新型能源車的發(fā)展研究

蔡 穎 張 淼 魏嘉麒

(江西工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院,江西 南昌330039)

隨著工業(yè)的發(fā)展,汽車作為人們出行的重要代步工具,其擁有量正在逐漸攀升。汽車運(yùn)行所消耗的能源來自于石油,而目前當(dāng)今世界石油的短缺,已經(jīng)發(fā)展為影響國家戰(zhàn)略安全的問題。汽車尾氣排放導(dǎo)致全球氣候變暖等一系列環(huán)境污染日趨嚴(yán)重,世界保護(hù)環(huán)境、節(jié)能減排的呼聲日益高漲。這各方面的因素都加緊了人們研究新型能源車的步伐,以環(huán)保節(jié)能為優(yōu)勢的新能源汽車是各大汽車生產(chǎn)經(jīng)銷商在了解新能源汽車是未來汽車發(fā)展的必然趨勢然后高速度的對新能源汽車的研發(fā)與推廣。

1 目前汽車面臨的問題

1.1 石油資源正在逐步減少

國際能源機(jī)構(gòu)對此的調(diào)查顯示,用于交通使用的燃油占世界總石油使用的57%。目前,全世界的汽車有十幾億輛,每年的新增汽車是3000萬輛,美國能源部對此有過預(yù)測,在2020年,世界上的石油資源和供給量之間出現(xiàn)較大缺口。

而目前世界現(xiàn)有的石油資源有面臨的問題有勘探開發(fā)的投資和成本日益增加、石油儲量無法彌補(bǔ)同期石油的采出量和石油資源的蘊(yùn)藏、生產(chǎn)和消費(fèi)的不平衡矛盾更加突出。

1.2 汽車尾氣排放污染的危害

汽車尾氣排除的大量有害氣體已經(jīng)成為國際環(huán)境污染的一大重要原因,溫室氣體所導(dǎo)致的全球變暖,給世界造成了巨大的財產(chǎn)損失和人員傷亡。汽車排放的廢氣中含有近200多種不同的化合物,其中對人體危害最大的有一氧化碳、氮氧化合物、鉛化合物、顆粒物及碳?xì)浠衔?。有害氣體擴(kuò)散造成空氣污染及人體傷害,我國居民的呼吸道疾病的頻率不斷增長,暴露人群支氣管炎、慢性氣管炎及呼吸困難的發(fā)病率增高,而尾氣中所含的苯類致癌物質(zhì),會引發(fā)肺癌、甲狀腺癌等。

2 發(fā)展新能源汽車的意義

2.1 緩解石油短缺的重要途徑

石油在能源結(jié)構(gòu)中的比例由1985年的38.2%逐漸減少到2000年的32%,并將下降到2020年的21.2%,而新能源、水電等在能源結(jié)構(gòu)中的比例將逐漸提升。所以,石油資源完全可以在能源結(jié)構(gòu)中退局次要地位,由于消費(fèi)數(shù)量的遞減,現(xiàn)有的石油資源便延長了使用的年限,我們所面臨的石油資源問題將有更多的時間去研究改善。在2020年,世界工業(yè)化國家的人均能源消費(fèi)便減少50%,發(fā)展中國家的人均能源消費(fèi)也將大大減少。

2.2 保護(hù)環(huán)境的重要措施

新能源汽車相對于傳統(tǒng)汽車來說,具有低能耗、低排量的優(yōu)點,能夠滿足節(jié)能環(huán)保的要求,并且在一定程度上能夠減少溫室氣體的排放。在凈化環(huán)境任務(wù)繁重的今天,新能源汽車能夠大大地減少汽車尾氣污染排放物,建立起環(huán)境友好型社會,對于保護(hù)環(huán)境、人類身體健康具有不可或缺的意義,實現(xiàn)能源、環(huán)境與社會發(fā)展的共贏。

