在使用液态电解液锂离子动力蓄电池LIB的情况下,大量生产纯电动汽车将引起比使用石化燃料危机更为严重的锂资源危机。众所周知,看问题必须全面,要看全部,决不能只看部分就片面地下结论;决不能犯“瞎子摸象,以点带面”的错误!本文将从多个视角阐述何以新能源汽车产业政策必须改弦更张,为何在本世纪上半叶我国发展纯电动汽车既不节能更不减排。
纯电动汽车是否节能减排、降低温室气体排放,不能只看行驶过程,必须统看纯电动汽车的全过程。所谓纯电动汽车的全过程是指包括纯电动汽车本身的制造、使用、直至废弃的全过程,还要加上它的一次能源和制造车辆的原材料、辅料的全过程;不仅要看气体污染物的排放,还要看液体,特别是那些严重危害人体的固体污染物的排放。
一、汽车的能源和各种汽车动力型式及各种动力型式汽车的能量消耗与各类污染物排放量
能源分为两个层次,即“一次能源[原料]”和“二次能源[能源载体]”。汽车能源和能源载体多种多样,汽车是否节能减排既取决于动力型式和汽车本身设计与各国国情(包括气象和交通状况),更与其使用的二次能源、一次能源密切相关。
必须强调,某种动力型式的汽车是否节能、清洁和低碳排放,不能只看车辆自身在行驶过程中的节能、减排情况,即不能只看从“燃料箱至车轮”这一最后环节的效率和各种污染物的排放量,而是必须把它从能源燃料开采、加工/转换而后经运输/传送、加注/充电直至报废等各环节所消耗的能源和各类污染物排放量全部累计计算在内。换一种说法,就是必须综合计算燃料在车辆内、外的全部过程-从矿井到车轮的综合能量消耗、CO2综合排放量和各种污染物的累计排放量,还要计及使用于车辆的各种原材料、辅料在生产中消耗的能量与产生的各类污染物和温室气体的排放量。
二、各种动力型式汽车的能源链
各种动力型式汽车的能源链差别很大,不论是“一次能源”的开采、运输,还是“二次能源”的转换、输送,特别是由于车辆本身采用的技术,生产的年代/世代、等级的不同,所以各种动力型式汽车的能耗及其各类污染物排放量以及温室气体CO2的排放量千差万别。下图为各类动力型式汽车的能源链:
各类传统动力型式汽车在车速小于50km/h的情况下,车辆本身的效率情况见下图:
三、各种动力型式汽车的全过程的能源消耗和等效二氧化碳排放量情况
各种动力型式汽车的综合能源消耗和综合等效二氧化碳排放量的实测数据以及综合效率[Well-to-Wheel]条件下的概况,见下表:
各种动力型式汽车的综合效率差异很大:以核电为主的电网电力为纯电动汽车的充电电源时,纯电动汽车综合效率高达70.4%,远远高于传统汽油机汽车;甚至高于燃料电池汽车的综合效率33.6%的一倍以上,以燃煤发电为主的电网电力为纯电动汽车充电时的综合效率仅为34.4%,与传统自然吸气现代清洁柴油机汽车的综合效率34%相差无几,却比柴油混合动力汽车的综合效率40.8%低。而第六代柴油汽车由于采用了柴油向气缸内多次直喷、高压共轨供油、废气涡轮串级-两级增压(Twin-Tubo)-两级中冷等技术,已将柴油机的效率提高到45%,因此装用第六代柴油机的柴油汽车整车综合效率在35.25%以上,好于核电-氢气-燃料电池汽车。
必须强调指出,欧盟议会今年初,决定将2020年新生产的轿车CO2排放量由目前的低于120g/km,进一步降至不得大于94g/km。这就要求目前汽车发动机,特别是汽油发动机必须进一步提高效率。面对有害污染物排放量限制日益严格:欧盟国家已从2012年起实施欧VI标准。为防止雾霾,限制汽车排放中的颗粒物排放已成为关键,为此欧盟从2014年下半年起实施对颗粒物PM排放量限制更为严格的欧VIb有害污染物排放标准。新标准已不再用g/km表示排放量,而是改为车辆行驶每公里排放的颗粒物PM个数N来限制,欧VIb标准规定的PM个数为6×1012N个;待到2017年时升级到欧VIc标准,颗粒物PM个数N来限制为必须低于6×1011N个。为此,必须采用崭新的技术和测试方法。
采用现代柴油发动机的汽车虽然有很高的效率,较低的温室气体排放量,但其排放出的有害污染物中的NOx排放量和颗粒物PM排放量却较汽油车和CNG汽车多得多。为此,近几年德国开发出许多汽油车和CNG汽车的“深度”节能减排技术,如采用可变压缩比(ε=8~14)技术VCR的火花点火发动机,可使发动机效率和排放量改善10~12%;采用微波点火或等离子点火或是激光点火,燃料在整个燃烧室内进行空间燃烧的技术,可使火花点火发动机的效率再提高30%,污染物和温室气体排放量都能相应降低30%。
将上述新技术配以目前正在推广的汽油、CNG燃料直喷-增压-中冷和DVVT(进、排气门可变气门正时)、VVL(进气门可变升程)技术、可变点火/可控自动点火正时技术CAI以及集成式排气系统,并使用轻量化、紧凑化(Donsizing)技术,使底盘和车身总成的质量大幅度降低(如FSVII轻量化技术可使轿车的白车身质量降低37%),特别是充分配套采用上述各项技术的天然气混合动力汽车,已使欧盟各种新技术标准中的难点迎刃而解,量产的新一代蓝色动力汽车即将面世。从2020年起欧盟国家将开始执行欧VII排放标准,对颗礼物PM和CO2的排放量要求都更为严格,这就意味着CNG混合动力汽车将获得更大进步与发展。
四、德、美两国对各种动力型式汽车的试验表明:在2035年以前纯电动汽车并不节能减排!
德国大众汽车公司的车辆环保研究人员,对同为A级轿车、具有同等功率、按相同的行驶循环模式NEFZ(欧盟国家测定燃料消耗和污染物排放量时使用的车辆行驶循环模式),对本文1.3表中所列各种动力型式的汽车,进行了160km行驶试验。而后根据各种动力型式汽车的等效二氧化碳CO2eq排放量(包括其他温室气体)的测定值、所消耗的“一次能源”测量-计算值,绘制出以下四个表示各种动力类型汽车的全过程[Well-to-Whee]的综合“一次能源”消耗-等效二氧化碳CO2eq排放量的关系图。该图发表于德国《MTZ》杂志2012年2月号。