新能源汽車發(fā)展論文

1、新能源汽車發(fā)展論文新能源汽車的發(fā)展與研究目 錄摘 要21 緒論311世界汽車、能源及環(huán)境概況312中國汽車、能源及環(huán)境概況413畢業(yè)設(shè)計任務(wù)書52各類清潔汽車的技術(shù)發(fā)展?fàn)顩r分析521燃?xì)馄?LPG汽車和CNG汽車)522 醇類燃料（甲醇、乙醇）汽車923 混合動力汽車1024電動汽車1125燃料電池汽車133 各類清潔汽車的環(huán)境和能源效益分析1531 LPG汽車1532 CNG汽車1733醇類汽車的排放控制水平1934混合動力、電動及燃料電池汽車的排放控制水平194 中國清潔汽車技術(shù)發(fā)展路徑2141 技術(shù)發(fā)展路徑2142 技術(shù)路徑225 結(jié)論和展望23參考文獻(xiàn)23結(jié) 束 語24致 謝24摘

2、要清潔汽車行動是一項長期而復(fù)雜的系統(tǒng)工程，治標(biāo)必治本。為從根本上提高機(jī)動車排放水平，控制城市機(jī)動車排放污染，改善城市空氣質(zhì)量，學(xué)習(xí)和借鑒國外先進(jìn)技術(shù)和經(jīng)驗，研究制定適合中國國情的“清潔汽車技術(shù)路徑”及配套的政策、標(biāo)準(zhǔn)和法規(guī)體系，并由政府主導(dǎo)實施，這是至關(guān)重要的。關(guān)鍵詞：新能源、汽車、CNG、LPG（自己選3-5個）1 緒論近年來，中國國民經(jīng)濟(jì)取得了持續(xù)快速發(fā)展，隨之而來的是環(huán)境污染形勢越來越嚴(yán)峻。就大氣環(huán)境來說，大氣污染呈多元化的發(fā)展趨勢，特別是隨著機(jī)動車保有量的迅速增長，城市大氣污染在煤煙污染的同時，機(jī)動車排放污染越來越嚴(yán)重。一些大城市的空氣污染已由煤油型污染轉(zhuǎn)向煤煙和機(jī)動車尾氣混合型污染，

3、氮氧化物居高不下，成為主要污染物；交通道路的CO濃度常年超標(biāo)。由機(jī)動車排放污染物引起的城市光化學(xué)污染也逐漸突出。面對如此嚴(yán)峻的環(huán)境壓力，中國政府采取了一系列控制機(jī)動車污染的措施：逐步加嚴(yán)機(jī)動車污染物排放標(biāo)準(zhǔn)，以促進(jìn)汽車生產(chǎn)企業(yè)采用先進(jìn)技術(shù)，減少燃油消耗，降低污染物排放；加強(qiáng)對在用車排放污染的監(jiān)控和治理；加速淘汰排放超標(biāo)汽車；鼓勵開發(fā)和使用清潔代用燃料汽車；分階段淘汰和禁止使用有鉛汽油，逐步實現(xiàn)汽油無鉛化；實施“空氣凈化工程清潔汽車行動”，確立12個清潔汽車行動試點示范城市和一個電動汽車運行示范區(qū)，分別重點推廣和使用燃?xì)馄嚭碗妱悠嚒Ｋ羞@些措施的實施，為改善中國機(jī)動車的排放水平，控制城市機(jī)動

4、車排放污染起到了積極的作用。11世界汽車、能源及環(huán)境概況現(xiàn)代汽車工業(yè)的迅猛發(fā)展，徹底改變了整個社會的傳統(tǒng)生活習(xí)慣和人們的行為方式，汽車給人們帶來了巨大的福利和繁榮，推動了社會的發(fā)展，并逐步已經(jīng)成為交通運輸?shù)闹饕侄?，對人們的生活方式產(chǎn)生巨大的影響，并對世界能源和環(huán)境有著重要的影響。汽車工業(yè)作為世界發(fā)達(dá)國家的支柱產(chǎn)業(yè)，發(fā)展非常迅速，保有量逐年以近3%的速度增長，目前已超過7億輛。表1-1 所示1990-1998世界汽車保有量概況。目前，世界一次性能源主要為煤、石油和天然氣。而交通領(lǐng)域所消耗的能源較為單一，主要為石油資源。汽車數(shù)量的急劇增長加快了有限石油資源的消耗。交通領(lǐng)域如何更加有效地利用剩余石

