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2011 年 11 月 23 日 / ctkuo

汽車與生質能源(六) – 燃料電池車

Honda FCX Clarity,市面上第一款氫氣燃料電池車 (圖片來源)

作者:歐陽孚 / 編輯:郭致廷、楊卓儒
在前幾篇文章中我們已經介紹過了彈性燃料車(生質酒精)生質柴油車油電混合車丁醇車與瓦斯車,這次讓我們來認識一種完全不同的動力源:燃料電池(Fuel Cell)。燃料電池車(Fuel Cell Electric Vehicle, FCEV),是一種使用電力的車輛,但它與一般的純電力車(Electric Vehicle, EV)不同的是,EV完全依賴「充電」手續來增加電池的能量;而FCEV比較類似內燃機車輛,是在車輛上儲備「燃料」,在車輛運作時才將其轉化為電能。FCEV最為令人興奮的特質是它在行駛中僅會產生水蒸氣與熱能,不會造成任何空氣污染。

什麼是燃料電池

(圖片來源:維基百科)

燃料電池是一種電化學裝置,是透過兩種反應原料的化學性質(還原電位)差異形成電位差、產生直流電流 。一般電池(battery)的反應原料儲存在裝置內,因此當化學物質都消耗完畢時,電池就”沒電了”。然而「燃料電池」的設計是讓反應物與生成物源源不絕地流入與流出,本身並不包含儲存原料的裝置。燃料電池的反應物是氫氣(H2)與氧氣(O2),生成物則只有水(H2O),依據反應溫度與使用的電解質可以將其劃分成很多類,但車輛工業最有興趣的是「質子交換膜式(proton exchange membrane fuel cell, PEMFC)」,這種裝置的反應溫度相對於其他設計較低,有利快速達到工作溫度啟動車輛。同時,PEMFC燃料的能量有55%能被利用,相較於傳統內燃機的30%高出一大截。以下是一則簡短介紹燃料電池的影片:

http://static.discoverymedia.com/videos/components/hsw/4836-title/snag-it-player.html?auto=no

影片來源:HowStuffWorks

 

氫氣燃料電池車輛 vs. 氫氣內燃機車輛

因此我們可以說FCEV基本上就是把燃料電池搬到EV上、取代一般電池。又由於燃料電池的主要原料是高壓鋼瓶內的氫氣與空氣中的氧氣,因此也有人稱它為「氫氣車」。然而這個說法有一個不周全的地方,就是氫氣也可以作為內燃機車輛的燃料。例如:BMW Hydrogen 7就是一款使用液態氫作為燃料的內燃機車輛;但其實在此之前,氫氣內燃機已廣泛應用在火箭的推進器上,是一種非常優異的液體燃料。

目前商品化的氫氣燃料電池乘用車只有Honda FCX Clarity ,目前已經可以在美國、日本、歐洲見到它的身影,其他車商都還停留在原型車或概念車的階段。有趣的是FCX只租不賣,以美國為例,每個月的租金是600 USD,且限定在南加州使用。這台車目前全球總數不超過200輛,Honda預估要到2018年才能真正量產。有人估計一台FCX的造價至少在12萬到14萬美金之間(這只是最保守的數字),也就說它的價格仍然超過一般消費者可以負擔的範圍,因此我認為現階段市面上的FCX只能算是先導測驗的試作品。除了乘用車外,車商們也發展氫氣公車,然而目前也都是小規模生產與示範營運而已。

Toyota的燃料電池巴士 (圖片來源)

台灣公司「亞太燃料電池科技 (APFCT)」目前也研發出了使用低壓金屬儲氫瓶的燃料電池機車,對於台灣燃料電池技術的在地化發展與全球競爭都有積極意義。

APFCT ZES Scooter,燃料電池機車 (圖片來源)

氫氣車的挑戰

首先,前面提到的製造成本過高是一大問題,壓低車輛造價與售價是能否吸引夠多早期採納者進入市場的關鍵。此外,行駛里程也很重要,一般而言300英里(480公里)是一台乘用車添滿油箱後大約能行駛的距離,然而目前的燃料電池車還離這個目標很遠。氫氣的儲存完全不同於汽油、柴油、丁醇…等可以儲存在常溫常壓下的液體燃料,必須要維持在高壓環境下才能夠節省儲存空間,然而目前能夠承受高壓的儲存槽都相當笨重。液態氫是另一個可行方案,如BMW Hydrogen 7就是一例,但液態氫必須要保持在低溫環境中(-253 C),這需要比加壓更多的能量輸入,整體看來並不划算。

