未來(lái)新能源汽車(chē)的三種設想

眼下全世界對新能源汽車(chē)研究都十分重視，但問(wèn)題是這些研究太重視車(chē)輛而輕新能源技術(shù)、裝備的研發(fā)。借新能源之名行內燃發(fā)動(dòng)機改良之實(shí)，如混合動(dòng)力、乙醇、甲醇汽油、天然氣、液化石油氣、二甲醚、燃氫發(fā)動(dòng)機等，實(shí)際上這些研究離真正意義上的新能源尚遠。即使是二次電池儲能、電機驅動(dòng)車(chē)輛也只是常規傳統技術(shù)，不過(guò)性能不同而已。其實(shí)，真正的新能源汽車(chē)應該在于通過(guò)新的裝置產(chǎn)生動(dòng)力驅動(dòng)汽車(chē)行使。因此，名副其實(shí)的新能源汽車(chē)使用的能源發(fā)生裝置應該是：研發(fā)多年并有示范產(chǎn)品的“氫氧燃料電池發(fā)電裝置”，已有實(shí)驗原型機的“移動(dòng)式途中無(wú)線(xiàn)供電系統”，以及正在啟動(dòng)研究的“濃縮海水聚變發(fā)電裝置”等。
就此三項而言，所需能源依次是氫和氧，常規電轉換成的電磁能和取之不盡的海水。至于二次電池，不管將來(lái)性能多么完美，都還只是一個(gè)儲能器。太陽(yáng)能汽車(chē)、風(fēng)能汽車(chē)從實(shí)用角度來(lái)看，只能是前面幾項技術(shù)的一個(gè)輔助發(fā)電裝置，因為其產(chǎn)生的電量有限而且是靠天發(fā)電，在市區林蔭道等地方毫無(wú)用武之地。
移動(dòng)式途中無(wú)線(xiàn)供電系統、海水濃縮聚變發(fā)電裝置這兩項離示范樣機尚遠，但前景誘人，給人以無(wú)限想象空間。應該注意的是，智慧的幻想是偉大發(fā)明的前兆。而我們目前缺的就是這種意識和勇于嘗試的行動(dòng)及獨立思考的精神。
氫氧燃料電池
在跨世紀的電動(dòng)汽車(chē)研發(fā)技術(shù)中，氫氧燃料電池最為熱門(mén)也最受重視，尤其是在美國，受重視程度不亞于“曼哈頓工程”和“阿波羅計劃”?，F今美國在這一領(lǐng)域取得了絕對的優(yōu)勢，但商業(yè)化日程卻一再推遲，究其原因是制造成本高昂，氫燃料的供給困難。但各國政府、企業(yè)、研發(fā)者仍未放棄，期望有一天能取得成功。
燃料電池不是電池，實(shí)際上是一套氫氧發(fā)電裝置。如果氫源不是純氫，而是由汽油、甲醇等碳氫化合物經(jīng)改質(zhì)器分離出純氫進(jìn)行發(fā)電，那么改質(zhì)器實(shí)際上是一套化工反應裝置。試想，車(chē)上裝了一個(gè)“化工車(chē)間”和一個(gè)“發(fā)電車(chē)間”，成本能低嗎？再加上鉑催化劑和進(jìn)口膜、高壓氧氣泵，成本更是愈加高昂。燃料電池的出路在簡(jiǎn)單，惟有簡(jiǎn)單才能實(shí)用和普及，否則只能是樣機。如果做不到簡(jiǎn)單，將來(lái)的車(chē)輛駕駛員、維修者都得是專(zhuān)業(yè)人員。最后是氫氣加注、氫氣泄漏及安全性問(wèn)題，這些都是市場(chǎng)化的前提，但很難跨越。
筆者認為燃料電池產(chǎn)業(yè)化的成功率大致是50％。而業(yè)界對此的爭論也是不可開(kāi)交，繼續力托“氫經(jīng)濟”者有之，反對或建議停止、放緩研發(fā)者也不乏其人。其實(shí)不緊不慢也許較為合理，只要是按照技術(shù)發(fā)展規律辦。