5、油資源顯得十分迫切和必要。解決這方面問題的一個有效途徑是開發(fā)和利用新型能源汽車，減少汽車對石油資源的過度依賴，這對于改善能源結(jié)構(gòu)，保持汽車工業(yè)及社會持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展具有十分重要意義基于對能源和環(huán)境方面的考慮，世界上許多國家愈來愈重視清潔汽車的開發(fā)和應(yīng)用，目前世界上各種清潔汽車保有量已達(dá)600多萬輛。在各種清潔汽車類別中，壓縮天然氣（CNG）、液化石油氣（LPG）、醇類（甲醇和乙醇）汽車技術(shù)比較成熟，福特、豐田、本田、菲亞特等汽車公司還開發(fā)了達(dá)到超低排放的CNG汽車。上述種類清潔汽車保有量占清潔汽車總保有量的80%以上。與此同時，電動汽車、混合動力和燃料電池汽車的研究開發(fā)工作也取得了可喜的進(jìn)展，截止

6、1999年，日本豐田公司在國內(nèi)已經(jīng)銷售了3萬輛Prius 混合動力汽車。美國通用公司的氫氣-1號燃料電池汽車的研制成功，標(biāo)志著燃料電池技術(shù)已逐漸趨于成熟，美國、日本等國計劃在2003年前后實現(xiàn)甲醇燃料電池汽車的商業(yè)中國清潔汽車技術(shù)發(fā)展路徑研究化。12中國汽車、能源及環(huán)境概況隨著近年來中國國民經(jīng)濟(jì)快速穩(wěn)定增長，中國汽車工業(yè)也取得了飛速增長，汽車社會保有量由1990年的551萬輛增長到1999年的1453萬輛，年均增長率超過10%，預(yù)計在今后相當(dāng)長的一段時間內(nèi)將保持較高的增長速度。中國十分重視清潔汽車的研究開發(fā)和應(yīng)用，早在“八五”期間就組織實施了國家電動汽車關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)項目；“九五”期間又進(jìn)行了示

7、范運營嘗試。1999年4月，正式啟動國家清潔汽車行動項目，重點開展燃油汽車清潔化，燃?xì)馄囮P(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)及產(chǎn)業(yè)化，并確中國清潔汽車技術(shù)發(fā)展路徑研究定了12個清潔汽車示范城市。示范城市的清潔汽車發(fā)展情況見表1-913畢業(yè)設(shè)計任務(wù)書1、查閱資料，了解國內(nèi)外汽車、能源及環(huán)境概況2、各類清潔汽車的技術(shù)發(fā)展?fàn)顩r分析（重點）3、各類清潔汽車的環(huán)境和能源效益分析4、影響中國清潔汽車產(chǎn)業(yè)化的因素分析5、中國發(fā)展清潔汽車的環(huán)境及能源效益2各類清潔汽車的技術(shù)發(fā)展?fàn)顩r分析處于商業(yè)化應(yīng)用及研究開發(fā)階段的清潔汽車種類包括：CNG汽車、LPG汽車、醇類汽車、混合動力汽車、電動汽車和燃料電池汽車等。21燃?xì)馄?LPG汽車和

8、CNG汽車)燃?xì)馄囅嚓P(guān)技術(shù)已經(jīng)成熟，并進(jìn)入商業(yè)化階段。這類相關(guān)技術(shù)涵蓋了燃?xì)馄嚨母鱾€方面，它涉及到燃料供給系統(tǒng)包括各種車載儲氣裝置、安全保障系統(tǒng)、形形色色的調(diào)壓器與混合器及噴射器等關(guān)鍵部件；涉及到整車的結(jié)構(gòu)、整車布置；涉及到發(fā)動機(jī)燃燒室、點火系統(tǒng)、進(jìn)氣系統(tǒng)、以及燃用燃?xì)鈺r發(fā)動機(jī)的耐久性和可靠性；涉及到燃?xì)獾某煞?、質(zhì)量以及其加工和制備的工藝；涉及到加氣機(jī)、壓縮機(jī)、站用儲氣裝置等相關(guān)基礎(chǔ)設(shè)施；形成了比較完備的標(biāo)準(zhǔn)法規(guī)體系。更重要的是，電子控制技術(shù)的研究和應(yīng)用水平、排放控制技術(shù)的研究和應(yīng)用水平已經(jīng)達(dá)到與燃油汽車的相關(guān)技術(shù)同步發(fā)展的程度。從燃?xì)馄嚾剂瞎┙o控制技術(shù)的發(fā)展來看，大致可分為第一代技術(shù)、