再來,是每種替代能源都要面對的「後勤系統」問題,如何讓加氣站更為普及,如何讓氫氣由生產地點安全、便宜地送到加氣站,相關硬體建設必定需要投入龐大的資本才能推動。再退一步來思考更為基本的問題:要從哪兒找來足夠的氫氣呢?氫氣如果是循石化路徑生產,那麼就算車輛本身是零二氧化碳排放,整體來看可能也不環保。生質產氫是一個可能的做法,對環境也較為友善,也有助生質能源的發展,但需要多久才能建立「充足的」原物料供應體系則是未知數。當氫氣車市場逐漸擴大時,充足的氫氣來源會成為巨大的挑戰。

車商們的賭注

雖然已經有乘用車與公車問世,但這些都只能算是試作而已。經歷數十年的發展至今,已有福特(Ford)、通用(General Motor)…等大型車商收手不玩,或是刪減投入的研究資源。由目前的發展趨勢看來,車輛的發展趨勢是從使用液體燃料的內燃機車輛、邁向內燃機與發電機並存的油電混合車輛、最終演變成完全捨棄內燃機的電力車輛。然而能夠協助我們抵達最終極目標的手段,會是改頭換面的一般電池、還是突飛猛進的燃料電池,則是車商們的大哉問。有些車商預期電池的容量可以向上成長,也有車商堅信「液體燃料」才是最穩固的方式,不同的技術發展方向,反映了車商們對未來車市的不同賭注。

這場角力的輸贏對車商而言當然是幾家歡樂幾家愁,但對人類整體而言應該都是有利的。燃料電池就算最終不能滿足車輛需求,也可以用於其他發電用途,其乾淨、零排放的特性是最大優勢。而車上的相關電動設備發展也可以幫助純電力車的發展,因此我們仍然可以樂觀看待燃料電池的成長。

延伸閱讀
汽車與生質燃料(一)美國汽油名稱的數值比較低?淺談汽油
汽車與生質燃料(二)我的車可否加酒精?彈性燃料車
汽車與生質燃料(三)什麼車可以加生質柴油?
汽車與生質燃料(四)油電混合車
汽車與生質燃料(五)丁醇車與瓦斯車
汽車與生質燃料(七)結語
氫燃料電池車乾淨上路 (科學人2005年4月號)
加滿氫再上路 (科學人2007年5月號)
台灣燃料電池資訊網

2011 年 11 月 15 日 / ctkuo

汽車與生質燃料(五) -丁醇車與瓦斯車

2012 Honda Civic CNG,使用CNG的純瓦斯車。(圖片來源)
作者:歐陽孚 / 編輯:郭致廷、楊卓儒

前幾篇文章中,我們已經看過了能夠運用生質酒精生質柴油的車輛,然而這些並不是車用生質燃料的全貌。以下就讓我們來看看還有哪些可能的選項:

生質丁醇(Biobutanol)

酒精的正式化學名稱是「乙醇」,既然乙醇可以做為燃料,那麼自然會有人研究其他醇類,例如:甲醇、丙醇、丁醇…等作為燃料的可能性。而在這眾多研究中,丁醇是相當具有潛力的一種。

生質丁醇是從生物質製造出來的丁醇,大部分用於生產酒精的生物質都可以作為丁醇的原料。丁醇的性質比酒精更近似於汽油,它的熱值比酒精高,也就是燃燒相同質量的酒精與丁醇,後者可以產生比較高的能量。丁醇不易吸水,蒸氣壓(vapor pressure)較低而閃燃點(flash point)較高,因此儲運設備較酒精簡單許多,甚至可以使用管線運輸、比起僅能用槽車運輸的酒精減少許多成本;而且丁醇與既有車輛的相容性很高,有些汽油車甚至不需修改任何零件即可添加[註1]。美國能源部(DOE)的網站有更多關於生物丁醇作為燃料的介紹,有興趣的朋友可以參考。簡言之,單就燃料特性而言,酒精根本不是丁醇的對手。

