对新能源汽车再生制动技术的浅析

　　摘 要：随着时代的不断发展，风力、太阳能、潮汐能等可再生能源的应用受到的重视越来越高，这不仅仅是因为这类能源储量近乎无穷无尽，而且具有显著的环保性能，对于环境保护具有重要意义。因此“可再生能源+储能”是未来能源发展的必然选择。本文将就新能源汽车再生制动技术在可再生能源汽车耗能中的应用进行探讨分析。

　　关键词：新能源汽车再生制动技术;可再生能源发电;氢发电技术

　　1 前言

　　近些年来，风力、光伏发电等可再生能源增长迅速，使得我国能源系统难以做到有效的消纳，在这样的情况下，如何将多余的能源储存起来就成了我国面临的问题之一。新能源汽车再生制动技术具有容量大、可调节等特征，将其应用于可再生能源汽车耗能领域具有十分广阔的前景。

　　2 新能源汽车再生制动技术介绍

　　进行新能源汽车再生制动技术介绍，主要可以将研究内容总结为再生制动储能系统简介、再生制动储能系统中应用的技术分析两点，具体研究内容可以总结归纳如下：

　　2.1 再生制动储能系统简介

　　再生制动储能系统主要由制氢系统、储氢系统以及氢发电系统三部分构成，其中制氢系统的主要作用是将利用富余的可再生能源电力通过电解水的方法制取氢气，之后输送到储氢系统中进行储存。在需要的情况下，就可以通过燃料电池发电技术将电能输送到电网中。如图1所示，为可再生能源和再生制动储能综合能源系统。此外，再生制动储能系统还可以应用到氢产业链中的其他领域。该系统利用能量流转的原理使得电网电能质量和氢气的附加价值都实现了大幅度的提升。

　　2.2 再生制动储能系统中应用的技术分析

　　在再生制動储能系统中，能量转换和利用循环的过程中应用到了几项关键性技术，分别是制氢技术、储氢技术以及氢发电技术。

　　再生制动储能系统采用的是电解水的制氢技术，该技术具有工艺操作便捷、氢气纯度高、无污染等优点，在工业领域中的应用十分广泛。而电解水制氢技术可以进一步细分为碱性电解法、固体高分子电解质电解法以及的高温固体氧化物电解法。以上三种方法中碱性电解法在工业中的应用最为广泛，因为其设备投资成本最低。在具体应用的过程中，通常以浓度为25%～30%的氢氧化钾水溶液作为电解质，电极采用铁、镍或镍合金等碱性金属，工作温度只需70～80℃，由此可见，碱性电解法应用所需的条件很低。相应的，使用该方法的电解效率也不高，最高只能达到60%。固体高分子电解质电解法采用离子聚合物膜作为固体电解质，实现阳离子的传输，同时隔离电极，完成纯水点解。该方法的工作温度为80℃左右，电解效率相较于碱性电解法要高出不少，可以达到75%以上，但其成本却要高出不少，因为电极材料中含有的铂系金属价格很高。高温固体氧化物电解法则是以掺杂稀土金属氧化物的氧化锆陶瓷作为电解质好，将处于高温蒸汽态的电解为氢气和氧气。该方法的工作温度为800～950℃，电解效率在三种方法中居于最高，可以达到95%以上。因此现阶段很多研究机构都从该方法切入寻求制氢技术的突破。

　　其次，储氢技术。相较于其他燃料，氢能具有质量能量密度大、体积能量密度低的特征，现阶段应用较为广泛的几种储氢技术有高压气态储氢技术、低温液化储氢技术以及金属固体储氢技术。其中高压气态储氢技术是对气态氢气进行储存，这是最常规的一种方式。该技术对氢气储存容器具有较高的要求，因为氢气储存量和压力成正比，现阶段国外应用较广泛的容器为碳纤维复合钢瓶，其压力为15～35MPa。需要注意的是，采用该技术存储氢气时涉及到一个氢气压缩的中间环节，会导致存储成本的增加。低温液化储氢技术则是利用了氢气在极低温度下会液化的物理特征，在液化后氢气的体积会出现大幅度的缩小，但是其能耗较气态也出现了大幅度的增长，且很容易出现汽化逃逸现象，造成损失。因此该技术的适用范围相对较为狭窄。金属固体储氢技术是将氢气和金属或是合金转化为氢化合物，以此达到氢气存储的目的。通过低温加压的方式可以使氢气和钠镁铝等金属或合金产生化学反应，相应的，只需对氢化合物进行升温降压处理，就可以将其中的氢气释放出来。这种储氢技术的能耗远低于低温液化储氢技术，而体积能量密度却是气态和液态储氢技术的数倍，因此具有广阔的发展前景。但在推广该技术前，要解决其重量密度低、价格昂贵、材料易中毒等方面的问题。

　　最后，氢发电技术。氢气具有可燃性，可以通过燃烧发电，但却会产生较大的损耗，对此，可以通过燃料电池将化学能直接转化为电能，以此实现发电效率的提升。以工作温度作为分类依据，可以将燃料电池分为低温燃料电池、高温燃料电池两大类，前者包括碱性燃料电池、磷酸型燃料电池高分子质子交换膜燃料电池等，后者包括熔融碳酸盐燃料电池、固体氧化型燃料电池等。

　　其中高分子质子交换膜燃料电池若是以纯氢作为燃料具有功率密度高、能量转换效率高、启动温度低等优点，因此在可再生能源氢能存储领域受到了越来越多的重视。在该燃料电池应用的过程中，质子交换膜、膜电极、电催化剂等材料是决定电池性能的关键。而且由于实际生活中发电规模很大，燃料电池通常需要组合成电堆，进而形成具有较大容量的联合循环发电系统，在这方面还有许多技术难关未能突破，例如电堆均一性问题的、电池动态相应辅助技术等。

　　3 新能源汽车再生制动技术在可再生能源汽车耗能中的具体应用

　　3.1 新能源汽车再生制动技术的发展现状介绍

　　很早之前，欧美发达国家就已经注意到新能源汽车再生制动技术的发展前景，相继制定并推行了氢能发展战略，经过多年的探索实践已经取得了一定的成果。如德国多年来将许多新型新能源汽车再生制动技术应用到商业领域，同时探索利用风能进行大规模制氢。美国则更加注重燃料电池的发展，相较过去，美国燃料电池中昂贵金属的用量出现了大幅度的减少，实现了成本的降低，与此同时燃料电池的循环寿命也得到了一定的提高，应用领域拓展到了公交、移动照明等诸多领域。

　　推荐阅读：《分布式能源》(双月刊)是由中国大唐集团公司主管，中国大唐集团科学技术研究院有限公司与清华大学出版社有限公司主办的科技期刊，于2016年8月创刊，刊号为CN 10-1427/TK。

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