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目前日本和欧洲出于安全考虑都在削减核电
浏览: 发布日期:2018-12-03

  [车友头条-车友号汽车通讯社]“电 是能量概念,而不是能源概念。能源,其实就是能量之源,煤炭、石油、水电、风电、太阳能……这些才是能源。所以,从严格的意义来说,丰田的氢燃料电池车,其实就是电动车。”听完了丰田工程师对于能源和能量的概念区别阐述之后,我发现,中国的新能源车技术发展方向似乎落后了……

  丰田的Hama Wing风力制氢站坐落在横滨海边一个美军基地旁边,参观这个新能源验证项目的时候,来自全世界的媒体记者呼啦啦涌入这个面积只有半个足球场大小的制氢站。不明就里的美国大兵急忙起飞一架直升机,一直在我们头上盘旋监视——而这么一个小细节让我突然意识到,这里其实并不是修建风力发电站的最佳所在,因为风力如果很大就会增加直升机起降难度,美军基地选址时一定会考虑这个问题。而在整个参观过程中,丰田Hama Wing风力发电机组的螺旋桨大叶片安静得纹丝不动,微微的海风吹在脸上很是惬意——这地方貌似更适合建别墅。

  为何选这么一个所在修建Hama Wing风力制氢站?丰田工程师解释说,日本地少,寸土寸金,适合做风力发电站的地方很多都是私人领地,最后好歹政府赏了这么个旮旯角,也只够建一套风力发电站机组,所以说让各位见笑了……相比之下,中国的风力资源丰富的地方很多,如果中国掌握这套风力制氢技术,未来很有可能不用再依赖石油进口。

  早在10年前丰田推出普锐斯的时候,就有人说过,油电混动系统依然要依靠汽油作为能源,混动科技的本质是提升了石化能源的能量利用效率,所以从根本上看油电混动科技其实是一套“过渡”方案。对此说法丰田官方并不否认,只不过从10年期限来看,油电混动系统却是能触手可及的最环保的节能减排方案。

  除了混动,这个时期还有太阳能、生物乙醇、插电电动以及氢燃料电池等等方案。其中,太阳能电池板的能量转化效率极其有限,就算车身布满电池板,天天都是大晴天,在太阳下晒满8小时,也只能开个几公里……

  而生物乙醇同样面临诸多限制,主要是产量问题。以世界上最大的乙醇生产商美国Poet公司为例,该公司每年生物乙醇总产量为40亿升,这个产量只够供应200万台“纯乙醇燃料汽车”的使用。此外生物乙醇对粮食或秸秆需求量大,在一些种植环境恶劣的地区很难普及。

  至于所谓的插电充电的电动车,其实既不环保也不节能。“电动汽车所带来的二氧化碳排放甚至可能比燃油汽车还要严重!”英国Essex大学Sheri Markose教授曾于2010年7月30日在北京举行的一次环境问题的研讨会上旗帜鲜明地提出过这一观点,“只有电动汽车所用的动力来自低碳的可再生电力能源时,电动汽车才会在二氧化碳减排方面起到重要作用。否则,电动汽车无非是将后端污染前移到发电阶段,并不会助力二氧化碳减排。”依照这一理论,在以燃煤发电厂为主的中国,电动车的大规模普及就意味着中国必须建更多的火力发电厂,意味着更多的排放甚至是更多的雾霾……

  “电动车本身不会排放二氧化碳,但是火力发电厂会。”这个观点一语道破了电动汽车的“零排放”命题本身就是一个谎言。说白了,电动汽车在本质上和发条玩具并没有什么不同,发条玩具在运动的时候,是不会排放二氧化碳的,但前提是必须有人事先为它们拧紧发条,当然了,人们拧发条的力气来自于进食,说到底,是大米饭或面包驱动了发条玩具。同理,驱动电动汽车主要还是依靠煤炭(全球大约70%的发电量来自于火力发电厂)。只有大大降低火电厂在整个电力工业中所占的比重,电动汽车才有可能成为真正的“环保汽车”。所以,在美国,获得节能环保补贴的是混动车,而不是纯电动车。

  电动车充电还存在严重的浪费问题。下图是特斯拉的充电装置功率一览表,可以看到, 2.2kW的充电桩充满85kWh(也就是是85度电)容量的电池,需要39个小时,2.2kW乘以39个小时等于85.8kWh,如此一来,0.8kWh被浪费掉了……当然了0.8kWh其实不多,可以被忽略,那么再来看看17.6kWh的充电桩——17.6kWh乘以5小时等于88kWh,秒速赛车有3kWh被浪费掉了……于是乎查了一下特斯拉Supercharger,在以最大充电功率105kW充电时,可以在1小时充满电,那么,多出来的20kWh被浪费掉了。简而言之,充电速度越快,充电过程中浪费掉的电能就会呈几何平方数值上升……

  最后一点,电动车的推广将会给中国的电力基础建设带来巨大的压力,如果未来电动车普及了,春节返乡或回程高峰期,高速公路上只要有数千辆电动车同时快充,中国电网的潮流分布就会出现巨大黑洞……这个具体就不解释了,感兴趣的同志可以看看自家小区或写字楼停车场有几个100kW以上的快速充电桩就明白了——不是建不起,而是不敢建。一般来说,一个小区或写字楼内如果有6辆电动车同时快充,该小区或写字楼的电力供应就会直接瘫痪。

