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第111章 交通运输(5)

当越来越多的核电站建设起来,世界的能源分配将发生根本性的变化。核能融合发电的成功意味着石油不再是唯一的能源。那时全世界的供电将会十分充足、廉价,全球将实现电气化,电力汽车也将产生。电力汽车问世后,公路电气化也随之诞生,在公路上铺设电轨,使汽车和电轨相连,原理和地铁车厢与铁轨的关系一样,汽车可以在电轨公路上行驶,而不需要利用电瓶。由于车身和电轨相接,驾驶员甚至不必手握方向盘操作。到那时,公路上所有的车辆也许必须等速行驶并保持相同的距离。专家预测,法国将是最先试行这个计划的国家。这不仅因为法国的火车电气化的历史最悠久,而且法国也正努力向全核能、全电气化的方向迈进。其实电气化时代的到来,并不意味着内燃机的末日到了。与电力汽车一同在公路上奔忙的,仍会有相当数目的汽油汽车。当石油价格平稳或低价出售时,电动汽车不会急于上市,而当石油即将绝尽时,油价就会猛涨,那时电力汽车就大有市场了。

什么是燃料电池汽车

高效能低污染是新世纪能源的主调,而燃料电池进入汽车工业,是20世纪90年代以来燃料电池迅速发展的结果。燃料电池是一种将燃料的化学能直接转换成电能的装置。这种电池与干电池和蓄电池不同。它的化学燃料储存在电池的外部,通过燃料在电池内部的化学反应提供电能。事实上,燃料电池的发电效率比现在的火力发电还要高,因此称它为“新型发电机”似乎更合适些。但它又比一般发电机优越,在发电的同时还可获得质量优良的水蒸气,既能发电,又可供热,因而其总的热效率可达到80%以上。燃料电池在结构上与蓄电池相似,也是由正极、负极和电解质组成。正极和负极大多采用铁和镍等惰性、微孔材料制成。从电池的正极把空气或者氧气输送进去,从负极将氢气或碳氢化合物、甲醇、甲烷、天然气、煤气、一氧化碳等气体燃料输送进去。这时,在电池内部气体燃料和氧发生电化学反应。于是,燃料的化学能便直接转变成了电能。燃料电池的电化学反应原理是:氢气与氧气在25℃发生氧化反应,生成水并释放出热能。作为燃料的氢在负极上与电解质一起进行氧化反应,生成带正电的离子和带负电的电子。电子通过外电路跑到正极上,与作为氧化剂的氧和电解质一起进行还原反应,最后生成带负电的离子。带正电离子和负离子在电解质中结合而生成水蒸气。因此,如果能不断地把燃料供给电池,并及时把电极上的反应产物和废电解质排走,就能连续不断地获得电能和水蒸气。

燃料电池的优点是它的发电效率高,而且稳定,是所有发电装置中转换效率最高的,目前已达到50%~70%,预计将来可达到80%。它另一个优点是无污染和噪声。它的体积小,重量轻,使用寿命长,单位体积输出的功率大,可以实现大功率供电,因而最适合作为电动汽车的动力源。其实,燃料电池的原理早在100多年前就被人们发现了。正式的燃料电池产品是在1958年问世的。20世纪90年代后,燃料电池公共汽车已在美国华盛顿、洛杉矶和加拿大温哥华等城市相继出现。1996年,芝加哥将现有的所有公共汽车,改装上燃料电池。目前,美国通用汽车公司和德国奔驰汽车公司研制和开发的燃料电池均已取得突破。

1997年1月初,美国克莱斯勒汽车公司已研制成功从汽油中提取氢气的新技术,从而使以燃料电池改为动力的电动汽车成为现实的时间提前10年。克莱斯勒汽车公司正在制造以燃料电池为动力的电动汽车样车。这种氢燃料电池汽车比内燃机汽车节省50%的燃料。氢燃料电池所用的氢将在汽车里由廉价的低辛烷汽油加工而成,它比靠燃烧汽油获得动力的发动机要清洁得多。这种燃料电池利用铂催化剂把汽油分解,从氢与氧之间的电化学反应产生电力。它所产生的电力不仅能驱动汽车发动机,而且还可为车内空调和其他设备供电。作为一种新型动力和能源设备,燃料电池已位居美国《时代周刊》杂志所列改变世界的十大新科技的榜首。它的研制和开发,目前已临近历史性突破的边缘,商业化的进程也到了最后冲刺阶段。世界各国都对蓄电池驱动的电动汽车寄予厚望,希望它能早日取代污染环境的燃油汽车。令人欣慰的是,燃料电池近年来异军突起,在研制和开发方面都获得了重大进展,特别是高效氢燃料电池的开发利用,为电动汽车的普及使用带来了新的希望。

太阳能汽车有哪些优点

太阳不停顿地向周围空间释放出巨大的能量,每秒钟地球表面所接收到的太阳能量相当于600万吨标准煤的能量,这是何等巨大的能量啊!

