請(qǐng)教高手：淺析汽車(chē)新能源技術(shù)發(fā)展?fàn)顩r論文怎樣寫(xiě)？

【專(zhuān)家解說(shuō)】：　　立幟汽車(chē)制造網(wǎng) 隨著世界能源危機(jī)和環(huán)保問(wèn)題日益突出，汽車(chē)工業(yè)面臨著嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。一方面，石油資源短缺，汽車(chē)是油耗大戶(hù)，且目前內(nèi)燃機(jī)的熱效率較低，燃料燃燒產(chǎn)生的熱能大約只有35%—40%用于實(shí)際汽車(chē)行駛，節(jié)節(jié)攀升的汽車(chē)保有量加劇了這一矛盾；另一方面，汽車(chē)的大量使用加劇了環(huán)境污染，城市大氣中CO的82%、NOx的48%、HC的58%和微粒的8%來(lái)自汽車(chē)尾氣，此外，汽車(chē)排放的大量CO2加劇了溫室效應(yīng)，汽車(chē)噪聲是環(huán)境噪聲污染的主要內(nèi)容之一。我國(guó)作為石油進(jìn)口國(guó)和第二大石油消費(fèi)大國(guó)，污染嚴(yán)重，世行認(rèn)定的20個(gè)污染最嚴(yán)重的城市有16個(gè)在中國(guó)。國(guó)內(nèi)汽車(chē)產(chǎn)品水平與國(guó)外差距很大，平均油耗高出10%—30%，排放約為15—20倍，汽車(chē)工業(yè)面臨的壓力更大。 　　上個(gè)世紀(jì)末以來(lái)世界各國(guó)和各大汽車(chē)公司以及國(guó)內(nèi)各大科研機(jī)構(gòu)和高等院校紛紛致力于開(kāi)發(fā)清潔節(jié)能汽車(chē)，新能源汽車(chē)獲得了長(zhǎng)足發(fā)展。汽油和柴油是傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)汽車(chē)的能源，利用除此以外的能源提供汽動(dòng)力的汽車(chē)均可稱(chēng)為新能源汽車(chē)。目前正在開(kāi)發(fā)的新能源包括天然氣、液化石油氣、醇類(lèi)、二甲醚、氫、合成燃料、生物氣、空氣以及電荷燃料電池等。 　　本文介紹新能源汽車(chē)技術(shù)的發(fā)展概況，并對(duì)其發(fā)展前景提出看法。 　　1 新能源汽車(chē)的種類(lèi)及其特點(diǎn) 　　1.1 天然氣汽車(chē)和液化石油氣汽車(chē) 　　天然氣汽車(chē)又被稱(chēng)為“藍(lán)色動(dòng)力”汽車(chē)，主要以壓縮天然氣(CNG)、液化天然氣(LNG)、吸附天然氣(ANG)為燃料，常見(jiàn)的是壓縮天然氣汽車(chē)(CNGV)。液化石油氣汽車(chē)(LPGV)是以液化石油氣(LPG)為燃料。CNG和LPG是理想的點(diǎn)燃式發(fā)動(dòng)機(jī)燃料，燃?xì)獬煞謫我?、純度高，與空氣混合均勻，燃燒完全，CO和微粒的排放量較低，燃燒溫度低因而NOx排放較少，稀燃特性?xún)?yōu)越，低溫起動(dòng)及低溫運(yùn)轉(zhuǎn)性能好。其缺點(diǎn)是儲(chǔ)運(yùn)性能比液體燃料差、發(fā)動(dòng)機(jī)的容積效率較低、著火延遲期較長(zhǎng)。這兩類(lèi)汽車(chē)多采用雙燃料系統(tǒng)，即一個(gè)汽油或柴油燃料系統(tǒng)和一個(gè)壓縮天然氣或液化石油氣系統(tǒng)，汽車(chē)可由其中任意一個(gè)系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)，并能容易地由一個(gè)系統(tǒng)過(guò)渡到另一個(gè)系統(tǒng)。