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俄专家电动车前景值得怀疑

俄专家认为:对汽车动力前景作预测是一件很冒风险甚至是徒劳无益的事情。

早在20世纪50年代,就有一些汽车界的权威人士断言,活塞式内燃机将在不远的将来,等待它们会是蒸汽机那样的命运,因为就如飞机的内燃机已经被更有前景的燃气涡轮机替代那样,陆上活塞齐齐哈尔市哪里有羊羔疯科医院式内燃机也将被它取而代之。

但是当又一个新的世纪到来的时候,活塞式内燃机既没有在水路交通工具上,也没有在陆路交通工具上以及农机、道路工程机械等领域找到明显的对手。

这大概是因为那个时代天天在讲,石油的储量有限,并且最迟不到那个世纪末就要被开采光。

对石油燃料内燃机前途的最大担忧出现在发生能源危机的20世纪70年代。那时到处都在郑重其事地谈论电动汽车、氢燃料发动机以及醇类燃料发动机。但是过去了这么多年,内燃机跟原来一样,使用的依然是用石油提炼的汽油和柴油。

但是,尽管新的油田被发现,新的石油开采、加工工艺被开发出来,但是石油储量还是再一直走向枯竭,而且还有一个不容回避的事实,那就是虽然石油储量有限,但是人们对它的需求量却在逐年增长。

虽说石油价格经常受政治和投机原因而波动,然而它的平均价格走势是在平缓地上扬。这完全是情理之中的,因为石油开采和加工成本在不断上涨,而且市场上的石油供不应求。

由此,人们现在必须探讨以下问题:

活塞式内燃机能否保住在世界动力界的一席之地;

什么样的燃料是近期和远期最有前景的燃料;

为了适应新燃料,对内燃机结构和系统要做哪些改动。

内燃机遭受抨击的原因主要有两点,认为它消耗了大量的石油制品,又认为它是排放导致地球大气“温室效应”的CO2及有害废气的罪魁祸首。因为内燃机首先是多用在汽车上,所以问题在于,能否从社会角度及能源角度考虑,使汽车改用其它燃料或者减少汽车的使用频次。

显然,缩短汽车的行驶里程就可以减少内燃机工作时间、燃料消耗以及有毒废气的排放。

但是试图限制人们使用已经养成习惯的、觉得舒适的私人汽车将产生较大的社会动荡。不要忘记,欧洲仅仅因汽车燃料价格微涨导致了恐慌。可以发现,原苏联多数公民对人为限制私人汽车的观点持完全否定态度(而且这还是在原苏联有发达而廉价的公共交通的情况下)。俄罗斯刚一放开允许大批进口汽车的政策时,驾着进口车满世界跑的人就激增,似乎高涨的油价与他们无关。由此可以想象,如果不发生全球性的大动乱,至少在50年内,大量的居民热衷于购买私人汽车的趋势不会有什么改变。这也就意味着汽车的数量至少不会减少。

另外一个出路就是,把内燃机换成不使用石油制品、不污染环境的其他动力装置。抛开诸如明显乌托邦式的把内燃机全部换成自行车的方案,不能不承认把内燃机汽车换成电动汽车是一条最根本的出路。

这至少在公共交通工具上能完全或者说大体能办得到。铁路电气化、有轨电车和无轨电车网的普及、地上地下电力车干线的开通都发生在眼前和将发生在不远的将来。而涉及到私人汽车,情况则要复杂得多。

虽然电动汽车已经被研究了几十年,开发了工业样车,但是它的前景值得怀疑。

问题不仅仅在于从技术上能否开发有足够能量的电池,因为根据有关数据表明,在20世纪70年代中期,美国的火力发电站消耗了18%左右的能源,而汽车消耗23%的能源,这种状况未必在上个世纪最后15年发生了较大改变,可以想象,如果真的有什么奇迹使得市场涌现大量价廉物美的电动汽车,那么所有发电站发的电全用来给这些电动汽车充电还不够。

问题还在于,由于充电设备、电池及动力装置的电能损耗,能量转换率低于50%。而且指望发电量在不久的将来增长一倍是不可能的。而且要多发电就得相应地增加煤炭开采量,并由此加剧环境的污染。

