放弃氢燃料电池、纯电动汽车,选择正确的新能源车辆技术方向。
当前围绕太阳能利用发生一系列技术变革,属于能源革命的一小部分。而新能源车辆也属于能源革命里很小一部分。这些能源技术变革是有规律可循的。下面从技术发生变革的领域和技术路线的评判标准两个角度去阐述能源技术变革规律。
当前能源革命主要技术变革发生在三个领域,分别是:
1)能源的来源。
2)能源的存储。
3)可移动能源应用。
三个技术领域看起来相近、创新点相同,但实际上三个领域的突破口完全不一样。
能源的来源只有太阳、利用太阳能的最有效方式是直接热利用和光伏发电。限于太阳能单位面积密度低,如何提高能源来源密度、分布式应用能源和提高能源转换效率是解决能源来源的有效办法。
能源的存储是解决太阳能间歇性的唯一办法,能源存储的方式非常多。最有效的是电化学存储,但其成本昂贵,大自然已经实现了太阳能的有效存储。比如水电和生物质的存储能量是巨大的。如何低廉地获得水电和生物质的能量,是解决能源存储问题有效办法。
可移动能源的应用目前占据人类掌握能源的20~40%。未来将会占据一半以上。比较常见可移动能源应用场景是交通出行、移动式人工智能工具和未来的星际往返。
新能源车辆是可移动能源是能源技术变革中先锋部队。如何发展新能源车辆目前还存在很多争议,混合动力?纯电动?氢能源等等百家争鸣,败家已现。
这些技术路线争吵了了几十年、实践了上百年。到目前仍未能有一个从中胜出,人们只能选择化石能源。在未来这些已经存在的技术路线都会败给创新出来的新技术路线。
存不存在一种能源利用方式是最优的呢?
比如新能源车辆的最优方式?
什么样的太阳能利用方式才是最好的呢?如何评价?
借助"WTW"油井到车辆的概念,有"STS"即"solar to service"太阳能到服务人生产生活的效率。
这个效率有三类:
第一类效率是"STS"的能源转换效率,如光伏发电效率,电机效率等。
第二类效率是"STS"的经济效率,即单位能源成本。如度电成本,燃油燃油价格等。
第三类是"STS"能源转换装置成本效率,即单位能源的转换成本,如家里煮饭的电饭煲成本,电动化车辆购置成本。
这三种类效率是用来判断太阳能应用技术路线好坏的客观标准。
先看一个典型的车辆能源需求曲线
图 1 车辆能量需求,能量变换能力示意图
从图1知道车辆能量需求是变动的,其瞬时值有正有负。车辆的能量变换能力也是变动的,波动非常剧烈。速度是能源供给和能量变换能力共同作用的结果。由推进功率曲线图知道能量制动馈能甚至会比整个车辆输出功率大。比如高速下陡坡急刹车的情况下。
基于上面的情况,电驱动车辆的最佳能源利用方式是能源处理能力跟能源需求匹配。