新能源汽車現(xiàn)狀及發(fā)展前景

新能源汽車現(xiàn)狀及發(fā)展前景緒論目前汽車業(yè)是我國經濟發(fā)展的重要支柱，交通運輸業(yè)的影響力系數(shù)排位第三。但是我國的石油資源僅占世界石油資源的2%，人口數(shù)量卻占世界總量的22%。據交通部統(tǒng)計到2009年底我國機動車保有量為1.86億，其中汽車保有量為7619萬輛，而且還在不斷增加。汽車業(yè)發(fā)展給我國環(huán)境保護帶來了很大的壓力，廢氣、噪音時刻影響著城市的環(huán)境。所以我國的汽車排放法規(guī)也日趨嚴格。而近十幾年來，全球石油資源卻日趨緊張、價格屢創(chuàng)新高，更糟糕的是嚴重的大氣污染和地球溫室效應的加劇，已經對我們的生活及其環(huán)境造成了嚴重的危害，這促使人類不斷探索新的技術，新的能源來替代或者減緩對傳統(tǒng)石油資源的依賴，特別日新月異的科技，以及電力驅動技術得到不斷發(fā)展完善，新能源汽車將作為未來汽車的主要發(fā)展方向。新能源汽車分類及其特點所謂新能源汽車，即使用新型清潔型能源作為動力，來代替通常使用的高污染類可燃油質，以汽油和柴油為主。清潔替代燃料汽車清潔替代燃料汽車指使用非石油提煉的液化天然氣、壓縮天然氣、醇類燃料（甲醇及乙醇）、醚類燃料（二甲醚）、生物柴油、煤制油及氫氣等作為直接燃料的汽車。清潔替代燃料汽車的特點是依然使用內燃機作為驅動裝置，汽車在進行技術和結構改裝后，使用性能與普通汽、柴油車相當。使用清潔替代燃料可以減少對石油的消耗，同時，降低空氣污染，減少一氧化碳、氮氧化物和有害顆粒物的排放，達到歐Ⅲ或歐Ⅳ排放標準?；旌蟿恿ζ嚮旌蟿恿ζ囍秆b有2種動力源，采用復合方式驅動的汽車。車載動力源有多種:內燃機機組、蓄電池、燃料電池、太陽能電池等。當前的混合動力汽車一般由內燃機和蓄電池共同驅動?；旌蟿恿ζ嚨奶攸c是實現(xiàn)了內燃機與車載動力電源的有效互補。由于有發(fā)動機的輔助作用，現(xiàn)階段蓄電池的性能水平已經可以滿足使用要求。由于將剎車、減速時的能量損耗轉化為電能，混合動力汽車能量利用率由傳統(tǒng)汽車的50%～60%提高到90%左右，節(jié)油率可達20%～40%，尾氣污染也減少近一半。電動汽車純電動汽車純電動汽車是指以車載電源（高性能蓄電池）為動力，用電機驅動行駛的車輛。目前，車用蓄電池主要有鉛酸電池、鎳氫電池、鋰離子電池等，鋰離子電池因能量密度大、自放電小、無記憶效應等優(yōu)點，是現(xiàn)階段開發(fā)的重點。純電動汽車的特點是動能來源廣泛，可利用現(xiàn)行常規(guī)電源為蓄電池充電，可以實現(xiàn)使用時真正的零排放和低噪音，即使按所耗電量換算為發(fā)電廠的排放，除硫和微粒外，其他污染物排放量顯著減少，且有利于污染物的集中處理。燃料電池汽車燃料電池汽車是指以氫氣、甲醇等為燃料，通過化學反應產生電流，依靠電機驅動的汽車。燃料電池的種類有堿性燃料電池、質子交換膜燃料電池、磷酸型燃料電池、熔融碳酸鹽燃料電池和固體氧化物燃料電池等。質子交換膜燃料電池具有小型、輕量化的特點,最適合在汽車上應用。燃料電池汽車不存在續(xù)駛里程短的問題，但需要用少量電池或超級電容器來提高加速性能。直接以氫氣為燃料，燃料電池汽車的排放物是水;以甲醇為燃料，排放物中有少量的二氧化碳。燃料電池汽車具有高效、無污染或低污染等特點，應用范圍較為廣泛。新能源汽車技術與應用現(xiàn)狀清潔替代燃料汽車目前，采用壓縮天然氣（CNG）和液化石油氣（LPG）的替代燃料汽車從技術角度已經完全滿足使用要求，在世界各國得到了廣泛應用。