃料和基础设施的价格相互影响，使用规模又与价格和方便程度相互制约。以可用能量单位计，目前氢比汽油贵5倍，伊斯特曼化学公司副研究员蒂姆·道西说:“如果给氢电报个价，应该是4美元/瓦。”现有氢燃料汽车的价格仍是普通汽车的10倍多，即使年产50万辆，仍有6倍差距，如果成本没有突破，至少在2030年前难以大规模产业化。 氢经济涉及的能源结构问题还必须与环保同时考虑。据丰田公司和瑞穗信息研究所对“从油井到车轮”的全程污染排放研究，制氢的电能如果来自矿物燃料，则燃料电池车的温室气体排放并不比混合动力车少，甚至还有科学家认为，大量使用氢产生的大量水蒸气反而是加剧全球变暖的因素。大规模依靠核能代价也很大，只有制氢电能来自太阳能、水能、风能或海洋能，才谈得上真正的绿色，但这些可再生能源只有在巴西和冰岛等国可望达到较高比例，美国71%的电力仍源于矿物燃料。 英国经济学家安德鲁·奥斯瓦尔德测算，美国每年约33%的能源用于交通，如果全部采用氢燃料汽车，全部靠风电制氢，需要100万台风力发电机，占用半个加州，如果来自核能，需要100座核电站。依靠水电解制氢，还要考虑水的来源和分布，美国水资源研究所的数据表明，要满足氢经济的需求，美国水资源消耗总量将增加10%，每年需要4.2万亿加仑水，大约相当于尼亚加拉瀑布3个月的水量。 计算表明:要使美国40%的汽车使用氢燃料电池，总投资将超过5万亿美元。加州计划2010年以前建设150～200个加氢站，每个造价高达50万美元，全美100775个加油站哪怕只改造25%，也需要130亿美元。壳牌公司估计，欧洲氢燃料车比例仅达到2%，就需要投资200亿美元。 显然，更加现实的途径是逐步引导。从30年前率先推出无铅汽油起，美国经济增长160%，汽车行驶里程增加120%，但车辆污染物排放下降了600%。自1990年以来，加拿大GDP增长17.2%，而能源消费仅增长10%，工业能源效率年均提高0.9%。目前德国已超过美国，成为世界头号风力发电大国，西班牙也位居第三。这些都主要是市场引导的结果。在日本和欧洲，个人购买一辆“普锐斯”，政府分别补贴1000和1600美元。美国对购买每辆零排放汽车补贴4000美元，并要求到2006～2007年联邦机构新购车辆应有5%为氢燃料电池车，以后还将提高到20%。 [ Last edited by laizuliang on 2007-12-25 at 13:00 ] |
回复此楼» 猜你喜欢
0855东华机械332求调剂
已经有1人回复
-
08工科求调剂
已经有1人回复
-
金属材料论文润色/翻译怎么收费?
已经有87人回复
-
【博士招生】南京林业大学车辆工程课题组招收26年9月入学“申请-考核制”博士研究生
已经有16人回复
-
OLGA软件清管模拟 为什么老是清管方向相反 怎么修改
已经有0人回复
-
燕山大学先进结构材料团队招收金属材料相关方向 2026年硕士研究生
已经有0人回复
-
中国地质大学（北京）深部探测与成像全国重点实验室诚邀全球英才申报 2026 年海外优青
已经有0人回复
-
航空工程363分求调剂
已经有8人回复
-
高温合金厂家
已经有0人回复
-
11408 369分调剂求助
已经有2人回复
» 本主题相关商家推荐: (我也要在这里推广)
sunmlw
铁杆木虫 (著名写手)
- 应助: 0 (幼儿园)
- 贵宾: 0.05
- 金币: 7492.1
- 散金: 787
- 红花: 2
- 帖子: 1001
- 在线: 249.6小时
- 虫号: 77613
- 注册: 2005-06-30
- 性别: GG
- 专业: 固体力学
|
