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關(guān)于氫燃料電池汽車:你需要知道的一切
作者:官方 來(lái)源:BMW 所屬欄目:行業(yè)知識(shí) 發(fā)布時(shí)間:2021-07-28 16:28
[ 導(dǎo)讀 ]當(dāng)談到發(fā)動(dòng)機(jī)的替代電源時(shí),在普通大眾的心目中,燃料電池目前落后了。但專家認(rèn)為,氫燃料電池汽車未來(lái)會(huì)迎頭趕上。但是這項(xiàng)技術(shù)...

當(dāng)談到發(fā)動(dòng)機(jī)的替代電源時(shí),在普通大眾的心目中,燃料電池目前落后了。但專家認(rèn)為,氫燃料電池汽車未來(lái)會(huì)迎頭趕上。但是這項(xiàng)技術(shù)是如何運(yùn)作的呢??jī)?yōu)缺點(diǎn)都有什么?

更少的污染物、更少的噪音——這些都是電動(dòng)汽車的眾多希望之一。談到電動(dòng)汽車,大多數(shù)人會(huì)想到帶有大電池的汽車,您可以從墻上的電源插座充電。然而,交通專家對(duì)另一種推進(jìn)技術(shù)寄予厚望——包括替代長(zhǎng)充電時(shí)間的技術(shù)。

1. 氫發(fā)動(dòng)機(jī)是如何工作的?

氫燃料電池汽車由電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng),因此被歸類為電動(dòng)汽車。常見的縮寫是 FCEV,是“Fuel Cell Electric Vehicle”的縮寫,與 BEV 或“Battery Electric Vehicle”形成對(duì)比。

氫燃料電池汽車與電動(dòng)汽車不同,其自己發(fā)電不從外部電源充電的內(nèi)置電池發(fā)電,而是擁有自己的高效動(dòng)力裝置——燃料電池。

在 FCEV 的燃料電池中,氫氣和氧氣產(chǎn)生電能并將能量引導(dǎo)至電動(dòng)機(jī)中進(jìn)而產(chǎn)生動(dòng)能,這個(gè)過程發(fā)生了反向電解,其中氫與燃料電池中的氧發(fā)生反應(yīng)。氫氣來(lái)自 FCEV 內(nèi)置的一個(gè)或多個(gè)儲(chǔ)罐,而氧氣則來(lái)自環(huán)境空氣。這種反應(yīng)的唯一結(jié)果是電能、熱量和水,它們通過廢氣以水蒸氣的形式排放。

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氫發(fā)動(dòng)機(jī)的燃料電池產(chǎn)生的電力可以有兩種途徑,具體取決于具體駕駛情況的需求。它要么流向電動(dòng)機(jī)并直接為 FCEV 供電,要么為電池充電,電池存儲(chǔ)能量直到發(fā)動(dòng)機(jī)需要它。這種被稱為峰值功率電池的電池比全電動(dòng)汽車的電池要小得多,因此也更輕,因?yàn)樗扇剂想姵夭粩喑潆姟?/span>

與其他電動(dòng)汽車一樣,氫動(dòng)力汽車也可以回收或“回收”制動(dòng)能量。電動(dòng)機(jī)將汽車的動(dòng)能轉(zhuǎn)換回電能并將其饋入備用電池。

2、氫動(dòng)力汽車對(duì)用戶的利弊

可以從兩個(gè)主要角度來(lái)看待特定推進(jìn)技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn):用戶的角度和環(huán)境的角度。如果任何技術(shù)要成功替代內(nèi)燃機(jī),它必須是用戶友好的,并顯著減少污染物的排放。

對(duì)用戶的好處:

氫燃料電池汽車的推進(jìn)是純電動(dòng)的。當(dāng)你駕駛一輛時(shí),感覺就像駕駛一輛普通的電動(dòng)汽車。那是什么意思?幾乎沒有發(fā)動(dòng)機(jī)噪音和活潑的啟動(dòng),因?yàn)殡妱?dòng)機(jī)即使在低速下也能提供全扭矩。

另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是快速充電時(shí)間。根據(jù)充電站和電池容量,全電動(dòng)汽車目前需要 30 分鐘到幾個(gè)小時(shí)才能充滿電。另一方面,燃料電池汽車的氫罐已滿,可以在不到五分鐘的時(shí)間內(nèi)再次行駛。對(duì)于用戶來(lái)說,這使車輛的可用性和靈活性與傳統(tǒng)汽車相媲美。

就目前而言,氫動(dòng)力汽車的續(xù)航里程仍然比純電動(dòng)汽車更長(zhǎng)。一個(gè)完整的氫氣罐將持續(xù)約 300 英里(約 480 公里)。電池驅(qū)動(dòng)的汽車可以與非常大的電池相匹配——這反過來(lái)又會(huì)導(dǎo)致車輛重量和充電時(shí)間的增加。

燃料電池汽車的續(xù)航里程不依賴于外界溫度。換句話說,它不會(huì)在寒冷的天氣中惡化。

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目前對(duì)用戶的缺點(diǎn):

