掰扯掰扯能源与车辆和交通运输的那些事情

自从电动汽车普及开来，所谓“油电之争”好像就一直没停过，氢能源这个长期以来落地成果比较有限的方向和最近开始逐渐热起来的合成燃料也逐渐被卷入了这场争论

首先不管是无脑电吹还是油吹，觉得什么燃油车老旧的或者不智能的，觉得电动汽车就是大号电瓶车没技术含量的或者三天两头自燃又没灵魂的，觉得增程混动烧油发电多此一举的，或者张口闭口就是什么政治国际格局什么商业谁把谁“干死”之类的，这些东西都是完全不着边毫无道理的东西，任何技术路线能发展到今天并且还在继续发展就证明有应用空间和需求，不存在谁把谁彻底“干死”而只有竞争和互补，什么商业什么政策什么格局再怎么影响产业也不能彻底根本改变用户实际需求和技术路线自身的特点

所谓“油车”，倒不如说是仅以内燃机，或者说热机驱动的车辆，是利用热机将燃料燃烧放出的热转化为机械能，通过传动机构去驱动行驶的车辆

“电车”，则是使用电池作为储能结构，以电动机驱动车辆行驶

而混合动力，则某种意义上是上述二者的结合，既能使用电能（无论是充电还是车辆自身产生的）又能使用燃料作为驱动车辆运行的能源

氢能源，则是利用氢燃料电池，使用氢气进行电化学反应产生电能，再利用电能驱动电机提供动力的车辆，通常车上还会有一块电池“暂存”电能以“削峰填谷”（当然也有氢内燃机驱动的车辆，其结构上可能更接近于上述“油车”或“混动车”）

那么这其中所涉及的东西都有：

“油车”：储存燃料的油箱（或其它形式的燃料储存装置）、发动机（或者说热机）、传动机构

“电车”：电池、电控、电机

混合动力车辆：视具体情况而定，通常最简单的增程混动车辆有内燃机、发电机、电池、电控、电机，而更复杂的混动车辆还会包含一些机械直驱传动机构等

氢能源车辆：氢燃料电池、电池、电控、电机

然后具体掰扯掰扯各种零部件自身的特点：

首先，内燃机和电动机二者相比，内燃机最大的特点是受到热力学第二定律的制约（即热机不可能将所有从热源取得的能量全部转化为有用功而不引起其他外界变化）导致效率存在理论上限，而且实际内燃机的工作特性曲线并不像电动机那般理想，内燃机的输出特性与效率会很大程度上随着工况的改变而改变（所以需要变速器等传动机构去调节内燃机的工况）；电动机在各工况下实际效率已经可以做到相当高了，而且电动机的输出特性很接近理想中的恒扭矩-恒功率曲线。此外内燃机还会产生一定的振动与声音，以及存在排放等问题。

再说储能。电池无疑是目前人类使用最广泛的电能储能装置，是一种通过电极化学反应实现电能与化学能的相互转化的装置。虽然电池理论上可以达到极其高的效率，但是实际电池中存在各种非理想因素，如内阻、电极超电势等，且容量等特性也很大程度上受到环境的影响，如温度等；充放电的速率也存在限制，尤其是充电过程，这是制约电池补能的短板之一；此外，现阶段最广泛应用的锂电池，其能量密度仍然在很多情况下存在不理想之处。

而燃料的储存则也各有特点：液体燃料的储存最为简单，加注也相对容易；而气体燃料无论是运输，还是加注、储存等，往往都没有那么容易，可能需要加压液化、低温储存等手段，尤其是对于那些沸点较低的气体。甚至，当温度高于一种物质的临界点，这种物质就无法纯粹通过加压而液化。例如氢气，为了追求较小的储存体积则只能保存在极低的温度下液化，如果只是加压保存则需要极高的气压，且体积难以过于缩小；储氢合金目前成本高昂且吸附量也较为有限。这造成了气体储能方案的实际能量密度往往都不高。

