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生物质能电动汽车与能源转型及第四次工业革命

2.3 几个典型疑问的解答:

对此设想可能会遇到几个的疑惑,我们的看法是:

2.3.1 燃料体积是否大幅增加问题:燃料并非未加工的低热值、低容重的木柴、秸秆,市场现售的生物质颗粒燃料热值已与煤炭热值相当(四、五千大卡,与电煤相当,优质动力煤为七千大卡,汽油、柴油为一万大卡),每吨六、七百元;颗粒燃料高压成型密度达到1.1千克/升,颗粒形状间隙导致堆积密度只有0.5千克/升,主张制成细条、筷子状,减少间隙而使堆积密度达到1.1千克/升,是汽油密度的1.5倍。再加上电机驱动系统的高能效使燃料量减少到内燃机汽车的约一半,所需燃料的体积比燃油车更小。(工业棕榈油、豆油等热值与汽油、柴油相仿)。

2.3.2 燃烧稳定性问题:现有生物质颗粒燃烧系统的供料即使未能做到完全的均匀,只要不熄火,就不影响发电,所发电量充入蓄电池调蓄,大于用电量满足电量平衡即可,不象内燃机直接输出动力,对燃烧稳定性要求极高。而且使用蓄热体调蓄热量变化,足以保证热能稳定输出。

2.3.3 能量转化效率:本设想其实只是一个用生物质发电机取代串联式混合动力汽车中的内燃发电机(汽油、柴油发电机),能效分析分为两部分:首先是作为生物质发电机的发电效率,然后是蓄电池所蓄电量通过电驱系统转化为机械能的效率;混合动力汽车的电驱系统是公认的高能效,或者说采用电驱系统使油耗降低30%以上,这是不需要讨论的。现有斯特林机发电效率已经高达28%到31%,再加上蓄热式高温空气燃烧技术提高热端燃烧相对温度,大幅减少了烟气带走的热量,从而提高发电效率约5%;使外燃机总发电效率有望高达36%~40%以上,高于内燃发电机效率(约35%);更重要的是,由于回收了大量尾气热量,热效率大幅度提高,而斯特林机是热机,因此理论上说发电效率大幅度提高,甚至成倍提高!

2.3.4  燃烧净化系统是否工艺复杂体积增加:

性能参数比较表中的参数计算是留有很大余地的:斯特林机的体积紧凑本来就比内燃机小一半;燃烧室说白了就是一个十几升的涂了陶瓷耐高温材料的小柴火炉;至于环保净化工艺,其实木柴等燃料本来就是清洁燃料,尾气与富含碱金属的灰烬搅拌充分就可消除其中微量的二氧化硫;草木灰不是雾霾中的PM2.5,一道或几道布袋除尘足以去除;高温燃烧也基本消除了产生多环芳烃、二噁英的条件等,而高温低氧燃烧更净化了尾气,使其清洁燃烧排放,未增加其他设备;灰烬比例为5%以下,柔性灰烬箱体积可隐于空出的燃料箱中;总体积增加是很有限的;而且功率较大的发电机组若体积过大,可采取较高压力气化净化工艺(例如10个大气压),使粗燃气的气体体积成倍、成十倍缩小从而使相应气化裂解、换热净化设备乃至整套设备体积成倍缩小。

2.3.5 驱动动力大小问题:驱动电机的爆发力很强,超级电容能满足瞬时大电流放电的需要,而以小容量动力电池组成的混合电源调蓄电量平衡,既能满足瞬时大电流冲击,又能保护动力电池,延长使用寿命;且斯特林发动机也可与混合动力汽车一样,不限于串联而发展混联、并联方式,进一步增强应急驱动力。

2.3.6 整备质量是否大幅度增加问题:经过多年发展,斯特林机的重量、体积紧凑有的甚至比内燃机小一半,如某教科书所列出的表9-2所示意;高温燃烧系统也不过是一个柴火炉大小而已,重量很轻,整车其余的设备与混动车大致相同,未做改动,因此整备质量不但没有增加,反而有所减少。


生物质能电动汽车与能源转型及第四次工业革命(之一:汽车篇)

2.4 结碴问题处理方案:

生物质粗燃气在高温气化或燃烧时,由于生物质燃料富含碱金属,在高温下迅速挥发,所以燃气或烟气中富含碱金属,当其温度下降到碱金属熔点以下时,就会与灰渣一起沉积在与烟气、燃气接触的温度较低的表面,即所谓的结碴,尤其水冷壁、省煤器、换热器内表面等位置结碴很严重,甚至几天不清理就导致不能使用;我们认为可在换热器等与粗燃气或烟气接触的表面设置防结碴构造,例如设置清刮刮片设施,不间断清刮,刮出废物被送往除尘设备处一并处理;或设置刮片固定,换热器等与粗燃气接触的表面设置采用导热耐磨材料制作的覆盖于表面的可活动保护板,如下图所示意,保护板与换热器本体表面结合紧密且导热良好,通过推拉结构推、拉保护板,固定刮片即可自动清刮保护板,保证推、拉距离大于刮片布置间距,就可保证将结碴清除干净;设置可拆装的密封软膜保证简单密封即可,打开密封软膜可将保护板取出检修;同样刮片也可做类似设计,在纵、横向刮片相对应位置留下与刮片严丝合缝的孔槽,分别进行推拉,使纵、横向刮片可互相清刮;这样就解决了非常头痛的结碴问题。

生物质能电动汽车与能源转型及第四次工业革命(之一:汽车篇)

防结碴构造示意图

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