2.2.1 可持續(xù)發(fā)展的必經(jīng)之路

現(xiàn)在已經(jīng)研究出來的電動汽車,按照電動汽車的百公里成本進(jìn)行換算,電的成本僅是燃油成本的20%,也就是說,使用新能源汽車以原先五分之一的成本便可以跑傳統(tǒng)汽車相同的公里數(shù)。新能源汽車具有強(qiáng)大的生命力和廣闊的發(fā)展前景,各國政府以及汽車產(chǎn)業(yè)通過積極研發(fā)新能源,進(jìn)而獲得可持續(xù)發(fā)展,新能源汽車已經(jīng)成為21世紀(jì)汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展熱點。新能源汽車必將帶動一場汽車革命,使得汽車產(chǎn)業(yè)升級,促使汽車產(chǎn)業(yè)戰(zhàn)略快速升級。

2.2.2 大力研究新能源汽車

新能源汽車類別有很多種,包括電動汽車,氫燃料汽車、醇類汽車、天然氣汽車以及其他新能源,其中電動汽車又分為：混合動力汽車、純電動汽車、燃料電池電動汽車等,其他新能源有高效儲能器、二甲醚等。

(1)電動汽車。

①混合動力汽車(HEV)。

混合動力汽車是將原動機(jī)、電動機(jī)、能量儲存裝置等組合在一起,它們之間的良好匹配和優(yōu)化控制,可充分發(fā)揮內(nèi)燃機(jī)汽車和電動汽車的優(yōu)點,避免各自的不足。與純電動汽車相比,由于有原動機(jī)作為輔助動力,蓄電池的數(shù)量和質(zhì)量可以減少,因此汽車自身重量可以減小,同時汽車的續(xù)駛里程和動力性可達(dá)到內(nèi)燃機(jī)水平;與內(nèi)燃機(jī)汽車相比,可使原動機(jī)運(yùn)行工況更加的穩(wěn)定,減緩發(fā)動機(jī)變工況下的不良運(yùn)行以及突發(fā)情況,極大降低了發(fā)動機(jī)的油耗。

②純電動汽車(BEV)。

純電動汽車完全由動力蓄電池提供動能并以電機(jī)驅(qū)動車輪行駛的汽車,主要由蓄電池、電動機(jī)等部件組成。其完全采用可充電式蓄電池驅(qū)動,基本結(jié)構(gòu)相對簡單,電動發(fā)電機(jī)和車載電池是其中的關(guān)鍵部件,其中又以電池最為關(guān)鍵。目前市場上的純電動車有比亞迪E6、吉利熊貓及三菱i－MiEV等,但由于蓄電池類別豐富,普遍存在成本高、使用壽命短及充電時間長等缺點。

③燃料電池電動汽車(PCEV)。

燃料電池電動汽車就是使用燃料電池,把燃料中的化學(xué)能通過化學(xué)反應(yīng)直接轉(zhuǎn)化成電能來進(jìn)行動力驅(qū)動的新型汽車。燃料電池電動汽車完全不進(jìn)行燃料的燃燒過程,而是通過電池直接將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能,依靠電動機(jī)驅(qū)動。燃料電池的化學(xué)反應(yīng)過程中不產(chǎn)生有害物質(zhì),與普通電池的區(qū)別是,只要能保證燃料和氧化劑的供給,燃料電池就可以連續(xù)不斷地產(chǎn)生電能,所以燃料電池電動汽車是綠色汽車,燃料電池的能量轉(zhuǎn)換效率比內(nèi)燃機(jī)要高2——3倍。

(2)氫燃料汽車。

氫燃料汽車是以氫作為主要能量來進(jìn)行移動的汽車。其工作原理是將氫輸入燃料電池中,氫原子的電子被質(zhì)子交換膜阻隔,通過外電路從負(fù)極傳導(dǎo)到正極,成為電能驅(qū)動電機(jī),質(zhì)子卻可以通過質(zhì)子交換膜與氧化合為純凈的水霧排出。氫燃料汽車的排放物是純水,行駛時不產(chǎn)生任何污染物,具有無污染、低排放等優(yōu)點,可以有效減少汽車尾氣造成的空氣污染問題。