當然，燃料電池汽車(chē)示范項目是沒(méi)有問(wèn)題的。在特定場(chǎng)合（如公交線(xiàn)路）、有加氫設施的地方可以使用。若用金屬氫化物貯存氫氣，在15℃以上是可以正常釋放氫氣發(fā)電的，要在常年平均氣溫在15℃-20℃的地區使用，那么在北緯30°以南地區是完全適用的，且氫氣貯存十分安全。在宜駛的區域示范運行是商業(yè)化、產(chǎn)業(yè)化的第一步。
移動(dòng)無(wú)線(xiàn)途中供電新技術(shù)
筆者在七、八年前曾接觸過(guò)此技術(shù)，如今在海歸人員中也有研究此項技術(shù)的。無(wú)線(xiàn)充電技術(shù)是電動(dòng)汽車(chē)（二次電池為動(dòng)力源）的最高境界，猶如飛機之空中加油一般，可以在車(chē)輛行使途中，在具有移動(dòng)充電設施的路途上進(jìn)行超快充電，或直接將電能無(wú)線(xiàn)引入車(chē)中驅動(dòng)電動(dòng)機，最終驅使車(chē)輛行使。這個(gè)夢(mèng)想多年來(lái)一直吸引著(zhù)人們，目前該技術(shù)（IPT）已應用于室內平面、垂直輸送機械，供電與受電距離是CM級的，其原理猶如變壓器的原邊與副邊之電能傳輸。國外曾有人應用于游樂(lè )場(chǎng)的電動(dòng)車(chē)輛，但車(chē)輛必須像有軌電車(chē)一般沿供電帶行使，偏離出有效距離后無(wú)法受電。這一技術(shù)目前受CM級供電之局限，難以應用于道路用電路汽車(chē)，但可以給電動(dòng)汽車(chē)提供非接觸充電。
最近美國麻省理工學(xué)院一個(gè)科研小組經(jīng)過(guò)多年努力，成功研制出樣機，在兩米以上距離的固定的供電器、受電器之間成功進(jìn)行60W功率的電磁能傳輸。筆者認為，該項技術(shù)最終將發(fā)展到移動(dòng)無(wú)線(xiàn)供電。我國相關(guān)人士應密切關(guān)注此技術(shù)，并適時(shí)啟動(dòng)原理性研究。
研發(fā)可以按照以下步驟：會(huì )同物理學(xué)家、電工專(zhuān)家弄清電磁共振原理，研制無(wú)線(xiàn)供電、受電樣機，達到在3-4米間距傳送電能的要求，解決固定供電、移動(dòng)受電的具體措施；建立實(shí)驗性無(wú)線(xiàn)供電、移動(dòng)受電的實(shí)驗道路，造出帶有受電器的電動(dòng)汽車(chē)，載有計算機控制、帶有通訊功能的計費器械聯(lián)絡(luò )設備（即車(chē)頂盒），使行駛途中的電動(dòng)汽車(chē)猶如空中加油飛機般得到電能，供電機驅動(dòng)或充入車(chē)載電池中貯存；車(chē)輛移動(dòng)受電與車(chē)速有關(guān)，應從低速開(kāi)始逐步向高速升級。
這也許是電動(dòng)汽車(chē)續能的最高階段、最完美境界。它取決于“電磁共振”技術(shù)的突破，取決于供電器、受電器的性能和車(chē)輛行駛中的受電能力。這項技術(shù)成功了，電動(dòng)汽車(chē)即便仍需用電池儲能，其容量也很小了，進(jìn)而最終拋棄重量、體積過(guò)大的電池。屆時(shí)馬路旁或上空布設 “電磁共振”供電設施，行駛于馬路上的電動(dòng)汽車(chē)以智能付費方式通過(guò)計算機控制得到供電，電能源源不斷按需供給驅動(dòng)電機或儲電設備，人們也將不會(huì )再為途中無(wú)電而煩惱。
