徐洪流

【摘 要】目前由于工業(yè)革命給地球帶來(lái)了極大的負(fù)荷，全球能源和環(huán)境系統(tǒng)面臨著巨大的調(diào)整。汽車作為石油消耗和二氧化碳排放大戶，亟需進(jìn)行調(diào)整與改革，新能源汽車的出現(xiàn)則很好地填補(bǔ)了這一空白，新能源汽車的主要發(fā)展方向主要包括純電動(dòng)和燃料電池技術(shù)兩種，但是由于目前新能源技術(shù)尚不完善，所以目前新能源汽車多是采用油電混合、插電式混合動(dòng)力作為汽車能源。

【關(guān)鍵詞】新能源汽車；發(fā)展前景；能效

中圖分類號(hào)： U469.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 2095-2457（2018）36-0187-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2018.36.079

1 我國(guó)新能源汽車發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢(shì)

早在2010年我國(guó)就已經(jīng)成為了第一大汽車市場(chǎng)，而隨著汽車數(shù)量的增多，隨之而來(lái)的能源消耗與空氣污染問(wèn)題也日益嚴(yán)重，所以發(fā)展更清潔高效的能源是十分迫切的。相信未來(lái)幾年或者幾十年傳統(tǒng)燃油汽車將逐漸被新能源汽車所取代，新能源汽車將成為汽車的主體。

在國(guó)家政策方面，我國(guó)近些年不斷出臺(tái)新能源汽車扶持政策，對(duì)我國(guó)新能源汽車業(yè)的發(fā)展起到了強(qiáng)有力的推進(jìn)作用，電動(dòng)汽車的質(zhì)量不斷趨于完好，銷售量也得到了極大的提高。這就使得我國(guó)在2015年就成為了全球第一大新能源電動(dòng)汽車市場(chǎng)。同時(shí)我國(guó)大力發(fā)展新能源汽車建設(shè)則指出，在下一個(gè)5年，即2020年，全國(guó)電動(dòng)汽車保有量將成長(zhǎng)為現(xiàn)在的十倍以上，同時(shí)配套搭建好充電基礎(chǔ)設(shè)施，逐步形成新能源網(wǎng)絡(luò)。同時(shí)加大了政府對(duì)新能源汽車的補(bǔ)貼。

隨著氫燃料電池技術(shù)的不斷研發(fā)，氫燃料電池汽車以及加氫站等基礎(chǔ)設(shè)施已經(jīng)在一些國(guó)家中開(kāi)始進(jìn)行建設(shè)了，與傳統(tǒng)電動(dòng)汽車相比，氫燃料電動(dòng)汽車具有更強(qiáng)的優(yōu)越性，較于傳統(tǒng)電動(dòng)汽車電池會(huì)對(duì)環(huán)境造成一定危害，氫燃料電池對(duì)于環(huán)境造成的污染幾乎為0，續(xù)航能力更強(qiáng)、充電速度更快。

基于以上氫燃料汽車的優(yōu)點(diǎn)，各國(guó)都在紛紛開(kāi)展推進(jìn)氫燃料汽車的計(jì)劃，例如，日本作為推行氫燃料電池技術(shù)的先鋒，已經(jīng)在發(fā)展發(fā)行了許多氫燃料汽車。我國(guó)在氫燃料的推動(dòng)上也是十分重視，在北京、上海等大型一線城市已經(jīng)開(kāi)始建設(shè)氫燃料補(bǔ)充站，未來(lái)發(fā)展傾向就是增大投資大力發(fā)展氫燃料汽車，使其具有與傳統(tǒng)汽車、電動(dòng)汽車相同的競(jìng)爭(zhēng)能力。同時(shí)不斷完善制氫、加氫等配套基礎(chǔ)設(shè)施，使得氫燃料汽車可以實(shí)現(xiàn)真正意義上的上路行駛。此外政府有關(guān)部門(mén)及地方政府的推動(dòng)也是功不可沒(méi)，例如一些地市推出氫燃料公交車、有軌電車等的試運(yùn)行，為氫燃料車輛的發(fā)展起到了強(qiáng)有力的推動(dòng)作用。