(3)醇類汽車。

醇類汽車就是說把醇類燃料(甲醇、乙醇)作為能源驅(qū)動的汽車。醇類燃料均為含氧燃料,與汽油車相比,醇類汽車的輸出效率明顯要高一些,油耗率較低,對燃料充分進(jìn)行燃燒,減少了有害氣體排放,因此這種便可以稱作是清潔能源。甲醇主要從煤和石油中提煉而出,乙醇一般用谷物及野生植物生產(chǎn),所以這兩種醇類燃料成本較汽油來說較低,可以形成規(guī)模生產(chǎn)。

(4)天然氣汽車。

天然氣是一種清潔、高效、價廉的燃料,并且我國的天然氣資源豐富。壓縮天然氣汽車(CNG)是把經(jīng)過脫水、脫重?zé)N及脫酸性氣體處理的“三脫”處理之后的天然氣壓縮到20MPa并存入特制的耐高壓氣瓶中,通過減壓器減壓處理后經(jīng)發(fā)動機(jī)使用。液化天然氣汽車(LNG)是將經(jīng)過“三脫”處理的天然氣冷卻到－160℃的液態(tài)狀態(tài)后裝入耐壓0.05－0.5MPa的絕熱罐中,經(jīng)過蒸發(fā)減壓器液化減壓處理后經(jīng)發(fā)動機(jī)使用。

2.2.3 新能源汽車所面臨的問題

能源短缺是世界性課題,為此各個國家也在致力于新能源汽車的研究,美國一直在大力推廣的很多混合動力燃料汽車所使用的便是含10%的混合燃料,歐洲側(cè)重于燃料電池汽車和純電動汽車技術(shù)的研發(fā),其汽車公司主攻生物燃料、柴油機(jī)、氫燃料的技術(shù)研發(fā),目前也加快了燃料電池技術(shù)的引進(jìn)研發(fā)。日本側(cè)重于混合動力汽車技術(shù)的研發(fā),其混合動力汽車技術(shù)在國際上處于領(lǐng)先位置,目前也在積極推進(jìn)各種新能源汽車技術(shù)的發(fā)展和研究,鼓勵生物燃料和燃料電池技術(shù)等技術(shù)的研發(fā),計劃開發(fā)以天然氣為原料的液體合成燃料急速、車用電池以及氫燃料電池等技術(shù)。我國一直以來都非常關(guān)注純電動汽車的攻關(guān),目前我國研發(fā)的純電動汽車有純電動轎車、純電動公交客車等,燃料電池汽車在整車集成技術(shù)、整車的可靠性方面也有了很大的進(jìn)步,也逐步建立了自己的研發(fā)體系,研發(fā)的樣車的主要技術(shù)水平與國外相比不相上下,燃料電池汽車的樣車也進(jìn)行了示范運(yùn)行。

雖然研發(fā)正在逐漸完善,但目前我們新能源汽車還是面臨很多問題：(1)純電動汽車雖然蓄電池類別豐富,但普遍存在成本高、使用壽命短及充電時間長等缺點。(2)燃料電池電動汽車在車身、控制器、驅(qū)動系統(tǒng)及氫燃料的制取方面,仍存在一些問題,燃料電池技術(shù)還有待提高。(3)推廣氫燃料汽車依然面臨傳統(tǒng)的電解法價格昂貴,而且耗費(fèi)大量資源,無法制取廉價氫氣;以及因為氫分子極小,極易透過儲藏裝置的外殼逃逸而產(chǎn)生的存儲和運(yùn)輸?shù)募夹g(shù)問題。(4)醇類燃料中甲醇的產(chǎn)量較低,成本偏高,并且甲醇有毒,且冷啟動困難,易造成腐蝕。天然氣汽車其中動力性能較低,安全性需要保障,一旦大規(guī)模的投入使用,又得面臨著建立相應(yīng)加氣站和加氣站輸送天然氣管道,成本比較高。

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