然而,目前複雜與高耗能的製程[註2]使得丁醇沒有價格競爭力,現階段不可能投入商場。此外,除了製程問題以外,丁醇與彈性燃料車用的酒精一樣需面臨後勤系統的問題。我個人認為,要看到添加生質丁醇的車輛普及,十年之內不太可能[註3]。雖然如此,目前還是有許多公司投入這塊領域,比較活躍的是杜邦(DuPont)與BP的合作計畫下成立的Butamax向美國海軍供應丁醇以轉化成航空燃料的Cobalt、用100%丁醇支援一台別克轎車(1992 Buick Park Avenue)橫跨美國的butyl fuel, LLC…等,更多丁醇公司可以參考這張清單

用丁醇從俄亥俄州開到加州聖地牙哥的1992 Buick Park Avenue (圖片來源)

甲醇(Methanol)

除了丁醇以外,甲醇(methanol)也是一種生質燃料的選擇,在1973年的能源危機後曾被廣泛研究,它與乙醇在各方面的性質都很相似,只是能量含量更低一些,但製造成本更為低廉,可由煤炭或天然氣大量製造,也可透過汽化由生物質生產[註4]。只是到了90年代末期,由於生質酒精獲得比較多的政府補助(例如:美國的VEETC方案),並且可協助農業發展(例如:玉米業)、具有較少溫室氣體排放等優點,在種種考量下使得甲醇漸漸失去青睞。

美國加州政府曾在1980到1990年代大力推動一般車輛添加M15(一般汽油混入15%的甲醇),催生使用M85的彈性燃料車,並購置許多甲醇車作為公務車。只是該政策到了2005年也為了推動生質酒精而中止,目前美國車商已經不再製造甲醇乘用車。整體而言,甲醇作為內燃機車輛的燃料已是明日黃花,然而近年來有研究專注於以甲醇作為燃料電池(Fuel Cell)的燃料,或許會是甲醇的出路。

天然氣車輛(Natural Gas Vehicle, NGV)

美國華盛頓DC添加CNG的公車 (圖片來源)

「瓦斯」通常指的是以甲烷為主的「高壓天然氣( Compressed Natural Gas, CNG)」,常以鋼瓶儲存;另一種以丙烷、丁烷為主的「液化石油氣(Liquefied Petroleum Gas, LPG)」由於也是用鋼瓶儲存,性質又相近,因此在談車用燃料時,也常被歸在瓦斯這一類。瓦斯車的英文相對應名稱是「天然氣車輛(Natural Gas Vehicle, NGV)」。

CNG車輛除了在特定幾個國家(巴基斯坦、伊朗、阿根廷、巴西…等)接受度較高以外,在一般國家並不普及。CNG的優點是乾淨,由於燃料的成份相對單純,排放出來的有害氣體較少,行駛每公里的碳排放可以減少約10%;此外價格低廉,行駛相同距離的花費比起汽油便宜許多(有時可以少3成)。然而最大的缺點是加油站數量太少,不利於一般消費者的乘用車;同時熱值低,造成每公升燃料能跑的距離比較短,也不太適合經常爬坡的車輛。綜合以上特性,許多國家如美國、德國、印度、澳洲…等,將CNG應用於以公車為主的大眾運輸上。

典型的LPG瓦斯鋼瓶,置於後車廂內。(圖片來源)

台灣使用CNG與LPG的濫觴可追至1930年代,過去十年推廣的瓦斯車主要是使用LPG,主打的是由一般車輛改裝成為「油氣雙燃料車」,優點是改裝過程容易,而且在車輛剛啟動時或是爬坡時可以手動切換為汽油。但由於這種作法需要佔據車身內額外的空間(通常是後車廂)放置儲氣鋼瓶,因此比較不為一般消費者接受,採納者多是對燃料價格敏感的計程車司機。至於許多消費者擔心的安全性問題,事實上過去發生的爆炸意外究其原因多是改裝過程不符規範所致,技術人員若都能按標準程序施工即可避免;加上近年來越來越多鋼瓶對於承受撞擊有特殊設計,在某些試驗條件下 甚至比汽油車的油箱還要穩定。然而這幾年政府政策搖擺,既在2008宣布要鼓勵計程車全面改裝,又在2010年取消燃料購買的補助,瓦斯車在台灣的發展前景並不樂觀。