上个世纪七、八十年代曾经寄予厚望的核能和热核发电也前途不妙。俄罗斯若列斯·奥夫洛尔院士承认,至少在最近几十年内掌握不了热核反应的控制技术。而原子能方面,则因为切尔诺贝利核电站核泄露事故引起了恐慌,将在很长一段时期内阻碍新的核电站的建设。现在大多数国家仍象原来一样主要靠火力发电。

电动汽车不会很快被推广。如果在不久的将来,比如2020~2030年,为了减少空气污染,城市里较多地使用电动汽车,那又当别论。

因此,可以预计,在二十一世纪,陆上交通工具还将是以内燃机汽车为主。同时,在农业机械、水路交通工具上以及那些电力难以输送的地方仍然会使用内燃机。

将来,在市内和市郊交通工具中电动汽车会逐渐增多,但是唱主角的仍是原来的活塞式内燃机汽车。

抛开其它次要因素不说,只需两点就可证明。

第一,目前看来,在同等条件下(功率、质量、外形尺寸),内燃机是最经济的,这在燃油价格上涨时越发能显现出来。

第二,成熟的发动机批量生产工艺使得内燃机的成本较低。

同时,目前没有其它任何一种动力装置(比如涡轮机、斯特林发动机)能有如此的优点,以致使人们拒绝使用内燃机。但是,在不远的将来必须为内燃机寻求新的非石油燃料。

在近期和远期作为汽油和柴油替代品的燃料有以下几种:

特性和成分接近现有汽车燃料的非石油提炼的液态碳氢混合物;

醇类燃料(甲醇及乙醇);气态碳氢混合物;氢气;氮氢化合物;

另外需考虑新型燃料对发动机的要求、获取原料的难易程度和利用前景、原料加工难易程度和燃料成本。

油页岩和煤炭都是制取合成燃油的原料。油页岩储量不太丰富,只能作为辅助原料。而且开采和加工油页岩时,必须同时开发可靠的、经济的、可加工大量废物的利废装置,因为在最好情况下,页岩焦油产出率也只占原料的~10%。页岩焦油含有较多的硫和氮,因此需要对汽车尾气采取净化措施。从这一点看,煤炭优于油页岩。煤炭的储量尽管不是无限的,但是根据计算,它也至少能开采几百年。

在用煤炭制取汽油和柴油的技术方面已有所突破。早在二战时期德国就已经打算工业化生产合成汽油,以备在石油来源被切断后靠它来保证军事设备的燃油供给,而且出兵占领油田当时还是希特勒在整个战争时期的战略任比较好治癫痫专科医院呢务之一。

目前,工业试制厂现有的工艺技术已经可以制取性质与汽油、柴油非常相近的燃油。因此就可以在生产发动机时和改用这种燃料时,不必对发动机的结构作较大改动。但是在分析该种燃油的前景时,首先要考虑到目前煤炭丰不丰富。

1973年煤炭在美国只占所使用能源的20%,这比石油所占的份额少了一半,而且它只满足了1/3的工业、公共事业和动力业的用煤。如果考虑到煤炭和燃油的能量的转化率只有55%,癫痫病治疗方法有哪些要是所有的交通工具都使用合成燃油的话,那么煤炭的开采量就还要增大7~9倍。这就要大量增加矿工人数、采矿设备、大型炼油厂。同时不可避免地由于在煤炭加工时废弃物增多和向大气排放45%的煤炭燃烧产物,从而加剧环境污染。

综上所述,一方面要掌握合成燃油的生产技术,不要等到火烧眉毛了才去做;另一方面希望在最近20~30年内合成燃油最好能缓解石油燃料的紧张局面。

而醇类燃料(甲醇和乙醇),人们很早以前就很关注。醇类燃料具有良好的汽化性和可燃性,是通常燃油最等效的替代品。

70年代出于对环保的考虑,人们又对醇类燃料产生了兴趣。已经证实,使用这种燃料能明显减少CO2和其它有害废气的排放。

一些国家,比如巴西就有使部分汽车改用乙醇的成功经验。但是目前由于醇类燃料的价格比汽油高而难以推广。用醇类燃料来替代柴油时,要对发动机作较大的改动,因为醇类燃料的自燃性较差。

这里对这个问题不做详细论述,只从能源前景角度探讨以下两个问题:用煤炭制取甲醇和用生物质发酵制取乙醇。

前面谈到的合成燃油的制取就属于第一种方法:用煤炭制取甲醇的产出率为43%,这低于用煤炭制取合成燃油的产出率,因此大规模用煤炭制取甲醇要求开采更多的煤炭,而煤炭的储量并不是无限的。