康明斯與美國(guó)能源部正合作開(kāi)發(fā)名為“先進(jìn)往復(fù)式發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)(ARES)”的新一代天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)，根據(jù)開(kāi)發(fā)目標(biāo)，該發(fā)動(dòng)機(jī)熱效率達(dá)50%(熱電聯(lián)產(chǎn)時(shí)達(dá)到80%以上)，NOx排放量低于0.1g／km，制造成本為400450美元／kW，維護(hù)費(fèi)用低于0.01美元／kwh，在滿(mǎn)足這些目標(biāo)的同時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)具有較高的可靠性。 　　1.2 醇類(lèi)汽車(chē) 　　醇類(lèi)汽車(chē)就是以甲醇、乙醇等醇類(lèi)物質(zhì)為燃料的汽車(chē)，使用比較廣泛的是乙醇，乙醇來(lái)源廣泛，制取技術(shù)成熟，最新的一種利用纖維素原料生產(chǎn)乙醇的技術(shù)其可利用的原料幾乎包括了所有的農(nóng)林廢棄物、城市生活有機(jī)垃圾和工業(yè)有機(jī)廢棄物。目前醇類(lèi)汽車(chē)多使用乙醇與汽油或柴油以任意比例摻和的靈活燃料驅(qū)動(dòng)，既不需要改造發(fā)動(dòng)機(jī)，又起到良好的節(jié)能、降污效果，但這種摻和燃料要獲得與汽油或柴油相當(dāng)?shù)墓β?，必須加大燃油噴射量，?dāng)摻醇率大于15%—20%時(shí)，應(yīng)改變發(fā)動(dòng)機(jī)的壓縮比和點(diǎn)火提前角。乙醇燃料理論空燃比低，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣系統(tǒng)要求不高，自燃性能差，辛烷值高，有較高的抗爆性，揮發(fā)性好，混合氣分布均勻，熱效率較高，汽車(chē)尾氣污染可減少30%以上。這種汽車(chē)最早由福特公司在20世紀(jì)80年代中期開(kāi)發(fā)，到2003年底，美國(guó)有230多萬(wàn)輛乙醇汽車(chē)，其中多數(shù)是道奇和克萊斯勒廂式車(chē)——2003年已賣(mài)出233466輛。 　　1.3 氫燃料汽車(chē) 　　氫是清潔燃料，采用氫氣作燃料，只需略加改動(dòng)常規(guī)火花塞點(diǎn)火式發(fā)動(dòng)機(jī)，其燃燒效率比汽油高，混合氣可以較大程度地變稀，所需點(diǎn)火能量小，有利于節(jié)約燃料。氫氣也可以加入其它燃料(如CNG)中，用于提高效率和減少N02排放。氫的質(zhì)量能量密度是各種燃料中最高的一種，但體積能量密度最低，其最大的使用障礙是儲(chǔ)存和安全問(wèn)題。寶馬公司一直致力于氫氣發(fā)動(dòng)機(jī)研制，開(kāi)發(fā)了多款氫發(fā)動(dòng)機(jī)汽車(chē)，其裝有V12氫發(fā)動(dòng)機(jī)的7系列轎車(chē)是世界上首批量產(chǎn)的氫發(fā)動(dòng)機(jī)，該發(fā)動(dòng)機(jī)可使用氫氣和汽油兩種燃料。 　　1.4 二甲醚汽車(chē) 　　二甲醚(DME)是一種無(wú)色無(wú)味的氣體，具有優(yōu)良的燃燒性能，清潔、十六烷值高、動(dòng)力性能好、污染少，稍加壓即為液體，非常適合作為壓燃式發(fā)動(dòng)機(jī)的代用能源，使用該燃料的車(chē)輛可達(dá)到美國(guó)加州的超低排放標(biāo)準(zhǔn)。日本NKK公司成功地開(kāi)發(fā)出用劣質(zhì)煤生產(chǎn)二甲醚的設(shè)備，并且和住友金屬工業(yè)公司于1998年完成了用二甲醚作為汽車(chē)燃料的試驗(yàn)，二甲醚汽車(chē)(DMEV)不會(huì)排放黑色氣體污染環(huán)境，產(chǎn)生的NOX比柴油少20%。 　　