目前,氫燃料電池汽車最大的缺點(diǎn)是加氫選擇稀少。氫發(fā)動(dòng)機(jī)通過特殊的燃料泵加油,未來(lái)可能會(huì)進(jìn)入普通服務(wù)站。然而,就目前情況而言,氫動(dòng)力汽車的加油站仍然很少。

“我們?cè)跉淙剂想姵丶夹g(shù)方面遇到了先有雞還是先有蛋的問題,”寶馬專家 Rücker 解釋道。 “只要?dú)鋭?dòng)力汽車的加油站網(wǎng)絡(luò)如此薄弱,客戶的低需求將無(wú)法實(shí)現(xiàn)燃料電池汽車的大規(guī)模生產(chǎn)。只要道路上幾乎沒有氫氣汽車,運(yùn)營(yíng)商就會(huì)猶豫不決地?cái)U(kuò)大他們的加油站網(wǎng)絡(luò)。”

寶馬的故鄉(xiāng)德國(guó)在氫燃料電池汽車的基礎(chǔ)設(shè)施方面處于領(lǐng)先地位。為了促進(jìn)那里的加氫基礎(chǔ)設(shè)施的擴(kuò)張,寶馬等汽車制造商在清潔能源伙伴計(jì)劃中與氫氣生產(chǎn)商和加氣站運(yùn)營(yíng)商聯(lián)手,該計(jì)劃計(jì)劃到 2022 年將加氫站網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)展到 130 個(gè)站點(diǎn)。這將允許在德國(guó)的道路上運(yùn)行約 60,000 輛氫燃料汽車。到 2025 年,隨著燃料電池汽車的相應(yīng)增加,下一個(gè)目標(biāo)將是 400 個(gè)加油站。根據(jù) Rücker 的說法,鄰國(guó)還需要更多的加油站,才能真正實(shí)現(xiàn)通過 FCEV 前往德國(guó)以外的地區(qū)。

3. 氫動(dòng)力汽車的成本是多少——為什么?

除了加氣站網(wǎng)絡(luò)薄弱之外,氫燃料電池汽車的需求還低還有一個(gè)原因:它們的購(gòu)買成本相對(duì)較高。市場(chǎng)上已經(jīng)上市的少數(shù)幾種燃料電池汽車的中檔或中高檔汽車的成本約為 80,000 美元。這幾乎是同類全電動(dòng)或混合動(dòng)力汽車的兩倍。

氫燃料電池汽車仍然昂貴的原因有很多。除了產(chǎn)量小,這意味著生產(chǎn)仍有待工業(yè)化,還有一個(gè)問題是貴金屬鉑的需求,它在發(fā)電過程中充當(dāng)催化劑。汽車燃料電池所需的鉑金量已經(jīng)大大減少。 “總體目標(biāo)是將氫動(dòng)力汽車的價(jià)格降低到與其他電動(dòng)汽車相似的水平,”Rücker 解釋說。

購(gòu)買價(jià)格高的另一個(gè)原因是氫燃料電池汽車往往很大,因?yàn)闅涔拚紦?jù)了很大的空間。另一方面,純電池驅(qū)動(dòng)的電動(dòng)汽車的驅(qū)動(dòng)單元也適用于小型汽車。這就是為什么目前可以在所有車輛類別中找到經(jīng)典電動(dòng)汽車的原因。

除了購(gòu)買成本之外,運(yùn)營(yíng)成本在推進(jìn)技術(shù)的成本效益和接受度方面也發(fā)揮著重要作用。在氫燃料電池汽車中,這些成本不僅取決于燃料的價(jià)格。目前,1 磅(0.45 千克)氫氣在美國(guó)的成本約為 14 美元,而在德國(guó)為 4.80 美元(這是 H2 Mobility 合作伙伴商定的價(jià)格)。使用 1 磅(0.45 千克)氫氣,F(xiàn)CEV 可以行駛約 28 英里(45 公里)。

因此,目前運(yùn)行氫燃料汽車的每英里成本幾乎是在家充電的電池驅(qū)動(dòng)汽車的兩倍。 Rücker 預(yù)計(jì)這些運(yùn)營(yíng)成本會(huì)收斂:“如果對(duì)氫氣的需求增加,到 2030 年價(jià)格可能會(huì)降至 2.50 美元/磅(5.60 美元/公斤)左右?!?/span>

4. 氫燃料電池技術(shù)的環(huán)保性和可持續(xù)性如何?

從環(huán)境角度來(lái)看,僅使用可再生能源且不產(chǎn)生有害排放物的汽車將是理想的選擇。與其他類型的推進(jìn)系統(tǒng)相比,燃料電池汽車離這個(gè)目標(biāo)有多近:

替代推進(jìn)系統(tǒng)旨在減少污染物的排放,特別是對(duì)氣候有害的二氧化碳,以及其他有毒氣體,如一氧化二氮。氫發(fā)動(dòng)機(jī)的廢氣由純水蒸氣組成。因此,氫燃料電池技術(shù)在當(dāng)?shù)厥橇闩欧诺?。這意味著它可以保持城市空氣清潔,但同時(shí)也保護(hù)了氣候嗎?