小結

這篇文章介紹的丁醇車還不成熟、甲醇車逐漸凋零,瓦斯車則是前途不明(在台灣),但它們仍然具有價值。如我們在以前的文章中提過的,要完全取代汽油與柴油的龐大用量是個非常艱困的目標,必須要多管齊下。具有酒精生產優勢的國家當然有利發展彈性燃料車,盛產天然氣的地區則可以多推動瓦斯車;丁醇車輛缺乏後勤系統支援,但可以從軍事用途、航太用途切入,摸石子過河。下一篇文章,我們將向各位介紹氫氣車(燃料電池車),繼續探索生質燃料的未來發展。

註釋

1. 「添加100%丁醇不需改造車輛」這一點多是由生質丁醇的擁護者提出,然而目前能佐證的相關試驗有限,也還沒有車輛製造商為此背書。美國環保署(EPA)的現行規範是一般車輛最高可以使用含有11.5%(v/v)生質丁醇的汽油。

2. 目前生質丁醇的製造是透過一種特定的發酵作用,然而丁醇自己卻是這種發酵作用的抑制劑,大幅影響生產速率,因此必須要不斷將丁醇移出。產出的丁醇溶液濃度太低、純化過程需要耗費許多能量,是當前製造丁醇的兩大難題。

3. 除了製程問題與後勤問題外,生質丁醇與生質酒精互相競爭也是一個難題。雖然有部分生質酒精製造商投入生質丁醇的發展,但其他資本有限的生質酒精製造商很可能不願意投入,甚至會杯葛、阻擋這項分食生質燃料市場的產品。最後或許需要政府政策的干預,才能平息它們之間的衝突。

4. 低成本的甲醇一般還是由天然氣製造,因此嚴格說來不能算是「生質能源」。

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Gevo與Butamax的生質丁醇專利大戰

2011 年 11 月 14 日 / ctkuo

[產業]廢棄稻稈變燃料 綠能柴油車上路

廢棄稻稈變燃料 綠能柴油車上路
自由時報記者蘇福男/高雄報導〕廢棄稻草也能變油金!

圖片來源:聯合新聞網

虎尾科大和高苑科技大學攜手合作,以廢棄稻稈提煉生質裂解燃料,混合一般柴油製成第二代生質裂解燃料,運用在客貨兩用車上,節能又減碳,中鋼將率先應用在重型柴油卡車及定置型柴油發電機組。

國內每年稻草農業廢棄物多達二百多萬噸,除部分用於堆肥等用途,大多由農民放火焚燒,不僅造成空氣污染,也導致資源浪費。虎尾科大動力機械系綠色能源實驗室以廢棄稻稈提煉生質裂解燃料,並和一般柴油以一比四的比例混合,製成第二代生質裂解燃料,高苑科大先進潔淨節能引擎研發與測試服務中心則協助技術改裝,將環保的第二代生質裂解燃料應用在一部二五○○CC客貨兩用車,昨天該車從高市路竹開到雲林虎尾,成為國內首部使用第二代生質裂解燃料的綠色客車。

高苑科大機電學院院長張學斌表示,第二代生質裂解燃料是從廢棄稻稈、咖啡渣提煉,不會造成「以糧食換燃料」的資源競逐問題。助理教授吳志勇說,使用第二代生質裂解燃料的綠色客車,雖然馬力約下降十%,但在國道高速公路可開到一一○公里以上,可節省二十%的油耗和碳排放量。中鋼副總陳玉松表示,第二代生質燃料未來如能成功取代柴油,預估廠區每年約可減少七四四公秉的柴油用量。

新聞評論:

終於有台灣發展次代生質燃料的新聞了,對台灣大部份民眾而言,提到生質燃料第一個想到的還是以玉米酒精或是大豆生質柴油為主的第一代生質燃料,所以很容易引起與民爭糧的負面觀感。然而生質能源最大的優點就是能將原本會造成污染的廢棄物回收並從中提取能源。例如之前提過回收製紙廠的廢料製成RDF-5固態燃料燃燒發電,或是利用綠藻處理廢水再收集藻體轉化成生質燃料,這些都是其他再生能源無法取代的部份,也是為什麼生質能源在未來的能源供應結構中會有一席之地的原因。