我國上海80％的出租車使用LPG燃料，北京建成世界上數(shù)量最多的CNG公交車隊，在運行的CNG公交車約有4200輛。我國煤基甲醇汽車已進入產業(yè)化示范和推廣階段。低比例甲醇摻燒技術（M15:在汽油中摻15%的甲醇）已經成熟，在動力性、冷啟動、腐蝕性、溶脹性、經濟性、尾氣排放、安全、油箱清洗、抗相分離等9個方面與E10（在汽油中摻10%乙醇）和天然氣燃料車輛相比穩(wěn)定可靠、運行良好?，F(xiàn)有車輛只更換部分零部件就可以使用M15。高比例甲醇（M85-M100）在毒性、腐蝕性、耐久性方面的問題已經解決，低溫啟動、冷機排放方面還需進一步改善，需對汽車進行一定的結構改裝。甲醇汽車是我國新能源汽車戰(zhàn)略的重要組成部分，山西、陜西、河南等18個省、市、地區(qū)開展了燃料甲醇與甲醇汽車的研發(fā)推廣工作。國內奇瑞、華普汽車、重慶長安、東風雪鐵龍已經研制出甲醇汽車;上汽榮威750明確標明:該款汽車適應M15甲醇汽油;大眾公司的燃油系統(tǒng)部件上也標明適應M15甲醇汽油。醚類燃料正處于產業(yè)化前期階段。二甲醚汽車發(fā)動機效率和熱效率較高，噪聲明顯低于柴油機，可實現(xiàn)超低氮氧化物排放、無煙、無硫燃燒和無可見微粒排放。二甲醚作為車用燃料替代柴油，還需加強可靠性、耐久性和經濟性研究。在歐洲，VOLVO等汽車公司已進行二甲醚客車試車與示范應用;二甲醚城市客車在我國上海、山東等省市也有小規(guī)模應用。以液化天然氣為例，簡介其發(fā)展狀況。天然氣汽車的基本原理與汽油動力汽車的原理一樣。也就是說，天然氣在四沖程發(fā)動機的氣缸中與空氣混合，通過火花塞點火，推動活塞上下移動。盡管天然氣與汽油相比，可燃性和點火溫度存在一些差別。但采用的是與汽油動力汽車基本理念一致的運行方式。使用天然氣的最大優(yōu)勢就是它們可以減少對環(huán)境有害氣體的排放。與汽油動力汽車相比，天然氣汽車可以減少多達93%的一氧化碳排放量、減少33%的氮氧化物和50%活性烴氣的排放量。在顆粒物排放的評測中，天然氣汽車的效果更為明顯。內燃機排放微粒可通過空氣傳播并可蓄積有毒物質。采用柴油引燃的天然氣汽車可以將碳煙顆粒的排放量減少十倍，但改裝件的結構較為復雜。在中國大多數(shù)是將傳統(tǒng)的汽油動力汽車改裝成使用天然氣作為動力行駛。這種方式，技術要求不高，改裝費用也不算很高，但車輛性能會下降很多，汽油汽車在改用天然氣后功率往往會下降10%～20%左右，這就是司機所說的爬坡沒勁、加速響應慢等現(xiàn)象。要想使天然氣汽車達到較好的性能，并不僅僅是將現(xiàn)有的汽油動力汽車改裝一下，這需要完全重新設計制造。所以在國外一輛全新的天然氣汽車售價比同等的汽油動力汽車高很多。優(yōu)點如下所示：①天然氣的費用比汽油低，有較高的經濟效益。在相同的當量熱值時，世界各國一般將1立方米天然氣的價格控制為1升汽油柴油的一半。天然氣儲量比石油豐富很多，與汽油價格相比，天然氣的價格非常穩(wěn)定。這使得正確進行長期成本規(guī)劃更為容易。如果各類發(fā)動機的熱效率比較近，則天然氣汽車的燃料費用大約是汽油車或柴油車的一半。這不僅彌補了由于汽車數(shù)量不斷增加而引起的液體燃料供應不足，而且使汽車的運行費用大幅度降低。②有較好的環(huán)保效益，這是它最大的優(yōu)勢。與石油燃料相比，氣體燃料在制備過程中能量損失較小，而且對大氣的有害排放污染物少。從燃料來源及使用考慮，對環(huán)境保護是更有利的。③就汽車發(fā)動機而言，天然氣容易擴散，在發(fā)動機中容易和空氣均勻混合，燃燒比較完全、干凈，不容易產生積碳，抗爆性能好，不會稀釋潤滑油，因而使發(fā)動機氣缸內的零件磨損大大減少，使發(fā)動機的壽命和潤滑油的使用期限大幅度增長。