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[无人及自动驾驶] 能量密度太低,电动车永远无出头之日

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国际贸易 发表于 2019-7-4 11:53:41 | 显示全部楼层 |阅读模式
电动车的历史比我们现在最常见的内燃机驱动的汽车要早。在1832年至1838年之间,苏格兰人罗伯特·安德森发明了电驱动的马车,这是一辆使用不能充电的初级电池驱动的车辆。因此电动车其实有近180年的历史,1859年法国伟大的物理学家、发明家噶斯顿·普朗特发明了可充电的铅酸电池。随着蓄电池技术的发展,电动车的运用在19世纪的下半叶在欧美得到了较为广泛的运 用。19世纪末期到1920年是电动车发展的一个高峰。在早期的汽车消费市场上电动车比内燃机驱动车辆有着更多优势:无气味、无震荡、无噪音、不用换挡 和价格低廉,因此一百年前其实是电动车主宰了汽车市场,现在很多人认为电动车是新技术是因为人活得不够久,不知道一百年前的事情。


可是随着美国内燃机技术提高,电动车在竞争中于1920年之后渐渐地失去了优势。汽车市场逐步给内燃机驱动的汽车所取代。电动车的发展从此停滞了大半个世纪。随着石油资 源的滚滚流向市场,人们几乎忘记还有电动车的存在。因此电动车其实是汽车的老爷爷,是在竞争中输给了从使用石油提炼的汽油的发动机车辆,这是电动车在和其它能源车辆的竞争中的第一次失败,失败的原因只有一个,就是电池能量储存密度远小于石油。1859发明的铅酸电池能量储存密度是25瓦时/公斤,经过150年的全力研发,现在锂离子电池的能量储存密度提高5倍到110瓦时/公斤。可是汽油的能量储存密度是多少呢?12200瓦时/公斤。就是说电池能量储存密度经过150年的研发后虽然提高了5倍,可是比汽油的能量储存密度仍然差100倍,您以为巨大的差距还要经过多少年研发才能解决,您以为投钱就能出现科技突破么?

直到上世纪70年代石油危机的爆发,给世界各国 政界一次不小的打击,开始考虑替代石油的其他能源,包括风能、太阳能、电能等可再生能源。因此从政治经济方面考虑,才又给了电动汽车第二次机遇,又一次被 人瞩目。到2008年,石油生产接近峰值,油价迅速飚涨,最高到147美元,各个主要的汽车生产厂家开始关注电动车的未来发展并且开始投入资金和技术在电动车领域。如果没有了石油,那么电动车的老竞争对手消失,电动车有可能翻身。看起来逻辑正确,因此近年来电动车的喧嚣越来越疯,泡沫也越吹越大。可是泡泡总要吹破。

现在科技部原部长德国车厂的机械工程师万钢以前忽悠电池车,开始时以为电池问题很容易解决,其实研发搞了150年,要能解决早就解决了,现在他知道解决不了了,要换方向,现在又扯氢汽车。其实美国能源部是先研发氢汽车,失败后才搞电池车。失败的原因很简单,氢是气体,要把它弄到车上,储存问题没法解决。各种办法都试过,Science, nature上的文章一堆,结果达不到能源部要求的指标,只好放弃。万钢是牛B吹得大,吹到现在无路可走了,又回过头来走美国失败的老路。

其实新能源车有出路,就是大力发展天然气车。车用能源的选择关键在能量储存密度,天然气罐的能量储存密度比电池车高得多也比氢能车高得多。它跟氢汽车的差别在于,天然气主成分是甲烷,化学式CH4,而氢的分子式是H2, 每个分子里CH4里的氢含量比H2多了两个,还多了个碳,所以每个CH4跟氧反应时放出的能量是纯氢的3倍多。所以同样体积的高压钢瓶,天然气储存的能量比氢多了3-4倍。就算是液化天然气也比氢容易,天然气更可以被吸附可以用稻草加工的天然有机物吸附天然气,使用时一加热就会放出来。下面比较一下电池车和天然气车。

