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五项可减少卡车二氧化碳排放的技术对比

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2022-7-1 15:09 603 0 来自: 轻量化技术网

简介

用于卡车的燃料电池、电池、架空线、生物燃料或合成燃料：哪种技术会在总拥有成本、效率和效用方面获胜？对于长距离使用的商业车辆，燃料电池驱动是一个不错的选择。纯电池供电的商用车似乎更适合短距离行驶，但其他 ...

用于卡车的燃料电池、电池、架空线、生物燃料或合成燃料：哪种技术会在总拥有成本、效率和效用方面获胜？

对于长距离使用的商业车辆，燃料电池驱动是一个不错的选择。纯电池供电的商用车似乎更适合短距离行驶，但其他系统也仍在竞争中

在实现气候中立的道路上，根据欧盟的规定，到2030年，重型商用车的二氧化碳排放量将减少30%。唯一的问题是哪种技术最适合实现这一目标。根据VDI/VDE给出的数据，到2030年，欧洲必须使用大约20万辆无排放卡车才能实现欧盟这一目标。

VDI/VDE氢能和燃料电池汽车专家委员会主席Martin Pokojski说："在公路运输方面，重型车辆占欧盟境内二氧化碳排放量的25%。但并不是只有欧洲在减少重型车辆的二氧化碳排放，美国、日本和中国也在进行类似的活动"。

但成本因素自然也发挥着重要作用，正如德国国家研究机构尤利希研究中心反应堆和系统主管Samsun所解释的："成本相关性，即总拥有成本，被认为是评估经济效率的决定性标准。在这种情况下，如果可变成本--即燃料费用--较低，商用车的购买者会接受较高的购置成本。值得注意的是，燃料电池和电池的生产成本将下降，电池的性能将提高。还应考虑到未来的技术将变得更便宜，而目前的技术将变得更昂贵这一事实。归根结底，问题还在于，人们是否不必因成本原因而决定支持一项技术。"

技术变革意味着电气化

"仅仅提高发动机和系统的效率是不够的。"Pokojski说："相反，我们需要技术上的改变 -这意味着电气化。直接由电力驱动的车辆和燃料电池车辆都可以做到这一点，在燃料电池中，氢气被转化为电力，为车辆提供动力"。

"还有所谓的受电弓卡车，就是车顶上有受电弓的卡车，"Pokojski补充说："如果有了电气化，他们可以直接使用电力进行驾驶，并在车上为电池充电。另一个选择是合成能源载体（SYN），其中氢气是在可再生电力的帮助下生产的，然后通过几个步骤生产合成柴油。"

"如果我们对这四种选择进行比较，我们发现电池车的效率最高，比燃料电池的效率高两到三倍。CAT车辆的效率更高，因为它们在行驶过程中大部分时间都不使用电池，而是直接使用电力进行推进。最后是合成能源，"Pokojski概述道。

效率比较:

CAT 57 -70 %
BEV 57 - 63 %
FCEV 24 - 29 %
SYN 17 -20 %

利用率：使用电池的优势明显

"根据利用率，电池有明显的优势，但问题是利用程度是否是需要考虑的唯一标准，"Pokojski对此表示担心。例如，今天的卡车用一箱燃料可行驶1600公里。这在其他系统中也应该是可能的。在加油时间方面，商用车运营商也期望未来的系统与今天的系统具有类似的效率。

"如果我们不能做到这一点，接受起来可能会有问题。有效载荷也非常重要，因为如果采用电气化减少了有效载荷，那么也会限制用户的接受度，"Pokojski解释说。在计算功率消耗和由此导致的航程减少时，也不应忽视驾驶室的电动空调。人们还必须考虑边界条件，而不仅仅是效率。因此，Pokojski的结论是："电池驱动的车辆有效率优势，但特别是燃料电池驱动的车辆也有一些优势，在我们看来，这些优势倾向于平衡讨论。顺便说一下，对于混合动力汽车是否是最佳解决方案，业界并没有最终答案"。

关于用户行为和接受替代驱动技术以及各自排放的总结：

用户行为

N1级（轻型卡车）和N3级（重型卡车）的商业车辆在替代驱动方面的最大潜力
接受与继续熟悉的使用方案或愿意适应的意愿
预期的运输距离与范围的增加
接受的时间关键因素：充电和加油过程及其与路线规划的结合
关于遵守时间表和灵活性的要求