相信有開車的朋友一定有遇過在高速公路上濃煙密佈的經驗,雖然政府近年來已經加強宣傳將稻稈就地掩埋作為堆肥的好處,但仍然有許多農民寧願冒著被開單罰款的危險也要燃燒稻稈。原因主要是將稻稈作為堆肥成本較高,需要租用掛有絞碎機的聯合收穫機在收穫稻米的同時將稻稈絞碎,然後再翻入土中作為推肥。對於收入不高的農友來說,這無異是增加了額外的負擔。然而每次收穫都剩下大量稻稈無處收藏,因此最後只能循古法一把火燒了。

在這篇報導中提到虎尾科技大學與高苑科技大學的研究團隊與中鋼合作,計畫以稻稈作為原料進行裂解產生燃料。目前還不清楚中鋼打算如何收集稻稈,若是中鋼願意以低廉的價格向農民購入稻稈,不但可以改善農村經濟,也可以替農民解決稻稈廢棄物的問題,並且減少空氣污染的排放以及降低進口油依賴度。而且煉鋼廠屬於高用水行業,如果中鋼利用煉鋼製程的廢熱來進行裂解反應,這也可以降低不少冷卻水的使用,因此我個人對這個計畫抱持著樂觀其成的態度。但是在熱裂解技術方面,就我所知仍有一些瓶頸需要克服,我們在藻類生質能源(五)燃料轉換方式裡有介紹過,熱裂解簡單說就是利用高溫將原料分解為類似石油的混合物,再進一步純化製成燃料。然而其中最大的問題就是裂解燃料的熱值較低,以稻稈作為原料的裂解燃油大約僅有石化柴油一半的熱值。也就是說一公升的裂解燃油所能跑的里程數大約僅有石化柴油的一半,因此難以直接在一般車輛上使用。若要在這方面有所突破,可能要從原料前處理、裂解過程使用催化劑或是後端燃油再製方面下手,就看研究團隊會從何處改良了。

最後為報導提出補充說明,文中提到:

”使用第二代生質裂解燃料的綠色客車,雖然馬力約下降十%,但在國道高速公路可開到一一○公里以上,可節省二十%的油耗和碳排放量。“

我想這裡應該是記者在此處誤用了油耗的定義,一般提到車輛的油耗,指的是車子行駛特定里程數所需消耗的燃料量,或是單位燃料可行駛的里程數。在裂解燃料熱值較低的情況下,不可能“節省”油耗,相反的應該會增加耗油量才對。我想記者在此處想表達的應該是可節省20%柴油的使用量,(因為此處的燃料含有20%裂解油)以及20%燃燒柴油所產生的碳排放量。特地在此說明以免報導造成讀者誤會。

相關閱讀:[產業] 石油公司Statoil開始向丹麥供應5%的纖維素酒精汽油

2011 年 11 月 08 日 / ctkuo

汽車與生質燃料(四) – 油電混合車


BMW Vision EfficientDynamics,讓人驚豔的柴油油電混合概念車。

 

作者:歐陽孚 編輯:郭致廷 / 楊卓儒

能源工程處理的不外乎就是「開源」與「節流」兩項議題。前兩篇文章談的彈性燃料車(Flexible Fuel Vehicle, FHV)生質柴油車 是在處理第一項議題,在這篇文章裡即將要談的油電混合車(hybrid electric vehicle, HEV),則是第二類。

在正式介紹油電混合車之前,先讓我們從一個現象看起:有在開車的朋友們應該都曾注意到,一般車輛在高速公路上行駛時其油耗比較低,在市區時則明顯提高許多。以我的2006 Toyota Corolla為例,在美國高速公路上行駛時的油耗約在 35 MPG (miles per gallon)左右,相當於每公升可跑14.8公里;但在市區時通常只有28 MPG左右,也就是每公升11.8公里。換言之,我的車在高速公路上行駛時能量轉換效率比較高,足足比在市區多了25%,這是什麼緣故呢?