2 天然氣發(fā)電和制氫用于汽車的前景

2.1 發(fā)展新能源汽車需要穩(wěn)定的動(dòng)力來(lái)源

汽車的運(yùn)行需要有能源的補(bǔ)充才能夠完成，電動(dòng)汽車需要電源、氫燃料汽車需要?dú)淠茉?。發(fā)電、制氫可以通過(guò)不可再生資源：煤、石油、天然氣等來(lái)獲?。灰部梢酝ㄟ^(guò)可再生資源：風(fēng)能、水能、太陽(yáng)能來(lái)制取。目前的科技發(fā)展水平，天然氣的運(yùn)用具有高能效、小排放的等優(yōu)勢(shì)，就使得天然氣變成了現(xiàn)階段新能源汽車動(dòng)力源的主要原材料。

近年來(lái)隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和天然氣開(kāi)發(fā)技術(shù)的不斷提高，天然氣產(chǎn)業(yè)已經(jīng)進(jìn)入了快速發(fā)展時(shí)期，我國(guó)天然氣市場(chǎng)規(guī)模逐漸擴(kuò)大，已經(jīng)成為了亞洲第一大，位居世界第三大天然氣消費(fèi)國(guó)。隨著天然氣消費(fèi)量逐年上升，新能源汽車的不斷推廣，將天然氣作為新能源汽車的供應(yīng)源，是一個(gè)很好的方式。

2.2 天然氣發(fā)電用于電動(dòng)汽車的發(fā)展前景

目前我國(guó)的發(fā)電產(chǎn)業(yè)仍是以煤炭發(fā)電為主，天然氣發(fā)電只占相當(dāng)小一部分。與其他國(guó)家相比，與世界平均水平相比，我國(guó)天然氣發(fā)電比例較低。利用煤炭進(jìn)行發(fā)電會(huì)不可避免的產(chǎn)生許多污染物：氮氧化物、二氧化硫、粉塵等，還會(huì)產(chǎn)生許多煤渣，造成處理困難多消耗許多資金，從而降低企業(yè)盈利。二氧化硫的排放也會(huì)造成全球氣溫升高等溫室效應(yīng)，對(duì)環(huán)境造成極大的破壞。但是較成本來(lái)說(shuō)天然氣發(fā)電的成本較煤炭發(fā)電來(lái)說(shuō)較高，大約為煤炭發(fā)電的兩倍以上。但是天然氣發(fā)電有其自身多種優(yōu)勢(shì)：第一，發(fā)電效率高達(dá)57%，遠(yuǎn)高于煤炭發(fā)電效率；第二，利用天然氣進(jìn)行發(fā)電所產(chǎn)生二氧化碳排放量極低，僅有煤炭發(fā)電的一半甚至更低，氮氧化物的排放量更是只有煤炭電廠的20%，而且?guī)缀醪慌砂l(fā)二氧化硫及煙塵?？傮w來(lái)說(shuō)，利用天然氣發(fā)電雖然成本高一些，但是從綜合方面考慮，從可持續(xù)發(fā)展方面考慮，其收益還是比煤炭發(fā)電大很多的。

所以我國(guó)近些年在大力發(fā)展天然氣發(fā)電以取代傳統(tǒng)的煤炭發(fā)電模式。我國(guó)連續(xù)發(fā)布了幾條利于氣電發(fā)展的政策，這都有利于天然氣發(fā)電的發(fā)展。例如在2012年10月31日發(fā)布的《天然氣利用政策》，文件指出天然氣發(fā)電項(xiàng)目屬于允許類，改變了以往被定義為限制類的情況。2015年1月14日國(guó)家印發(fā)《關(guān)于規(guī)范天然氣發(fā)電上網(wǎng)電價(jià)管理有關(guān)問(wèn)題的通知》將天然氣發(fā)電電價(jià)上調(diào)高于煤炭發(fā)電電價(jià)，同時(shí)積極鼓勵(lì)地方政府采取對(duì)天然氣發(fā)電進(jìn)行財(cái)政補(bǔ)貼，氣價(jià)優(yōu)惠等政策，以此來(lái)鼓勵(lì)推動(dòng)天然氣發(fā)電產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

