請教高手:淺析汽車新能源技術發(fā)展狀況論文怎樣寫?

【專家解說】：立幟汽車制造網 隨著世界能源危機和環(huán)保問題日益突出，汽車工業(yè)面臨著嚴峻的挑戰(zhàn)。一方面，石油資源短缺，汽車是油耗大戶，且目前內燃機的熱效率較低，燃料燃燒產生的熱能大約只有35%-40%用于實際汽車行駛，節(jié)節(jié)攀升的汽車保有量加劇了這一矛盾;另一方面，汽車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%來自汽車尾氣，此外，汽車排放的大量CO2加劇了溫室效應，汽車噪聲是環(huán)境噪聲污染的主要內容之一。我國作為石油進口國和第二大石油消費大國，污染嚴重，世行認定的20個污染最嚴重的城市有16個在中國。國內汽車產品水平與國外差距很大，平均油耗高出10%-30%，排放約為15-20倍，汽車工業(yè)面臨的壓力更大。 上個世紀末以來世界各國和各大汽車公司以及國內各大科研機構和高等院校紛紛致力于開發(fā)清潔節(jié)能汽車，新能源汽車獲得了長足發(fā)展。汽油和柴油是傳統(tǒng)內燃機汽車的能源，利用除此以外的能源提供汽動力的汽車均可稱為新能源汽車。目前正在開發(fā)的新能源包括天然氣、液化石油氣、醇類、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技術的發(fā)展概況，并對其發(fā)展前景提出看法。 1 新能源汽車的種類及其特點 1.1 天然氣汽車和液化石油氣汽車 天然氣汽車又被稱為“藍色動力”汽車，主要以壓縮天然氣(CNG)、液化天然氣(LNG)、吸附天然氣(ANG)為燃料，常見的是壓縮天然氣汽車(CNGV)。液化石油氣汽車(LPGV)是以液化石油氣(LPG)為燃料。CNG和LPG是理想的點燃式發(fā)動機燃料，燃氣成分單一、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，稀燃特性優(yōu)越，低溫起動及低溫運轉性能好。其缺點是儲運性能比液體燃料差、發(fā)動機的容積效率較低、著火延遲期較長。這兩類汽車多采用雙燃料系統(tǒng)，即一個汽油或柴油燃料系統(tǒng)和一個壓縮天然氣或液化石油氣系統(tǒng)，汽車可由其中任意一個系統(tǒng)驅動，并能容易地由一個系統(tǒng)過渡到另一個系統(tǒng)?？得魉古c美國能源部正合作開發(fā)名為“先進往復式發(fā)動機系統(tǒng)(ARES)”的新一代天然氣發(fā)動機，根據開發(fā)目標，該發(fā)動機熱效率達50%(熱電聯(lián)產時達到80%以上)，NOx排放量低于0.1g/km，制造成本為400450美元/kW，維護費用低于0.01美元/kwh，在滿足這些目標的同時，發(fā)動機具有較高的可靠性。 1.2 醇類汽車 醇類汽車就是以甲醇、乙醇等醇類物質為燃料的汽車，使用比較廣泛的是乙醇，乙醇來源廣泛，制取技術成熟，最新的一種利用纖維素原料生產乙醇的技術其可利用的原料幾乎包括了所有的農林廢棄物、城市生活有機垃圾和工業(yè)有機廢棄物。目前醇類汽車多使用乙醇與汽油或柴油以任意比例摻和的靈活燃料驅動，既不需要改造發(fā)動機，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的功率，必須加大燃油噴射量，當摻醇率大于15%-20%時，應改變發(fā)動機的壓縮比和點火提前角。乙醇燃料理論空燃比低，對發(fā)動機進氣系統(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，汽車尾氣污染可減少30%以上。這種汽車最早由福特公司在20世紀80年代中期開發(fā)，到2003年底，美國有230多萬輛乙醇汽車，其中多數是道奇和克萊斯勒廂式車--2003年已賣出233466輛。 1.3 氫燃料汽車 氫是清潔燃料，采用氫氣作燃料，只需略加改動常規(guī)火花塞點火式發(fā)動機，其燃燒效率比汽油高，混合氣可以較大程度地變稀，所需點火能量小，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存和安全問題。寶馬公司一直致力于氫氣發(fā)動機研制，開發(fā)了多款氫發(fā)動機汽車，其裝有V12氫發(fā)動機的7系列轎車是世界上首批量產的氫發(fā)動機，該發(fā)動機可使用氫氣和汽油兩種燃料。 1.4 二甲醚汽車 二甲醚(DME)是一種無色無味的氣體，具有優(yōu)良的燃燒性能，清潔、十六烷值高、動力性能好、污染少，稍加壓即為液體，非常適合作為壓燃式發(fā)動機的代用能源，使用該燃料的車輛可達到美國加州的超低排放標準。