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可替代能源的历史 发表评论(0) 编辑词条

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可替代能源的历史编辑本段回目录

文章对可替代能源及推进能源技术做了一些批判性的分析描述,尤其在了汽车应用方面,选电能和混合能源车为例。“批判性”主要体现在可选能源技术社会内容关系方面的多样性。尤其是,能源安全、能源政策、环境问题、可持续性以及越来越明显的气候改变方面等的多样性。对现在存在的一些政策讨论作了思考,是技术系统社会领域的全面研究。

1.电动汽车的早期改革者

早期的电动汽车可以追溯到电池的起源(韦克菲尔德,1994,斯伯林,1995;维斯布鲁克,2001;安德森和安德森,2005)。 早期改革者的名字直到今天还在使用。在1800年,意大利人亚历山大沃特证明了电能可以化学方法存储。他是被他同乡路易吉加尔瓦尼早期的一些实验启发的。加尔瓦尼是位医学教授,他进行过一些很残忍的实验,例如观察青蛙腿的痉挛,这现象在后来被归类于电流学科。在1821年,英国人米歇尔法拉德证明了电流的发生的原理,这成为沃特实验应用组成部分。后来,1831年,法拉德发现了电流磁场感应的原理,证明电流和磁场之间是有关系的,因此为电动车的必需品——电动机和发电机的发明,奠定了基础。这是电能的一些初级实验。

* Tel.: t47 22 45 30 51; fax: t47 22 45 30 05.

E-mail address: karl.georg.hoyer@hio.no 

0957-1787/$ - see front matter     2007 Elsevier Ltd. All rights reserved.doi:10.1016/j.jup.2007.11.001

从而,运载工具在19世纪30年代中期出现在美国,英国和荷兰等地。这些年早期,电化学有了更广的发展。到了1859年,比利时人加斯顿普兰特发明了具有创造性意义的第一块铅酸蓄电池。这意味着铅酸蓄电池是内燃机最早使用的第一块电池,也是大多数电动车使用的最早的能源。其他化学电池则是后来这些年才发明出来的,例如铁锌电池。过了几年,1861年,另一位意大利人安东尼帕斯诺提提出了一项直指现代发动机的发明。第一辆用普兰特的铅电池作为能源的电动三轮车,是1881年在法国,被一位出武先生发明的。同年,在塞纳河,他还发明了第一艘使用同样能源的电动船。在这些年中,19世纪80年代早期,其他类似的使用铅能源的电动三轮车也同样在美国和英国被发明创造出来。这段时期,值得铭记的就是,德国奔驰的第一辆车,在1885年诞生了。

后来,爱迪生的加入与推动,他也同样发现了电动车方面的极大机遇,并为发明更高效的电池作出了极大的贡献,并在1901年发明了镍铁电池,在这个世纪中,使电动车能源又有了精彩亮点。镍铁电池在单位重量内可以比铅电池多存储40%的能量,但生产成本却极高。这使得这种电池不能被广泛应用于商业电动车中。镍锌和更高级的锌空电池也在同时期诞生了。锌空电池也当然被广泛应用,直到这个世纪之后。

2.黄金时期

1880年之后的二十年过去了。

1900年,是电动车发展最密集的时期,是黄金时期的开始,结束于1920年(韦斯特布鲁克,2001)。电动车后来再没有经历这样的技术发展和深入研究的繁华。大部分重大技术突破都出现在这一时期。直到现在,一百多年过去了,当年的电动车技术仍是最基础的东西(安德森和安德森,2005)。

1893年芝加哥世博会展出了6款电动车。商业车队首次被发现有着广阔的使用前景。出租车队就是最初的志愿者们。出租车公司希望车子电池可以普及在修理厂,且可以应对每日的车辆行驶。繁华期最早在1900早期出现在伦敦、纽约和巴黎。出租车司机对车子有着极大的热情,称之为“不用马的座驾”,很快又称之为“汽车”,这一名字最早出现在1895年的伦敦日报上。到1897年,伦敦有15辆出租车,而纽约,有13辆。

