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氫燃料電池 充電站 在 媽媽監督核電廠聯盟 Facebook 的最佳貼文
這是一篇蠻持平客觀的分析、說明..... 電動車和你想的不一樣:只是炒作?真的會造成缺電嗎?專家一次說清楚(12/30/2020 風傳媒)
"你應該知道的是:豐田汽車社長痛批,電動車若更加盛行,可能造成日本大缺電,此一說法引發外界熱烈討論。如果電動車滿街跑,到底會不會缺電?電動車只是炒作的話題嗎?作者以專業背景解釋,電動車對解決大城市嚴重空氣污染將有顯著成效,但能源轉型困境並未因此紓緩,能源問題人人有責,不能把責任推給政府。"
作者:曲建仲 / 台大電機博士,知識力專家社群創辦人
近年來空氣污染讓大家忍無可忍,溫室效應造成的氣候暖化日益嚴重,讓世界各國政府推出新的碳排放法規,不約而同喊出 2030或2040 年禁售燃油車的口號,許多車廠被迫積極開發電動車,彷彿電動車能夠解決人類的空氣污染與能源問題,豐田社長怒批世界各國政府力推電動車只是炒作,許多人可能認為那是豐田(Toyota)眼見特斯拉(Tesla)股價節節高昇而吃醋,所以電動車真的是未來環保的新希望嗎?事實恐怕和你想的不一樣?
電池的構造與原理
所有的電池都具有陽極(負極)與陰極(正極),基本上都是由陽極(Anode)發生的化學反應產生電子(Electron)與陽離子(Ion),電子流入元件可以推動元件工作,也就是我們所稱的電能,如圖一(a)示;陽離子則經由電解質穿越多孔性的隔離膜到達陰極,如圖一(b)所示;最後陽離子與電子在陰極(Cathode)結合,如圖一(c)所示。
電池的陽極(Anode):是我們所稱的「負極(Negative electrode)」。電池的陰極(Cathode):是我們所稱的「正極(Positive electrode)」。
兩者恰好相反,千萬別弄錯了唷!大家可能會好奇,為什麼會恰好相反來造成大家的困擾呢?因為化學家定義放出電子的叫「陽極」;而陽極放出電子,代表陽極必定帶負電(同性相斥、異性相吸),所以物理學家稱陽極為「負極」。
不同的鋰電池主要是陰極材料不同
不同的鋰電池其實主要是使用的陰極材料(正極材料)不同,目前最常用的陰極材料共有四種:鋰鈷氧化物(LiCoO2)、鋰鎳氧化物(LiNiO2)、鋰錳氧化物(LiMn2O4)、鋰鐵氧化物(LiFePO4),其中大家常聽到的「三元鋰電池」其實是陰極材料使用鈷鎳錳酸鋰三元化合物的鋰離子電池,其中三元是指包含鈷(Co)、鎳(Ni)、錳(Mn)三種金屬的化合物,而電解質主要是使用六氟磷酸鋰液體,負極材料一般是使用石墨。
固態鋰電池未來發展值得關注
由於現在的鋰電池所使用的電解質是液體,容易發生漏液汙染、易燃爆炸等問題,而固態鋰電池的電解質是固體,不會因為隔離膜破損就導致陰陽極接觸短路爆炸,而且固態鋰電池的密度和結構可以讓更多帶電離子聚集傳導更大的電流提升電池容量,此外固態電解質不可燃、無腐蝕、不揮發、不漏液等特性,不像傳統鋰電池的液態電解質含有易燃有機溶液,需要降溫、防撞擊、防穿刺等安全裝置。
電極材料與液態電解質容易完全接觸,但是和固態電解質接觸不如液體,造成介面阻抗過高,影響整體電池效能,而且固態電解質製程良率低價格高,仍然有許多困難。日本Toyota公司預計2022年推出全固態鋰電池的電動車,美國Fisker公司為固態鋰電池申請專利,能量密度可達傳統鋰電池的2.5倍,法國Bollore公司已經量產固態金屬鋰聚合物電池,德國Bosch公司收購美國Seeo公司研發固態鋰電池技術,QuantumScape公司的鋰固態電池號稱15分鐘可以充飽80%股價大暴漲,由於廠商投入資源研發未來發展可期。
電動車的普及有賴電力基礎建設
電動車要充電,但是如何充電是個大問題,像Gogoro的電動機車一個電池只有9公斤,使用者可以到電池交換站自行更換電池,但是Tesla電動車的電池重達500公斤以上,只能以定點充電的方式進行,即使目前的規格要求在1小時內完成充電,使用者是否能在加電站等1小時卻是個問題。
如果必須把車開回家在停車場充電,最大的問題是目前的電力基礎建設不足,假設大樓停車場有100個停車位,每個都設置插座,當100台電動車同時充電時,大樓的變壓器無法承受如此巨大的電流,因此整個電力基礎建設,包括:變壓器、變電所、高壓電塔都必須重新設計才能達成,聽起來就不是短期內可以做到的事,可能的解決方法是在大樓停車場建置大型儲能電池,當大量電動車充電時可以由大型儲能電池供電,考慮到成本與安全,大型儲能電池使用釩電池或鋁電池是未來可能的發展方向。
電動車不會排放廢氣 更環保而且節省能源?