日本NKK公司成功地開發(fā)出用劣質煤生產二甲醚的設備，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燃料的試驗，二甲醚汽車(DMEV)不會排放黑色氣體污染環(huán)境，產生的NOX比柴油少20%。 1.5 氣動汽車 以壓縮空氣、液態(tài)空氣、液氮等為介質，通過吸熱膨脹做功供給驅動能量的汽車稱為氣動汽車，氣動發(fā)動機不發(fā)生燃燒或其他化學反應，排放的是無污染物輻射的空氣或氮氣，真正實現了零污染。目前開發(fā)比較成功的是壓縮空氣動力汽車(APV)，工作原理類似于傳統(tǒng)內燃機汽車，只不過驅動活塞連桿機構的能量來源于高壓空氣。APV介質來源方便、清潔，社會基礎設施建設費用不高，較容易建造。無燃料燃燒過程，對發(fā)動機材料要求低，結構簡單，可借鑒現有內燃機技術因而研發(fā)周期短，設計和制造容易。但目前APV能量密度和能量轉換率還不夠高，續(xù)駛里程短。1991年法國工程師Guy Negre獲得了壓縮空氣動力發(fā)動機的專利，并加盟MDI公司，2000年MDI公司推出的名為“進化”(evolution)的APV，質量僅700kg，其發(fā)動機質量僅為35kg，速度可達120km/h，一次充滿壓縮空氣可行駛200km，充氣費用僅為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 電動汽車 世界上第一輛電動車(EV)由美國人在19世紀90年代制造。EV大致分為蓄電池電動汽車(BEV)、燃料電池電動汽車(FCEV)和混合動力電動汽車(HEV)。電動汽車的一個共同特點是汽車完全或部分由電力通過電機驅動，能夠實現低排放和零排放。 蓄電池電動汽車是最早出現的電動汽車。使用鉛酸電池的汽車整車動力性、續(xù)駛里程與傳統(tǒng)內燃機汽車有較大的差距，而使用高性能鎳氫電池或者鋰電池又會使成本大大增加。而JtBEV都需有一定充電時間及相應的充電設備，使用場合受到了限制。燃料電池具有近65%的能量利用率，能夠實現零排放、低噪聲，國外最新開發(fā)的高性能燃料電池已經能夠實現幾乎與傳統(tǒng)內燃機汽車相當的動力性能，發(fā)展前景很好，但成本卻是制約其產業(yè)化的瓶頸。在加拿大進行的示范試驗表明，使用燃料電他的公共汽車制造成本為120萬加元，而使用柴油機的公共汽車僅為27.5萬加元。 混合動力汽車融合了傳統(tǒng)內燃機汽車和電動汽車的優(yōu)點，同時克服了兩者的缺點，近年來獲得了飛速發(fā)展，并已經實現了產業(yè)化和商業(yè)化，PRIUS和INSIGHT兩款混合動力汽車的成功向人們展現了混合動力技術的魅力和巨大的市場潛力。 1.7 以植物油為燃料的汽車 為了尋找可代替石油的新能源，科學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燃機油?？茖W家們還在研究生物柴油，這是一種以植物油為原料的燃料，將來可作為柴油的替代品大量用于卡車和輪船。生物柴油中不含硫，因此不會對環(huán)境造成酸雨威脅。為生產生物柴油，化學家們正在對植物油進行酯化加工，使之變成甲基酯化合物，燃燒起來更干凈，發(fā)動機內殘留物也較少。 2 我國新能源汽車的發(fā)展概況 我國天然氣資源豐富，分布廣泛，海南、北京、上海、重慶等省市被列為國家燃氣汽車重點示范城市，各地均在燃油汽車基礎上研制開發(fā)改裝了壓縮天然氣汽車和液化石油氣汽車，主要用于出租車、公交客車、大型車輛和工程設施等。一汽-大眾公司開發(fā)了捷達LPG，上海交大研制成LPG轎車并和申沃客車聯(lián)合開發(fā)成功改裝型LPG城市bus，北京開發(fā)了CNG城市bus。 山西是產煤大省，甲醇汽車項目已進行多年，目前已達到商業(yè)運行階段，所用甲醇汽車采用靈活燃料系統(tǒng)，既可用甲醇，也可用汽油，將乙醇當作有氧燃料使用，現在在河北和黑龍江等地推廣。同時國家制定了乙醇汽油燃料相關標準。我國云崗汽車公司大同汽車制造廠開發(fā)了甲醇中巴車。 我國煤炭資源豐富，政府支持以煤炭為原料制造車用燃料項目。煤直接液化和間接液化制取車用燃料的項目正在積極進行?！笆濉逼陂g在云南和陜西建立了煤直接液化示范廠，以煤為原料合成石油或二甲醚等車用燃料。西安交通大學與中國科學院煤化工研究所經過5年協(xié)同攻關，于2000年研制出了“超低排放二甲醚汽車”，通過在TYll00單缸柴油機及裝備有大連柴油機廠生產的CA498柴油機的面包車上燃用二甲醚的試驗，發(fā)現發(fā)動機的功率可提高10%-15%，熱效率提高2-3個百分點，噪聲降低10%-15%。 