氢能源动力汽车：节能环保，成本优势

2023-09-17 理论教育版权反馈

【摘要】：节能环保是世界汽车行业发展永恒的主题。目前新能源汽车主要包括纯电动汽车、燃料电池电动汽车、混合动力汽车、氢能源动力汽车、其他新能源汽车等。由于氢气储存困难,即使用传统油箱3 倍以上的体积储存氢气,也只能保证汽油动力汽车一半的续驶里程。②氢气的售价较高,燃料电池汽车的运行成本不乐观。因此,氢能源动力汽车是传统汽车最理想的替代方案。氢能源动力汽车的优点:排放物是纯水,行驶时不产生任何污染物。

节能环保是世界汽车行业发展永恒的主题。然而,目前大多数汽车以汽油和柴油为主燃料,汽车数量的增多,不仅给交通增加了不少的压力,油料的消耗也随之增多。

现在世界各个国家都面临能源短缺问题,还有汽车的各类污染,虽然大多数汽车的排放标准已经达到国家第五阶段机动车污染物排放标准(简称“国五标准”),但大量尾气的排放必然产生大气污染,所以发展应不单依靠石油等不可再生资源,还要通过汽车创新、发展替代能源技术。

目前新能源汽车主要包括纯电动汽车(BEV)、燃料电池电动汽车(FCEV)、混合动力汽车、氢能源动力汽车、其他新能源(如高效储能器、二甲醚)汽车等。

1.纯电动汽车(BEV,包括太阳能汽车)

纯电动汽车与传统汽车的差别:传统汽车是由发动机汽缸的往复运动驱动车辆行驶;电动汽车是由电机旋转驱动电机,从而带动车辆行驶。

电动汽车的组成包括电力驱动、控制系统、驱动力传动等机械系统、完成既定任务的工作装置等。电力驱动及控制系统是电动汽车的核心,也是纯电动汽车区别于内燃机汽车的最大不同点。电动汽车的其他装置基本与内燃机汽车相同。图7-8 所示为电动汽车。

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图7-8　电动汽车

电动汽车的优点:不排放污染大气的有害气体。由于电力可以从多种一次能源获得,如煤、核能、水力等,解除了人们对石油资源日渐枯竭的担心,其技术相对简单、成熟,只要有电力供应的地方都能充电。

电动汽车的缺点:目前蓄电池单位质量储存的能量太少,而且电动车的电池没形成经济规模,购买价格较高。基础设施建设以及价格影响了产业化的进程,与混合动力汽车相比,电动汽车更需要基础设施的配套,需要各企业与当地政府部门共同建设。

2.燃料电池电动汽车(FCEV)

燃料电池电动汽车(图7-9)是以氢气、甲醇等为燃料,通过化学反应产生电流,依靠电机驱动的汽车。其电池的能量是通过氢气和氧气的化学反应直接产生的电能。燃料电池电动汽车是一种理想的车。

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图7-9　燃料电池电动汽车

燃料电池汽车的优点:①能量转化效率高,可高达60% ~80%,为内燃机的2 ~3 倍。②燃料是氢和氧,生成物是清洁的水,零排放,不污染环境。 ③氢燃料来源广泛,可以从可再生能源获得,不依赖石油燃料。

燃料电池汽车的缺点:①续驶里程过短。由于氢气储存困难,即使用传统油箱3 倍以上的体积储存氢气,也只能保证汽油动力汽车一半的续驶里程。 ②氢气的售价较高,燃料电池汽车的运行成本不乐观。 ③加氢站等基础网络设施建设几乎为零,目前全球范围内投入使用的加氢站仅有10 家,并且大部分是用于实验用途的。

3.混合动力汽车

混合动力汽车是指那些采用传统燃料的同时配以电动机动机来改善低速动力输出和燃油消耗的车型。目前国内市场上,混合动力汽车(图7-10)的主流都是汽油混合动力车型,而国际市场上柴油混合动力车型发展也很快。

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图7-10　混合动力汽车

混合动力汽车的优点:①采用混合动力后可按平均需用的功率来确定发动机的最大功率,此时处于油耗低、污染小的最优工作状态。 ②当发动机功率不足时,由电池来补充;当负荷小时,富余的功率可用于给电池充电。 ③由于发动机可持续工作,电池又可以不断得到充电,故其行程和普通汽车一样。

混合动力汽车的缺点:①目前市场上可供消费者选择的车型较少。 ②相近的配置下,混合动力汽车要比汽油车贵很多。 ③维修费用高,尤其是电池,一旦过质保期后损坏,维修费用十分高昂。

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图7-11　氢能源动力汽车

4.氢能源动力汽车

氢能源动力汽车(图7-11)是以氢气为燃料的汽车。氢能源动力汽车是一种能真正实现零排放的交通工具,排放出的是纯净水,具有无污染、零排放、储量丰富等优势。因此,氢能源动力汽车是传统汽车最理想的替代方案。

氢具有很高的能量密度,释放的能量足以使汽车发动机运转,而且氢气与氧气在燃料电池中发生化学反应只生成水,对环境没有污染。因此,许多科学家预言,以氢为能源的燃料电池是21 世纪汽车的核心技术,它对汽车工业的发展具有革命性意义,相当于微处理器对计算机业那样重要。

氢能源动力汽车的优点:排放物是纯水,行驶时不产生任何污染物。

氢能源动力汽车的缺点:氢燃料电池成本过高,而且氢燃料的存储和运输按照目前的技术条件来说非常困难,因为氢分子极易透过储藏装置的外壳逃逸。最严重的问题是氢气的提取需要通过电解水或者利用天然气,要消耗大量能源,除非使用核电来提取,否则无法从根本上降低二氧化碳排放。

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图7-12　太阳能汽车

5.太阳能汽车

太阳能汽车(图7-12)一般有6 个基本的组成部分:驾驶控制系统、电器系统、传动机构、机械系统、车身和底盘、太阳能电池板。

太阳能汽车的优点:①无污染,无噪声。 ②耗能少,只需采用3 ~4 平方米的太阳能电池组件便可使太阳能电动车行驶起来。 ③易于驾驶,无须电子点火,只需踩踏加速踏板便可起动,利用控制器使车速变化,不需换挡、踩离合器。 ④结构简单,除了定期更换蓄电池外,基本上不需日常保养。 ⑤没有内燃机、离合器、变速器传动轴、散热器、排气管等零部件,结构简单,制造难度降低。

太阳能汽车的缺点:外形庞大,风阻高,行驶速度慢,车辆制造成本高,运行性能受天气状况制约等。

氢能源动力汽车：节能环保，成本优势

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