陈光祖:滚滚而来的汽车新能源

(一)滚滚而来的汽车新能源

汽车新能源的天地

21世纪是多元化汽车新能源开发和应用的新世纪,21世纪汽车是国民经济主导型支柱产业不断深化发展的一个世纪,这两者相互发展,为汽车产业提供全新的动力源。

我们可以这样的说,汽车新能源就像天体上一个巨大无边的“天地”,繁华似锦,眼花缭乱,循环融合,用之不竭。从整体上看,当代汽车新能源的发展还是处在一个初级阶段,都在这个池塘里,争相激活,相互融合。共同发展,这有利于汽车新 能源向前沿化、有序化、规模化、低碳化方向迈进。

总体上看,它的特色是:

——多元化是客观存在,至今还很难说,那一种新能源就是汽车产业的终极能源,要有长时间的科学探索;

——电动汽车可能是新能源汽车的主导方式,但它的大规模推广,不仅仅是靠技术路线,(这点很重要),更重要的是靠产业化路线;

——掌握核心技术是发展汽车新能源的要害,靠什么去发展核心技术,需要认真的总结经验和教训,研发和推行高科技,千万别再一轮的跌入滞后性的泥潭中;

——汽车新能源必须是节能减排效果好,又可持续的,可再生的能源,这包括一次能源和二次能源在内;

——对煤、石油、天然气这些传统的能源来说,不是没有潜力可挖了,要结合汽车产品的变革,仍然要花大力气去创新,去改造,使之能更好为发展汽车产业服务;

——新能源汽车应是自主创新,的重要阵地,某种程度说,发展新能源汽车就是发展的汽车,要让有争气的汽车企业来一个很好的表现;

——汽车不仅是新能源的用户,两者这间还存在着相互依存的关系,做到你中有我,我中有你,谁也离不开谁;

——政府要成为推行汽车新能源的强有力后盾,做到政府搭台,企业唱戏,企业应真正成为创新的主体,在政府的引导下,实现战略转型;

——随着新能源的不断推进,整个国家和社会得到巨大的进步和财富的增长,同样对汽车产业的发展也会带来相当大的推动力;

——汽车新能源具有很强国际化水平,因此开展国际的合作是必要的,但要避免走过去单纯的“以市场换技术”的老路,要强调平等、公正、公平,力求做到“双赢”;

——汽车新能源的开发应用一定要把安全放在重要的地位。

清洁煤蕴藏力量巨大

近来对电动汽车的电源应用有不少争议,认为它仍然是烧的煤,因为我们发电大部分是用煤,是一种污染的转化,这是目前一个不可回避的现实问题,但要看到不久将来,煤的清洁利用可以极大的改变它的污染面貌。

我国是世界上煤炭大国之一,搞好煤的清洁利用是我国面对现实必须走的路子,2007年产量25.2亿吨,占一次能源总量的69.5%,占世界煤总产量36.6%。

当代,先进的燃煤发电已取得巨大成就,以整体煤气化蒸气联合循环、增压流化床联合循环和整体煤气化电池联合循环为代表,一代又一代的改进和提高效率,如用MCFC办法发电,其效率比IGCC高50%左右,发电效率达70%左右,co2排放接近于零。我国已开始推行以煤气化为核心的煤基多联产系统,实现电力、化工、热能、气化的联产,大力挖掘煤的利用潜能达到国际先进的燃煤发电水平。

煤变油是用煤间接液化方式,先对原料煤进行净化,产生CO和H,然后经高温、高压和催化剂作用下液化,合成汽油和柴油。煤间接液化技术是德国费托发明的合成方法,我国也掌握了FT合成技术,如在鄂尔多斯,榆林、山西屯留、内蒙古准格尔旗、宁夏宁东等地建立煤变油基地,现在规模1000万吨/年,并已向1500万吨/年扩建中。煤变油虽已商业化,但在合成时产生co2较多,要用碳捕捉器及封存技术,或是采用煤和微生物混合变化进行气化,co2吸收会更显著。

煤制氢是燃料电池源途之一,我国最大的煤制氢工厂是内蒙古神化集团,在2008年已成建年产10万吨氢气工厂。

煤气层,俗称互斯,是以煤为储层的非常规天然气,由95%以上甲烷组成,目前开采的多用于工业发电。经进一步纯化后也可用于汽车动力上。我国煤气层探明资源为36.8万亿m3,多分布在山西、陕西、内蒙古、新疆一带。山西晋城无烟煤集团已建成482口煤气层井组,产能2亿错误!链接无效。/年,山西港华煤气公司采取国际先进的深冷冻技术,就地抽取煤气层液化工艺,总规模达90万错误!链接无效。/年,