9、第二代技術(shù)和第三代技術(shù)三個階段：1、第一代技術(shù)第一代技術(shù)對應(yīng)于汽車化油器技術(shù)，它在不改變汽車原有燃燒系統(tǒng)的前提下，加裝一套燃?xì)夤┙o系統(tǒng)，采用文丘里管或比例調(diào)節(jié)式機(jī)械控制混合器，利用發(fā)動機(jī)進(jìn)氣真空的變化調(diào)節(jié)燃?xì)夤┙o量，以適應(yīng)發(fā)動機(jī)不同工況對供氣量的要求，保證發(fā)動機(jī)的正常燃燒。它無電控系統(tǒng)和尾氣后處理裝置，這種技術(shù)成本較低，對發(fā)動機(jī)或整車排放的改善效果有限，與化油器汽車燃用汽油時相比，匹配較好的液化石油氣系統(tǒng)，車輛燃用LPG或CNG時，其CO排放有加大幅度中國清潔汽車技術(shù)發(fā)展路徑研究的降低，HC排放的降低幅度僅次于CO，NOx下降較少（或不下降），相對于柴油機(jī)而言，其可見污染物排放的改善十分明顯。

10、然而根據(jù)不同的匹配特點，各種污染物排放量的降低程度有所不同。表2-1所示為5輛國產(chǎn)轎車采用第一代技術(shù)改裝的汽油/LPG兩用燃料轎車的燃用LPG和燃用汽油時工況法排放和怠速排放測試結(jié)果的對比情況。可以看出，燃用LPG時CO平均降低74.7%(工況法)、91.7%（怠速法），THC降低4.86%（工況法）、31.7%（怠速法），NOx下降31.1%（工況法）。大量的統(tǒng)計結(jié)果表明，裝用這一簡單系統(tǒng)的汽車，其排放水平可以達(dá)到GB14761.1-1993（即ECER15/04）標(biāo)準(zhǔn)的要求，但難以達(dá)到GB14761-1999（即歐洲1號）排放標(biāo)準(zhǔn)的要求。2、第二代技術(shù)第二代技術(shù)是在第一階段的基礎(chǔ)上，采用閉

11、環(huán)電控技術(shù)，根據(jù)安裝在排氣管上三元催化器前的氧傳感器的信號，加上其他傳感器（如發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速、節(jié)氣門位置、水溫等）信號，通過電腦控制供給發(fā)動機(jī)的燃?xì)饬?，使發(fā)動機(jī)空燃比保持在在理論空燃比附近以充分發(fā)揮三元催化器的效率。第二代技術(shù)示意圖見圖2-1。這種技術(shù)方案可以使汽車排放水平達(dá)到歐洲1號乃至歐洲II號法規(guī)的要求。目前第二代技術(shù)在國外仍大量使用。國內(nèi)在這方面也做了大量的研究工作，取得了令人滿意的效果。我國在主要轎車車型如夏利、捷達(dá)、桑塔納、小紅旗、富康等開展了LPG和（或CNG）第二代技術(shù)的研究開發(fā)工作，取得了良好的效果，基本掌握了核心技術(shù)，具備產(chǎn)業(yè)化的技術(shù)基礎(chǔ)。3、第三代技術(shù)第三代技術(shù)對應(yīng)于汽油閉環(huán)

12、電控噴射技術(shù)。主要特征是完全意義上的閉環(huán)電控噴射加上與所用燃料相適應(yīng)的三元催化器。控制精度可與汽油電控噴射媲美，根據(jù)所采用技術(shù)的先進(jìn)程度不同，其排放可達(dá)到歐洲II號乃至更高的排放法規(guī)的要求。福特汽車公司開發(fā)的電控噴射單一燃料CNG轎車、以及單一燃料CNG卡車，其排放指標(biāo)可以達(dá)到美國加州ULEV和SULEV排放法規(guī)的要求。在第三代技術(shù)中，還有單點電控噴射和多點電控噴射、進(jìn)氣道噴射和缸內(nèi)直接噴射、氣態(tài)噴射和液態(tài)噴射之分，目前國外在第三代技術(shù)方面已經(jīng)基本成熟，處于產(chǎn)業(yè)化初期階段，尚沒有大批量使用。中國國家科技部在清潔汽車關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)和產(chǎn)業(yè)化項目中，組織了全國轎車和發(fā)動機(jī)主機(jī)廠、汽車行業(yè)主要科研院所及

