交通運輸業作為世界公認的能源消耗大戶,幾乎每時每刻都在消耗著人類賴以生存的寶貴能源——石油。但基于石油能源的不可再生性,如何尋找一種既節能環保,又可推動現代運輸業不斷向前發展的新型能源,就成了當下一個急需解決的難題。
從目前交通運輸業的發展狀況來看,曾充當運輸業主力軍的“鐵老大”一—鐵路,目前已絕大部分地實現了電氣化發展;此外,對運輸業里的“耗能大戶”一一公路來說,電動汽車也成了驅動公路運輸發展的行業“新寵”。
廉價石油時代將盡
運輸業偏愛石油作為驅動能源的原因顯而易見;石油產品使用起來極其方便,各種內燃機技術目前已非常成熟;石油產品儲存方便且能量密度高,大約一公斤石油可以儲存相當于十幾度的能量;此外,石油的供應量也十分巨大。由此可見,石油諸多的優良特性是其他能源難以企及的。
誠然,要實現石油的大規模開采也存在著很多問題:石油是碳基燃料,其在開采、煉制、運輸及使用過程中排放的溫室氣體遠遠超過了人類活動排放溫室氣體總量的四分之一;在石油開采地,石油自身帶來的環境代價就更為嚴重,2010年美國墨西哥灣的深海采油泄露事件就是一個很典型的石油開采導致的生態災難;除此之外,石油資源的分布也非常不均勻,重要產地往往同時也是政治敏感地區,隨時威脅著石油供應的安全。石油的諸多弊端時刻敦促著人們要盡快找到可替代石油作為驅動能源的新能源。
即使不考慮石油的環境影響,人們也需要尋找石油替代品了。原因同樣簡單——石油要不夠用了!在過去,石油作為易于開采的能源之一,一桶石油提供的能量,可把三五十桶的石油開采到地面并加工成成品送到用戶面前。但目前此類石油儲量已經為數不多,人們不得不轉向開發那些油砂、頁巖油等并不易于開采的石油資源。此類石油資源的開采需要消耗大量的能量,無形中增加了石油開采的成本,也給環境造成了巨大壓力。
然而,廉價石油時代的結束還不是最麻煩的。讓人更為尷尬的是,此類不易于開采的非常規石油資源并不是取之不盡用之不竭的,專家估計,此類石油資源很有可能在100年內被人類開采殆盡。
電動車的優勢與限制
石油時代的終結,促使人們繼續尋找一種既節能環保,同時又可充分滿足其日益增長的運輸需求的新能源。而作為耗能大戶的交通運輸業要開辟其他能源方式,又必須改變以往的運輸方法。在以上雙方的供需背景下,電動車輛問世了。
筆者認為,電動車輛的最大好處,在于它的使用端實現了零排放。由此,目前困擾著大城市的汽車粉塵、有機煙霧、一氧化碳、氮氧化物排放等直接污染即可得到緩解。同時,電動汽車使用的是電力。相信隨著電的來源變得愈發清潔,電動車所帶來的環境優勢將會更加明顯。
然而,目前的電網的確不夠清潔。目前世界大部分國家的電力來源仍然以煤炭和天然氣為主,而煤炭火力電站的污染非常嚴重,其不僅排放大量的溫室氣體,煤炭火電還會促使硫化物,氮氧化物,顆粒污染物等的排放,甚至煤炭利用造成的核污染也遠遠高于核電造成的核污染。此外,由于礦山安全問題,煤炭開采的生命代價也很高。在目前的技術水平下,電動車的制造與傳統內燃汽車相比,也要消耗更多的資源,造成更大的環境危害。由此可見,目前在很多國家推廣電動車,從生命周期角度考慮并沒有多少環保優勢。電動車在生命周期中還會排放更多的污染物。中國去年就有研究表明,根據目前的電網結構,普及電動車的環保好處有限,硫排放和氮氧化物排放都比汽油車高出數倍;美國相關的研究也顯示,目前階段全電車的生命周期環境代價也明顯高于內燃氣車。
此外,電動車自身的技術也有待突破。人們現在已經習慣了內燃汽車帶來的方便。但由于目前電池技術水平的限制,電動機單位重量和體積所攜帶的能量太低,大多數全電動車的行程仍然只能被限制在一兩百公里之內。超過這個行程后,電動車的重量增加太多,效率降低,制造成本也會大幅度升高。用戶是否接受如此短的行程,是否愿意改變用車習慣,都尚是一個未知數。
亦有專家指出,充電速度也是電動車推廣過程中一個需要解決的問題。目前,常規技術的充電速度很慢,往往需要幾個小時。但是在實際應用中,一輛本來行程就不長的電動車經常處于缺電狀態。當然針對這個問題,也有了很多解決辦法,比如快速加電站,比如更換電池等等。
針對全電動車存在的以上諸多問題,混合動力汽車就成了一個不錯的選擇。油電雙驅動的混合動力汽車目前已經成功在市場上運行了十幾年,其超低的油耗在目前高油價的背景下也越來越受到用戶的歡迎,不過目前的油電雙驅動汽車仍然使用內燃機,所以它更像是一個節油效果很好的內燃汽車,并不能使用電網的供電。
插入式電動車不僅平時可通過電網充電實現能源補充,而且還可以在進行長途運行時通過燃油燃燒發電的方式提供電力。另一方面,由于內燃機只用于發電,因此可以保持在效率最高的工作狀態下運行,繼而可以進一步提高燃油的利用率,降低對環境的影響。目前此方案已在很多國家被視為電動車的重要發展方向。
筆者認為,隨著各國政府對電動車發展重視程度的提高和企業研發投入的加大,電動車最終會擺脫對石油的依賴,而成為驅動公路運輸發展的行業“新寵”。