能量的浪費

主要原因有二:第一,如果以引擎油耗(g/kWh)對轉速來作圖,通常會得到一個開口向上的曲線,如下圖中最下方的一條線所示,這表示引擎在中轉速時的效率高於低轉速與高轉速。一般車輛行駛在高速公路上時,引擎轉速就是落在中轉速區段,而在市區行駛時則會落在低轉速區段,因此在市區時的油耗自然較差。第二,在市區開車時,車輛多是走走停停,不是遇到紅綠燈必須停下,就是前車要轉彎或變換車道使後方的駕駛人非踩剎車減速不可。踩剎車的時候,車輛原本的動能會被轉換成熱能散失掉,也就是引擎產生的能量都白白浪費了,油耗自然不會理想。於是,為了回收剎車時浪費的能量,再生制動(Regenerative Brake)系統應運而生。

一張典型的引擎性能曲線圖

油電混合車原理

簡單的說,再生制動的概念就是將一具發電機接到引擎上。發電機的作用是將動能輸入轉換成電能輸出,當駕駛踩下剎車時,引擎閥門會關閉不再產生額外的動能,然而原本旋轉中的動力輸出軸並不會馬上停止轉動,此時該輸出軸就等於在驅動發電機,車上的電池便會將產生的電能儲存起來。 前面提到過,引擎在低轉速時的油耗並不理想,因此便有人想到可以利用馬達來協助或是取代引擎在低轉速時的工作,而其能量來源就是藉由剎車充電的電池!這麼一來整體的燃料使用效率便能夠增加。事實上,由於馬達與發電機的構造極為類似,因此它們可以整合成為單一裝置,再依情況切換操作模式,以節省車輛的空間。此外,藉由行車電腦的精密控制,引擎與馬達的配合可以非常細致,應付許多不同的行駛情況。以引擎(油)與馬達(電)兩種動力共同驅動車輛,就是油電混合車的概念,以下影片介紹的是不同行駛條件時,油電混合車的能量流動狀態。

Hybrid Synergy Drive (HSD) on Toyota Prius

上則影片中的Toyota Prius應該可以算是全球最為知名、銷量也最佳的油電混合車,它有以下特色:EV mode,汽車在低速或剛起步時,可以僅由馬達驅動;Optimum Engine Control,藉由道路狀況(平地、上下坡)調整馬達輸出功率或對電池進行充電;Regenerative,就是前面提過的關閉引擎閥門並將馬達切換成發動機模式,藉此對電池充電;No Idling,當車輛靜止時完全關閉引擎,節省能量。Toyota提供的數據顯示,Prius的高速公路油耗為48 MPG、市區為51MPG [註1],也就是說在高速公路的效率比Corolla高出了37%,在市區則多出46%!油電混合車的效率之高由此可證。其他車廠的車種雖然與Prius不盡相同,但運作方式也是大同小異。

2011 Toyota Prius (圖片來源)

油電車只是電力車的過渡品嗎?

最初的油電混合車,電力作為輔助角色的時機比較多,而如今隨著技術進步純電力驅動的場合逐漸增加,相對應的電池容量與體積也必須提升。那麼我們是否可能完全捨棄液體燃料,走向純粹的「電力車(electric vehicle, EV)」呢?我認為,短期內不太可能。

電力車有許多優點,例如少了引擎這個巨大的震動源之後,車輛整體零件的損耗率降低很多;又由於使用電力,二氧化碳不會隨著車輛到處排放,而可以集中在發電廠回收處理,藉此降低環境成本。但它最大的缺點是電池的續航力以及冗長的充電時間,以時間最短的快充模式為例,仍然需要30分鐘才可以充滿一具100英哩電池的80%,這還要有特殊的充電設備才能做到;一般完整的充電模式則會耗費數個小時,試想:一般我們在高速高路休息站加油、上廁所可能都不需要10分鐘,你願意買一台跑得沒那麼遠、充電時間又長的車嗎?至於在中途更換電池更是不實際的做法(雖然有業者在嘗試),除了電池模組很重以外(約250到300公斤),電池是電力車上損耗最顯著的零件,很難說服消費者接受「以新換舊」的情況。