13、有關(guān)高校的技術(shù)力量，開展轎車、中巴和大型工公交客車燃?xì)獍l(fā)動機(jī)第三代技術(shù)的研究工作，同時制定了產(chǎn)業(yè)化的發(fā)展目標(biāo)。目前項目進(jìn)展順利，取得了一些階段性成果，預(yù)計在不久將來實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化并推廣應(yīng)用。4、天然氣存儲技術(shù)天然氣儲存技術(shù)是影響天然氣汽車發(fā)展的重要因素，CNG氣瓶大體上分為3種類型：全鋼制、金屬內(nèi)膽玻璃纖維或碳纖維纏繞、全復(fù)合材料。由于其容重比小，因此CNG汽車的續(xù)駛里程比汽油和柴油車短。鑒于這一原因，許多國家開展了LNG技術(shù)的研究和應(yīng)用。天然氣以-162的液態(tài)存儲于真空隔熱容器中，其單位質(zhì)量（包括氣瓶）相當(dāng)于CNG儲存方式的3倍多，從而大大延長天然氣汽車的續(xù)駛里程，目前仍有一些技術(shù)問題及成本問題

14、需要解決。據(jù)報道，截止1997年底，全球約有LNG汽車680輛，增長速度較慢，然而，LNG的儲存技術(shù)的研究工作始終進(jìn)行著，一旦其成本能夠大幅降低，對天然氣汽車的推廣應(yīng)用將是一個很大的推進(jìn)。所以，天然氣汽車今后的研究工作除了進(jìn)一步改進(jìn)燃燒過程外，儲存技術(shù)將是研究開發(fā)的重要內(nèi)容。22 醇類燃料（甲醇、乙醇）汽車221 醇類汽車排放特性分析醇類燃料（主要指甲醇和乙醇）是一類清潔的汽車替代燃料，其分子式分別為CH3OH和C2H5OH。與汽油和柴油相比，醇類燃料氫碳原子比大且是含氧燃料，甲醇分子含氧量達(dá)50%，乙醇分子含氧量達(dá)35%（甲醇和乙醇與汽油的特性見表2-4），因此比汽油和柴油更容易完全燃燒。除

15、了常規(guī)的有害排放物較少外，溫室氣體二氧化碳的排放量也比燃用汽油和柴油低。表2-5所列為Ford公司開發(fā)的金牛座E-85和M-85轎車的排放試驗結(jié)果與燃用汽油的對比，在控制排放污染方面具有一定的效果。汽車燃用醇類時，通常是以靈活燃料的形式進(jìn)行，既可以燃用純汽油、也可燃用汽油和醇類的混合物（如M85、E85等）、還可以燃用純醇類燃料，主要通過車載燃料電腦識別系統(tǒng)所獲得的信息，控制相應(yīng)的運轉(zhuǎn)參數(shù)，使車輛處于良好的運行狀態(tài)。222醇類燃料發(fā)動機(jī)技術(shù)發(fā)展?fàn)顩r就發(fā)動機(jī)燃用醇類燃料而言，國際上技術(shù)已經(jīng)成熟。我國30年前也已開展了醇類燃料發(fā)動機(jī)的基礎(chǔ)研究工作，基本上了解燃用醇類燃料的相關(guān)技術(shù)。目前國際上普遍認(rèn)

16、為，除了大比例摻用醇類燃料時，必須優(yōu)化發(fā)動機(jī)燃燒系統(tǒng)參數(shù)外，無論醇類燃料摻用比例多少，還必須考慮其對車載和站用燃料供給系統(tǒng)的腐蝕性、儲存分層問題以及甲醇的毒性。甲醇燃燒產(chǎn)生廢氣為燃燒或燃燒不完全的氣體，也具有較強(qiáng)的腐蝕性，不僅對金屬有腐蝕作用，而且對橡膠和塑料也有腐蝕作用。另外，甲醇在發(fā)動機(jī)汽缸中燃燒時產(chǎn)生一些酸性物，要用專用的潤滑機(jī)油。但這些問題，在國際上已有較為成熟的解決方案。223二甲基醚（DME）燃料簡介近年來，國外對二甲基醚（DME）的研究和應(yīng)用非常重視，DME可通過甲醇脫水獲得，或由CO+H2直接合成，來源豐富。DME具有良好的自燃特性，其十六烷值為55-60，應(yīng)用于柴油機(jī)可使其性