氢的使用 作为地球上最丰富的元素，氢原子几乎总是与其他元素以分子形式存在，按照能量守恒定律，首先要消耗能量来提取它，因而在燃料电池中，氢实际上只是一种能量流通手段。 几十年来，氢已经是有机化学工业的重要原料，全世界年产约5000万吨，主要来自煤气、天然气、轻质油或重油等矿物燃料，但储量有限，也未根本解决环保问题。薪柴、锯末、稻草等可再生的生物原料也可通过气化和微生物方法制氢。最丰富的含氢物质是水，水电解制氢的效率一般为75%～85%，但每立方米需耗电4.5～5.5度，而且目前设备规模较小。 氢气密度很低，需要压缩或液化才能运输、存储和分配。5～7公斤氢能使汽车行驶644公里，但控制燃料罐体积是燃料电池车的主要难题。现有的储氢方式一是将液态氢储存于-253℃的低温罐内，二是将氢气储存于高压绝缘罐中，连续行驶里程分别达到400和270公里的水平，但前者要消耗较多能量，后者体积仍然较大，蒸发还会每天消耗5%的氢。更先进的办法是金属氢化物低压固态储氢技术，美国采用晶粉状金属合金，一次可吸收氢气约3公斤，加热即可释放出来，可反复使用几百次。 2003年4月，壳牌石油公司在雷克雅未克开设了世界第一个加氢站，截止2004年3月，美国已有24座，德国15座，日本12座，加拿大3座，另有十几个国家分别有1～2座。目前，纽约到华盛顿之间，加州的“氢动力高速公路”沿线，以及欧洲和日本一些城市都在建设加氢站。 中国的“超越”之路 到2020年中国将超过美国，成为世界最大的汽车市场，因此，未来汽车技术趋势的真正决定因素在中国，但中国采取了纯电动车、混合动力车和燃料电池车三管齐下的战略。2001年2月29日启动的总投资24亿元的863计划电动汽车重大专项以“实现我国车用洁净燃料的战略转换，改善城市大气环境，促进汽车工业跨越式发展”为目标，具体任务是:建立燃料电池汽车产品技术平台;实现混合动力电动汽车的批量生产;推动纯电动汽车在特定区域的商业化运作。上汽奇瑞、天津汽车牵头研制纯电动轿车，一汽、东风电动汽车公司牵头混合动力客车，东风电动还负责混合动力轿车，北京客车总厂和上海燃料电池汽车动力系统公司分别负责燃料电池客车和轿车。 目前，电动汽车重大专项已汇集200多家单位和2000多人的研发队伍，有60多辆样车在各地示范运营，燃料电池轿车和客车样车已分别累计运行4000和8000多公里。该专项首席科学家万钢表示:在混合动力汽车方面，我们和国际先进水平的差距约为5年，在燃料电池车方面只有2年左右。从技术上看，这将是避免汽车业重蹈“技术空心化”覆辙的良机。 然而，在资金和汽车工业整体技术实力都有限的情况下，三管齐下显然更像科技跟踪而非产业战略，握有最大市场并不意味着把握技术发展方向。以目前国内大型骨干汽车企业的实力，应对竞争已相当激烈的传统市场尚且主要靠引进成熟产品，要在新能源车型的产业化上抛开国外技术合作的诱惑，坚持走自主知识产权的道路，并非易事。2004年9月15日，一汽与丰田决定2005年内合作生产“普锐斯”混合动力车。虽然价格不易占优，也缺乏配套，但丰田首次在国外生产混合动力车就选择中国，大有影响中国相关汽车标准，迫使竞争对手跟进之意。至于一汽希望在新“红旗”上采用混合动力，恐怕不易得到丰田的关键技术转让。2004年10月，通用汽车也决定与上汽集团合作开展混合动力客车的商业示范运行。广州本田虽然对市场有所观望，但据说也正考虑在华生产“雅阁”混合动力车。 较注重自主研发的是东风汽车公司，但其优势主要在公交车。2001年成立的东风电动车辆公司承担了863计划混合动力客车和轿车项目，2004年11月已通过验收，计划2005年10月认证后批量投产。其混合动力客车比普通车贵30%，但油耗低30%，污染排放减少50%～70%。2008年奥运会期间，东风将提供500辆混合动力客车和2000辆混合动力出租车。 对氢能源研发，科技部2000年启动的973项目开始了“氢能的规模制备、储运及相关燃料电池的基础研究”，要取得较大突破尚需时日。 国内完全自主研发燃料电池轿车整车的主要是上海神力公司，他们与同济大学联合开发了“超越”系列，2004年7月下线的“超越二号”最高时速115公里，能连续行驶168公里，到2005年初已累计行驶一万公里。2005年下半年，采用“超越三号”技术的10辆燃料电池出租车将开始示范运行。