由於我們的發電廠是以高壓交流電(AC)傳送到使用者家中,再以「電源供應器(PSU:Power Supply Unit)」轉換為直流電(DC)才能對鋰電池進行充電,如果使用的是交流馬達,則鋰電池供電時要再轉換為交流電(AC)給馬達供電,每一次的電源轉換效率大約80%~90%,因此這樣轉來轉去其實浪費許多能源。根據德國慕尼黑經濟研究院(IFO:Institute for Economic Research)發布的一份研究報告,考慮電動車的碳排放量時,如果將鋰電池的生產製造、能量轉換,以及供電過程中發電廠發電所排放的二氧化碳算進去,電動車的二氧化碳排放量會比傳統燃油汽車高。
根據IFO的資料,最環保的能源形式是使用「甲烷」,也就是我們家裡用的天然瓦斯,它與一般的「瓦斯車」類似,差別在目前瓦斯車使用的「液化石油氣」是丙烷和丁烷的混合物。以甲烷為主要動力的內燃機(引擎)可以使汽車減少碳排放量,而且甲烷裡含有的氮化物、硫化物等雜質更低,是汽車製造商可以採用的環保能源,搞了半天最環保的竟然是瓦斯車,看來豐田社長怒批電動車只是炒作算有幾分道理,不過瓦斯車還是會排放二氧化碳,無法解決溫室效應的問題。
電動車只能改善空氣污染 無法解決能源問題
充電站裡的電是那裡來的呢?還是由發電廠來的,說來說去,又回到了最原始的火力、水力、核能發電來提供,核能目前被社會接受的可能性很低,在台灣想蓋水庫都很困難了更別說水力發電廠,因此又回到最原始的火力發電,不論是使用天然氣或煤碳,最後還是免不了要造成空氣污染的,因此有人說電動車只是把城市裡的空氣污染,轉移到郊區發電廠而已。台灣目前全力推動太陽能與風力發電,這是應該做的,只是核能電廠要除役,太陽能與風力發電只怕用來補上這個電力缺口都不夠,沒辦法多出來給電動車使用。
汽柴油車與火力發電廠最大的差別,在於對污染物的控制,汽柴油車滿街跑到處噴廢氣,只能使用觸媒轉化器進行處理,由於價格與體積的限制,無法對廢氣有效回收處理;而發電廠是將廢氣集中處理,可以使用更昂貴體積更大的工業設備對廢氣有效回收處理,污染的確變低,因此使用電動車一定會減少城市的空氣污染,再加上近年來電池從製造方式到回收技術都快速進步,發展電動車仍然是重要的選項之一。
氫能與燃料電池被視為終極環保能源但是困難重重
傳統電池直接使用化學反應產生能量,優點是能量轉換效率很高(80%以上),但是充電需要比較長的時間;而使用燃料以內燃機(引擎)進行燃燒反應產生能量,優點是可以直接補充燃料,但是使用內燃機的能量轉換效率很低(30%以下),科學家開始思考,有沒有一種方法同時具有「電池」與「燃料」的優點呢?於是燃料電池從此誕生了。
燃料電池和傳統電池的原理相同,都是將活性物質的化學能轉換成電能,但是傳統電池的電極本身是活性物質,會參與化學反應;而燃料電池的電極本身只是儲存容器而已,並不會參與化學反應(觸媒只用來引發化學反應),必須將活性物質加入電池內,就好像我們的汽車補充燃料一樣,才能產生化學反應形成電能,是一種要補充燃料的電池,故稱為「燃料電池(Fuel cell)」。
儲氫技術價格偏高目前仍然無法擺脫石油
燃料電池使用氫氣與氧氣反應產生水,反應後排放的氮化物或硫化物極少,幾乎沒有任何污染,因此被視為終極環保的再生能源。但是燃料電池必須使用氫氣做為燃料。高壓儲氫技術如何把又大又重又危險的氫氣鋼瓶放在車上是個大問題;因此有國外公司開發出可以承受700大氣壓的航太複合材料儲氫瓶,可以取代氫氣鋼瓶,Toyota公司更在推出氫燃料電池車款Mirai,創下單次加滿氫氣可以行駛500公里的紀錄,已經是成功的商品了,那麼它的問題到底在那裡呢?
