對(duì)新能源汽車再生制動(dòng)技術(shù)的淺析

　　摘 要：隨著時(shí)代的不斷發(fā)展，風(fēng)力、太陽(yáng)能、潮汐能等可再生能源的應(yīng)用受到的重視越來(lái)越高，這不僅僅是因?yàn)檫@類能源儲(chǔ)量近乎無(wú)窮無(wú)盡，而且具有顯著的環(huán)保性能，對(duì)于環(huán)境保護(hù)具有重要意義。因此“可再生能源+儲(chǔ)能”是未來(lái)能源發(fā)展的必然選擇。本文將就新能源汽車再生制動(dòng)技術(shù)在可再生能源汽車耗能中的應(yīng)用進(jìn)行探討分析。

　　關(guān)鍵詞：新能源汽車再生制動(dòng)技術(shù);可再生能源發(fā)電;氫發(fā)電技術(shù)

　　1 前言

　　近些年來(lái)，風(fēng)力、光伏發(fā)電等可再生能源增長(zhǎng)迅速，使得我國(guó)能源系統(tǒng)難以做到有效的消納，在這樣的情況下，如何將多余的能源儲(chǔ)存起來(lái)就成了我國(guó)面臨的問(wèn)題之一。新能源汽車再生制動(dòng)技術(shù)具有容量大、可調(diào)節(jié)等特征，將其應(yīng)用于可再生能源汽車耗能領(lǐng)域具有十分廣闊的前景。

　　2 新能源汽車再生制動(dòng)技術(shù)介紹

　　進(jìn)行新能源汽車再生制動(dòng)技術(shù)介紹，主要可以將研究?jī)?nèi)容總結(jié)為再生制動(dòng)儲(chǔ)能系統(tǒng)簡(jiǎn)介、再生制動(dòng)儲(chǔ)能系統(tǒng)中應(yīng)用的技術(shù)分析兩點(diǎn)，具體研究?jī)?nèi)容可以總結(jié)歸納如下：

　　2.1 再生制動(dòng)儲(chǔ)能系統(tǒng)簡(jiǎn)介

　　再生制動(dòng)儲(chǔ)能系統(tǒng)主要由制氫系統(tǒng)、儲(chǔ)氫系統(tǒng)以及氫發(fā)電系統(tǒng)三部分構(gòu)成，其中制氫系統(tǒng)的主要作用是將利用富余的可再生能源電力通過(guò)電解水的方法制取氫氣，之后輸送到儲(chǔ)氫系統(tǒng)中進(jìn)行儲(chǔ)存。在需要的情況下，就可以通過(guò)燃料電池發(fā)電技術(shù)將電能輸送到電網(wǎng)中。如圖1所示，為可再生能源和再生制動(dòng)儲(chǔ)能綜合能源系統(tǒng)。此外，再生制動(dòng)儲(chǔ)能系統(tǒng)還可以應(yīng)用到氫產(chǎn)業(yè)鏈中的其他領(lǐng)域。該系統(tǒng)利用能量流轉(zhuǎn)的原理使得電網(wǎng)電能質(zhì)量和氫氣的附加價(jià)值都實(shí)現(xiàn)了大幅度的提升。

　　2.2 再生制動(dòng)儲(chǔ)能系統(tǒng)中應(yīng)用的技術(shù)分析

　　在再生制動(dòng)儲(chǔ)能系統(tǒng)中，能量轉(zhuǎn)換和利用循環(huán)的過(guò)程中應(yīng)用到了幾項(xiàng)關(guān)鍵性技術(shù)，分別是制氫技術(shù)、儲(chǔ)氫技術(shù)以及氫發(fā)電技術(shù)。

　　再生制動(dòng)儲(chǔ)能系統(tǒng)采用的是電解水的制氫技術(shù)，該技術(shù)具有工藝操作便捷、氫氣純度高、無(wú)污染等優(yōu)點(diǎn)，在工業(yè)領(lǐng)域中的應(yīng)用十分廣泛。而電解水制氫技術(shù)可以進(jìn)一步細(xì)分為堿性電解法、固體高分子電解質(zhì)電解法以及的高溫固體氧化物電解法。以上三種方法中堿性電解法在工業(yè)中的應(yīng)用最為廣泛，因?yàn)槠湓O(shè)備投資成本最低。在具體應(yīng)用的過(guò)程中，通常以濃度為25%～30%的氫氧化鉀水溶液作為電解質(zhì)，電極采用鐵、鎳或鎳合金等堿性金屬，工作溫度只需70～80℃，由此可見，堿性電解法應(yīng)用所需的條件很低。相應(yīng)的，使用該方法的電解效率也不高，最高只能達(dá)到60%。固體高分子電解質(zhì)電解法采用離子聚合物膜作為固體電解質(zhì)，實(shí)現(xiàn)陽(yáng)離子的傳輸，同時(shí)隔離電極，完成純水點(diǎn)解。該方法的工作溫度為80℃左右，電解效率相較于堿性電解法要高出不少，可以達(dá)到75%以上，但其成本卻要高出不少，因?yàn)殡姌O材料中含有的鉑系金屬價(jià)格很高。高溫固體氧化物電解法則是以摻雜稀土金屬氧化物的氧化鋯陶瓷作為電解質(zhì)好，將處于高溫蒸汽態(tài)的電解為氫氣和氧氣。該方法的工作溫度為800～950℃，電解效率在三種方法中居于最高，可以達(dá)到95%以上。因此現(xiàn)階段很多研究機(jī)構(gòu)都從該方法切入尋求制氫技術(shù)的突破。

