●有三种可选择的技术前景较为广阔,即替代燃料、先进的内燃机技术、电动化
●电动汽车到底能从何种程度上减少二氧化碳的排放?这取决于电池所需的电能是否通过清洁途径生产。如果发电市场是以煤炭密集型电源结构为基础,那么,电动汽车对减少二氧化碳排放所能起到的作用微乎其微
●影响消费者购买环保汽车的关键因素是所有权总成本,未来具有市场吸引力的仍会是柴油汽车。
●政府补贴将在增加电动汽车市场吸引力方面起主导作用,政府必须制定长期的相关政策方针。
目前,几乎所有世界顶级汽车生产商都在探索减少二氧化碳排放、提高能源利用效率的新途径,这一方面是由于政府部门相关规定的强化、能源安全忧虑的加深和石油价格的上涨;另一方面是由于公众对环保汽车品牌的青睐。减少二氧化碳排放已成为发展新能源汽车的动力。目前,汽车行业在新能源动力技术研发上投入了大量预算,这些新技术包括混合动力总成、燃料电池和电动汽车。
从目前看来,有三种可选择的技术前景较为广阔,即替代燃料、先进的内燃机技术、电动化。这三种技术相互之间并不冲突,在通向纯电动汽车的技术进化历程中,三者拥有很多接近和重叠之处。
先来看替代燃料。替代燃料包括压缩天然气、第二代生物燃料和氢能源,其中压缩天然气和第二代生物燃料在减少二氧化碳排放方面的潜力十分巨大。例如,使用压缩天然气可减少25%的二氧化碳排放。然而,最主要的问题是如何解决其高成本投入,无论是在车内增设燃气箱还是建设必要的加气基础设施都价格不菲。第二代生物燃料,如生物柴油、生物乙醇等,将占据越来越突出的地位,它们能减少近90%的二氧化碳排放。另外,它们也可以与传统的汽油、柴油燃料混合使用,逐步减少机动车的二氧化碳排放。以氢能源为基础的汽车动力技术在近几十年内则不太可能取得商业性成功,因为它的总体能效较低,而基础设施和燃料电池方面的成本极高。
第二是先进的内燃机技术。从某种程度上来说,先进的内燃机技术将是成本效益最高的二氧化碳减排方法。此类技术包括汽油或柴油直接喷射技术、涡轮增压技术(用以减少发动机排量)等。不过,对于这种技术,二氧化碳排放量每降低1个百分点,成本将增加70美元—140美元。在同时运用多种先进内燃机技术的情况下,一台汽油发动机燃烧效率提高20%所需增加的成本为2100美元,一台柴油发动机燃烧效率提高10%所需增加的成本为1400美元。
第三是电动化。对于电动汽车,二氧化碳排放量每降低1个百分点,成本将增加140美元—280美元。与改进内燃机技术相比,尽管部分或完全依靠电动化的动力系统成本会高一些,却更有利于减少二氧化碳的排放。电动汽车的主要成本来自其电池部分,尤其是锂离子电池。
可以说,电动汽车是这场技术进化的终极目标,在此之前还需经历以下几个发展阶段:
一是轻度、中度混合动力系统。轻度混合动力汽车是实现电动化的第一步。它配有一个小型电动机,该发电机不仅能够控制发动机的启动和停止,还能够存储制动产生的能量,并在行驶过程中辅助加速。在减少二氧化碳排放方面,虽然中度混合动力汽车能达到减排10%—15%的水平,但成本较大,每辆车约需增加2100美元,因此,它只能是一个发展过渡阶段。
二是完全混合动力系统。完全混合动力汽车是实现电气化的第二个阶段,其特点是拥有更大型的蓄电池和电动机。该设备能支持汽车用电力启动、加速及低速行驶。目前,一辆完全混合动力汽车与传统的内燃机汽车相比,成本要高出7000美元左右。但据预测,混合动力汽车的零部件成本将以每年5%的速率下降。也就是说,到2020年,一辆完全混合动力汽车的附加成本将降至4000美元左右,与进一步优化传统内燃机相比,它将是一个更加经济的解决方案。到2020年,完全混合动力汽车能够实现的二氧化碳减排量将达到25%—30%,二氧化碳排放量每降低1个百分点,成本将增加130美元—160美元。
三是插电式混合动力系统。插电式混合动力汽车是完全混合动力汽车的升级。它配有一个更大的蓄电池,能够从输电网充电。这种技术路径具有一种特殊装置:加程器或者称增距技术(Ranger Extender)。这种可延长汽车行驶里程的加程器与当前的混合动力系统相似,只是将电动机和内燃机的角色进行互换,由电动机直接为汽车行驶提供动力,而其所携带的小型高效内燃机则可在缺乏充电基础设施的情况下为蓄电池充电,从而达到延长汽车行驶里程的目的。这一技术使混合动力电动汽车在保持原有优势的基础上能进行长距离行驶。
四是纯电动汽车。纯电动汽车是电动化的最后阶段,其驱动系统完全依靠从输电网获得的电力。凭借其高能量密度和高使用寿命,锂电池很可能将被广泛应用于汽车产业。但目前受生产规模的限制,锂电池的成本约为每千瓦时造价2000美元。据业界专家预测,截至2020年,锂电池的成本将下降到每千瓦时造价500美元—700美元。然而,即使锂电池的生产成本下降到每千瓦时700美元,行驶80英里(大约130公里)所需的电池成本仍高达14000美元。当然,随着电池技术的不断突破,其成本也有望发生根本性的变化。
电动汽车到底能从何种程度上减少二氧化碳的排放?这取决于电池所需的电能是否通过清洁途径生产。如果发电市场是以煤炭密集型电源结构为基础,那么,电动汽车对减少二氧化碳排放所能起到的作用微乎其微。在欧洲,由于电源结构更加清洁,主要依靠可再生能源和核能,电动汽车的推广能够使二氧化碳排放减少55%—60%。
上图 2009年日内瓦国际车展上,瑞士Protoscar公司推出的纯电动概念车LAMPO。LAMPO是一款全轮驱动敞篷跑车,车身前后分布有2个电动机,采用锂电池组作为电力来源,输出电力达32千瓦时,一次充电可行驶200多公里。
下图 日本丰田公司推出的插电式混合动力汽车,该车每加仑燃油可行驶一百多英里,而目前公认的高燃效标准一般是30英里每加仑。
郭 辑供