在“十二、五”期间,国家将根据国情,大力发展清洁煤技术,并列入《中国21世纪议程》中,形成煤产业多元化发展格局,预计到2050年煤炭一次能源构成中占35%,比重比目前下降近一半,产量高于20亿标准煤,实现煤产业循环经济和低碳经济目标。

合成燃料应用前景良好

甲醇作为一种汽车燃料,已经成为人们比较熟识的问题,并且目前在制造工艺上也成熟,可以进行批量化生产,起到汽车燃料的补充作用。甲醇属于富氧的燃料、辛烷值高,燃烧效率好。目前甲醇应用更多用于汽油发动机上,有掺烧15~85%。之间,即M15-M85%,也有甲醇专用发动机,但改装量较大,即M100。甲醇具有一定低毒性,易发挥性腐蚀性,吸水性强,低温起动困难,同时要设专业的“加油站”这些问题都在近来实践中逐步提升。目前山西、陕西、河南、黑龙江、重庆、四川等地,既是生产甲醇基地,也是推广甲醇汽车重要试验点。

甲醇经过重整产生氢,可以用在燃料电池汽车上。

二甲醚(DMW),属于一种简单的脂肪醚,是甲醇重要的衍生物,无色易液化,其性能与液化石油LPG相近似。DME的十六烷值高,作为柴油机的替代品十分优良的。而且排放co2量低,对重型卡车,大客车都适用。目前在内蒙古鄂尔多斯,山东莱州都建立了生产基地。

新出生的天然气姐妹矿

油页岩矿床是“未出生”的油田,是以吸附形式,极致密且富含有机物岩石的天然气,2009年美国首个投入产业应用页岩气年产量达900亿立方米,约占美国天然气总量的15%。

我国的页岩气资源比较丰富,主要分布于川渝、云桂、江浙、新疆和青藏地区,可开采总资源估标20-30万亿立方米,中石油天然气集团在四川盆地钻探的威·201井已获得较高的页岩气产量,中国石油勘探开发研究所表示,再过20-30年我国天然气产量有可能超过石油,其中页岩气将是天然气快速发展的重要基础资源之一。

天然气化合物,也叫“可燃冰”,是由水和天然气在高压和低温条件下混合时产生的一种固态物质,它外貌极像冰雪和固体酒精,如果页岩气是多生存在大陆深密高地的话,天然气化合物则多生存在海洋大陆架、海沟和海岭地带,在陆地永久冻土地带也有矿存。中国工程院院士金庆大近日提出:天然气水合物的资源总量,相当于全世界已知的煤、石油和天然气等化石燃料的两倍。美国天然气专家指出:全球天然气化合物资源总储量中,可开采量达85万亿立方米,可以满足人类未来社会1000年的需求。美、日、加拿大等国已着手大力对“可燃冰”勘探、调查和试开采矿床,在美国阿拉斯加和北极地带约1亿立方米“可燃冰”,这相当于日本当前100年天然气的使用量。

近年,我国对“可燃冰”进行大量调研,勘探,认为在东海、南海和青藏高原冰土层中含有丰富的“可燃冰”资源,经测量,仅在南海的“可燃冰”资源为700亿吨天然气当量,大约相当于我国目前陆上石油,天然气总资源的1/2。

遍地开花的生物质能

生物质能是指应用木材、秸杆、薯类、甜高梁、林业及其加工废弃物、禽畜类便,工业废物,工业有机废水等,特别是一些非粮食原料,加工形成的生物质能,存在着巨大的潜在能源市场,目前我国生物质能资源为2.8亿吨标准煤,预计到2020年可达到15亿吨标准煤,基以40%用于生产液体燃料,即可为市场供应3亿吨液体燃料。

生物质能的能量转换与汽车比较密切可归纳为三点,一是气体及发电技术,国家开发改委已在河北晋州、江苏如东,山东单县3个建立国家级秸杆发电示范项目,目前已扩展到全国30多个发电项目,2010年国家电网公司计划建成200万千瓦生物质能发电能力;一是生物乙醇技术,2005年生物乙醇汽油消费量已占全国汽油消费量20%,成世界上第三生物乙醇生产国,目前关键是再不占耕地,不占粮食的原则下,发展第二代生物乙醇技术;三是生物柴油,我国以餐饮废油、工业废油、植物油、棉籽油下脚料等是生物柴油主要原料,已广泛在全国各地推广之中,2015年即将形成产业化生产。