　　其次，儲(chǔ)氫技術(shù)。相較于其他燃料，氫能具有質(zhì)量能量密度大、體積能量密度低的特征，現(xiàn)階段應(yīng)用較為廣泛的幾種儲(chǔ)氫技術(shù)有高壓氣態(tài)儲(chǔ)氫技術(shù)、低溫液化儲(chǔ)氫技術(shù)以及金屬固體儲(chǔ)氫技術(shù)。其中高壓氣態(tài)儲(chǔ)氫技術(shù)是對(duì)氣態(tài)氫氣進(jìn)行儲(chǔ)存，這是最常規(guī)的一種方式。該技術(shù)對(duì)氫氣儲(chǔ)存容器具有較高的要求，因?yàn)闅錃鈨?chǔ)存量和壓力成正比，現(xiàn)階段國(guó)外應(yīng)用較廣泛的容器為碳纖維復(fù)合鋼瓶，其壓力為15～35MPa。需要注意的是，采用該技術(shù)存儲(chǔ)氫氣時(shí)涉及到一個(gè)氫氣壓縮的中間環(huán)節(jié)，會(huì)導(dǎo)致存儲(chǔ)成本的增加。低溫液化儲(chǔ)氫技術(shù)則是利用了氫氣在極低溫度下會(huì)液化的物理特征，在液化后氫氣的體積會(huì)出現(xiàn)大幅度的縮小，但是其能耗較氣態(tài)也出現(xiàn)了大幅度的增長(zhǎng)，且很容易出現(xiàn)汽化逃逸現(xiàn)象，造成損失。因此該技術(shù)的適用范圍相對(duì)較為狹窄。金屬固體儲(chǔ)氫技術(shù)是將氫氣和金屬或是合金轉(zhuǎn)化為氫化合物，以此達(dá)到氫氣存儲(chǔ)的目的。通過(guò)低溫加壓的方式可以使氫氣和鈉鎂鋁等金屬或合金產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，相應(yīng)的，只需對(duì)氫化合物進(jìn)行升溫降壓處理，就可以將其中的氫氣釋放出來(lái)。這種儲(chǔ)氫技術(shù)的能耗遠(yuǎn)低于低溫液化儲(chǔ)氫技術(shù)，而體積能量密度卻是氣態(tài)和液態(tài)儲(chǔ)氫技術(shù)的數(shù)倍，因此具有廣闊的發(fā)展前景。但在推廣該技術(shù)前，要解決其重量密度低、價(jià)格昂貴、材料易中毒等方面的問(wèn)題。

　　最后，氫發(fā)電技術(shù)。氫氣具有可燃性，可以通過(guò)燃燒發(fā)電，但卻會(huì)產(chǎn)生較大的損耗，對(duì)此，可以通過(guò)燃料電池將化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能，以此實(shí)現(xiàn)發(fā)電效率的提升。以工作溫度作為分類依據(jù)，可以將燃料電池分為低溫燃料電池、高溫燃料電池兩大類，前者包括堿性燃料電池、磷酸型燃料電池高分子質(zhì)子交換膜燃料電池等，后者包括熔融碳酸鹽燃料電池、固體氧化型燃料電池等。

　　其中高分子質(zhì)子交換膜燃料電池若是以純氫作為燃料具有功率密度高、能量轉(zhuǎn)換效率高、啟動(dòng)溫度低等優(yōu)點(diǎn)，因此在可再生能源氫能存儲(chǔ)領(lǐng)域受到了越來(lái)越多的重視。在該燃料電池應(yīng)用的過(guò)程中，質(zhì)子交換膜、膜電極、電催化劑等材料是決定電池性能的關(guān)鍵。而且由于實(shí)際生活中發(fā)電規(guī)模很大，燃料電池通常需要組合成電堆，進(jìn)而形成具有較大容量的聯(lián)合循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)，在這方面還有許多技術(shù)難關(guān)未能突破，例如電堆均一性問(wèn)題的、電池動(dòng)態(tài)相應(yīng)輔助技術(shù)等。

　　3 新能源汽車再生制動(dòng)技術(shù)在可再生能源汽車耗能中的具體應(yīng)用

　　3.1 新能源汽車再生制動(dòng)技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀介紹

　　很早之前，歐美發(fā)達(dá)國(guó)家就已經(jīng)注意到新能源汽車再生制動(dòng)技術(shù)的發(fā)展前景，相繼制定并推行了氫能發(fā)展戰(zhàn)略，經(jīng)過(guò)多年的探索實(shí)踐已經(jīng)取得了一定的成果。如德國(guó)多年來(lái)將許多新型新能源汽車再生制動(dòng)技術(shù)應(yīng)用到商業(yè)領(lǐng)域，同時(shí)探索利用風(fēng)能進(jìn)行大規(guī)模制氫。美國(guó)則更加注重燃料電池的發(fā)展，相較過(guò)去，美國(guó)燃料電池中昂貴金屬的用量出現(xiàn)了大幅度的減少，實(shí)現(xiàn)了成本的降低，與此同時(shí)燃料電池的循環(huán)壽命也得到了一定的提高，應(yīng)用領(lǐng)域拓展到了公交、移動(dòng)照明等諸多領(lǐng)域。

　　推薦閱讀：《分布式能源》(雙月刊)是由中國(guó)大唐集團(tuán)公司主管，中國(guó)大唐集團(tuán)科學(xué)技術(shù)研究院有限公司與清華大學(xué)出版社有限公司主辦的科技期刊，于2016年8月創(chuàng)刊，刊號(hào)為CN 10-1427/TK。

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