由于国内至今未突破相关技术，“超越”系列只能采用占用空间较多的常压氢气，“超越三号”燃料电池功率仅50千瓦。该公司今后的重点可能还是电动游览车。 “就研发成本和国内厂商的竞争力而言，公共汽车是最容易被市场接受的燃料电池车型。”这是清华大学汽车工程系主任欧阳明高的看法。他们研制的“燃料电池城市客车”2004年5月25日就曾与戴-克公司的车型在北京并驾齐驱，而造价只有国外平均水平的1/4。同日，中国政府采购3辆戴-克的Citaro氢燃料电池公共汽车，从2005年9月开始在北京试运行，采用神力公司技术的3辆清华大学车型将在上海试运行，2008年可望出现在北京奥运会。973项目首席科学家毛宗强教授的一个设想更为现实:将现有天然气公交车的燃料中增加20%的氢气，虽然价格提高约40%，但以2008年北京有10000辆天然气公交车计，相当于约2000辆氢燃料汽车。 2004年6月1日颁布的新《汽车产业政策》对电动汽车、车用动力电池、混合动力汽车技术、氢燃料等新型车用燃料都表示了明确的扶持态度，《可再生能源法》也将自2006年起施行，但这些都只是原则规定，三管齐下的技术策略、20～30亿人民币的整体投入和以公共汽车起步的实际格局，似乎都预示着中国在氢时代“超越”之路的漫长。 从混合动力到燃料电池 电动车如果单纯依靠蓄电池事先充好的电，性能指标问题不大。目前最快的生产型电动汽车是摩纳哥文图瑞（Venturi）公司2004年9月推出的“偶像”（Fetish）跑车，装有180千瓦（300马力）电动机和新一代锂离子电池，最高时速169.9公里，0～96.5公里/小时加速只需4.5秒，充电一次可行驶322公里以上，不过价格也高达66万美元。 纯电动车的致命弱点是充电时间长，成本过高，行驶里程不足，实用性较差。一个解决的办法是采用混合动力，同时安装内燃机和电动机，启动、急加速和高速行驶时并驾齐驱，低速行驶时只用电动机低吟浅唱，特别适合城市拥挤道路行驶。当电池的电量降低到一定程度，内燃机自动启动充电。减速和制动时，电动机产生的能量逆向存入蓄电池。 由此还发展出混合电传动(HED)概念，它将内燃机通过发电机提供的电能与电池组的电能结合使用，在提高系统运行效率的同时还有诸多好处:动力源与车轮之间通过电线连接，省去了复杂的机械传动装置，电动机可以装在轮毂内，车辆总体设计十分灵活，同时方便采用线传操纵技术，由计算机控制的电子线路取代机械与液力连接，完成转向、制动、换档及油门控制。 燃料电池的原理是1839年英国人葛瑞沃发明的，它是一种将储存在燃料（氢、天然气、甲醇等）和氧化剂中的化学能直接转化为电能的装置，只要不断供给燃料和氧化剂，就可以连续供电，以氢为燃料时主要生成物为水，属于“零污染”。 低速条件下，内燃机汽车平均效率只有约14%，相当于百公里耗油10升。燃料电池发动机在额定功率下运转效率60%，部分功率输出时可达70%，短时间可输出额定功率的200%，是内燃机汽车的两倍多。燃料电池能量转换静态完成，结构简单，运转温度低，散热简单，没有运动部件和磨损，噪声和振动小，可串联成不同规格，布局灵活。 燃料电池的缺点主要是成本，虽然自1990年以来成本已降低95%，但仍是内燃机的5倍。而且氢的安全要求很高，制造工艺复杂;发动机功率密度还有待提高;作为主力的质子交换膜燃料电池需要用贵金属铂做催化剂，对氢的纯度要求高，而且铂容易失效;燃料电池通常还需要辅助电池来储存富余电能和减速制动时再生的能量，寿命最多只有2000小时，而普通汽车发动机约为4000小时。另外，氢无色无嗅、易燃，还必须解决泄漏监测和紧急事故处理问题。 |
2楼2005-08-07 20:16:32
jingsi81
木虫 (正式写手)
- 应助: 1 (幼儿园)
- 金币: 2929.9
- 散金: 88
- 红花: 1
- 帖子: 438
- 在线: 71.7小时
- 虫号: 353048
- 注册: 2007-04-23
- 专业: 金属材料表面科学与工程
3楼2007-04-27 08:18:58