生物质量是一种广谱科技,如用海藻生产生物柴油,可以是既经济又可行的原料,为生物柴油另辟蹊径。

目前,我国生物质能可利用总量4亿吨标准煤,到2030年可达10.87亿吨标准煤,前景十分广阔。

自然赐给的能源

风能是人类古老文明创造的可再生能源,空气的水平流动叫风,但地球表面的地域不同,季度不同,早晚温差对风流都有影响,因此形成不同等级的风区。

我国幅员辽阔,海岸线长,风能资源丰富,开发潜力巨力。2007年我国国家第三次风能普查,距地面高度10米,理论上可开发量为2.97亿kw。中国气象局评估,距地面50米处理论上可开发电量为15.5亿kw,同年,发改委能源研究所评估,认为理论上可开发6-10亿kw,其中陆上6-8亿kw,海上1-2亿kw。

据发改委《可自生能源中,长期发展规划》中提出,2010年风电机400万kw,到2020年3000万kw,届时风能占全国电力装机总量的2%。

太阳能指的热电利用,即将太阳幅射直接转换为热与电供人们使用,按太阳总幅射量空间分布,分为最丰富区、很丰富区、丰富区和一般地带,我国属于上述一、二、三的占全国国土面积96%以上。

按《中国新能源产业年度报告(2006)》预计,2010年我国光伏发电产品可达1000兆瓦,成为世界上最大的光伏电池生产国。目前主要是单晶硅电池为主,今后要向晶体硅电池和薄膜电池以及多层复合砷化太阳能电池方向加速发展。

海洋占地球面积70%,蕴藏差难以想像的能量,它包括潮流能,海流能,波浪能,潮汐能,温差能,盐能等。我海洋面积488万km2,海岸线长1.8万km,估算海洋能总资源达10亿kw量级,随着时空增长还会有提升余地。

地热能量是地球内部蕴藏的各种热能总称,不同地热有不同用处,200-400℃属于高温常,可供发电,中低温带地热为120℃以下,可供取暖,工业热加工、干燥、温室、热水、浴室、水产养殖等,我国地热带有3200处 ,其中属于高温区255处,可采储量相当于4626.5亿吨标准煤,2005年止,直接利用地热12604.6吉瓦·时,居世界第一。

建设新型核能

当前全世界都在加速发展新型的核电站,我国已建成广东大亚湾、浙江秦山、江苏田湾3大核电基地,2005年底已有11台核电机组投入运行,总机量870万kw,2020年将达到8000万kw或更多,建设第三、四代的核电站,对核电站安全,核废料处理和铀矿开采都要同步的发展。

世界上发达国家都全力研制全新的核聚变电站,现在的核电站属于核裂变形式,即一个重元素原子核的裂变,而核聚变是使两个轻的原子核,聚合成一个较重的原子核,而放出巨大无比的能量,被称为“人造的小太阳”,核聚度的电是用不完的,被认为不用花钱的电,欧盟核专业委员会评估,认为商业核聚变电站至少要花30年时间(大约2030年后)。2006年欧盟、日本、中国、美国、韩国、俄罗斯和印度7国正式签署共同合作建造国际热核聚变实验堆(ITER)装置设在法国的卡达拉奇,我国作为一个核聚变电站研制国家,正积极进行以“托卜马克”型磁约束法的各项研制实验工作。据国外报导:中国合肥高能物理所计划2020年建造一个核聚变原变堆。

核聚变的优势是:在运转中不产生放射性物质,无害,所用的原料氘(D)和氚(T)是氢的同位素之一,储量极丰富,可用上几十万年,发电成本很低,如核裂变的浓缩铀1kg要1.2万美元,而1kg氚仅需300美元,1kg氘聚变燃烧放出的能量,是1千克煤燃烧放出热量的几百万倍。

方兴未艾的氢能

氢能是一种新型的二次能源,氢作为汽车能源,有过不少争议,国为制氢难,储氢难、价格高,但争议归争议,氢能的应用探索,实验从来有过停止,以燃料电池作为氢能的一种载体,在国内取得多方面的进展,也是被公认可能率先实现燃料电池汽车产业化的国家。

氢能的应用涉及众多高科技问题,如应用纳米技术在燃料电池的质子交换膜,电催化器,无铂催化器,碳管储氢上,将会大幅减少体积,重量和成本,纳米技术应用进一步提升了人们对加速发展燃料电池电动汽车的信心。

总之:由此可见,尽管多元化的汽车新能源的实际应用有近有远,有难有易,有高有低,有大有少,但其中最有希望的是通过不断创新的新能源转化为二次能源的油、电和氢的应用,这就是新能源为汽车产业的可持续发展带来美好的光明前景。