  那么,貌似可行的新能源方案就只剩一个“氢燃料电池”了——是的,我认为这才是未来最环保且足够廉价的新能源“终极”解决方案。

  众所周知,氢燃料电池的能量转换效率高达50%,然而在整个氢燃料电池的产业链中,最重要的不是氢燃料电池、电机以及电机控制这类技术,而是氢气制造技术。

  氢气如何获取?电解水即可,但是电解水也是要用电的,说来说去又绕回“电”上面去了,之前说过,中国电力结构是以火电为主,烧煤发电取氢?这样造出来的氢气其实并不干净。

  对于这个问题,丰田给出了自己的解决方案——风能发电制氢。丰田的这套制氢系统,所有的电力都来源于1980kW的丹麦Vestas风力发电机组,这套机组属于大型兆瓦级风力发电机组,目前中国国内已经可以生产2000kW以上的风力机组。而这套机组的继电器系统则是由180个从报废丰田普锐斯上拆下来的动力电池组成,这些电池单元虽说容量衰减程度不一,但是“团结力量大”,依旧可以保证输出稳定的电流——为什么要用这玩意呢?主要是风力时大时小,发出的电有强有若,为了保证稳定的电流,所以需要在水电解系统和发电系统之间加入这么一个“电流中转稳压站”。

  电解水装置的用水没有太大讲究,自来水即可——因为日本的自来水是可以直接饮用的,所以我不清楚中国的自来水是否可直接供电解氢使用,但不管怎么说,就算是用蒸馏水电解,这个成本也是微乎其微的。

  氢气电解出来之后,要压缩到0.8MPa(也就是8个大气压的压力)进行储存。然后会有氢气运送车辆进入制氢站加注高压氢气,然后再运送到物流部门供12台氢燃料电池叉车满负荷全天使用——但是丰田的这个制氢站,其风力发电机发出来的电有75%是供给电力公司的,只有25%是用于制氢,而且由于位置不是很好,每年的发电量其实不高——如果是建在风力资源丰富的地区——例如中国新疆吐鲁番,保守估计,一台风力发电机组就可以满足1000辆燃料电池车的日常用氢需求,毕竟不是每台车每天要跑几百公里的。

  目前日本加注氢燃料的价格是每千克1100日元,以量产的丰田Mirai为例,加注加5公斤氢气只需3分钟,可以跑650公里,算下来每公里行驶成本为8.46日元;而日本每升汽油价格是140日元左右,以百公里综合油耗7升进行计算,每公里行驶成本是9.8日元,如此简单比较不难发现,氢燃料电池车的行驶成本更低,如果未来氢气大规模量产,成本还会进一步降低。据丰田工程师透露,未来氢燃料电池车普及之后,氢燃料的价格将只有目前的1/3,加注燃料的速度会快3倍。

  正如之前所说,如果烧煤发电,用电去电解氢,再通过氢燃料电池转化成电,进而驱动汽车,实属多此一举。但是,如果是用风力发电呢?情况就不一样了。

  目前中国的电力结构中,火电占75%左右,火电的好处就是绝对的稳定!什么时候想发电就什么时候发,点把火就行。此外还有核电的发电稳定性也很不错,但是在国内由于种种客观原因,核电占比只有3%。由于福岛核电站事件的影响,目前日本和欧洲出于安全考虑都在削减核电,中国对于核电扩容可能会更加慎重。

  水电的问题在于冬季枯水期发电量会大幅下降,所以就算三峡电站建成,水电依然无法挑大梁。

  再有就是太阳能,太阳能电站占地面积大,而且受季节和夜间影响很大,不具备稳定发电能力。同样的情况还有风电,风电虽说占地不大,但风大风小不是电力公司说了算,因此同样不具备稳定发电能力。

  所以,在中国的电力结构中,太阳能和风电只能作为调济手段来进行应用。电力由于无法大规模储存(没有这么大容量的电池),因此各国都是根据用电量来安排发电量,但是不排除有些时段用电量激增,这个时候就需要水电、太阳能或风电进行调济。然而尴尬的是,需要调济的时候很可能没风没阳光,所以说,单就调济作用而言,风电和太阳能的调济稳定性也是相当差的,所以水电承担了更多的调济重担。大部分的风能和太阳能都被浪费掉了。

  我曾经观摩过乌鲁木齐到吐鲁番的达坂城百里风电站,当时风很大,大到足以把人吹翻,但是2/3机组却处于关闭状态,工作人员解释称,因为电网用不了这么多电,所以不少机组被迫停机……我认为这是一种巨大的浪费。

  既然电力调济作用不明显,存在极大的浪费,还不如将风电全部用于制氢。依照丰田工程师的设想,单单一个“百里风电站”,理想状况下一年的发电量就足够制出供应1000万辆氢燃料电池车的氢气。无论风大风小,所有机组都可以保持全勤,风力大小其实决定的仅仅是氢燃料生产速度而已,风力资源可以得到最大化利用。在风力资源丰富的中国西部地区,只要20个这样的超级风力发电站,就可以满足中国道路交通对于氢燃料的需求……

  此外,风电建设占地面积小,风力发电机组之间还可以铺设太阳能电池,从而形成“混合清洁发电系统”。所有制出来的高压氢气,可以像天然气那样通过管道输送;加氢站无需像现在加油站那样,在地下埋两个储油罐……总而言之,氢燃料一旦获得普及,基础设施的建设费用也相对低廉。

  不管从哪个方面看,“清洁氢燃料”都是未来“后石化燃料时代”的最佳解决方案,中国的“新能源政策”应该向“氢能源政策”转变。正当中国资本在政策导向下拼命砸向电动和插电混动领域的时候,丰田的目光已经放在未来新能源领域最核心的基础建设前端。在新能源理念上,丰田领先了我们一个时代。

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