纯电动车Nissan Leaf用300公斤锂电池,它自己声称能跑100miles,实测是73miles.那300公斤电池花 费$18000, 汽油车 每mile汽油花费是$0.08到0.12,那么通常寿命10万mile里,总的花费 $0.12x100000=$12,000。就是说在那车的10万mile寿命范围内,免费给你开,你也省不下那$18000买电池的钱!洋名车比亚迪类似,该车声称一次充电能开400公里,但在2010的北美汽车秀(NAIAS)上实测结果只有205miles,用的电池是800公斤,纯电动车最大的障碍是电池,续航里程短实际上是电池能量密度低的问题,1度电只相当于0.112升汽油的能量!而现有的电池技术,能量密度也就 0.1度 /公斤的水平,所以,虽然电动车的能量效率非常高,每百公里只需15度电,但是如果要达到普通汽车那样的续航里程,光电池就得七八百公斤!先不考虑成本, 这个重量是无法接受的。成本更麻烦,现在一般采用的锂离子电池平均成本是1000美元/度,要达到500公里的续航里程,光电池成本就要七八万美元!

关于低碳,电动车在行驶过程中几乎是零排放的,但是如果从“WELL TO WHELL” 的全过程来看,获得每千瓦时能量所产生的CO2,普通汽油大约是310克,柴油是316克,电力根据发电的不同方式而有很大不同,如果是用煤炭发电,对不起,它的排放高达830克!而中国目前的主要发电方式正是火力发电,换句话说,在目前的中国,电动车比普通汽车更“高碳”。  

相比之下,Honda Civic GX 纯天然气车最大行程:250英里,天然气罐重量115公斤,最高速度117英里/小时,价格$26,240比汽油CIVIC贵$4500, 一加仑汽油所含能量相当于126.67立方英尺的天然气。现在1000立方英尺天然气价格 是$4.25,那么相当于一加仑汽油的天然气价格仅 $0.29,而现在美国市售汽油价$3.2/加仑,比天然气价格贵11倍。如果按通常汽油车每加仑跑31英里的水平算,天然气车比汽油每万英里省$1620, 开3万英里就能回本。

现在轻的碳纤维 天然气罐可以做到24.5加仑汽油当量的天然气罐只需62公斤。那24.5加仑汽油当量的气罐足够车子跑760mile.相对300公斤的电池跑 73miles,就是说只用五分之一电池重量的天然气罐可以使天然气车的行程比电池车多10倍。

由上面的参数可见,同样行程,电池车所用电池的重量比天然气车所用气罐 重50多倍,由于现在天然气的价格比其产生同样能量的汽油要低2-6倍,在整个汽车寿命内,天然气车已经可以产生省钱的效益,而电池车由于电池价格非常贵,就算电费一分不花,在汽车寿命范围内,省下来的油钱,也不及买电池所多花的钱。实际上,现在天然气汽车已经成为国内出租车司机的首选,现在你回国,很多城市的出租车加气不加油,你跟着司机去看看就知道,那是往气罐里充高压天然气,因为天然气的价格只有汽油的几分之一,而天然气气罐的价格则比电动车的锂电池便宜得多, 且没有锂电池生产带来的污染。

那么中国的天然气从哪里来呢?中国的煤有一半在新疆,那里有2.2万亿吨煤,中国的煤消耗量每年30亿吨。就算今后中国煤消耗量增加3倍,达100亿吨/年,新疆的2.2亿吨煤也能保 证中国两百年的能源需求,问题在于新疆沙漠地带,距内地很远,煤运到内地成本很高。可是煤有另一途径可以运到内地,那就是先与水反应转换为天然气(注意:是天然气,不是以前有*的水煤气),通过管 道运到内地,管道运输成本比开大卡车低得多。煤的能量可以通过低效率的发电机转换为电能,也同样可以通过化学 反应转换为天然气,天然气同样也可以驱动汽车。在电动车和天然气车的竞争中,关键还在能量储存密度,天然气罐的能量储存密度比电池车高得多。只要中国地下的5万亿吨煤能转化为天然气,中国天然气供应就有至少200年的保证,一旦新疆煤制天然气管道建成,廉价的天然气汽车流行,昂贵而里程短的电动车就会像在百年前的第一次竞争里输给汽油车一样,第二次竞争里无可避免地输给天然气汽车。

除煤制天然气外,天然气的来源也可以从产量比水稻高得多的绿藻里来,这些绿藻可以从中国300万平方公里的海面上种植,绿藻转换成天然气比转换成油容易得多,只需把沼气罐做大些就是,那时天然气汽车将拥有无穷无尽的可再生能源。电动车也就永远再无出头之日了

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zzDvXpGq 发表于 2020-1-25 06:27:50 | 显示全部楼层
看看,学习学习
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