在这段时期,三种类型的车子开始争夺市场:电动车,蒸汽机车和燃油机车。到1930年,纽约有53%的蒸汽机车,27%的燃油机车,以及20%的电动车,但在1899到1900年,在美国,电动车销量就远高于其他两种车。到1912年,美国电动车最高销量为3万辆。从1909开始,福特汽车占据了市场主导地位。电动车是三种车中最传统的,无论是外观还是表现,都和传统马车很像。制造商还模仿了很多流行的马车样式,被认为极具市场价值(为科弗尔的,1994)。

很多科技和基础设施改革在这一时期也出现了。电池费用的问题当然成为很大的挑战,当然,现在也是。收费标准设定了,长远的发展也在继续讨论,但是,基础设施长远来看永远无法与原油问题相比较,一个最有创意的想法在纽约被提出。在1900年左右,一个收费点建立了,即一个收费装置。

他包含公里和瓦特,由电力供给公司掌控。司机投入一定数量的钱币,可以得到相应数量的电力。这也大大提高了电动车的使用情况,最起码在城市范围内。但也对电力车长途、远游提出了挑战。可换电池克服了这一局限,从1895年开始,他们就被广泛应用以克服长途跋涉,也是与其他两种车相比的一点。之后一种相似目的的发明出现了:快速交换电池系统,电池滚压器可以方便帮助新旧电池的替换(安德森和安德森,2005)。

除了新电池品种和快速替换电池装置的的研发,1900时期,其他两种技术也发明出来以提高电动车的使用。首先,是再生装置的原理,于1887年在巴黎被发明,使发动机车轮作为一个再生器提供电能,这样,车子行驶也可以供给能源,一方面节约能源,一方面储存一些能源给电池。早期估计这样可以提高40%的车子使用效率,这一理论晚了数百年出现,类似制动系统的车子早在18世纪初已经开始售卖了。(韦克菲尔德,1994,韦斯特布鲁克,2001)

第二项降低车子能耗的重要技术发明为混合能源,重点研究出现在100年之后。费迪南特保时捷则是这一领域最值得关注的研发之一。他的油电混合能源车出现在1900年巴黎展会上,这些早期的混合能源车同样有再生制动系统技术。这样的油电混合车也在1901年巴黎年度车展中出现。美国在哥伦比亚的电动车公司1902年在广告中这样谈论他的油电混合车:“提高最安全,最可靠,最舒适,最奢华享受(记录于哥伦比亚17不同目录中)”(安德森和安德森,2005)。油电混合车声称结合了最好的技术,城市中噪音最小化,且对车出游无限制。美国期刊《汽车》1905大事记中,“油电混合车很明显有着广阔的前景”(安德森和安德森,2005)。大概由于造价问题,有点混合车的概念在一战时期一度消失,直到1970年才被从新重视起来(韦克菲尔德,1998)。

K.G. Høyer / Utilities Policy16 (2008) 63e71      65

3.战时

在这段时期,电动车仍旧有着繁荣的发展。在欧洲的战争更加激发了生产和发展的潜力。美国作为一个主要的输出国,英德法则由于战争的原因急需大量汽车。市政需要车队来清扫街道及垃圾回收,商人则需要用车来运输商品及货物,例如英国,就有超过1000辆的卡车。基础设施也有了发展,伯明翰地区,城市中仅有7个收费站点,而周边地区则有20多歌。这段时期的美国和欧洲,大量投入都进入了基础设施及相关方面。

这个战期巅峰有着两个关键的条件:汽油短缺和战阵用车对汽油的需求之间的矛盾,此外,在英德,电动站点取代了传统的煤火站点,意大利、挪威和瑞典也有了氢能源站点。电力成了极丰富的资源,不仅适用于工业用途,同样适用于运输行业。