這種移動(dòng)途中無(wú)線(xiàn)供電之車(chē)輛，即無(wú)軌無(wú)線(xiàn)電動(dòng)汽車(chē)最適宜于長(cháng)途大客車(chē)、長(cháng)途運輸的卡車(chē)。由電網(wǎng)公司組織參與建設道路供電設施是最好的辦法。另外，該項技術(shù)也可用于“氣懸浮列車(chē)”、電氣化列車(chē)等。
海水聚變發(fā)電
海水中含有豐富的氘和氚，而氘、氚發(fā)生聚變反應所釋放出來(lái)的能量，是同質(zhì)量裂變核燃料發(fā)生裂變反應所釋放能量的4-5倍。1.5kg氘、氚混合物發(fā)生聚變反應可釋放出5.8萬(wàn)噸TNT當量的能量。每1L海水中含30mg氘用于聚變反應產(chǎn)生的能量相當于300L汽油燃燒，即1L海水相當于300L汽油。而且聚變產(chǎn)生的能量不像裂變那樣有放射性，它是一種清潔能源。核聚變發(fā)電各國都在實(shí)驗，中國的“人造太陽(yáng)”托克馬克裝置已運行多年，當然這種裝置未來(lái)成功后將主要用于大型發(fā)電廠(chǎng)。
上述裝置將來(lái)可能用于車(chē)輛、船舶的聚變核反應發(fā)電機，與上述情況不同。首先，發(fā)電量在幾百到幾千千瓦時(shí)的范圍，其次必須是微型化、輕量化，否則無(wú)法用在車(chē)輛、船舶上。另外，聚變核反應的燃料不是氘和氚，而是氘化氚。若按海水含有0.015％氘化氚，平均“燒”掉一個(gè)氚可提供7.2Mev（兆電子伏）能量來(lái)計算，從幾升海水中提取的氚，即可提供1萬(wàn)千瓦時(shí)能量，這相當于千余升汽油供給的能量。次高溫熱堆發(fā)電技術(shù)，是一種區別于托克馬克裝置“人造太陽(yáng)”的新型受控聚變熱核反應堆。1噸濃縮海水核燃料，可發(fā)出相當于300噸汽油所發(fā)出的電量，而且不存在排放有害物質(zhì)與核污染問(wèn)題?；蛟S，這種方式可以徹底解決人類(lèi)用盡石油和煤炭之后的能源問(wèn)題。用次高溫堆發(fā)電技術(shù)制造的發(fā)電機組可大可小。大可至幾百萬(wàn)千瓦時(shí)，用于大型發(fā)電廠(chǎng)，發(fā)電成本可降至3.5分/千瓦時(shí)，而小可至幾個(gè)千瓦時(shí)，安裝在電動(dòng)汽車(chē)上。在不久的將來(lái)，人類(lèi)駕駛以濃縮海水做燃料并且零排放的電動(dòng)汽車(chē)并不是夢(mèng)想。
海水聚變反應發(fā)電機，首先由反應堆產(chǎn)生核熱能量，再由此熱能對水進(jìn)行加熱，產(chǎn)生一定氣壓的蒸汽來(lái)推動(dòng)渦輪機、汽輪機發(fā)電，并由這個(gè)電源驅動(dòng)電動(dòng)汽車(chē)的電機工作使車(chē)輛行駛。當然也可直接由渦輪機、汽輪機輸出扭矩、轉矩直接驅動(dòng)汽車(chē)行駛。
汽車(chē)裝了海水聚變反應發(fā)電機后，汽車(chē)可半年到一年加一次燃料（海水）。燃料（海水）費用幾乎是免費的，每一升可能只要幾元人民幣，其釋放能量等于300L汽油之能量釋放。并且，這種方式是零排放，人們也不再為二氧化碳等溫室氣體排放而煩惱。同時(shí)噪聲、機械震動(dòng)與純電動(dòng)汽車(chē)一樣輕微，其余熱還可以為車(chē)輛提供冷、熱空氣調節。這種汽車(chē)日后能產(chǎn)業(yè)化、商業(yè)化，世界汽車(chē)業(yè)也將產(chǎn)生一次飛躍、一次革命，加油站或將成為歷史，充電站失去必要，原有汽車(chē)研發(fā)、生產(chǎn)格局也隨之改變。也許中國汽車(chē)企業(yè)有了趕超世界先進(jìn)水平的一次機遇。但必須要行動(dòng)，“守株待兔”肯定是枉然的。