用生物质发酵制取醇类燃料的产出率更低,只有35%,该方案的优点就是原料可为农业、林业副产物,属于第一载能体,能够再生。制取醇类燃料的工艺比较成熟,并已用于工业化生产中,这方面可以说已经没有什么障碍。但是没有数据表明,这种资源是否足够多。醇类燃料汽车首先用于那些农产品过剩的国家。

丙烷-丁烷混合气、天然气、煤气以及氢气都属于气体燃料。在这里有必要说一句,历史上内燃机就是照明和取暖煤气被推广使用的产物。最初的Lenuara和Otto发动机使用的就是这种气体燃料,只是后来才使用运输起来更为简便的液态油。历史上的这一页证明了内燃机使用气体燃料原则上不会有什么障碍。可以说,气体燃料发动机从来都没有完全从市场中消失,而且成功运用于所有不存在加气困难的地方──首先是燃气输送站。人们在石油紧张时对气体燃料更感兴趣。很多人还记得国内战争时期带加气管的汽车。由于石油及其制品价格上涨、石油即将枯竭,气体燃料现在被日益关注。

由于丙烷-丁烷混合气可在零上温度下压缩,运输和灌装方便,因此获得了应用。汽油发动机改用这种燃料时,不需对发动机作较大改动,只需稍微调整燃料供给系统就行了,非银川癫痫治疗常方便。但使用气体燃料替代液态燃料所带来的经济效益由于近年来气体燃料价格的上涨急剧下滑。

主要成分为甲烷的天然气首先是用在送气站汽车的发动机上、运送压缩气的油轮的船用发动机上。这种发动机是在柴油机基础上开发的。

天然气的储量明显超过石油的储量。此外,使锅炉和火力发电站烧煤,也是一种能相对增加天然气储备的辅助手段——这比用煤制取液态燃油要简便和高效得多。要使汽车使用天然气,就得要开发轻便可靠的储气装置。如果用金属罐储存压缩天然气就会明显增大汽车的质量。而使用稍轻的复合材料储气罐能提高汽车的经济性,这种储气罐已经被开始生产,希望随着大批量生产工艺的改进,它的成本会有所降低。

为了防止气罐内天然气非使用性损耗,可采取的第一方案就是缩短加气站之间的距离。这在城市,特别是在具有足够的加气网站和能更换气罐时完全办得到。可采取的另一种方案是把天然气压缩后保存到低温储气罐中。按质量尺寸比,这种储气法要比钢瓶储气法经济得多。当然,要使这种储气法得到推广,还需解决一系列诸如气体压缩、加气网站建设以及易运输的低温储气罐等相关问题。这种低温储气装置极有可能近期在船舶上使用。

因此,完全有根据把天然气作为液态燃油最具前景的替代品,而且使用天然气能明显减少有毒废气的排放。

气体燃料非常有前景,这是因为:第一,上述各种燃料中只有它和乙醇一样能用再生原料制取,而且能量转化率较高,超过60%。有别于使用乙醇的是,气体燃料可以用与发动机相连的轻便车载装置制取,可以不用储气罐。此外,气体燃料发生器产生的热能被发动机利热装置利用,这样综合能量转化率就可达80~85%。而且,这种能量转化装置可以解决农业、林业等行业的有机废料利用问题。

氢气作发动机燃料具有很多诱人的特性,特别是使用它能减少尾气中HC的排放。发动机在改用氢燃料时,原则上不需要对发动机作较大的改动。这就可以极大拓宽稀混合气燃烧范围,能提高循环的经济性及降低NOx的排放。而且氢燃料汽车,同电动汽车一样,能减少较复杂环境中(比如密闭的地方和大城市的中心地段)有毒废气的排放。由于氢燃料具有这些优点,早在上个世纪七、八十年代,人们就把它看作是最具前景的燃料之一。氢燃料可以由碳氢原料(石油、天然气)及煤炭制取,也可以采用轻金属还原法及电解法从水中获得。

但是前面已经提到,煤炭开采量及发电量将来不可能极大增长,因此在成功利用太阳能、热核能或者其它新型能源以前,氢燃料的前景还是令人担忧的……


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