一战末期,美国至少有5万辆电动汽车,大部分都为私人所有。1918年的纽约车展中,四大电汽公司的车被展出。一些包括瑞典挪威的欧洲买家,以及日本和南美的客人,都下了大量订单。例如,一位瑞典买家一下订购了100辆,并决定在两星期后再购入40辆。一些电动出租汽车被卖到了日本(沃克菲尔德,1994;维斯顿布鲁克,2001;安德森和安德森,2005)。

期望值很高,但很快衰减。电动车市场被汽油机和柴油机占据,20世纪20年代,一些公司还生产各式汽车。但是,销售额相对不高,1929年的全球经济衰退,股票市场大跌,直接导致很多公司破产。直到二战时期,美国的电动汽车市场才逐渐复苏。战期顶峰重现江湖,导致汽油短缺以及汽油柴油争夺战。类似的高峰席卷大部分欧洲国家,而在日本,由于燃油长期短缺,电动车的生产一直持续到20世纪50年代早期。德国当局对电动车实施了免税政策,并一再强调这将是一项新的举措。战期,以邮政为例,将近3000辆的电动车被投入使用。电动车进入一个重要的年代,但燃油机也在发展中,能源也趋于多选,例如生物酒精及生物柴油(安德森和安德森,2005)。

在这段战争时期,大不列颠却有着不一样的故事。大体上是关于电动牛奶机车的——直到现在仍在使用的,最长寿的电动汽车。在20世纪50年代,机车数量达到了3万辆,并在之后几十年保持这个数量。这是电动机械的完美发明。这些车辆在早晨送牛奶时,噪音小,可以在晚上停放在在车库充电(韦斯特布鲁克,2001;安德森和安德森,2005)。

事实上,英国在战前就开始了他的电动汽车复兴期,在20世纪30年代中期,主要是由于大量廉价电力的可供使用。到20世纪40年代,他们有了6千多辆电动货车,主要用于牛奶面包运输。为了提高电动车使用,英国政府在战期制定了相关市场政策,与30年前的宣传类似的运动。所以电动车的优势都被显现出来;使用寿命长,可以节约自然资源,简单,方便操作,维护少,下山中的可再生技术创造出来后,爬山也不成问题。英国人在推进电动车应用方面的努力可以说是与德国相媲美的。但在使用寿命长这方面,并不很成功。出去牛奶运输车不说,电动车又一次地在战后消失了(安德森和安德森,2005)。

在日本,战后期间,汽油短缺与油量配额的矛盾当然成了主要矛盾。生产电动车逐渐流行起来。行驶距离150千米以及速度60千米每小时是最让人印象深刻的。但在1952年汽油逐渐可供给后,生产公司转而生产燃油机汽车。在此期间,我们也知道一些油电混合车,逐渐在法国和美国出现。美国还出现了一辆跑车,但只持续了很短几年(韦克菲尔德,1994)。

4.从安静的春天到静音车

在20世纪60年代,一个新的争论出现了。瑞秋卡森(1963)在1962年出版了她的《安静的春天》一书,很多人认为,本书代表了最新的环境争论,就像我们一开始就想过的。卡森着重讨论了主要由农药和农业化学制剂的使用导致的环境污染问题。但相应的,另一个争论也产生了,即日益严重的城市空气污染问题。这包含了铅污染、汽油排放物粒子、一氧化碳、氧化氮以及烟雾等的产生。这是还没有过滤器及催化剂产生时的事情。这一切,都局限于本地问题。环境问题被认为是本地问题,同样被认为可以在本地解决。燃油车被认为是罪魁祸首,而电动车被认为是最佳解决方案。

现在,世界主要汽车供应商首次对电动车产生了兴趣。在1966年,英国福特汽车公司研究组委会被要求生产一种小型城镇使用电动汽车,要求如下(韦斯特布鲁克,2001):