17、能得到顯著提高，煙度、噪聲、NOx排放均有明顯降低。日本在這方面的研究工作進(jìn)展較快，如日本交通公害研究所對DME開展了大量的研究，大型的DME生產(chǎn)基地正在建設(shè)之中。由于DME可以煤為原料制取，符合我國國情，研究開發(fā)DME技術(shù)具有較好的應(yīng)用前景。我國在DME的開發(fā)和作為汽車燃料的應(yīng)用方面的工作基本屬于空白。23 混合動力汽車231 混合動力汽車的技術(shù)特性混合動力汽車將先進(jìn)的發(fā)動機(jī)、電機(jī)、能量儲存裝置、電控系統(tǒng)結(jié)合起來，它綜合了發(fā)動機(jī)驅(qū)動和電力驅(qū)動系統(tǒng)的優(yōu)點，克服了電動汽車關(guān)于動力電池、續(xù)駛里程等方面的難題，在提供與目前傳統(tǒng)的燃油發(fā)動機(jī)幾乎同樣的動力性的同時，其燃油經(jīng)濟(jì)性得到很大改善，有害排放大大

18、降低甚至接近零排放的水平?；旌蟿恿ζ嚢磩恿︸詈闲问讲煌煞譃閮蓚€類型：串聯(lián)式混合驅(qū)動系統(tǒng)和并聯(lián)式混合驅(qū)動系統(tǒng)。早期研究多偏重并聯(lián)驅(qū)動系統(tǒng)，其能量傳遞效率較高。近年來混合動力汽車研究多選用串聯(lián)驅(qū)動方式，其特點是首先將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能，再由電機(jī)驅(qū)動車輪，結(jié)構(gòu)簡單，對原動機(jī)改動小。隨著驅(qū)動機(jī)構(gòu)零部件的優(yōu)化，串聯(lián)驅(qū)動的效率也在不斷提高?；旌蟿恿ζ囎鳛殡妱悠噷崿F(xiàn)質(zhì)的突破前的過渡技術(shù)產(chǎn)品，具有常規(guī)燃油汽車和現(xiàn)有純電動汽車不可比擬的優(yōu)勢，但其價格一直是人們關(guān)心的問題，而豐田公司推出的Prius混合動力汽車，汽車成本和性能已經(jīng)達(dá)到實用化程度，截至1999年在日本本土銷售3萬多輛。因此，混合動力汽車的推廣

19、應(yīng)用前景是比較樂觀的。圖2-2為Prius與Corolla燃油經(jīng)濟(jì)性的比較，燃油經(jīng)濟(jì)性提高了兩倍。圖2-3為Prius的排放結(jié)果，可以看出，其排放值僅約為限值十分之一。232中國混合動力汽車研究狀況我國在混合動力汽車方面的研究、應(yīng)用工作還處于起步階段，目前只有少數(shù)高等院校和科研機(jī)構(gòu)開展了一些前期工作。24電動汽車電動汽車是滿足零排放標(biāo)準(zhǔn)要求的最好的汽車，同時具有噪聲低、能源多樣性等優(yōu)點，而且電動汽車的夜晚充電還具有電網(wǎng)調(diào)峰的作用。因此，發(fā)達(dá)國家為改善大氣環(huán)境，投入巨額資金開展電動汽車的關(guān)鍵技術(shù)研究。然而由于電動汽車的關(guān)鍵技術(shù)電池技術(shù)迄今尚無突破，美國政府不得不取消了關(guān)于1998年2%、2001

20、年5%的銷售零排放車的限制條款，而用達(dá)到超低排放標(biāo)準(zhǔn)的CNG汽車代替。241電動汽車技術(shù)的瓶頸電動汽車的發(fā)展過程中所遇到的主要困難集中在動力電池。1991年美國通用、福特和克萊斯勒、電力研究所以及美國能源部組成先進(jìn)電池聯(lián)合體USABC開展有關(guān)電池的研究，并頒布了中長期目標(biāo)，資助對鎳氫、鈉硫、鋰硫化二鐵、鋰聚合物和鋰離子等5種電池的研究，1996年開始的第二輪資助僅給予最有希望的3種電池：鎳氫、鋰離子和鋰聚合物，鎳氫電池的性能指標(biāo)已經(jīng)達(dá)到中期目標(biāo)規(guī)定的各項要求（除成本外，價格約為400-500美元/kWh）。通用公司和奧旺力公司組建的鎳氫電池公司在1998年投產(chǎn)，其比能量可達(dá)70-80Wh/kg