在天空晴朗的时候,地面上每平方米面积所接收到的太阳能量有1 350瓦,这个能量足以驱动一辆轻型摩托车。太阳能不仅向外辐射能量,而且这能量是取之不尽、用之不竭的,既干净又无污染,还是免费供应。所以在石油危机、污染严重的今天,人们自然而然地就把目光转向了太阳。太阳光不会直接驱动汽车,太阳光照在太阳能电池上,太阳能电池将太阳的光能转换成电能,这电能就能驱动汽车上的电动机了。从这个意义上讲,太阳能汽车在实际上是电动汽车,所不同的只是电动汽车的蓄电池靠电网充电,太阳能汽车用的是太阳能电池。

在太阳能汽车上,装有密密麻麻像蜂窝一样的装置,它就是太阳能电池板。平常我们看到的人造卫星上的铁翅膀,实际上也是一种供卫星用电的太阳能电池板。太阳能电池依据所用的半导体材料的不同,通常分为硅电池、硫化镉电池、砷化镓电池等,其中最常用的是硅太阳能电池。硅太阳能电池有圆形的、半圆形的和长方形的等几种。在电池上有像纸一样薄的小硅片。在硅片的一面均匀地掺进一些硼,另一面掺进一些磷,并在硅片的两面装上电极,它就能将光能变成电能。安置在汽车顶上的太阳能电池所接收的电能,直接驱动汽车前进。在阳光灿烂的情况下,太阳能电池发出的电除了驱动太阳能汽车行驶外,还会有部分剩余,剩余能量在汽车行驶中可自动流向车上的蓄电池,这样,能有效地延长太阳能汽车的行驶能力。若倒换着使用蓄电池,就可以使太阳能汽车连续行驶。

车上的蓄电池一次充满电以后,太阳能汽车的最高速度可达到每小时200千米,可以连续行驶300~400千米,阳光充足的天气能达到500千米以上。通常,硅太阳能电池可把10%~15%的太阳能转变为电能。它既使用方便,经久耐用,又很干净,不污染环境,因而是一种较理想的电源。其缺点是光电转换的效率较小。提高太阳能电池的光电转换率的关键,是通过抗反射技术减少照到电板上太阳光的损失,并尽量提高电压。另外,通过改进发动机和控制方面的效能也可以提高太阳能电池的光电转换率。太阳能汽车不用一滴汽油,不排放任何废气,是未来最有发展前途、最具魅力的汽车。科学家异口同声地说:用太阳能供电的电动汽车,前景广阔,前途无量。目前,世界上许多国家都有了自己研制的太阳能汽车的样车。这些车有的带蓄电池,有的不带。车身用塑料制成,既轻便又结实。

美国和澳大利亚等国家,每年都要举办太阳能汽车竞赛,以此来促进太阳能汽车事业的发展。目前,太阳能汽车的试验样车多采用800瓦光电池为动力源,其平均时速达50千米左右。美国通用汽车公司生产的“日光”太阳能汽车,外形很像一条鱼,速度可达每小时100千米以上,而且从静止开始加速到100千米的时速,只要24秒钟。

但是,太阳电池板的造价高,发电能力差,所以太阳能汽车还不实用。1984年在武汉研制成功了中国第一辆太阳能汽车。车身是用玻璃纤维、钠和铝制成的,自重只有150千克,每小时可行驶20千米。阴天或晚上,靠车上带的两个高效蓄电池,可连续行驶100多千米。

燃氢汽车被誉为地球环保的救星车吗

汽车是人类进步的标志,以车代步似乎已是现代文明社会的象征。然而汽车尾气同时污染了人们赖以生活的环境,而石化燃料的日渐匮乏也不得不使人们去寻找一个更新的能源,燃氢汽车就是在这种情况下被科研人员通过无数次的攻关研制出来的。

这是一种新型的燃料汽车,被誉为地球环保的救星。氢在众多新能源中独树一帜,是21世纪最理想的能源。这是因为在燃烧相同重量的煤、汽油和氢气的情况下,氢放出的能量最多,而且它燃烧的产物是水,没有废渣和废气,不会污染环境,是一种取之不尽的洁净能源。氢燃烧时放出的热量是汽油的3倍,而且比煤油、汽油和天然气都轻得多,携带方便,是航天飞机、航空飞机最合适的能源。而将它运用到汽车上,无疑称得上汽车能源的革命。

目前制取氢还是比较困难的。通常最好的制氢办法就是电解水,将所得的氢气液化,就可以供汽车使用了。但这种以电换氢的办法,所用的费用很大,其成本远高于矿物燃料。而大多数国家当前是从石油、煤炭和天然气中制取氢的,但这本身就得消耗本来就很紧缺的矿物燃料。因此,人们在积极寻找新的制氢方法。1996年10月,英国和美国科学家已找到用糖制氢的好办法。它利用生活在地下热水出口附近的细菌产生的酶把葡萄糖转化为氢和水。具体来说,就是从包括青草在内的植物基本组成成分——纤维素中分解出葡萄糖,然后用酶使葡萄糖氧化,从而得到氢分子。

