新型能源车的发展研究

蔡 颖 张 淼 魏嘉麒

(江西工业职业技术学院,江西 南昌330039)

随着工业的发展,汽车作为人们出行的重要代步工具,其拥有量正在逐渐攀升。汽车运行所消耗的能源来自于石油,而目前当今世界石油的短缺,已经发展为影响国家战略安全的问题。汽车尾气排放导致全球气候变暖等一系列环境污染日趋严重,世界保护环境、节能减排的呼声日益高涨。这各方面的因素都加紧了人们研究新型能源车的步伐,以环保节能为优势的新能源汽车是各大汽车生产经销商在了解新能源汽车是未来汽车发展的必然趋势然后高速度的对新能源汽车的研发与推广。

1 目前汽车面临的问题

1.1 石油资源正在逐步减少

国际能源机构对此的调查显示,用于交通使用的燃油占世界总石油使用的57%。目前,全世界的汽车有十几亿辆,每年的新增汽车是3000万辆,美国能源部对此有过预测,在2020年,世界上的石油资源和供给量之间出现较大缺口。

而目前世界现有的石油资源有面临的问题有勘探开发的投资和成本日益增加、石油储量无法弥补同期石油的采出量和石油资源的蕴藏、生产和消费的不平衡矛盾更加突出。

1.2 汽车尾气排放污染的危害

汽车尾气排除的大量有害气体已经成为国际环境污染的一大重要原因,温室气体所导致的全球变暖,给世界造成了巨大的财产损失和人员伤亡。汽车排放的废气中含有近200多种不同的化合物,其中对人体危害最大的有一氧化碳、氮氧化合物、铅化合物、颗粒物及碳氢化合物。有害气体扩散造成空气污染及人体伤害,我国居民的呼吸道疾病的频率不断增长,暴露人群支气管炎、慢性气管炎及呼吸困难的发病率增高,而尾气中所含的苯类致癌物质,会引发肺癌、甲状腺癌等。

2 发展新能源汽车的意义

2.1 缓解石油短缺的重要途径

石油在能源结构中的比例由1985年的38.2%逐渐减少到2000年的32%,并将下降到2020年的21.2%,而新能源、水电等在能源结构中的比例将逐渐提升。所以,石油资源完全可以在能源结构中退局次要地位,由于消费数量的递减,现有的石油资源便延长了使用的年限,我们所面临的石油资源问题将有更多的时间去研究改善。在2020年,世界工业化国家的人均能源消费便减少50%,发展中国家的人均能源消费也将大大减少。

2.2 保护环境的重要措施

新能源汽车相对于传统汽车来说,具有低能耗、低排量的优点,能够满足节能环保的要求,并且在一定程度上能够减少温室气体的排放。在净化环境任务繁重的今天,新能源汽车能够大大地减少汽车尾气污染排放物,建立起环境友好型社会,对于保护环境、人类身体健康具有不可或缺的意义,实现能源、环境与社会发展的共赢。

2.2.1 可持续发展的必经之路

现在已经研究出来的电动汽车,按照电动汽车的百公里成本进行换算,电的成本仅是燃油成本的20%,也就是说,使用新能源汽车以原先五分之一的成本便可以跑传统汽车相同的公里数。新能源汽车具有强大的生命力和广阔的发展前景,各国政府以及汽车产业通过积极研发新能源,进而获得可持续发展,新能源汽车已经成为21世纪汽车产业的发展热点。新能源汽车必将带动一场汽车革命,使得汽车产业升级,促使汽车产业战略快速升级。

2.2.2 大力研究新能源汽车

新能源汽车类别有很多种,包括电动汽车,氢燃料汽车、醇类汽车、天然气汽车以及其他新能源,其中电动汽车又分为：混合动力汽车、纯电动汽车、燃料电池电动汽车等,其他新能源有高效储能器、二甲醚等。

(1)电动汽车。

①混合动力汽车(HEV)。

混合动力汽车是将原动机、电动机、能量储存装置等组合在一起,它们之间的良好匹配和优化控制,可充分发挥内燃机汽车和电动汽车的优点,避免各自的不足。与纯电动汽车相比,由于有原动机作为辅助动力,蓄电池的数量和质量可以减少,因此汽车自身重量可以减小,同时汽车的续驶里程和动力性可达到内燃机水平;与内燃机汽车相比,可使原动机运行工况更加的稳定,减缓发动机变工况下的不良运行以及突发情况,极大降低了发动机的油耗。