21、,充放電壽命600次；日本松下公司生產(chǎn)的鎳氫電池的比能量為60-65Wh/kg, 低于美國，但充放電壽命為1000次，比美國的長。鋰是最輕的金屬，儲量豐富，價格不貴。鋰電池最有希望達(dá)到USABC遠(yuǎn)期目標(biāo)。其比能量已經(jīng)達(dá)到100-120Wh/kg，比鋰離子電池比能量更高、安全性能更好、價格更低的鋰聚合物固體電解質(zhì)電池的研究收到廣泛重視，比能量已達(dá)到155Wh/kg，充放電壽命600次。242中國電動汽車技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀中國在電動汽車的關(guān)鍵技術(shù)方面深入開展了一些研發(fā)工作。從1982年開始，在上海市科委及機(jī)電局的組織領(lǐng)導(dǎo)下，進(jìn)行了電動汽車研制；1982年，開封電瓶車廠試制了三種電動汽車；廣東益威電動汽車

22、有限公司生產(chǎn)了EV6460N型電動輕型客車；中國遠(yuǎn)望集團(tuán)總公司于1996年3月研制成功了遠(yuǎn)望電動客車，并投入使用；“八五”期間，清華大學(xué)完成了電動輕型客車的研究任務(wù)。另外，還有一些科研單位對蓄電池進(jìn)行了深入、專門的研究。中國在純電動車領(lǐng)域已作了大量工作，但迄今為止，大部分成果仍停留在試制、試驗階段。最近我國“863”攻關(guān)項目之一，車用鎳氫動力電池的研究和產(chǎn)業(yè)化項目已經(jīng)通過專家鑒定驗收，其技術(shù)指標(biāo)達(dá)到了國際同類產(chǎn)品的先進(jìn)水平（其中比能量為65Wh/kg）。盡管電池性能不斷提高，但仍然不能滿足汽車的要求，而且價格也較昂貴；此外，電池組重量過重、車輛續(xù)駛里程過短、電池循環(huán)使用壽命及可靠性較差，影響了

23、電動汽車的實際使用和商業(yè)化，而截止目前人們尚無法預(yù)計解決電池問題的時間。各類電池性能及成本對比情況詳見表2-6。此外，還開展了大量的有關(guān)電機(jī)和電控技術(shù)方面的研究工作，相關(guān)技術(shù)已趨成熟。80年代后期以來，由于電力電子技術(shù)的飛速發(fā)展，滑差控制、矢量控制、直接轉(zhuǎn)矩控制等交流電機(jī)的調(diào)速技術(shù)日趨成熟，交流電機(jī)（同步和異步）已經(jīng)取代直流電機(jī)而成為電動汽車電機(jī)的主流，其效率可達(dá)90%以上。開關(guān)磁阻電機(jī)在電動汽車上的應(yīng)用也開展了一些探索性工作。25燃料電池汽車燃料電池是一個化學(xué)裝置，它直接把化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能而不經(jīng)過熱能這一中間環(huán)節(jié)，因而其效率不受卡諾效應(yīng)的限制（例如，理論上可逆工作的碳-氧電池可以使99.7%

24、的燃燒焓轉(zhuǎn)變?yōu)橛杏霉?，盡管實際工作的燃料電池都是不可逆的，但其化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的效率要比其它發(fā)電裝置的效率高的多）。表2-7所示為不同種類燃料電池的效率比較。251燃料電池技術(shù)特性值得一提的是，當(dāng)燃料電池汽車以氫為燃料時，其排放物為水，CO、CO2和HC的排放為零；即使采用其他燃料時，其CO、CO2和HC的排放也很低且沒有NOx和PM排放。因此燃料電池汽車是零排放或超低排放的汽車。豐田公司稱燃料電池汽車是21世紀(jì)最有希望的車輛之一。燃料電池的種類很多，有質(zhì)子交換膜（PEM）燃料電池、磷酸(PAFC)燃料電池、堿性燃料電池（AFC）、熔態(tài)碳酸鹽燃料電池(MCFC)、固態(tài)氧化物燃料電池等等，可用于

25、燃料電池的燃料種類也非常多，有氫、甲烷、丙烷、甲醇、一氧化碳等。表2-8所示為豐田的氫燃料電池汽車的技術(shù)參數(shù)，通過將2kg的氫氣吸藏在100kg的氫氣吸藏合金中，實現(xiàn)了250km的續(xù)駛里程。表2-9所示為豐田甲醇改質(zhì)型燃料電池汽車的性能參數(shù)。252各國燃料電池汽車開發(fā)現(xiàn)狀美國通用汽車公司在燃料電池汽車的研究方面進(jìn)展較快，今年在北京展示的氫氣-1號燃料電池電動汽車，代表了當(dāng)今世界先進(jìn)水平，表2-10所示為氫氣1號燃料電池電動汽車的性能參數(shù)。其排放物只有水，屬于零排放車。氫氣-1號的推出，使人們看到了新型汽車清潔動力的曙光。盡管燃料電池電動汽車價格昂貴，與實際應(yīng)用還有一定的距離，必須進(jìn)一步縮小燃料