因此考量到目前的技術水準以及後勤系統的問題,油電車還是短期內最為可行的主要方案,並不只是一個過渡階段的墊檔產品而已。不過電力車的情景並不灰暗,目前美國與歐盟都積極地在討論與部署電力站等相關設施,而油電車上的馬達等相關技術也都與電力車是相通的,發展油電車可以幫助電力車不斷進步,因此大家對其發展可以拭目以待。

Nissan LEAF (圖片來源)

Plug-In Hybrid

上一段提到當油電混合車使用馬達的時機越來越多時,電力的消耗也相應增加,因此原本單純的再生制動系統充電便不敷使用。這時採用外部電源的、可充電式油電混合車(Plug-In Hybrid Electric Vehicle, PHEV)就出現了,目前市面上新一代的油電混合車基本上都是可充電式。可充電式油電混合車的增加可以刺激家用充電站與公用充電站的設置,這將有利於日後電力車的普及。另外值得一提的是,發電廠在夜間時的負荷通常較低,這是因為離峰時間的電力需求較低所致,然而電廠並不能關閉發電機組,因為重新啟動機組會耗費更多的能量,整體算下來並不划算,結果就是許多電力就這樣浪費了。PHEV與EV的增加以及家用充電站的普及將可以利用這些夜間散失的電力,提升電廠的能源利用效率,是一種「節流」策略的實現。

Ford Escape E85 flex-fuel plug-in hybrid (圖片來源)

使用生質燃料的PHEV

我個人認為在可見的未來內,發展使用生質燃料的PHEV是最可行的節約能源作法。例如上圖Ford Escape結合了PHEV與彈性燃料車就是一例,又或者像是Peugeot 3008 HYbrid4柴油油電混合車。它們既利用現行石化燃料完備的後勤系統所帶來的便利,又藉由油電混合技術或使用柴油來提高能量轉換效率,並以此為基礎發展未來一代車輛所需的技術,例如更低油耗的油電混合車,或是更有效率的電力車。整體而言這是一個比較務實的發展藍圖。然而需要提醒的是,即便車輛有可能朝全電力車邁進,在比較偏遠或是落後的地區,液體燃料終究是難以取代。此外,其它使用液體燃料的載具如飛機、船隻等的全電力發展其前景並不樂觀,不論是長距離行駛的能量儲存、或是載具運轉時的高馬力需求,都是現行的技術水準難以解決的問題,因此生質燃料仍然有它的重要地位與優勢。

註釋與補充

1. 一般車輛的MPG或KPL(Kilometers Per Liter)在高速公路比較高(也就是油耗較低)、在市區的MPG則是比較低(也就是油耗較高);然而油電混合車則是相反,原因是在市區內引擎低速運轉的場合比較多,用於馬達的電力消耗自然比高速公路高,相對的油料消耗則可以降低。

2. 這裡提供另一則介紹油電混和原理的影片,這則影片比較著重於引擎與電力機組的協同動作,比前一則影片解釋地更深入。

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2011 年 10 月 30 日 / ctkuo

美國生質能源地圖系統 (BioEnergy Atlas)

美國生質能發電廠分佈圖


美國的國家再生能源實驗室(National Renewable Energy Laboratory, NREL)協同能源部(DOE)及環保署(EPA)兩個單位,利用Google Map開發了一套互動式的生質能源地圖資訊系統,共分成兩個部分:一是BioFuels Atlas,另一套則是BioPower Atlas。

BioPower Atlas的部分,內容包含生質物料源(Biomass Resource)、生質物加工設施(Biomass Facilities)、替代燃料加油站(Alternative Fueling Station)…等等。這個系統涵蓋的層面相當廣泛,除了告訴一般民眾哪裡有彈性燃料車可以加油的E85生質酒精站、或是電動車可以充電的充電站以外,也提供哪裡有酒精製造廠、垃圾掩埋場、各式可產生生質能的廢棄物來源……等。BioFuels Atlas也是類似的系統,有興趣的讀者們可以前往瀏覽,親身體驗一番。

玉米相關農業廢棄物料源分佈圖。可以看出中西部的Corn Belt一帶資源量明顯較高。

除了這兩組地圖系統以外,NREL也提供像是太陽能與風力、各種替代燃料的生產與供應據點等相關資訊,也值得各位朋友們瀏覽,各種地圖系統的清單可以在以下連結找到:http://maps.nrel.gov/