這些都會降低汽車的保養(yǎng)和運行費用，提高汽車使用的經濟性。缺點如下所示：①由于天然氣燃料的能量密度低，天然氣汽車攜帶的燃料量較少，一般行駛距離較汽油車短。由于氣體燃料在氣缸中的可燃混合氣里占有一定的容積(汽油機氣缸中流體燃料所占容積忽略不計)，在同樣的氣缸工作容積下，用天然氣作燃料時作的功少。②由于目前的天然氣汽車是在原來的汽油車或柴油車的基礎上改裝的，原來汽油機或柴油機的燃料系統(tǒng)大多保留。這樣，要在原汽車上增加天然氣燃料系統(tǒng)，特別是氣瓶使原來汽車的有效空間減少，本身的自重也增加了。③天然氣是氣態(tài)燃料，不容易儲存和攜帶。為此，需要加壓或液化以便裝瓶，還需要建造比汽油、柴油加油站投資都大的加氣站，并形成一定的網絡，投資較大。④對減少二氧化碳的排放沒有任何益處，仍然無法從根本上降低地球二氧化碳的排放。⑤應該注意的是，天然氣與汽油一樣，都是礦物燃料，不能將其視為可再生資源。盡管美國的天然氣儲量相當大，但它們也不是取之不盡的，如果大量使用，也許會走石油資源越來越昂貴的老路，這樣它目前的價格優(yōu)勢將不復存在。最后還有一點，在我國，政府似乎對大量使用這種帶有高壓易燃性氣體燃料儲存罐的車輛是否會危害社會公共安全心存疑慮，所以，目前基本上只在城市公交，部分出租車等易于管控行業(yè)使用。雖然有以上的不足之處，但從總的經濟和社會效益分析，用天然氣作為汽車燃料還是利大于弊。在當前汽車排放還無法進入零碳時代，如果在國家政策導向、能源開采、汽車制造商、管控等環(huán)節(jié)都具備條件的話，還是很有發(fā)展的?；旌蟿恿ζ囏S田Prius是混合動力汽車最早實現(xiàn)商業(yè)化的代表,1997年實現(xiàn)批量生產。2003年起使用第二代混合動力系統(tǒng)THSⅡ，排量為1496ml，采用最大功率53kW/4500r/min，以發(fā)動機供給動力為主，蓄電池為輔，采用鎳氫電池，串并聯(lián)控制方式，平均百公里油耗4L左右。截止2008年底，豐田混合動力汽車全球銷量累計已突破100萬，自2006年1月在中國上市，銷售約2500輛。2005年，我國長春一汽在自主品牌車輛上應用豐田混合動力系統(tǒng)技術，成為國內首家混合動力車生產廠商。同年，《國家混合動力汽車標準》正式實施。2008年，國家發(fā)展和改革委員會新車目錄上，有大批混合動力車型獲批，包括上海通用君越、一汽奔騰和長安杰勛，以及東風、北汽福田的混合動力客車等。2008年12月15日，我國比亞迪雙模電動汽車（電動模式+混合動力模式）投入市場，其技術水平已達到世界領先水平。該雙模電動汽車使用原料豐富、環(huán)保且安全性好的磷酸鐵鋰蓄電池為汽車提供動力，以蓄電池供給動力為主，電力不足時才利用發(fā)動機，更加節(jié)能環(huán)保，最大輸出功率達125kW，相當于3.0L發(fā)動機的動力性能。上汽榮威750混合動力轎車最高時速達205km/h，最大續(xù)駛里程達500km，可實現(xiàn)綜合節(jié)油率20％左右，預計2010年底上市。混合動力汽車在中國已經開始擺脫“概念”階段。電動汽車純電動汽車鉛酸電池發(fā)展成熟，性能較差。鉛酸蓄電池時應用歷史最長、技術最成熟、成本最低廉的蓄電池，已實現(xiàn)大規(guī)模商業(yè)化應用；但它比能量低，自放電率高（放電時電壓和性能下降），循環(huán)壽命低，鉛的重量大，而且鉛作為重金屬在生產和回收過程中可能產生環(huán)境污染。目前鉛酸電池主要用于汽車啟動時的點火裝置，以及電動自行車等小型設備的動力電池；用作汽車動力電池的可能性基本被排除。