这种制氢方法的优点是很明显的:所用纤维素是从植物中提取的,可以源源不断地供应;而能在热水里迅速繁殖的酶可以大量培养,其方法简单,投资较少。德国宝马汽车公司已率先制成6辆燃氢汽车投入运行,而且已克服了燃氢汽车大量投入市场的最大障碍——建立低温燃料加注站,让机器人为燃氢汽车自动加注超低温的液态氢。这是因为宝马汽车公司和奔驰汽车公司已合作制成了机器人加油站,为汽车加注汽油和柴油。如果进而对它进行改进,将来用机器人加注液态氢在技术上应是没有多大问题的。

燃氢汽车和内燃机汽车的最大区别是燃料箱不同。液态氢通常是以5个大气压的高压贮存汽车后座后面的一个大圆筒里,容量可达120升,满载时重60千克。圆筒金属内外壁间隙厚3厘米,其间隙中装填了70层极薄的铝和玻璃纤维,使整个圆筒好像一个超高效率的大保温瓶,它可使筒内的氢保持极低的温度。目前一部氢燃料汽车的行驶里程约为汽油汽车的一半。宝马汽车公司曾对这种氢燃料箱进行过一系列极其严格的安全检验,结果表明:这种氢燃料箱可以在800~900℃的大火中坚持一个多小时,没有发生爆炸。看来氢燃料箱的设计是成功的,可以投产使用。氢不仅可直接作为汽车内燃机燃料使用,而且可作为氢燃料电池为电动汽车提供动力。因此,氢必将成为未来汽车的主要动力来源,关键是要寻找到廉价的制氢方法,节省汽车进入市场的费用。保护环境即是保护人类自身,人们期盼着这种新型环保汽车的早日投产。

智能汽车具有哪些智能

国外新近研制成功的智能汽车,可以自动启动,自动刹车,自动绕开障碍物,进退自如。当它沿着马路疾驶时,如果前面突然有人横穿马路,或者临时发现前方出现障碍物,汽车就会立即自动刹车;而当路人已经穿过,或者障碍物已经移走,它又徐徐开动,继续前进,而驾驶座上空无一人,这就是无人驾驶智能汽车。它的主要特点就是在错综复杂的情况下,能随机应变,自动地选择最佳方案,代替或协助人驾驶汽车。过去,也曾出现过无人驾驶汽车,这种车主要用无线电遥控技术操纵,只能执行预先设定的简单动作,只是机械地执行人的指令,还离不开人。

新型的智能汽车则不同于遥控操纵,它的操纵驾驶系统,由道路图像识别装置、微型电子计算机和用电信号控制的自动开关三部分组成。道路图像识别装置,主要就是安装在汽车前面的两架电视摄像机。它有如人的“眼睛”,可用来识别前方的障碍物。

为什么用两架电视摄像机呢?因为若采用一架摄像机,“眼睛”无法判断路障是阴影还是实物,所以采用两架电视摄像机就可以区分是阴影还是障碍物了。这种图像识别装置,能“看”清道路前方5~20米的空间,它能根据汽车的运动性能,把高度在10厘米以上的物体作为障碍物来处理。装置设计按每1米的间隔,对16个地点进行扫描。在扫描中,如果发现前方有障碍物,就发射电信号。这样,前方障碍物的分布状况,就可以很清楚地识别了。

微型电子计算机如同人的“大脑”,可用来判断决策。它从道路图像识别装置获取信息以后,及时作出判断:汽车是继续前进,还是停止、后退或减速?这些都要根据当时当地的实际情况,来选择最能适应环境的下一步行动。汽车设计预先对各种情况给予分类和充分的估计,将最佳的一组操纵指令储存到电子计算机中。在行驶中,只要利用电子计算机的高速检索功能选择操作方案就行了。

原先由人的手脚控制的开关,在智能汽车上已改变为由电信号控制的自动开关。汽车的转向器、节流阀、制动器等,都由指令信号来控制操纵。智能汽车上还装有检测车胎气压和驾驶者瞌睡的报警装置,能自动诊断故障。其性能对比传统汽车,体现出无比的优越性。

法国为研制智能汽车,总投资达146亿美元。这种新研制的集污染小、节能和具有智能等优点于一身的汽车,由电脑控制,并装有与电脑相连的视听终端、光盘驱动器、电脑键盘等,以便及时为驾驶员提供信息。在汽车的轮轴上装有传感器,可将有关数据传给车内电脑,通过电脑及时提醒驾驶员。这种智能汽车上还装有红外线传感器,在夜间行车时的探测距离可达200米,使它具有在黑夜能看清远处路面的“夜猫眼”。

德国研制成的智能汽车,行驶速度可达每小时100千米。该车有影视设备,可消除汽车上旅客不是打瞌睡,就是聊天的沉闷气氛。另外,车上还设有电话,乘客可随时进行业务联系或与亲友通话,而且还可在车上预订旅馆、订购车票和飞机票等,真是不出车厢就办成了过去要跑很多路才能办成的事。

20世纪90年代,美国政府提出22项扶植的高新技术项目中,第一项就是包括智能汽车的陆上运输系统。这种系统主要用于交通管制系统中行驶的汽车,以减轻驾驶中的负担,提高行车效率和减少交通事故。

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