26、電池和改質(zhì)器的體積，降低其成本。但其近乎完美的工作原理、優(yōu)良的能量效率和環(huán)保性能，具有極強(qiáng)的吸引力。豐田、尼桑、本田等汽車公司計劃在2003年將其燃料電池汽車投放市場，而值得注意的是，他們采用的均為甲醇燃料電池。我國煤炭資源豐富，可以從中獲得大量的甲醇，因此除了發(fā)展甲醇代用燃料汽車外，還應(yīng)積極開展甲醇燃料電池技術(shù)的研究，推進(jìn)甲醇燃料電池汽車的研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程。3 各類清潔汽車的環(huán)境和能源效益分析清潔汽車不僅具有良好的環(huán)境效益，還具有較好的能源效益。環(huán)境效益方面，LPG汽車、CNG汽車、醇類燃料汽車的排放較傳統(tǒng)燃油汽車的排放大大降低，電動汽車、混合動力汽車以及燃料電池汽車的排放達(dá)到超低或零排放水

27、平；能源效益方面，LPG汽車、CNG汽車、醇類燃料汽車具有良好的能源替代效益，電動汽車、混合動力汽車以及燃料電池汽車具有能源替代和直接節(jié)能的雙重效益。同時清潔汽車的應(yīng)用很大程度上改善了能源結(jié)構(gòu)。對此將分別進(jìn)行分析。另外，為了評價清潔汽車所帶來的環(huán)境效益，對不同類型清潔汽車減排效果進(jìn)行了統(tǒng)計分析，獲得了清潔汽車與所替代的傳統(tǒng)車輛的單車環(huán)保效益參數(shù)，為全面分析環(huán)境效益提供技術(shù)依據(jù)。31 LPG汽車LPG是清潔燃料的一種，相對于汽油和柴油兩種傳統(tǒng)燃料來說，汽車燃用LPG具有較好的環(huán)境效益。為了評價LPG汽車所帶來的環(huán)境效益，以下對搜集到的不同類型LPG汽車的排放指標(biāo)，與被其替代的傳統(tǒng)燃油汽車的排放指

28、標(biāo)進(jìn)行了統(tǒng)計對比，得到了相應(yīng)的改善效果的參數(shù)，為全面分析環(huán)境效益提供技術(shù)依據(jù)。311 LPG轎車的排放控制水平表3-1中列出了目前我們所掌握的LPG轎車的排放數(shù)據(jù)，其中有我們實際試驗測試的結(jié)果、有國內(nèi)轎車企業(yè)試驗結(jié)果、有荷蘭TNO對國外各種轎車的試驗數(shù)據(jù)也有荷蘭為我國的幾個轎車匹配的結(jié)果。圖3-1為轎車燃用LPG與燃用汽油時排放對比的平均值。312 LPG重型發(fā)動機(jī)的排放控制水平國內(nèi)燃用LPG的重型發(fā)動機(jī)（主要用于公交客車或極少量用于其他用途）種類不多，而做過工況法排放的就更少。所以，這一部分的分析將以國外權(quán)威機(jī)構(gòu)提供的平均數(shù)據(jù)為準(zhǔn)，同時還參考了中國部分?jǐn)?shù)據(jù)，此外考慮到我國國家科技部清潔汽車行

29、動中產(chǎn)業(yè)化項目：“大型公交車用柴油機(jī)改為單一燃料LPG發(fā)動機(jī)的研究開發(fā)”的技術(shù)指標(biāo)為歐洲II號排放法規(guī)的要求，最后進(jìn)行綜合分析得出，用LPG發(fā)動機(jī)替代傳統(tǒng)的重型發(fā)動機(jī)后的平均單機(jī)排放改善效果。l與汽油機(jī)相比的排放控制水平在中國的重型發(fā)動機(jī)中（尤其是公交車用發(fā)動機(jī)中），汽油機(jī)占有相當(dāng)?shù)谋壤?。因此發(fā)展清潔燃料發(fā)動機(jī)替代傳統(tǒng)的汽油機(jī)，是發(fā)展清潔汽車、改善城市環(huán)境的重要工作內(nèi)容。表3-2中列出了為美國加州研究中心發(fā)動機(jī)、我國CA6102發(fā)動機(jī)相關(guān)的排放改善效果，以及未來新開發(fā)的發(fā)動機(jī)應(yīng)達(dá)到的歐洲II排放標(biāo)準(zhǔn)與現(xiàn)有發(fā)動機(jī)排放水平相比改善效果。l與柴油機(jī)相比的排放水平城市公交車中還有相當(dāng)一部分的柴油車，燃

