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功率技術/新能源  

讓綠色能源成為一種力量

上網時間: 2014年11月04日     打印版  Bookmark and Share  字型大小:  

關鍵字:全球能源  新能源汽車  分佈式可再生能源  綠色能源  微型逆變器 

隨著全球能源和供應格局競爭日趨激烈,以新能源汽車分佈式可再生能源為重點的綠色能源技術創新與結構調整步伐大幅加快,節能、低碳、綠能環保與智慧正成為產業發展的關鍵字。

新能源/電動汽車

電動汽車何時起飛?

總有一天,在你家的車庫中將會停著一輛以電池供電的全新電動汽車(EV),只需一次高電壓充電後,就能讓你攜家帶眷暢遊幾百英哩。

未來的電動汽車將會是什樣樣貌?根據業界專家表示,下一代電動汽車可能只需要花費比燃油汽車多幾千美元的價格就能買到,而且還能實現兩次充電之間長達300英哩的續航力。電動汽車也可能成為家中低成本、短程使用的第二部車,或者在不至於對額外電池成本敏感的豪華車市中找到利基市場。

Tesla Motors執行長Elon Musk看好在未來15年內上路的新車中將會有一半以上都是全電動車。業界分析師也對此抱持樂觀看法。Navigant Consulting諮詢公司預測在2020年以前,路上的新車中約有1%將是純電動車,而Lux Research的調查報告也指出這一數字可望在2025年以前達到50%。

但電動汽車市場是否能如期快速地達到爆發點?麥肯錫公司(McKinsey & Co)分析師John Newman認為,電動汽車的未來將遵循三種可能的發展路徑。首先是像雪佛蘭(Chevy) Volt或BMW i3的演進——電動汽車能夠滿足大部分車主的駕駛需求,但也可選配一款小型內燃引擎,以便增加電池的續航力。

業界分析師認為BMW i3可望成為電動汽車的未來發展模式之一。
業界分析師認為BMW i3可望成為電動汽車的未來發展模式之一。新款i3每次充電可行駛130-160英哩,還可選配REX內燃機延長續航力

其次是擁抱Musk的哲學——持續打造更優質的汽車,只是它剛好是電動的。“我們如何讓汽車本身成為一種體驗?”Newman解釋,掌握Musk的設計理念可讓電動汽車根據其優勢(如即時扭矩、加速快以及更安全)拓展利基位置。

麥肯錫提出的第三種觀察是讓電動汽車能夠以更低的價格滿足車主對於續航力要求的95%——目前這在汽車製造商之間展現更大的吸引力。但其關鍵就在於電池。Nitz認為電池的成本代價是一項決定性因素。如果在汽車整體價格以外還得再增加好幾千美元購買電池,消費者可能會望而怯步。“因此,電池必須做得更小、更輕,也更便宜,才能成把握使電動汽車成為家中第二部車的機會。”

事實上,相關技術穩定進展至關重要。這意味著電動汽車需要進一步提升能源以及降低成本。然而,目前的電動汽車價格仍然居高不下,續航力仍然較燃油汽車更低。“成本就是關鍵,”通用汽車(GM)混合與電力傳動工程總監Larry Nitz表示,“以電池驅動的電動汽車尚未就緒。我們目前還無法讓價格和續航力達到最適合成為主流的爆發點。”

ADI汽車電子市場部中國區資深系統工程師王星煒則認為,幾大因素制約了當前新能源汽車電子的發展:如何改善電池的充電時間、使用壽命、減輕重量以及增加續航力等,都是電動汽車迫切需要解決的問題。

市調公司Gartner的分析師Thilo Koslowski也強調,“只有在電池技術穩定進展的前提下,預計在2030年時才可看到15%左右以電池供電的電動汽車。”

因此,電池仍然是電動汽車發展的關鍵。TE Connectivity中國汽車事業部工程資深總監劉能泉強調,“在新能源汽車領域,現階段的技術挑戰之一在於鋰電池,它的安全、儲存、蓄電、充電與價格等問題都是電動汽車發展的關鍵點。如果這些問題都解決了,市場也一定會熱起來。”

電池仍是關鍵

過去幾年來,電動汽車的電池成本已大幅降低了,另一方面,鋰離子電池的能量密度也不斷提升。包括LG Chem Power、Saft Group以及Enersys等電池公司均看好新式鋰離子電池化學材料的未來。

業界分析師也對電池的技術的發展抱持樂觀態度。McKinsey指出,大規模製造的優勢以及更低的元件價格正成為未來幾年內的驅動力,可望在2020年以前使目前約600美元/kWh的電池成本降低到200美元/kWh,預計到2025年時還將低至160美元/kWh,因此一顆50/kWh的電池大約要價8,000美元。

此外,電池效能也可望大幅提升。鋰離子電池能夠達到接近目前效率的兩倍。Nitz認為,“在近期到中期將可看到傳統鋰離子電池的效率倍增。”

隨著鋰離子電池的進展,將可為電動汽車帶來更高的續航力。新的陰極、陽極和電解質等元件進展,可促進更高能效;採用‘層疊尖晶石結構’電極的新型鋰離子化學也逐漸普及。此外,為了推動電池技術進展,一些材料科學家傾向於尋求替代技術。例如美國羅倫斯伯克萊國家實驗室(Lawrence Berkeley National Laboratory)研發出鋰硫電池,解決了化學週期壽命短的問題。如果新的化學電池能夠提升電池壽命至更實用的程度,那麼工程師就可以自在地利用電池固有的更高效率與更低成本等優勢。

“如果汽車製造商能成功地發展出性能毫無折衷的全尺寸電池,我們最終就能實現300英哩續航力的電動汽車”加州大學化學與生物分子工程教授Elton Cairns表示,“成本將會比目前的鋰離子電子電池更低,因為硫基本上更便宜。”

可以確定的是,這些技術可能還需要幾年的時間。Cairns指出,只要有了足夠的資金,使用鋰硫電池的汽車可能在五年內出現。如果一切順利,就可以在幾年後看到這項技術用於量產的電動汽車中。

除了鋰硫電池以外,國內外許多研究單位也在政府的計劃支持下積極開發其他新的電池技術,包括鋰-空氣、鋅-空氣、鎂等。此外,還有先進的鉛酸電池成本結構可使電動汽車更具成本競爭力。“先進的鉛酸電池比鋰離子電池更具有優勢,這已經是越來越明顯的趨勢了,”Cole表示說。

此外,電動汽車電池的另一項重要課題,是將電池板網電壓從12V(鉛酸電池)提升至48V和400V(鋰離子電池)。這種變化要求在汽車中將多種電源(如DC/DC轉換器和充電器)進行整合。同樣地,基於內燃引擎的電力傳動系統現正被電力電子所取代,更需要與電子驅動相關的新式電子和機械技術開發。

(下一頁繼續:技術挑戰與解決方案)


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