鎳氫電池是動力電池的主要類型，但其潛力有限。相對于之前的電池（鉛酸電池、鎘鎳電池等），鎳氫電池具有充電快速、使用壽命長、安全性好等優(yōu)點，所以被廣泛用于動力電池，如著名的豐田Pruis使用的就是鎳氫動力電池。但鎳氫電池的能量密度低、“記憶效應”等缺陷嚴重遏制了該技術路線在汽車領域的進一步發(fā)展，其前景十分有限。鋰離子電池應用前景好，將逐漸取代鉛酸電池和鎳氫電池。鋰電池具有體積小、能量密度和功率密度高、電壓高、環(huán)保性好和無污染性等優(yōu)點，鋰電池的能量密度是鎳氫電池的近2倍。在成本近年顯著降低后，鋰電池在動力電池領域獲得越來越多的應用。當然，鋰電池還存在過充放電保護和安全性等問題，但隨著電池管理系統(tǒng)技術的進步，已逐步得到解決。超級電容器能量密度過低，或可用作輔助電源。超級電容器是一種電容量可達數(shù)千法拉的電容器，與蓄電池相比有充放電壽命長、充電快速等優(yōu)勢。盡管超級電容器能量密度是蓄電池的5%或更少，但是這種能量的儲存方式可以應用在蓄電池不足之處與短時高峰值電流之中，作為輔助電源使用。車用電池的性能指標是影響純電動汽車發(fā)展的關鍵因素，早期開發(fā)使用的鉛酸、鎳氫蓄電池，能量密度較低，使得電動汽車在爬坡、加速和續(xù)駛里程方面難以滿足使用要求。近期以錳酸鋰、磷酸鐵鋰為正極材料的鋰離子電池車在提高性能方面取得了重大進展:車輛一次充電續(xù)駛里程最高達到300km以上（燃油汽車一次加油續(xù)駛里程為400～500km），最高時速達200km/h，快速充電需20min左右的時間。我國純電動汽車與世界先進水平相近，純電動客車最大時速可達80km/h，續(xù)駛里程達180km;比亞迪開發(fā)純電動轎車一次充電續(xù)駛里程已達到400km，最高時速160km/h，可充電2000次，蓄電池壽命預計為8～10年。截至2007年底，已建立北京、上海、武漢、天津等7個電動汽車商業(yè)化示范城市。北京研發(fā)生產的4種車型、近40輛電動公交客車和旅游客車于2005年6月投入示范區(qū)運營，至2008年底已累計可靠運行超過100萬km。北京奧運會期間，由50輛純電動客車組成的世界上規(guī)模最大的鋰離子無障礙電動客車車隊在奧運中心區(qū)順利運營，累計運行12萬km，載客14萬人。純電動汽車普及還需解決的問題主要有:（1）動力電池的性能，包括提高容量、充放電次數(shù)，縮短充電時間，以及提高各種環(huán)境下的適應性和安全性。（2）電池成本，開發(fā)出性能優(yōu)越又價格便宜的動力電池，降低整車價格。（3）配套充電基礎設施，建立比較方便快捷的充電網絡或電池租賃體系。燃料電池汽車通用和奔馳汽車公司的燃料電池汽車技術比較先進。奔馳氫燃料電池轎車已批量生產60輛，在歐洲、日本、新加坡和美國等地進行運行試驗，該車采用質子交換膜氫燃料電池，應用65kW異步電動機加以驅動，時速最高可至140km/h，行程達162km。在我國，由清華大學為主承擔的“燃料電池城市客車整車技術”等有關研究課題，已研制出12輛16座中巴燃料電池輕型客車樣車投入運行，該車額定功率18kW，驅動電機額定功率35kW，最高車速80km/h，最大爬坡度15%，0～40km/h的加速時間不大于15s，一次加氫續(xù)駛里程大于165km。2007年，我國第四代燃料電池轎車研制成功，該車最高時速達150km/h，最大續(xù)駛里程319km。奧運會期間，上海大眾制造的20輛帕薩特領馭氫燃料電池轎車，作為公務用車在奧運中心區(qū)投入示范運營，成功完成了運送任務。