這取決于為燃料電池汽車生產(chǎn)氫氣的條件。制氫需要電能。這種電能用于通過電解過程將水分解為其組成元素氫和氧。如果使用的電力來(lái)自可再生能源,則氫氣生產(chǎn)具有中性碳足跡。另一方面,如果使用化石燃料,最終將對(duì)使用氫氣的燃料電池汽車的碳足跡產(chǎn)生連鎖反應(yīng)。這種影響的強(qiáng)度取決于所使用的能源組合。在這方面,氫燃料電池汽車與其他電動(dòng)汽車沒有什么不同。

然而,生產(chǎn)氫氣的一個(gè)缺點(diǎn)是電解過程中的損失。因此,“動(dòng)力到車輛驅(qū)動(dòng)”能源鏈的整體效率僅為純電動(dòng)汽車的一半。當(dāng)前生產(chǎn)的風(fēng)能或太陽(yáng)能沒有以其他方式使用時(shí),當(dāng)可再生能源的電力供應(yīng)過剩時(shí),可以生產(chǎn)氫氣。這方面的潛力是巨大的。

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氫也是許多工業(yè)過程的副產(chǎn)品,在這些過程中,它經(jīng)常被視為廢物而不再使用。燃料電池提供了一種對(duì)這種氫氣進(jìn)行循環(huán)利用的方法,但必須先對(duì)其進(jìn)行清潔。

氫燃料電池汽車的能源平衡表還必須包括氫的運(yùn)輸和儲(chǔ)存。根據(jù)所使用的運(yùn)輸技術(shù)(液體或氣體),壓縮、冷卻、運(yùn)輸和儲(chǔ)存的成本會(huì)有所不同。由于其更好的可運(yùn)輸性和儲(chǔ)存能力,趨勢(shì)是向液態(tài)氫發(fā)展。盡管如此,在現(xiàn)階段,氫氣的運(yùn)輸和儲(chǔ)存仍然比汽油或柴油更加復(fù)雜和能源密集。與化石燃料相比,氫氣可以在任何有電和水的地方生產(chǎn),理論上甚至可以在燃料電池汽車的實(shí)際加油站生產(chǎn)。因此,更高度發(fā)達(dá)的基礎(chǔ)設(shè)施可以顯著縮短未來(lái)的運(yùn)輸距離。

總之,氫燃料電池技術(shù)有可能使生態(tài)可持續(xù)的交通成為可能。

寶馬集團(tuán)首席執(zhí)行官奧利弗·齊普塞表示:“只要整個(gè)價(jià)值鏈?zhǔn)强沙掷m(xù)的,電動(dòng)汽車就可以為減緩氣候變化做出真正的貢獻(xiàn)?!?/span>


5、氫燃料電池汽車有哪些風(fēng)險(xiǎn)?

當(dāng)氫氣在不受控制的反應(yīng)中與氧氣反應(yīng)時(shí)會(huì)發(fā)生什么?很多人會(huì)在學(xué)校的化學(xué)課上記住這一點(diǎn)。你得到的是一種爆炸性反應(yīng),稱為氫氧氣體反應(yīng)。如圖所示,氫氣是易燃的,但在 FCEV 的運(yùn)行中,氫氣和氧氣的不受控制的反應(yīng)幾乎是不可能的。

這是因?yàn)?,在氫燃料電池汽車中,氫氣以液態(tài)形式儲(chǔ)存在特別安全的厚壁罐中。正如 Rücker 強(qiáng)調(diào)的那樣,許多碰撞測(cè)試已經(jīng)證實(shí)了氫汽車設(shè)計(jì)方式的安全性:從測(cè)試中出來(lái)的油箱完好無(wú)損,沒有氫氣泄漏。

氫技術(shù)并不新鮮,而是在一系列領(lǐng)域進(jìn)行了嘗試和測(cè)試。例如,今天的煉油廠在原油加工中使用大量氫氣作為工藝氣體。管道和儲(chǔ)氫也已經(jīng)運(yùn)行了幾十年。

寶馬集團(tuán)氫燃料電池項(xiàng)目經(jīng)理阿克塞爾·魯克:“碰撞測(cè)試表明,氫氣罐在碰撞中沒有損壞,也沒有氫氣逸出?!?/span>

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6、氫燃料電池技術(shù)在未來(lái)將扮演什么角色?

氫能在未來(lái)與純電動(dòng)汽車一起為可持續(xù)交通做出重要貢獻(xiàn)——前提是必要的氫基礎(chǔ)設(shè)施到位并為氫提供良好的價(jià)格,并且車輛的價(jià)格下降。在這種情況下,氫燃料電池汽車可以成為零排放技術(shù),讓用戶保持他們習(xí)慣的靈活駕駛習(xí)慣。

由領(lǐng)先的能源、運(yùn)輸和工業(yè)公司組成的全球倡議氫能委員會(huì)也對(duì)此深信不疑。該委員會(huì)認(rèn)為氫不僅是燃料電池汽車未來(lái)可持續(xù)的推進(jìn)方式,而且是供暖、電力和工業(yè)的清潔能源。

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