燃料电池是一种效率相当高的装置，利用从外部供应的还原剂与氧化剂在电极上发生电极反应以释放电能，相较于普通电池而言由于反应物都是从外部供给的，所以补能不受制于充电速度的影响，但是其实际应用也较为有限，因为其对于工作环境有一定要求（例如温度等）、目前电极催化剂等结构成本高昂且寿命尚且是个未知数，现阶段燃料电池常见燃料——氢气，其供应相对较为受限，因此应用场合暂时也不多

（为什么燃料电池车辆需要另一块电池：因为燃料电池的输出特性并不“随叫随到”，所以燃料电池某种意义上像是一个“增程器”，需要电池来“削峰填谷”）

然后，再联系一下现有能源体系：

化石能源占据了现有能源体系的半壁江山，但是石油终究不是长久之计。虽然石油等化石资源的储量可能比曾经的预计要大，但是将大量储存在化石能源中的长期固化在地下的碳元素短时间内释放到大气中，无疑会影响碳元素在碳循环中的平衡分布，后果是无法估量的。

电能在目前而言是相对清洁的能源，其一是风电光伏等新兴绿色发电技术的应用规模逐年上升，其二是即使是传统的火电等发电手段，仍然可以做到更优秀的发电效率与污染治理水平。

氢能源本身在自然界中不存在，氢能是需要消耗其他能源去制造的，而且现阶段电解法制氢的效率并不算很高，这可能是由于电解反应存在超电势等因素。氢能源释放能量后的产物是水，就该反应产物而言并不具备污染性。

而合成燃料，虽然合成燃料仍然是有机化合物，但是其中的碳元素可以是消耗现有碳循环中的碳元素的，碳元素在其中的作用更像是一种传递能量的“载体”。在这个前提下，合成燃料循环一周的净碳排放只需要考虑用于合成该部分燃料所消耗能量的部分所产生的碳排放。目前路线有电催化、光催化、生物合成等。生物合成法的前景在于，可以利用一些无法种植其他作物的土地，种植特定的作物或者设置微生物培养系统，作为燃料生产的原料，充分利用这些地区的光热资源；或者可以充分利用一些其他产业的废料转化为燃料。甚至，对于风电光伏等新兴发电手段，由于其电能输出波动相对较大，对于电网而言甚至可能成为负担，如果合理布置合成电化学合成燃料生产线，将多出的电能用于合成燃料，也许还能为电网调峰。

综上所述，结合各种车辆自身技术结构与能源体系，可以得到一些结论：

含内燃机，甚至纯燃料驱动的车辆，在相当长的一段时间内是肯定不会灭绝的。电池的储能与补能短板在中短期内仍然难以解决。对于有长距离续航和便捷补能需求的应用场合，燃料的作用还是不可替代，无论是纯燃料驱动还是混合动力。

混合动力的效率是很容易做到很高的，这可能也是中短期内最理想的驱动形式之一。这是因为电气系统可以让内燃机一旦运转就直接运转在相对高效的工况，充分利用燃料的能量，而且还可以配备动能回收等手段，以进一步充分利用能量。甚至，现阶段某些高性能车辆也会搭配以混动系统来进一步提升动力输出特性。

化石燃料虽然仍然是现阶段能源体系中不可或缺的部分，但是终究不是个长远之计，内燃机的燃料体系会逐渐向合成燃料方向转化。即使内燃机的效率并没有那么高，但是合成燃料的应用将会是对于现有燃油车体系适配最好的，也有潜力在相对可接受的成本和环保需求内解决快速补能与续航的问题。

纯电动车辆在电池技术没有巨大飞跃之前，难以完全取代燃料能源体系，但是由于拥有更低的使用成本、更低的振动与噪声、更好的响应速度、相对简单的保养维护流程等，在常规中短途交通运输出行中还是会起到较为重要的作用的。

氢能源可能更加适合那些有大量氢气作为工业生产副产物的工业设施体系附近，现阶段氢气的制备、运输、储存与加注等等均存在较大不便之处，特别是储氢设备难以小型化，还是较难以推广。

当然这里主要针对的是常见而广泛的社会需求面，对于赛事、竞技等等领域可能就另当别论了。可以肯定的是，在可预见的将来，各种能源形式将会根据各自的优劣势实现互补，在相当长的一段时间内都将会是各种能源形式的车辆共存。