1.5 氣動(dòng)汽車(chē) 　　以壓縮空氣、液態(tài)空氣、液氮等為介質(zhì)，通過(guò)吸熱膨脹做功供給驅(qū)動(dòng)能量的汽車(chē)稱(chēng)為氣動(dòng)汽車(chē)，氣動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)不發(fā)生燃燒或其他化學(xué)反應(yīng)，排放的是無(wú)污染物輻射的空氣或氮?dú)?，真正?shí)現(xiàn)了零污染。目前開(kāi)發(fā)比較成功的是壓縮空氣動(dòng)力汽車(chē)(APV)，工作原理類(lèi)似于傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)汽車(chē)，只不過(guò)驅(qū)動(dòng)活塞連桿機(jī)構(gòu)的能量來(lái)源于高壓空氣。APV介質(zhì)來(lái)源方便、清潔，社會(huì)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)費(fèi)用不高，較容易建造。無(wú)燃料燃燒過(guò)程，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)材料要求低，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可借鑒現(xiàn)有內(nèi)燃機(jī)技術(shù)因而研發(fā)周期短，設(shè)計(jì)和制造容易。但目前APV能量密度和能量轉(zhuǎn)換率還不夠高，續(xù)駛里程短。1991年法國(guó)工程師Guy Negre獲得了壓縮空氣動(dòng)力發(fā)動(dòng)機(jī)的專(zhuān)利，并加盟MDI公司，2000年MDI公司推出的名為“進(jìn)化”(evolution)的APV，質(zhì)量?jī)H700kg，其發(fā)動(dòng)機(jī)質(zhì)量?jī)H為35kg，速度可達(dá)120km／h，一次充滿(mǎn)壓縮空氣可行駛200km，充氣費(fèi)用僅為0.3美元，在城市中約可行駛10h，在壓縮空氣站充氣2min就可完成，用氣泵充氣3h可完成。 　　1.6 電動(dòng)汽車(chē) 　　世界上第一輛電動(dòng)車(chē)(EV)由美國(guó)人在19世紀(jì)90年代制造。EV大致分為蓄電池電動(dòng)汽車(chē)(BEV)、燃料電池電動(dòng)汽車(chē)(FCEV)和混合動(dòng)力電動(dòng)汽車(chē)(HEV)。電動(dòng)汽車(chē)的一個(gè)共同特點(diǎn)是汽車(chē)完全或部分由電力通過(guò)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，能夠?qū)崿F(xiàn)低排放和零排放。 　　蓄電池電動(dòng)汽車(chē)是最早出現(xiàn)的電動(dòng)汽車(chē)。使用鉛酸電池的汽車(chē)整車(chē)動(dòng)力性、續(xù)駛里程與傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)汽車(chē)有較大的差距，而使用高性能鎳氫電池或者鋰電池又會(huì)使成本大大增加。而JtBEV都需有一定充電時(shí)間及相應(yīng)的充電設(shè)備，使用場(chǎng)合受到了限制。燃料電池具有近65%的能量利用率，能夠?qū)崿F(xiàn)零排放、低噪聲，國(guó)外最新開(kāi)發(fā)的高性能燃料電池已經(jīng)能夠?qū)崿F(xiàn)幾乎與傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)汽車(chē)相當(dāng)?shù)膭?dòng)力性能，發(fā)展前景很好，但成本卻是制約其產(chǎn)業(yè)化的瓶頸。