首先車上放了一個壓力這麼大的儲氫瓶是否安全是個問題,氫氣的來源則是更大的問題,大家都知道電解水可以產生氫氣與氧氣,問題是電解水產生氫氣的成本很高,而且這些電還是來自發電廠。為了降低成本,目前工業上主要是將碳氫化合物 (石油)以「 蒸氣重組」(Steam reforming)的方式分解生產氫氣,搞了半天還是要以石油做為原料,看起來人類要擺脫石油還真困難。
為什麼世界各國都訂定2030或2040年禁售汽柴油車?
很有趣的現象,世界各國都訂定2030或2040年全面禁售汽柴油車,為什麼是這個時間呢?主要還是覺得前面介紹的這些問題,包括充電站建置、電力基礎建設、新建大型發電廠,或是太陽能、風力發電等新能源開發,大約需要20年時間,因此選擇了這個時間點,問題是如果時間訂定了,卻沒有看到政府加蓋發電廠,那時間到了要怎麼辦呢?
不過各國政府爭先恐後這樣「宣誓」,還有一門不可言傳的心思,那就是老百姓對空氣污染已經忍無可忍,但是眼見要解決這個問題困難重重,宣誓「2040 年」禁售汽柴油車,等於是給老百姓一個交代,反正2040年是 20 年以後的事了,到時候站在台上的一定不是現在宣誓的這個人,這種只靠嘴巴說說就可以成功的「政績」,何樂而不為呢?
能源問題人人有責 不能把責任推給政府
經過前面的介紹,大家一定發現人類的能源問題沒有這麼簡單,政府該做的不只是靠嘴巴宣誓禁售汽柴油車,而是必須認真開始發展綠色能源。目前最大的問題在於:電價太便宜,造成使用者沒有節約用電的習慣,各種價格較高的「家庭能源管理系統」(HEMS:Home Energy Management System)乏人問津,電價如果真的大漲又會造成物價波動,受限於選舉與政治因素,要讓電價上漲也是困難重重,只能靠我們自己養成時時節約能源的習慣,才是最有效的方法。
責任編輯/周岐原
完整圖文內容請見:
https://www.storm.mg/article/3340151?mode=whole
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氫燃料電池 充電站 在 Joe's investment Facebook 的最佳解答
Joe:「我猜人類未來20年,會逐漸地把網路和電動車結合,然後附加更多功能在電動車這個行動裝置上面,就像智慧型手機的發展歷程那樣,在這個科技產品達到市占率飽和以前,科技股的大多頭都還能持續有炒作題材。」
現今全球科技產業的最熱門話題之一,就屬於電動車,Morgan Stanley預估到2030年,電池供電的電動車(Battery-powered Electric Vehicle;BEV)的銷售量將佔全球市場的30%以上,其實,30%的這一預估值是相當保守的。因為電動車的發展快慢與許多因素相關,包括:氫燃料電池與鋰離子電池之競爭技術的變化、電池供應鏈的發展情況以及各國政府立法的變化等都影響這一預測值,最令人振奮的變化是銷售量將佔全球市場跳升至50%。
Morgan Stanley在不包括混合動力和插電式混合動力車的預期上,其認為如果未來幾年全球二氧化碳排放法規趨於嚴格,則全球BEV滲透率預測將出現變化,到2025年,將11.6%提高到的13.2%,到2030年將從26%提高至31%,現今已經有15至20個國家已經明確的公布禁止銷售內燃機汽車的日期。未來幾年有很大機率陸續有更多國家加入這一行列,在這一趨勢中,歐洲必絕對是引領這一趨勢的先鋒。歐盟委員會提出到2030年新車平均碳排放量必須比起2021年的水準還要降低50%以下,因此,Morgan Stanley修正2030年歐洲BEV普及率,從先前預測的31%上升至40%。
市場預估,歐盟這一要求能夠有效地提升汽車製造商在歐洲推出50%以上的新型電動車。這也讓替代燃料汽車的銷售量在整個汽車市場中所佔的比例在2020年時,躍升至少10%,達到32%,至於BEV的普及率變化,在西班牙可達1%,英國和法國則為6%,至於美國,Morgan Stanley預估美國BEV滲透率將從2025年的7%提高到10%,到2030年則將從14%提高到25%,可是這一數值仍低於全球平均水準。主因在於,美國地區缺乏監管的壓力,所以進展速度低於其他地區。
雖然在最佳因素之下,2030年電動車銷售量有可能達到50%的比例,但是要達到這一數字的困難度相當高。因此,合理的預測值在30%至50%之間。阻礙的因素包含:高昂的資本支出和研發投資費用,讓傳統汽車產業加速投入的能力成為疑問;電池和動力傳動系統供應鏈的健全程度;政府立法變更(歐洲和中國以外);競爭技術,例如氫燃料電池;和基礎建設投資的進度,照理說,電動車趨勢演變得很慢,應該讓傳統汽車廠商有足夠時間迎來這一趨勢,但是事實是,美國三大廠商擁抱新科技的能力被傳統汽車的優勢所壟罩著。隨著Tesla與其他新創電動車股價不斷飆高,美國三大汽車廠終於下定決心全力往電動車發展,但是能否力挽狂瀾呢?