對于次高溫熱堆（海水聚變反應）發(fā)電技術(shù)，全世界研發(fā)都還只是剛起步，而我們已在第一梯隊靠前位置。目前我國已有800瓦和2千瓦的實(shí)驗樣機，當然這個(gè)裝置目前更合適于地面固定式大型發(fā)電廠(chǎng)，其發(fā)電量為百萬(wàn)千瓦時(shí)級的規模。要將這種原理的發(fā)電裝置用于船舶相對比較容易，因為船舶的艙容空間能安裝得下，而且重量也不會(huì )太大。而用于汽車(chē)則必須輕量化、微型化，必須以汽車(chē)可能的安裝空間、可承受的重量作為目標依據。
海水聚變反應發(fā)電機也許會(huì )在5到10年后這個(gè)不遠的將來(lái)逐漸開(kāi)始真正應用，我們姑且命名為原子能汽車(chē)。如果我們以發(fā)明家的毅力和智慧，企業(yè)家的敏銳反應，馬上動(dòng)手，一往無(wú)前，百折不撓，并廣匯各種相關(guān)專(zhuān)業(yè)知識、技術(shù)、設備，這個(gè)目標是可以達到的，關(guān)鍵是思路、認識。
抓住機遇開(kāi)發(fā)新技術(shù)
中國從“八五”開(kāi)始，直至目前的“十一五”，在數個(gè)五年計劃里，都在進(jìn)行新能源汽車(chē)研究。當時(shí)的認識是，我國在內燃機汽車(chē)方面與國外差距很大，難以趕超，而新能源汽車(chē)與國外相差不大，有可能達到并駕齊驅的目標，因此連續二十年持續投入研發(fā)。目前中國汽車(chē)企業(yè)甚多，產(chǎn)能已趨飽和，而且都是內燃機汽車(chē)，以合資企業(yè)為眾?，F在對于新能源汽車(chē)，經(jīng)濟實(shí)力有了，研發(fā)基礎雄厚。但企業(yè)目前以市場(chǎng)占有率、盡快獲得投資回報為目的，對研發(fā)新能源電動(dòng)汽車(chē)反而積極性不高、主動(dòng)性不夠。同時(shí)背上了既有產(chǎn)業(yè)基礎、現有產(chǎn)品市場(chǎng)這個(gè)包袱，企業(yè)全然沒(méi)有了二十年前的那種沖勁。同時(shí)，這種現象也充分反應在管理部門(mén)的作為方面，新能源汽車(chē)上牌上市長(cháng)時(shí)間不能確定即可作為佐證。
這與上世紀發(fā)生在半導體領(lǐng)域的案例有所類(lèi)似：半導體問(wèn)世以后，瑞士鐘表業(yè)公司很快生產(chǎn)出了石英數字手表。石英手表比發(fā)條手表走時(shí)更準確、價(jià)格更便宜。但由于瑞士在機械表上投資太大，因此決定局部推出石英表，且以高檔奢侈品定位。這一機遇被日本精工抓住了，利用這一技術(shù)再加上日本工藝，以更低成本、輕巧外形迅速推向市場(chǎng)，數年后幾乎占領(lǐng)了這一領(lǐng)域100％市場(chǎng)。瑞士公司如夢(mèng)初醒，但為時(shí)已晚，將這一市場(chǎng)拱手讓給日本公司。
新能源汽車(chē)與前述案例會(huì )否出現相似之處，若干年后出現了結局才知道。但筆者認為，這至少是“企業(yè)柔道戰略”的依據。若不利用這種機遇，中國車(chē)企難以制勝。同時(shí)我們的科研計劃也難以取得預計的效果。

【作者為江蘇常熟合眾環(huán)保能源技術(shù)研究所所長(cháng)】