在加拿大進(jìn)行的示范試驗(yàn)表明，使用燃料電他的公共汽車(chē)制造成本為120萬(wàn)加元，而使用柴油機(jī)的公共汽車(chē)僅為27.5萬(wàn)加元。 　　混合動(dòng)力汽車(chē)融合了傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)汽車(chē)和電動(dòng)汽車(chē)的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)克服了兩者的缺點(diǎn)，近年來(lái)獲得了飛速發(fā)展，并已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)化和商業(yè)化，PRIUS和INSIGHT兩款混合動(dòng)力汽車(chē)的成功向人們展現(xiàn)了混合動(dòng)力技術(shù)的魅力和巨大的市場(chǎng)潛力。 　　1.7 以植物油為燃料的汽車(chē) 　　為了尋找可代替石油的新能源，科學(xué)家也將目光投向了植物油，正在研制以植物油如大豆油、玉米油及向日葵油為原料的內(nèi)燃機(jī)油?？茖W(xué)家們還在研究生物柴油，這是一種以植物油為原料的燃料，將來(lái)可作為柴油的替代品大量用于卡車(chē)和輪船。生物柴油中不含硫，因此不會(huì)對(duì)環(huán)境造成酸雨威脅。為生產(chǎn)生物柴油，化學(xué)家們正在對(duì)植物油進(jìn)行酯化加工，使之變成甲基酯化合物，燃燒起來(lái)更干凈，發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)殘留物也較少。 　　2 我國(guó)新能源汽車(chē)的發(fā)展概況 　　我國(guó)天然氣資源豐富，分布廣泛，海南、北京、上海、重慶等省市被列為國(guó)家燃?xì)馄?chē)重點(diǎn)示范城市，各地均在燃油汽車(chē)基礎(chǔ)上研制開(kāi)發(fā)改裝了壓縮天然氣汽車(chē)和液化石油氣汽車(chē)，主要用于出租車(chē)、公交客車(chē)、大型車(chē)輛和工程設(shè)施等。一汽—大眾公司開(kāi)發(fā)了捷達(dá)LPG，上海交大研制成LPG轎車(chē)并和申沃客車(chē)聯(lián)合開(kāi)發(fā)成功改裝型LPG城市bus，北京開(kāi)發(fā)了CNG城市bus。 　　山西是產(chǎn)煤大省，甲醇汽車(chē)項(xiàng)目已進(jìn)行多年，目前已達(dá)到商業(yè)運(yùn)行階段，所用甲醇汽車(chē)采用靈活燃料系統(tǒng)，既可用甲醇，也可用汽油，將乙醇當(dāng)作有氧燃料使用，現(xiàn)在在河北和黑龍江等地推廣。同時(shí)國(guó)家制定了乙醇汽油燃料相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。我國(guó)云崗汽車(chē)公司大同汽車(chē)制造廠(chǎng)開(kāi)發(fā)了甲醇中巴車(chē)。 　　我國(guó)煤炭資源豐富，政府支持以煤炭為原料制造車(chē)用燃料項(xiàng)目。煤直接液化和間接液化制取車(chē)用燃料的項(xiàng)目正在積極進(jìn)行?！笆濉逼陂g在云南和陜西建立了煤直接液化示范廠(chǎng)，以煤為原料合成石油或二甲醚等車(chē)用燃料。西安交通大學(xué)與中國(guó)科學(xué)院煤化工研究所經(jīng)過(guò)5年協(xié)同攻關(guān)，于2000年研制出了“超低排放二甲醚汽車(chē)”，通過(guò)在TYll00單缸柴油機(jī)及裝備有大連柴油機(jī)廠(chǎng)生產(chǎn)的CA498柴油機(jī)的面包車(chē)上燃用二甲醚的試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)的功率可提高10%-15%，熱效率提高2—3個(gè)百分點(diǎn)，噪聲降低10%-15%。 　　