1.占地面积尽量小,使之占用极小的路面和停车位

2.可调动性高

3.污染最小

4.简易操作

5.耗费最低

1967年在雏形被命名为“COMUTA”,含义明显地希望他成为城市代替品,在那个时期高速增长。由于使用铅电池,他只能最多以每小时40千米的速度跑60千米,最高速度为每小时60千米。与60年前的模型也没有什么特别处,但有个热能系统可以处理发动机产生的热量,但在冬天却无法使用。从商业的角度出发,“COMUTA”很快停产。一个雏形现在伦敦科学博物馆展出(韦斯特布鲁克,2001)。

在20世纪60年代,美国通用公司创造出一台电动汽车。电汽汽车和电动货车看起来都很先进。三个自动档位,银锌电池或燃料电池供能。通用还改装了一辆欧贝尔,使用锌空电池行程可达200千米。但除了模型外并没有投入生产。基本上,20 世纪60年代就是证明了发明一个理想里程,高驾驶性能,低成本低能耗的电动汽车,是多么困难(韦斯特布鲁克,2001)。

5.多能源之路

20世纪70年代,所有的能源问题很快与环境问题联系了起来。三大事件体现了国际问题影响越来越广,也越来越严肃。在1972年,罗马俱乐部发表了名为《发展的局限》一书(梅朵赛特,1972)。高度强调了开采不可再生资源以及其他化石能源对长远发展的局限性。本书被以其鲜明的特色,被归于与能源有关的局限性一类中。这类中以全球二氧化碳的排放量增高作为最后一项。

第二大事件是,1973年,许多西方国家被石油危机袭击,公众甚至高呼能源危机,但其实只是由阿拉伯石油输出国禁止贸易的引发的。由此引发了紧张的石油配给,挪威甚至禁止私人轿车在周末使用。空空的高速路上只有滑雪的人们,成为了当时一个鲜明的象征。第三件事是,核能源的争论。以极高的强烈度遍及20世纪70年代早期的所有西方国家。

这三大事件都反映了对新的可选能源、可再生能源及技术的渴望。短短几年,太阳能,风能,水能,生物能以及自然热能等的提出,不仅在公共设施领域,而且在政府发展方面都被提出。能源发现在新能源使用中几乎在每个国家议案中都被提出。而且,大力投入研发。一位对美国有杰出贡献阿玛尼路文思(1977)在他的书中总结为多能源之路,副标题为向持久和平前进。

20世纪70年代将成为电动汽车最活跃的年代。他们是多能源之路的一部分,与零污染的太阳能风能水能紧密相连。在美国,欧洲及日本,很多装有不同类型电池的电动汽车被生产出来。但都未真正成功。英国成立了一家新的公司,瞄准了新能源电动汽车这个新型市场,但只生产了300多台,公司便于1979年倒闭了。然后,电动汽车再一次从世界舞台上黯淡下去(韦克菲尔德,1994)。

6.法国VEL电动汽车及颠覆

在这个时期的故事中,我们把目光转向法国,20世纪70年代,在这里,大量的创新努力被投入:电动汽车被称为:VEL。这个案例是用来描述分析米歇尔卡隆(1980,1999)的一些作品。这些描述是基于这些作品之上的。卡隆在他的网络理论创新学习中用到了这个案例。VEL并不只是个电动汽车,还是个假象的使用氢能源的汽车。这样,私人车市场终于迎来了能源电池的突破,这样的车,不仅可以达到每小时90公里的速度,而且,终于不再使用传统的电池。20世纪80年代,这样的突破在能源转换技术中被称为可行可得的技术。

一群工程师在法国电汽公司提出了VEL的计划。这是个伟大的抱负,不仅因为他们的假定使得技术大大发展,还因为这个计划将从根本上改变法国的社会结构,他们就像是一群社会工程学家……

  • 标题:The history of alternative fuels in transportation: The case of electric and hybrid cars
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