隨著我國(guó)新能源汽車的發(fā)展，在未來(lái)電動(dòng)汽車、電動(dòng)出租車、電動(dòng)公交車都會(huì)慢慢的普及開(kāi)來(lái)，到時(shí)用電量將會(huì)是一個(gè)極其龐大的數(shù)字，為了更好地保障新能源汽車的長(zhǎng)久發(fā)展，需要從現(xiàn)在就做好發(fā)電工作，提升發(fā)電量，減少因?yàn)榘l(fā)電而帶來(lái)的環(huán)境問(wèn)題，否則新能源汽車的出現(xiàn)將會(huì)變得毫無(wú)意義。隨著電力驅(qū)動(dòng)汽車越來(lái)越多，未來(lái)的充電量也將是巨大的，尤其是在用電高峰期就會(huì)更加凸顯出來(lái)，在大量車輛進(jìn)行充電式，就會(huì)對(duì)電力系統(tǒng)產(chǎn)生很大的沖擊，需要從現(xiàn)在起就開(kāi)始規(guī)劃建設(shè)，增加電能儲(chǔ)備以求滿足電量需求。例如在充電樁附近建立建設(shè)天然氣發(fā)電系統(tǒng)，來(lái)滿足電動(dòng)汽車的用電需求，可以有效緩解電動(dòng)汽車大量充電對(duì)于電力系統(tǒng)的沖擊。

2.3 天然氣制氫用于氫燃料電池汽車發(fā)展前景

推進(jìn)氫燃料汽車的發(fā)展首先需要提供穩(wěn)定的氫源。最為理想的制氫方式是利用可再生能源制氫，例如：生物方法制氫、太陽(yáng)能制氫。利用這種制氫法可以有效地降低制氫環(huán)節(jié)對(duì)于環(huán)境的污染。但是從目前的科技發(fā)展力水平來(lái)看，這些方法已經(jīng)可以應(yīng)用于實(shí)驗(yàn)階段，但是距離工業(yè)化量產(chǎn)還有較長(zhǎng)的一段路要走。目前制氫的主要措施還是利用化石能源，也就是不可再生資源，例如：煤炭、石油、天然氣制氫。煤炭和石油制氫的造價(jià)高，而且利用煤炭與石油進(jìn)行制氫還會(huì)產(chǎn)生大量的廢氣，對(duì)大氣造成嚴(yán)重的污染。

分布式中小規(guī)模天然氣制氫技術(shù)的應(yīng)用還是比較靈活實(shí)用的，現(xiàn)在此項(xiàng)技術(shù)的運(yùn)用搭建也較為成熟，中小規(guī)模天然氣制氫造價(jià)比大型天然氣制氫成本低，制氫量也可以隨著市場(chǎng)需求來(lái)進(jìn)行靈活調(diào)配。隨著西氣東輸、川氣東送和海氣登陸等項(xiàng)目的建設(shè)與實(shí)施，四通八達(dá)的天然氣網(wǎng)絡(luò)正在逐漸完善。我國(guó)已逐漸進(jìn)入天然氣大規(guī)模發(fā)展建設(shè)階段，可以利用現(xiàn)有的天然氣管道網(wǎng)絡(luò)在加氫站附近進(jìn)行制氫，從而節(jié)省一部門(mén)運(yùn)輸與儲(chǔ)存成本。

3 天然氣發(fā)電和制氫用于汽車的能效

3.1 天然氣發(fā)電用于電動(dòng)汽車的能效

天然氣發(fā)電用于電動(dòng)汽車的能效就是將天然氣天然氣發(fā)電效率、電網(wǎng)輸配電效率、電池充放電效率以及電動(dòng)汽車的電動(dòng)機(jī)效率全部乘在一起，得出的結(jié)果就是天然氣發(fā)電用于電動(dòng)汽車的能效。

3.1.1 天然氣發(fā)電效率

目前利用天然氣發(fā)電效率最高的方式，就是采用燃?xì)馀c整齊聯(lián)合循環(huán)發(fā)電。與傳統(tǒng)的單純利用蒸汽發(fā)電的模式相比較，燃?xì)馀c蒸汽混合循環(huán)發(fā)電具有發(fā)電效率高、發(fā)電成本低、效益好等優(yōu)點(diǎn)。燃?xì)馀c蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電的本質(zhì)就是：利用燃?xì)廨啓C(jī)做工后產(chǎn)生的高溫氣體排放到余熱鍋爐中使其產(chǎn)生蒸汽，再將蒸汽運(yùn)送到蒸汽輪機(jī)中做工。分為燃?xì)庋h(huán)與蒸汽循環(huán)，還可以利用蒸汽循環(huán)后的低壓低溫蒸汽進(jìn)行對(duì)外供熱。