我國從事燃料電池研究的單位有20余家，質子交換膜(PEM)燃料電池技術已取得較大進展，但與國外還有不小差距，例如，國外將功率50-80kW的PEM燃料電池用于轎車，而我國最大的PEM燃料電池單堆功率為5kW，離轎車使用相距甚遠。我國的金屬燃料電池技術已經達到世界先進水平。 我國的鎳氫電池和鋰電池技術水平也已經達到國際先進水平，比亞迪在2005年上海車展展出的E1電動車已經具備了很好的整車動力性能。 目前國內對壓縮空氣動力汽車的研究報道最多的是浙江大學，他們已經開發(fā)出壓縮空氣動力摩托車研究平臺，探索出不少有益的結論，正在進一步深入研究，此外重慶大學和同濟大學也做過一些探索性研究。應當說APV在國內的發(fā)展才剛剛起步。 3 代用燃料汽車的發(fā)展前景 在各種汽車代用燃料中，LPG和CNG最方便投入使用，而且目前已經具有好的配套基礎設施。在排放和經濟性能要求較高而動力性能要求一般的公共交通領域具有很好的應用前景，美國近年來新型公交客車中天然氣汽車就占據了較大比例。在中國這樣的農業(yè)大國特別是一些農業(yè)大省，乙醇資源豐富，乙醇汽車有良好的應用前景。二甲醚等合成燃料具有很好的排放特性，也將具有很好的應用前景，特別是作為代用柴油應用于混合動力汽車?；旌蟿恿ζ嚭翢o疑問是下一代汽車動力系統(tǒng)的主要形式。 蓄電池電動汽車的使用性能不如混合動力汽車和燃料電池汽車，且成本高。氫燃料發(fā)動機的能量利用率不如氫氧燃料電池。因而蓄電池電動汽車和氫發(fā)動機汽車的發(fā)展前景不是十分樂觀。當然隨著太陽能電池技術的發(fā)展和突破，也許純電動汽車能迎來一個不錯的發(fā)展局面。壓縮空氣動力汽車雖然實現了零污染，但其整車性能與傳統(tǒng)汽車相差太遠，只能在較小的范圍內應用于特定場合。 燃料電池是目前技術條件下能量利用率最高的車用能源。燃料電池的比能量可達200-350Wh/kg，為鋰離子電池的2-3倍;能量轉換效率高達60%~80%，是汽油機或柴油機的1.5~2倍，能實現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最為成熟。國外各大石油公司和汽車均在致力于燃料電池汽車的研發(fā)以搶占在未來汽車發(fā)展中的灘頭。戴姆勒-奔馳汽車公司從1993年到2000年先后推出了NecarI-NecarⅣ和Nebas等系列FCEV，2001年5月Necar4在美國試車，功率55kW，最高車速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動力公司和福特汽車公司組建了Xcellsis公司開發(fā)燃料電池轎車，美國AR-CO、殼牌、德士古等石油公司和加州CARB先后加盟，組成世界上最強大的燃料電池車開發(fā)聯(lián)盟。日本電力中央研究所正在開發(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，電解質的輸出功率達到1W/cm2，相當于傳統(tǒng)燃料電池的5倍。EvomR公司致力于開發(fā)鋁和鋅燃料電池，已具有相當水平。 總之對代用燃料的綜合評價應考慮以下因素:燃料成本;車輛成本;對進口石油的依賴程度;有效能源利用率;溫室效應;排放污染;生產、儲運、分銷、加注設施;裝載行駛里程和加注時間;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價指數都低于汽油。可以預計LPG和CNG以及乙醇的市場份額將會不斷增加。二甲醚和合成柴油在十年后其市場份額會快速穩(wěn)定增長?；旌蟿恿ζ嚂M一步發(fā)展，迅速增加市場份額。而燃料電池汽車會在20年之后開始實現產業(yè)化逐漸增加市場份額。傳統(tǒng)汽油機汽車的市場份額會在20年之后開始出現明顯的下降，但柴油車會在重型車輛領域繼續(xù)保持很高的市場份額。 4 結束語 在未來的20年內，汽油和柴油仍是汽車主要的能量來源，但汽油和柴油的質量要求越來越高，發(fā)動機技術將快速發(fā)展以提高能量利用率。代用燃料會得到迅速運用，天然氣汽車和乙醇汽車會率先大規(guī)模投入使用，二甲醚和合成燃料會逐步擴大應用。 混合動力系統(tǒng)會得到快速發(fā)展和應用，混合動力汽車將至少在30年內都是汽車工業(yè)最切實可行的解決能源問題和污染問題的途徑。因此應當整合資源加速混合動力汽車的開發(fā)，搶占汽車技術發(fā)展的新高地。 燃料電池是最有前途的車用能量，也是未來汽車的主要能量源，國內石油工業(yè)應該與汽車工業(yè)聯(lián)手開發(fā)先進的燃料電池技術，搶占未來先進汽車技術的前沿陣地!