新型电控技术、新能源汽车的构想
移动无线途中供电新技术
  笔者在七、八年前曾接触过此技术,如今在海归人员中也有研究此项技术的。无线充电技术是电动 汽车(二次电池为动力源)的最高境界,犹如飞机之空中加油一般,可以在车辆行使途中,在具有移动充电设施的路途上进行超快充电,或直接将电能无线引入车中驱动电动机,最终驱使车辆行使。这个梦想多年来一直吸引着人们,目前该技术(IPT)已应用于室内平面、垂直输送机械,供电与受电距离是CM级的,其原理犹如变压器的原边与副边之电能传输。国外曾有人应用于游乐场的电动车辆,但车辆必须像有轨电车一般沿供电带行使,偏离出有效距离后无法受电。这一技术目前受CM级供电之局限,难以应用于道路用电路汽车,但可以给电动汽车提供非接触充电。
  最近美国麻省理工学院一个科研小组经过多年努力,成功研制出样机,在两米以上距离的固定的供电器、受电器之间成功进行60W功率的电磁能传输。笔者认为,该项技术最终将发展到移动无线供电。我国相关人士应密切关注此技术,并适时启动原理性研究。
  研发可以按照以下步骤:会同物理学家、电工专家弄清电磁共振原理,研制无线供电、受电样机,达到在3-4米间距传送电能的要求,解决固定供电、移动受电的具体措施;建立实验性无线供电、移动受电的实验道路,造出带有受电器的电动汽车,载有计算机控制、带有通讯功能的计费器械联络设备(即车顶盒),使行驶途中的电动汽车犹如空中加油飞机般得到电能,供电机驱动或充入车载电池中贮存;车辆移动受电与车速有关,应从低速开始逐步向高速升级。
  这也许是电动汽车续能的最高阶段、最完美境界。它取决于电磁共振技术的突破,取决于供电器、受电器的性能和车辆行驶中的受电能力。这项技术成功了,电动汽车即便仍需用电池储能,其容量也很小了,进而最终抛弃重量、体积过大的电池。届时马路旁或上空布设电磁共振供电设施,行驶于马路上的电动汽车以智能付费方式通过计算机控制得到供电,电能源源不断按需供给驱动电机或储电设备,人们也将不会再为途中无电而烦恼。
这种移动途中无线供电之车辆,即无轨无线电动汽车最适宜于长途大客车、长途运输的卡车。由电网公司组织参与建设道路供电设施是最好的办法。另外,该项技术也可用于气悬浮列车、电气化列车等。
氢氧燃料电池
  在跨世纪的电动汽车研发技术中,氢氧燃料电池最为热门也最受重视,尤其是在美国,受重视程度不亚于曼哈顿工程计划汽车”。现今美国在这一领域取得了绝对的优势,但商业化日程却一再推迟,究其原因是制造成本高昂,氢燃料的供给困难。但各国政府、企业、研发者仍未放弃,期望有一天能取得成功。
  燃料电池不是电池,实际上是一套氢氧发电装置。如果氢源不是纯氢,而是由汽油、甲醇等碳氢化合物经改质器分离出纯氢进行发电,那么改质器实际上是一套化工反应装置。试想,车上装了一个化工车间和一个发电车间,成本能低吗?再加上铂催化剂和进口膜、高压氧气泵,成本更是愈加高昂。燃料电池的出路在简单,惟有简单才能实用和普及,否则只能是样机。如果做不到简单,将来的车辆驾驶员、维修者都得是专业人员。最后是氢气加注、氢气泄漏及安全性问题,这些都是市场化的前提,但很难跨越。
  笔者认为燃料电池产业化的成功率大致是50%。而业界对此的争论也是不可开交,继续力托氢经济者有之,反对或建议停止、放缓研发者也不乏其人。其实不紧不慢也许较为合理,只要是按照技术发展规律办。
  当然,燃料电池汽车示范项目是没有问题的。在特定场合(如公交线路)、有加氢设施的地方可以使用。若用金属氢化物贮存氢气,在15以上是可以正常释放氢气发电的,要在常年平均气温在15-20的地区使用,那么在北纬30°以南地区是完全适用的,且氢气贮存十分安全。在宜驶的区域示范运行是商业化、产业化的第一步。
海水聚变发电
  海水中含有丰富的氘和氚,而氘、氚发生聚变反应所释放出来的能量,是同质量裂变核燃料发生裂变反应所释放能量的4-5倍。1.5kg氘、氚混合物发生聚变反应可释放出5.8万吨TNT当量的能量。每1L海水中含30mg氘用于聚变反应产生的能量相当于300L汽油燃烧,即1L海水相当于300L汽油。而且聚变产生的能量不像裂变那样有放射性,它是一种清洁能源。核聚变发电各国都在实验,中国的人造太阳托克马克装置已运行多年,当然这种装置未来成功后将主要用于大型发电厂。