比較項目替代燃料車混合動力車純電動車燃料電池車所處階段商品化實用初級產業(yè)化示范應用研發(fā)試用尾氣排放低于傳統(tǒng)汽車傳統(tǒng)汽車的1/2左右使用時零排放零排放或超低排放動力來源較廣廣廣較窄能量轉換率略高于傳統(tǒng)汽車較高較高高成本略高于傳統(tǒng)汽車1.5-2倍2倍及以上10倍及以上燃料電池汽車要實現(xiàn)推廣應用，還需解決下列問題:（1）氫氣來源與安全儲運，成本適中、安全性好的制氫、儲氫技術還在研發(fā)中。（2）降低燃料電池成本，開發(fā)廉價的催化劑替代價格高漲的鉑催化劑。（3）加氫裝置及加氫站建設，開發(fā)高效、安全的加氫裝置，建立加氫站。（4）提高燃料電池使用壽命和可靠性。目前，燃料電池堆壽命約為2000h;北京市示范運行的燃料電池公共汽車平均完好率為92%，而柴油車達到99.16%。國內外發(fā)展狀況中國新能源汽車產業(yè)發(fā)展趨勢新能源汽車產后發(fā)展主要集中在純電動汽車和油/電混合動力汽車上。因這兩種汽車在節(jié)能與環(huán)保方面的較高可行性，有望成為下一階段新能源汽車的主流。屆時世界汽車將擺脫依靠石油能源的時代，進入單一的新能源汽車時代。1、我國新能源汽車產業(yè)剛剛起步，并沒有具備明顯優(yōu)勢的技術方向，所以國家有關部委在選擇具體的新能源汽車道路時采取了多管齊下的策略，對各種可行的技術都予以一定的支持。2、但這并不意味著國家在新能源汽車開發(fā)上沒有側重點。2008年11月上旬，科技部部長萬鋼、國家863節(jié)能與新能源汽車重大項目總體組組長歐陽明高、國家發(fā)改委產業(yè)協(xié)調司副司長陳建國先后對中國新能源汽車的發(fā)展發(fā)表看法，他們都表示混合動力是比較合適的過渡方案。我國新能源汽車戰(zhàn)略道路已逐漸走向清晰，而混合動力車將成為下一步開發(fā)重點。3、插電式混合動力車是混合動力向純電動的過渡技術，將成為混合動力汽車的重點。歐洲新能源汽車發(fā)展現(xiàn)狀重視生物燃料的開發(fā)應用歐洲歷來重視節(jié)能和減排。歐盟委員會于2007年公布了“新歐洲能源政策”。目標2020年將溫室效應氣體排放量降低20％將可再生能源的比例提高到20％；同時將今后7年歐盟能源領域的研究開發(fā)預算提高50％。清潔柴油車發(fā)展迅速憑借歐洲汽車廠商在柴油發(fā)動機上強大的技術優(yōu)勢，歐洲在清潔柴油乘用車方面發(fā)展最為迅速。目前，柴油車在乘用車總銷量中的比重已超過50%。歐洲各國政府大力支持除歐盟委員會外，歐洲各國政府也根據本國情況制定了大量的政策和措施，旨在推動新能源汽車的開發(fā)和消費。美國新能源汽車發(fā)展現(xiàn)狀以生物乙醇汽車為核心2007公布的可再生燃料標準要求美國汽車能耗的4%必須是可再生燃料，總量大約為47億加侖。這一標準值至2012年將達到75億加侖。鼓勵混合動力汽車的使用2007美國規(guī)定消費者購買符合條件的混合動力車，可以享受到250美元至2600美元不等的稅款抵免優(yōu)惠。政府制定優(yōu)惠政策近年來美國燃料乙醇生產和消費量都處于快速上升中，其主要需求就來自于替代汽車燃料。日本新能源汽車發(fā)展現(xiàn)狀日本新能源汽車發(fā)展迅速日本地域狹小，資源貧乏，因此異常重視新能源汽車的開發(fā)。2006年5月日本政府制定了“新國家能源戰(zhàn)略”，戰(zhàn)略提出到2030年將目前近50％的石油依賴度進一步降低到40％。混合動力汽車領域獨樹一幟日本混合動力車已形成產業(yè)化，鼓勵燃料電池和生物燃料的發(fā)展。目前，豐田、本田、日產等日本廠商的混合動力汽車不僅在國內熱銷，在國際市場上也令其他國家廠商望其項背。重視燃料電池和生物燃料等技