我國(guó)從事燃料電池研究的單位有20余家，質(zhì)子交換膜(PEM)燃料電池技術(shù)已取得較大進(jìn)展，但與國(guó)外還有不小差距，例如，國(guó)外將功率50—80kW的PEM燃料電池用于轎車(chē)，而我國(guó)最大的PEM燃料電池單堆功率為5kW，離轎車(chē)使用相距甚遠(yuǎn)。我國(guó)的金屬燃料電池技術(shù)已經(jīng)達(dá)到世界先進(jìn)水平。 　　我國(guó)的鎳氫電池和鋰電池技術(shù)水平也已經(jīng)達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平，比亞迪在2005年上海車(chē)展展出的E1電動(dòng)車(chē)已經(jīng)具備了很好的整車(chē)動(dòng)力性能。 　　目前國(guó)內(nèi)對(duì)壓縮空氣動(dòng)力汽車(chē)的研究報(bào)道最多的是浙江大學(xué)，他們已經(jīng)開(kāi)發(fā)出壓縮空氣動(dòng)力摩托車(chē)研究平臺(tái)，探索出不少有益的結(jié)論，正在進(jìn)一步深入研究，此外重慶大學(xué)和同濟(jì)大學(xué)也做過(guò)一些探索性研究。應(yīng)當(dāng)說(shuō)APV在國(guó)內(nèi)的發(fā)展才剛剛起步。 　　3 代用燃料汽車(chē)的發(fā)展前景 　　在各種汽車(chē)代用燃料中，LPG和CNG最方便投入使用，而且目前已經(jīng)具有好的配套基礎(chǔ)設(shè)施。在排放和經(jīng)濟(jì)性能要求較高而動(dòng)力性能要求一般的公共交通領(lǐng)域具有很好的應(yīng)用前景，美國(guó)近年來(lái)新型公交客車(chē)中天然氣汽車(chē)就占據(jù)了較大比例。在中國(guó)這樣的農(nóng)業(yè)大國(guó)特別是一些農(nóng)業(yè)大省，乙醇資源豐富，乙醇汽車(chē)有良好的應(yīng)用前景。二甲醚等合成燃料具有很好的排放特性，也將具有很好的應(yīng)用前景，特別是作為代用柴油應(yīng)用于混合動(dòng)力汽車(chē)。混合動(dòng)力汽車(chē)毫無(wú)疑問(wèn)是下一代汽車(chē)動(dòng)力系統(tǒng)的主要形式。 　　蓄電池電動(dòng)汽車(chē)的使用性能不如混合動(dòng)力汽車(chē)和燃料電池汽車(chē)，且成本高。氫燃料發(fā)動(dòng)機(jī)的能量利用率不如氫氧燃料電池。因而蓄電池電動(dòng)汽車(chē)和氫發(fā)動(dòng)機(jī)汽車(chē)的發(fā)展前景不是十分樂(lè)觀(guān)。當(dāng)然隨著太陽(yáng)能電池技術(shù)的發(fā)展和突破，也許純電動(dòng)汽車(chē)能迎來(lái)一個(gè)不錯(cuò)的發(fā)展局面。壓縮空氣動(dòng)力汽車(chē)雖然實(shí)現(xiàn)了零污染，但其整車(chē)性能與傳統(tǒng)汽車(chē)相差太遠(yuǎn)，只能在較小的范圍內(nèi)應(yīng)用于特定場(chǎng)合。 　　燃料電池是目前技術(shù)條件下能量利用率最高的車(chē)用能源。燃料電池的比能量可達(dá)200—350Wh／kg，為鋰離子電池的2—3倍；能量轉(zhuǎn)換效率高達(dá)60%～80%，是汽油機(jī)或柴油機(jī)的1.5～2倍，能實(shí)現(xiàn)超低污染甚至零污染，而且燃料電池使用的氫能源是可再生的。目前以甲醇燃料電池技術(shù)最為成熟。國(guó)外各大石油公司和汽車(chē)均在致力于燃料電池汽車(chē)的研發(fā)以搶占在未來(lái)汽車(chē)發(fā)展中的灘頭。