1.Fiat Chrysler Automobiles;FCA
具有諷刺意義的是,Chrysler早在1990年代就製造了幾十輛電動多功能休旅車(Minivan),但是在技術上不夠成熟之下,Chrysler於2008年之後就放棄了電動車的想法,在2008年金融危機下,Fiat開始收購Chrysler的股票。於2014年取得大股東身分之後,開始轉變成FCA公司,並加倍關注電動車,在2020年9月初,FCA在美國市場推出了其標誌性的Jeep Wrangler的混合動力版,併計劃於未來推出全電動化車型。並於近期開設了一個新的車對網(V2G)充電站,該站可使旗下電動車充當電網的延伸。
2.福特
福特曾經將其電動化戰略重點放在轎車和混合動力車上。不過,於2019年以5億美元投資了新創公司Rivian之後,期望藉由Skateboard平台快速進入全電動皮卡和休旅車市場,不幸的是,中國武漢肺炎引發的經濟下滑危機,似乎成為一個障礙。2020年4月,福特的林肯豪華品牌取消了其基於Rivian平台的計劃,但卻堅定往100%電動車的方向前進。畢竟,福特已經建立了龐大的電動車充電站網路以及專屬的支付系統。標誌性的福特野馬和F-150車型的新全電動版本,也正在幫助該公司提升電動車發展的形象。
3.通用汽車
通用汽車已經通過其受歡迎的Bolt轎車積累了強大的電動車形象。為了強化競爭力,通用於2020年9月初與新創公司Nikola建立了戰略合作夥伴關係。根據該協議,通用汽車將可獲得了Nikon的11%所有權,兩家公司預計將通過此次合作電池和燃料電池的夥伴關係,此外,通用汽車與美國國防部有銷售記錄,以及與本田合作研發燃料電池的夥伴關係。這都說明了通用將全面關注於電動化的未來!
總之,從美國這三大傳統汽車廠商的動作來看,他們已經認知汽車電動化是不可逆的趨勢,希望尋求合作來強化其技術能量,期望能趕上這一潮流而不會成為被淘汰的一員,未來汽車的關鍵價值,可以斷言的是透過軟體不斷更新汽車功能,帶給消費者驚喜,甚至讓汽車功能再次升級,就如同又再一次買到一輛新車的新鮮感。這種以軟體精進而成為運營模式,正在改變汽車產業。
Tesla的Model S、X、3與Y等電動車,就像一台電腦一樣,不斷透過升級軟體來擴充功能。也就是說,消費者購買Tesla新車之後,會隨著購買時間愈長,電動車變得更智慧化,就像在智慧型手機、平板電腦和電腦上一樣,Tesla定期會透過網路讓旗下的全電動車更新軟體。未來幾年,隨著汽車軟體化時代的來臨,傳統汽車廠商必須從現在開始就建立一個軟體部門,且針對未來汽車作業系統進行相關研發。不然,就必須全力尋求科技公司的支援,建立一個聯盟或深度合作的夥伴關係,才能在Tesla引領的汽車軟體化時代,找到活路。
從整體戰略觀點來看,Tesla在設計一輛電動車時,會預先配備高性能相機模組和感測器等基本硬體,之後再透過軟體更新,來強化這些硬體的功能,達到收費獲利的目的。馬斯克剛向全球宣布,Tesla電動車距離L5級「完全自動駕駛」很可能就在2020年底,這就是一種透過軟體更新的獲利模式之一,這種獲利模式在蘋果公司也可以看到。蘋果雖然不會對iPhone或Mac作業系統的更新收費,但是卻可以透過Apple Music、Apple TV Plus和AppStore等服務,在硬體獲利之外,持續透過服務獲利。
根據財報顯示,Tesla在2019年通過銷售其完全自動駕駛軟體升級獲得了14億美元的軟體營收,為其汽車毛利率貢獻了4%。如果未來其汽車賣得愈多,軟體獲利就會爬升更快,這成為汽車產業未來獲利的新來源。
https://iknow.stpi.narl.org.tw/Post/Read.aspx?PostID=17134
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