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基于風(fēng)能的氫燃料汽車與電動(dòng)汽車的經(jīng)濟(jì)性分析

氫氣和電能是一種可以由許多途徑產(chǎn)生的清潔能源，因而可將這兩者作為零排放車輛的主要?jiǎng)恿?lái)源。風(fēng)能可以產(chǎn)生電能，并產(chǎn)生極少的溫室氣體，因而其在美國(guó)電力能源中所占的份額在逐年增加。風(fēng)能也可以用來(lái)制造氫氣。研究了將風(fēng)能通過(guò)不同的轉(zhuǎn)化路徑輸送到車輛上的經(jīng)濟(jì)性，選取了具有代表性的4條轉(zhuǎn)化路徑：①將風(fēng)能全部用于發(fā)電，用以轉(zhuǎn)化為電能，對(duì)輸電線路進(jìn)行優(yōu)化可以使最終獲得的電能達(dá)到風(fēng)場(chǎng)容量的70%；②在特殊的風(fēng)場(chǎng)中將風(fēng)能全部用于制造氫氣，并通過(guò)管道傳輸氫氣，這樣能有效地利用風(fēng)場(chǎng)容量的85%；③將極少一部分的風(fēng)能用于制造氫氣，其余的用于發(fā)電轉(zhuǎn)化為電能，該轉(zhuǎn)化路徑主要是考慮到風(fēng)力發(fā)電的輸出功率高于輸電線路的承載能力時(shí)，將過(guò)剩的風(fēng)能用于制造氫氣，這部分比例約為風(fēng)場(chǎng)容量的5%～6%；④將一部分風(fēng)能用來(lái)制造氫氣，這部分約占風(fēng)場(chǎng)容量的21%～24%，而其余的用于發(fā)電轉(zhuǎn)化為電能。

試驗(yàn)在3個(gè)容量分別為0.25、1.0、3.5GW的風(fēng)場(chǎng)中進(jìn)行，借助于現(xiàn)有的關(guān)于能量平衡和燃油經(jīng)濟(jì)性的研究結(jié)果，從目前、未來(lái)、突破3個(gè)技術(shù)發(fā)展層面上，分析計(jì)算了將風(fēng)能通過(guò)4條轉(zhuǎn)化路徑傳遞到燃料電池電動(dòng)汽車或插電式混合動(dòng)力汽車等零排放36種情況下的成本（美元/英里）。研究結(jié)果顯示：①對(duì)于確定的轉(zhuǎn)化路徑和技術(shù)發(fā)展層面，風(fēng)場(chǎng)容量越大，成本越低；②當(dāng)風(fēng)場(chǎng)容量確定時(shí)，技術(shù)發(fā)展有重大突破時(shí)的成本最低，目前的技術(shù)發(fā)展層面下的成本最高；③當(dāng)風(fēng)場(chǎng)容量與技術(shù)發(fā)展層面都確定時(shí)，將風(fēng)場(chǎng)中產(chǎn)生的風(fēng)能全部用于制造氫氣比全部轉(zhuǎn)化為電能能使零排放汽車多行駛大約50%的里程，但是其成本根據(jù)風(fēng)場(chǎng)容量的不同約比全部轉(zhuǎn)化為電能時(shí)高出60%～120%；④如果減少風(fēng)能轉(zhuǎn)化為氫氣的比例，則成本將會(huì)進(jìn)一步增加，這主要是由于沒(méi)能充分利用風(fēng)能制造氫氣以及氫氣傳輸?shù)脑O(shè)備，規(guī)模小，成本高；⑤若將風(fēng)場(chǎng)總?cè)萘康?3%～26%用來(lái)制造氫氣，則使零排放汽車少行駛了11%～15%的里程，成本增加了29%～88%；⑥進(jìn)一步研究則需要考慮各地區(qū)能量?jī)?chǔ)存、傳輸費(fèi)用等方面的差異。

Marc W. Melaina et al. SAE 2013-01-1038.

編譯：王祥