戴姆勒—奔馳汽車(chē)公司從1993年到2000年先后推出了NecarI—NecarⅣ和Nebas等系列FCEV，2001年5月Necar4在美國(guó)試車(chē)，功率55kW，最高車(chē)速145km／h，裝載行程450km，最新推出的Necar V-FCEV采用甲醇燃料電池。1997年Ballard動(dòng)力公司和福特汽車(chē)公司組建了Xcellsis公司開(kāi)發(fā)燃料電池轎車(chē)，美國(guó)AR—CO、殼牌、德士古等石油公司和加州CARB先后加盟，組成世界上最強(qiáng)大的燃料電池車(chē)開(kāi)發(fā)聯(lián)盟。日本電力中央研究所正在開(kāi)發(fā)一種全面使用耐熱陶瓷的燃料電池，電池在發(fā)電效率非常高的1000℃的高溫下工作，電解質(zhì)的輸出功率達(dá)到1W／cm2，相當(dāng)于傳統(tǒng)燃料電池的5倍。EvomR公司致力于開(kāi)發(fā)鋁和鋅燃料電池，已具有相當(dāng)水平。 　　總之對(duì)代用燃料的綜合評(píng)價(jià)應(yīng)考慮以下因素：燃料成本；車(chē)輛成本；對(duì)進(jìn)口石油的依賴(lài)程度；有效能源利用率；溫室效應(yīng)；排放污染；生產(chǎn)、儲(chǔ)運(yùn)、分銷(xiāo)、加注設(shè)施；裝載行駛里程和加注時(shí)間；安全性?；谶@些因素，目前最容易投入使用的代用燃料是CNG和LPG。電、甲醇和乙醇的綜合評(píng)價(jià)指數(shù)都低于汽油。可以預(yù)計(jì)LPG和CNG以及乙醇的市場(chǎng)份額將會(huì)不斷增加。二甲醚和合成柴油在十年后其市場(chǎng)份額會(huì)快速穩(wěn)定增長(zhǎng)?；旌蟿?dòng)力汽車(chē)會(huì)進(jìn)一步發(fā)展，迅速增加市場(chǎng)份額。而燃料電池汽車(chē)會(huì)在20年之后開(kāi)始實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化逐漸增加市場(chǎng)份額。傳統(tǒng)汽油機(jī)汽車(chē)的市場(chǎng)份額會(huì)在20年之后開(kāi)始出現(xiàn)明顯的下降，但柴油車(chē)會(huì)在重型車(chē)輛領(lǐng)域繼續(xù)保持很高的市場(chǎng)份額。 　　4 結(jié)束語(yǔ) 　　在未來(lái)的20年內(nèi)，汽油和柴油仍是汽車(chē)主要的能量來(lái)源，但汽油和柴油的質(zhì)量要求越來(lái)越高，發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)將快速發(fā)展以提高能量利用率。代用燃料會(huì)得到迅速運(yùn)用，天然氣汽車(chē)和乙醇汽車(chē)會(huì)率先大規(guī)模投入使用，二甲醚和合成燃料會(huì)逐步擴(kuò)大應(yīng)用。 　　混合動(dòng)力系統(tǒng)會(huì)得到快速發(fā)展和應(yīng)用，混合動(dòng)力汽車(chē)將至少在30年內(nèi)都是汽車(chē)工業(yè)最切實(shí)可行的解決能源問(wèn)題和污染問(wèn)題的途徑。因此應(yīng)當(dāng)整合資源加速混合動(dòng)力汽車(chē)的開(kāi)發(fā)，搶占汽車(chē)技術(shù)發(fā)展的新高地。 　　燃料電池是最有前途的車(chē)用能量，也是未來(lái)汽車(chē)的主要能量源，國(guó)內(nèi)石油工業(yè)應(yīng)該與汽車(chē)工業(yè)聯(lián)手開(kāi)發(fā)先進(jìn)的燃料電池技術(shù)，搶占未來(lái)先進(jìn)汽車(chē)技術(shù)的前沿陣地!