排放

Ÿ 通过使用可再生资源的电能，避免二氧化碳的排放

Ÿ 内燃机的氮氧化物排放，废气后处理与成本

Ÿ 通过增加CAT、BEV和FCEV技术在轻型车辆和重型车辆中的比例，大幅减少颗粒物排放

Ÿ PFAS排放，在电解和燃料电池中的预期使用没有明显的排放。

五种驱动类型的比较

在成本方面，Samsun做了一个比较："以40吨的卡车作为基础，因为这种车辆技术尤其是非常难以电动化。我们看到了燃料电池和纯电力驱动车辆的经济优势。从成本的角度来看，我们得出了2030年的类似数值。同时，我们看到合成燃料由于加工成本高而处于劣势，无轨电车由于新投资成本高而处于劣势"。

首先，在成本的发展方面存在很大的不确定性-特别是由于可变成本。根据Samsun的说法，总拥有量中仍有每公里几十美分的价格范围。"非常重要的是，运输业存在着很大的竞争压力，每公里几分钱的利润都在劫难逃。由于这种不确定性，投资的问题对运输商来说当然是存在的。因此，目前不可能回答哪种技术是最佳技术，"Samsun总结说。

"我们看到了燃料电池和纯电力驱动车辆的经济优势。从成本的角度来看，我们得出了2030年的类似数值，"尤利希研究中心的反应堆和系统主管Samsun说。

尤利希研究中心能源与气候研究所的Thomas Grube也认为，要辨别哪个系统是最好的并不容易。"电池和燃料电池都能发挥作用的机会很大。但这在很大程度上取决于驾驶情况，"Grube强调说。例如，无轨电车适用于两个固定地点之间的非常定期的运输，因为其损失最低。

"电池车可以做很多事情，但对于更长的旅程或更大的灵活性-按需运输的关键词-可以说每一次停机都是有害的，那么它可能不再与电池充电兼容。对于这种应用，燃料电池可能更适合，"Grube认为。

另一方面，生物能源的潜力有限，Grube预计生物能源不会对运输部门做出很大的贡献，他解释说："问题是，含碳的生物能源最好放在哪里--这可能是在运输中，但也可能是在工业的其他过程中"。

由于成本原因，只决定采用一种技术？

考虑到成本问题，不可避免地会产生这样的想法：依靠几种技术和相关的基础设施，在经济上到底有多大的可行性。Pokojski解释说："如果我知道我在正确的道路上，这可能是一个明智的决定。但我们不能说哪个是正确的道路。因此，德国商用车制造商也在研究并致力于这两个系统的开发"。

“因为如果你在第二阶段失败了，但只依靠了一种技术，你应该怎么办，“Pokojski思考说。"只押注于一种技术，我认为这非常危险，对一个社会来说是如此，对一个公司来说也是如此。即使花费更多的钱，多样化也是正确的方式，"Pokojski明确地给自己定位。

关于处理替代驱动技术方面的总结:

存储器

BEV/CAT：用锂离子电池储电-从长远来看，用固体电解质的电池（充电速度更快，存储密度更大）-续航里程达300公里以上。
FCEV：气态或液态H2储存-难以整合大型储罐，从长远来看是低温压缩储存-有可能达到1000公里或更远的距离。

充电/加注

欧盟现有16100多个充电点；只有25个适合电子卡车-有必要开发快速充电站（260个充电点的网络，有1030个充电点，连续充电能力为350千瓦）。
有超过九十座700巴的加气站，但只是有条件地适合卡车使用-需要扩大加气站网络

安全

Ÿ 通过测试和实践经验证明FCEV的安全性

Ÿ 潜在的危险不比传统燃料高。

基础设施的成本相对较低

关于基础设施成本的问题，Grube说，"当基础设施被使用时，它才有意义。这两种技术也都相当实惠，而且对于这两种变体来说，也有一种实惠的燃料，或多或少都是一样的"。

Grube表示：“相对于运输的总体成本，能源的基础设施成本很低。你可以负担得起这两样东西--它们只是必须被利用到能力。对于卡车来说，这特别有利，因为我可以大量集中必要的基础设施--例如，在高速公路服务区和汽车站"。Grube预测说："这样的基础设施将迅速实现，并且由于良好的利用率，其运营成本也不高。"

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