电动汽车,未来能源革命的一块拼图?

摘要:类似电池在电动汽车中的地位。未来新能源革命或许会使得电解水获得氢气的做法显得不那么“奢侈”。

2009年法兰克福车展发布并于2012年上市的的Tesla Model S的里程碑意义并不在于电动汽车的概念展示在人们面前,而是使得电动汽车的商业化成为可能。从此以后电动汽车的发展逐步进入了井喷期;中国政府更是在2017年给出了电动汽车逐步替代燃油车的时间表。此举也在一定程度上引起了各方的争论,那么电动汽车到底是不是汽车行业乃至人类的未来呢?我们先从分析电动车对比燃油车的各个优势开始,试着找到问题的答案。

节能

传统的燃油车使用内燃机将化学能转化为机械能来驱动车辆行驶,这个能量转换的过程是单向的。汽车行业从将经济性作为一个重要性能指标开始,一直都致力于不断降低油耗来使得对能量的利用变得更加高效。无论是燃烧效率的优化还是发动机的自动启停技术的引入,所能做的都是一个字,省。得益于电机在电能和机械能之间双向转换的特性,电动车与燃油车质的不同在于对于能量的回收。长下坡或者刹车时,电机都能够进入发电机状态将车辆的动能重新转化为电能注入电池。于此同时,电动机可以在整个转速范围里都保持较高的运行效率,这点是内燃机无法做到的。因此但从车辆本身对能量的使用来看,电动车无疑是节能的,且优势明显。


不过如果我们从一个更高的层面来看,答案或许并不会那么确定。从能源的供给端来看,燃油车对于燃油的使用综合的热效率可以达到接近40%的水平,马自达的新技术将未来的目标定在了50%。电动车如果从电力供应这个环节看,就要取决于发电环节的热效率。中国目前电力供应比重最大的火电的热效率差不多也是40%的水平。因此电动车想要在宏观层面比燃油车更加节能,电力供应这个环节效率的提高就显得非常重要了。

环保

相信2015年初由柴静推出的纪录片《穹顶之下》给了很多人极大的震撼。无论人们这部纪录片本身的评价如何,它至少给我们展现的是事实是,环境保护对于中国未来的发展而言,是一件无法去忽视并且需要立即行动的事情。在控制燃油车尾气排放方面,电动车因为不一燃油为能源不产生尾气,似乎是一个完美的解决方案。不过和节能的问题一样,如果我们将电力供应中的排放考虑进去。那么电动车这一解决方案似乎也变得并不完美了。


澳洲的Finkle博士最近发布了一片文章《Time to see the light on electric cars》,对比了燃油车和电动车的每公里碳排放,2017款的丰田Corolla每公里的碳排放是171克,作为对比的Tesla Model S 75 RP的每公里的碳排放是168克。168克这个数据基于澳洲电力生产的平均碳排放(910 kg/MWh emissions)。与之对应,和Corolla大小接近的Renault Zoe的碳排放数据是每公里121克。如果在澳洲火电比例比较低的洲,如塔斯马尼亚,Zoe的数据可以低至每公里23克。

可见一个国家电力供应的排放量对于电动汽车是否真的环保影响巨大。这也就是为什么欧洲在鼓励电动汽车发展的同时也在提高新能源电力供应的比例并且逐步降低火电。这一点对于电力供应主要还基于火电的中国来说,是个困难的目标。而且,并不仅仅是中国,欧洲的德国因为和中国类似的资源处境(多煤少油),也落后于提高新能源比重的时间表。

这只是排放一方面,电动汽车的另一个问题是电池的生产制造以及回收。这些环节中的污染问题对于电池生产大国中国来说是无法回避的。换个思路想,为什么其他国家会鼓励电动车发展呢?因为处理电池问题并不是他们关心的问题。

使用成本低

国内目前电动车的使用成本要优于燃油车,这在一定层面上也是享受到了低廉的火电带来的好处。尽管目前风电光伏等新能源的单位成本逐年降低,并且速度超过一些专家的预期。但是如果为了达成环保目标而加速火电的在电力供应方面的退出速度的话,用电成本上升在没有政府补贴的前提下是必然结果。


另外,新能源比例持续提高压低火电比例还会给电网本身的稳定性产生影响。2016年9月,新能源比例较高的澳大利亚就因为风暴造成的风电供应中断而出现电网的崩溃,整个州遭遇了大停电。加强电网稳定性的投资也会推高供电成本。无论是电网还是电厂承担这部分成本,最终还是会转嫁到消费者头上。

目前的国内电动汽车使用成本低,还是占了“不干净”的火电的光。

唯一的选择?

从节能、环保和使用成本三个方面看,电动汽车如果想要压倒燃油车的话,整个电力供应的结构问题也有至关重要的影响。这个局面其实和一百多年以前燃油车取代马车的情景非常相似。正是得益于19世纪后期以石油为基础的能源革命促成了燃油车的普及。百多年以后,电动车似乎也意欲搭着新能源发电的顺风车完成对燃油车的替代。不过电动车未必是唯一的选择。

新能源革命的核心是利用非化石燃料作为电力供应的来源以达到减少碳排放和降低污染的目的。合乎逻辑的做法确实是将一切能源使用像电能方向转变。电动汽车也正式基于这一思考。不过作为储能元件的电池目前也有能量密度低、寿命衰减和污染等系一列的问题。而这些也制约着电动这的进一步发展。

氢燃料电池相比目前电动汽车的动力电池是个更加环保的选项。这项技术在过去的问题是电解水获得氢气消耗大量的能源而显得并不可行。毕竟氢气不是能源的来源,它仅仅是能量的载体。类似电池在电动汽车中的地位。未来新能源革命或许会使得电解水获得氢气的做法显得不那么“奢侈”。而一旦这一技术实现商业化,其真正意义上的零污染或许会使得电动汽车拥有货真价实的光明未来。

参考链接:

Finkel: Time to see the light on electric cars

http://www.esdnews.com.au/finkel-time-see-light-electric-cars/

不要说中国了,这个发达国家也对煤炭爱恨交加!

http://www.puoke.com/sns/articleContent.php?id=58623


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