  上述装置将来可能用于车辆、船舶的聚变核反应发电机,与上述情况不同。首先,发电量在几百到几千千瓦时的范围,其次必须是微型化、轻量化,否则无法用在车辆、船舶上。另外,聚变核反应的燃料不是氘和氚,而是氘化氚。若按海水含有0.015%氘化氚,平均
掉一个氚可提供7.2Mev(兆电子伏)能量来计算,从几升海水中提取的氚,即可提供1万千瓦时能量,这相当于千余升汽油供给的能量。次高温热堆发电技术,是一种区别于托克马克装置人造太阳的新型受控聚变热核反应堆。1吨浓缩海水核燃料,可发出相当于300吨汽油所发出的电量,而且不存在排放有害物质与核污染问题。或许,这种方式可以彻底解决人类用尽石油和煤炭之后的能源问题。用次高温堆发电技术制造的发电机组可大可小。大可至几百万千瓦时,用于大型发电厂,发电成本可降至3.5/千瓦时,而小可至几个千瓦时,安装在电动汽车上。在不久的将来,人类驾驶以浓缩海水做燃料并且零排放的电动汽车并不是梦想。
  海水聚变反应发电机,首先由反应堆产生核热能量,再由此热能对水进行加热,产生一定气压的蒸汽来推动涡轮机、汽轮机发电,并由这个电源驱动电动汽车的电机工作使车辆行驶。当然也可直接由涡轮机、汽轮机输出扭矩、转矩直接驱动汽车行驶。
  汽车装了海水聚变反应发电机后,汽车可半年到一年加一次燃料(海水)。燃料(海水)费用几乎是免费的,每一升可能只要几元人民币,其释放能量等于300L汽油之能量释放。并且,这种方式是零排放,人们也不再为二氧化碳等温室气体排放而烦恼。同时噪声、机
械震动与纯电动汽车一样轻微,其余热还可以为车辆提供冷、热空气调节。这种汽车日后能产业化、商业化,世界汽车业也将产生一次飞跃、一次革命,加油站或将成为历史,充电站失去必要,原有汽车研发、生产格局也随之改变。也许中国汽车企业有了赶超世界先进水平的一次机遇。但必须要行动,守株待兔肯定是枉然的。
  对于次高温热堆(海水聚变反应)发电技术,全世界研发都还只是刚起步,而我们已在第一梯队靠前位置。目前我国已有800瓦和2千瓦的实验样机,当然这个装置目前更合适于地面固定式大型发电厂,其发电量为百万千瓦时级的规模。要将这种原理的发电装置用于船舶相对比较容易,因为船舶的舱容空间能安装得下,而且重量也不会太大。而用于汽车则必须轻量化、微型化,必须以汽车可能的安装空间、可承受的重量作为目标依据。
海水聚变反应发电机也许会在510年后这个不远的将来逐渐开始真正应用,我们姑且命名为原子能汽车。如果我们以发明家的毅力和智慧,企业家的敏锐反应,马上动手,一往无前,百折不挠,并广汇各种相关专业知识、技术、设备,这个目标是可以达到的,关键是思路、认识。
总结
中国从八五开始,直至目前的十一五,在数个五年计划里,都在进行新能源汽车研究。当时的认识是,我国在内燃机汽车方面与国外差距很大,难以赶超,而新能源汽车与国外相差不大,有可能达到并驾齐驱的目标,因此连续二十年持续投入研发。目前中国汽车企业甚多,产能已趋饱和,而且都是内燃机汽车,以合资企业为众。现在对于新能源汽车,经济实力有了,研发基础雄厚。但企业目前以市场占有率、尽快获得投资回报为目的,对研发新能源电动汽车反而积极性不高、主动性不够。同时背上了既有产业基础、现有产品市场这个包袱,企业全然没有了二十年前的那种冲劲。同时,这种现象也充分反应在管理部门的作为方面,新能源汽车上牌上市长时间不能确定即可作为佐证。
  这与上世纪发生在半导体领域的案例有所类似:半导体问世以后,瑞士钟表业公司很快生产出了石英数字手表。石英手表比发条手表走时更准确、价格更便宜。但由于瑞士在机械表上投资太大,因此决定局部推出石英表,且以高档奢侈品定位。这一机遇被日本精工抓住了,利用这一技术再加上日本工艺,以更低成本、轻巧外形迅速推向市场,数年后几乎占领了这一领域100%市场。瑞士公司如梦初醒,但为时已晚,将这一市场拱手让给日本公司。
  新能源汽车与前述案例会否出现相似之处,若干年后出现了结局才知道。但笔者认为,这至少是企业柔道战略的依据。若不利用这种机遇,中国车企难以制胜。同时我们的科研计划也难以取得预计的效果。