3.1.2 電網(wǎng)輸配電效率

電力在運(yùn)輸過(guò)程中不可能做到100%運(yùn)輸電力，即使是最先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)也無(wú)法保障。所以電網(wǎng)在進(jìn)行電力輸配時(shí)會(huì)產(chǎn)生消耗，大概消耗率在6.5%～7.5%。

3.1.3 電池充放電效率

經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)研究可知，鋰離子電池的充電效率一般近乎100%，但是在放電視會(huì)受到電池放電狀態(tài)、放電功率、電池溫度的影響而出現(xiàn)比較大的波動(dòng)，并不是一直穩(wěn)定的。一般情況下，當(dāng)電池組的放電深度小于80%時(shí)，電池的放點(diǎn)效率可以達(dá)到近乎90%，所以在對(duì)天然氣發(fā)電用于電動(dòng)汽車的能效進(jìn)行計(jì)算時(shí)，可以將電池的充放電效率當(dāng)做90%進(jìn)行計(jì)算。

3.1.4 電動(dòng)機(jī)效率

電動(dòng)機(jī)的效率也必然是有消耗的，不會(huì)達(dá)到100%，而影響電動(dòng)機(jī)的發(fā)電效率的因素主要有兩種：轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩。

3.2 天然氣制氫用于氫燃料電池汽車的能效

利用天然氣制氫用于氫燃料電池汽車的能效主要包括：天然氣制氫效率、氫氣輸配效率、氫燃料電池效率以及電動(dòng)機(jī)效率四種。

3.2.1 天然氣制氫效率

現(xiàn)在普遍使用的天然氣制氫方法是采用天然氣蒸汽重整制氫法。該方法的主要制氫措施是通過(guò)：甲烷與水反應(yīng)產(chǎn)生一氧化碳和氫氣，再利用一氧化碳與水反應(yīng)生成氫氣的模式，進(jìn)行氫氣的獲取。用此方法理論上可以使得甲烷的轉(zhuǎn)化率最高，達(dá)到85%左右。

3.2.2 氫氣輸配效率

氫氣在高壓強(qiáng)下可以儲(chǔ)存于壓力容器中，通過(guò)車輛運(yùn)輸。用于儲(chǔ)存運(yùn)送氫的高壓容器一般是用鋁合金作為內(nèi)膽，外面纏繞高強(qiáng)度碳纖維，再通過(guò)樹(shù)脂浸泡、固化處理，從而保證其密封性。一般氫的運(yùn)輸距離不會(huì)很遠(yuǎn)，制氫廠距離加氫站不會(huì)很遠(yuǎn)，所以不會(huì)經(jīng)過(guò)長(zhǎng)途運(yùn)輸，氫氣的儲(chǔ)存時(shí)間也不會(huì)很長(zhǎng)，一般當(dāng)天就回消耗掉。所以在運(yùn)輸儲(chǔ)存環(huán)節(jié)氫的消耗率幾乎為0。

3.2.3 氫燃料電池效率

氫氣燃燒生成能量的效率并不是很高，在理想狀態(tài)下效率最多也只是能達(dá)到80%，在氫氣的實(shí)際做功過(guò)程中受到膜電極、雜質(zhì)濃度、催化劑含量、工作溫度和濕度等因素影響，其實(shí)際的做功效率比理想效率低很多，大概只在45%～60%左右。

4 總結(jié)

天然氣作為一種現(xiàn)階段可以直接利用的清潔性能源，以其具有的高效性被廣泛運(yùn)用，隨著政府的大力推廣和城市官網(wǎng)的不斷建設(shè)健全，利用天然氣進(jìn)行發(fā)電和利用天然氣制氫用于氫燃料電池汽車的發(fā)展，有著十分美好的未來(lái)前景。

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