②纯电动汽车(BEV)。

纯电动汽车完全由动力蓄电池提供动能并以电机驱动车轮行驶的汽车,主要由蓄电池、电动机等部件组成。其完全采用可充电式蓄电池驱动,基本结构相对简单,电动发电机和车载电池是其中的关键部件,其中又以电池最为关键。目前市场上的纯电动车有比亚迪E6、吉利熊猫及三菱i－MiEV等,但由于蓄电池类别丰富,普遍存在成本高、使用寿命短及充电时间长等缺点。

③燃料电池电动汽车(PCEV)。

燃料电池电动汽车就是使用燃料电池,把燃料中的化学能通过化学反应直接转化成电能来进行动力驱动的新型汽车。燃料电池电动汽车完全不进行燃料的燃烧过程,而是通过电池直接将化学能转化为电能,依靠电动机驱动。燃料电池的化学反应过程中不产生有害物质,与普通电池的区别是,只要能保证燃料和氧化剂的供给,燃料电池就可以连续不断地产生电能,所以燃料电池电动汽车是绿色汽车,燃料电池的能量转换效率比内燃机要高2——3倍。

(2)氢燃料汽车。

氢燃料汽车是以氢作为主要能量来进行移动的汽车。其工作原理是将氢输入燃料电池中,氢原子的电子被质子交换膜阻隔,通过外电路从负极传导到正极,成为电能驱动电机,质子却可以通过质子交换膜与氧化合为纯净的水雾排出。氢燃料汽车的排放物是纯水,行驶时不产生任何污染物,具有无污染、低排放等优点,可以有效减少汽车尾气造成的空气污染问题。

(3)醇类汽车。

醇类汽车就是说把醇类燃料(甲醇、乙醇)作为能源驱动的汽车。醇类燃料均为含氧燃料,与汽油车相比,醇类汽车的输出效率明显要高一些,油耗率较低,对燃料充分进行燃烧,减少了有害气体排放,因此这种便可以称作是清洁能源。甲醇主要从煤和石油中提炼而出,乙醇一般用谷物及野生植物生产,所以这两种醇类燃料成本较汽油来说较低,可以形成规模生产。

(4)天然气汽车。

天然气是一种清洁、高效、价廉的燃料,并且我国的天然气资源丰富。压缩天然气汽车(CNG)是把经过脱水、脱重烃及脱酸性气体处理的“三脱”处理之后的天然气压缩到20MPa并存入特制的耐高压气瓶中,通过减压器减压处理后经发动机使用。液化天然气汽车(LNG)是将经过“三脱”处理的天然气冷却到－160℃的液态状态后装入耐压0.05－0.5MPa的绝热罐中,经过蒸发减压器液化减压处理后经发动机使用。

2.2.3 新能源汽车所面临的问题

能源短缺是世界性课题,为此各个国家也在致力于新能源汽车的研究,美国一直在大力推广的很多混合动力燃料汽车所使用的便是含10%的混合燃料,欧洲侧重于燃料电池汽车和纯电动汽车技术的研发,其汽车公司主攻生物燃料、柴油机、氢燃料的技术研发,目前也加快了燃料电池技术的引进研发。日本侧重于混合动力汽车技术的研发,其混合动力汽车技术在国际上处于领先位置,目前也在积极推进各种新能源汽车技术的发展和研究,鼓励生物燃料和燃料电池技术等技术的研发,计划开发以天然气为原料的液体合成燃料急速、车用电池以及氢燃料电池等技术。我国一直以来都非常关注纯电动汽车的攻关,目前我国研发的纯电动汽车有纯电动轿车、纯电动公交客车等,燃料电池汽车在整车集成技术、整车的可靠性方面也有了很大的进步,也逐步建立了自己的研发体系,研发的样车的主要技术水平与国外相比不相上下,燃料电池汽车的样车也进行了示范运行。

虽然研发正在逐渐完善,但目前我们新能源汽车还是面临很多问题：(1)纯电动汽车虽然蓄电池类别丰富,但普遍存在成本高、使用寿命短及充电时间长等缺点。(2)燃料电池电动汽车在车身、控制器、驱动系统及氢燃料的制取方面,仍存在一些问题,燃料电池技术还有待提高。(3)推广氢燃料汽车依然面临传统的电解法价格昂贵,而且耗费大量资源,无法制取廉价氢气;以及因为氢分子极小,极易透过储藏装置的外壳逃逸而产生的存储和运输的技术问题。(4)醇类燃料中甲醇的产量较低,成本偏高,并且甲醇有毒,且冷启动困难,易造成腐蚀。天然气汽车其中动力性能较低,安全性需要保障,一旦大规模的投入使用,又得面临着建立相应加气站和加气站输送天然气管道,成本比较高。

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