30、用LPG是解決柴油機(jī)排放的重要措施之一。表3-3中列出了為美國加州研究中心發(fā)動機(jī)、日本豐田15BFLPG相對于原柴油機(jī)排放改善效果，以及未來新開發(fā)的發(fā)動機(jī)應(yīng)達(dá)到的歐洲II排放標(biāo)準(zhǔn)與現(xiàn)有柴油機(jī)排放水平相比改善效果。32 CNG汽車321 CNG轎車的排放控制水平表3-4所列為本田公司、日產(chǎn)公司、菲亞特公司、德國大眾公司以及我國天津汽車公司CNG轎車的排放與原汽油車排放的比較?？梢钥闯?，燃用天然氣時汽車排放有較大幅度的降低。322 CNG公交車的排放控制水平下面給出了加州研究中心、德國大眾公司、通用汽車公司提供的CNG汽車排放與柴油機(jī)排放的對比，此外與LPG大型發(fā)動機(jī)的狀況相同，清潔汽車行動攻關(guān)項

31、目“大型公交車用單一燃料CNG發(fā)動機(jī)”均達(dá)到歐洲II排放法規(guī)要求，且課題即將在2001年完成，并同時實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。在不久的將來，該種發(fā)動機(jī)可能在公交車領(lǐng)域?qū)⒄紦?jù)重要地位，為此在表3-5中還給出了歐洲II排放標(biāo)準(zhǔn)限值與一臺國產(chǎn)柴油發(fā)動機(jī)排放的對比。從表3-5中可以粗略看出，用達(dá)到歐II的CNG發(fā)動機(jī)替代柴油機(jī)后最保守的環(huán)保效果預(yù)測。表3-6則是與汽油發(fā)動機(jī)汽車的對比，表中同樣列出了歐洲II排放標(biāo)準(zhǔn)限值與一臺國產(chǎn)發(fā)動機(jī)排放的對比。33醇類汽車的排放控制水平331甲醇汽車的排放控制水平經(jīng)過多年的試驗表明，甲醇燃料除節(jié)能外，更引人注目的是它能減少大氣的污染。首先，甲醇辛烷值高，可以與不添加四乙基鉛的汽油

32、混合，減少了排氣中鉛的污染；其次，甲醇的理論空燃比小，有利于完全燃燒，CO、HC和NOX的排放量減少，但摻燒汽油后，甲醇和甲醛的排放有所增加。目前常用的混合形式有：M5M20（M5甲醇混合是指甲醇體積濃度為5%的汽油），M50M85，M85M100。由于甲醇熱值是石油系燃料的一半，并且十六烷值低，不能壓縮點火，在用作柴油機(jī)燃料時，需要其它輔助著火手段。根據(jù)美國AQIRP研究報告，M85汽車的排放性能與傳統(tǒng)汽油車相比，HC降低31%，CO降低13%，NOX降低6%。332 乙醇汽車的排放控制水平乙醇可由各種谷物、纖維生物質(zhì)和植物等合成，屬可再生能源。燃用乙醇或乙醇-汽油混合燃料的汽車，也可降低污

33、染物的排放。根據(jù)美國AQIRP研究報告，E85汽車的排放性能與傳統(tǒng)汽油車相比，HC降低5%，CO增加7%，NOX降低40-50%。34混合動力、電動及燃料電池汽車的排放控制水平341混合動力汽車的排放控制水平大量的研究已表明發(fā)動機(jī)在瞬變工況下污染物排放大大超過穩(wěn)定工況時的排放。混合動力汽車的優(yōu)勢就在于能夠保證發(fā)動機(jī)始終處于相對穩(wěn)定的工況下運行，發(fā)動機(jī)的各個參數(shù)比較容易有針對性地進(jìn)行優(yōu)化匹配，從而獲得較高的效率和良好的排放性能。混合動力汽車比內(nèi)燃機(jī)汽車的排放低得多，但只有在特殊情況下才可以達(dá)到純電力汽車的排放水平。目前日本豐田的Prius混合動力汽車技術(shù)已經(jīng)成熟，而且已經(jīng)批量生產(chǎn)、投放市場。表3

34、-7給出了Prius與同時期的汽油車排放的對比，可以看出混合動力汽車相對于傳統(tǒng)的燃油車的環(huán)境效益有大幅度提高。342電動汽車的排放控制水平如果不考慮電廠的類型、燃料和排放控制，電池驅(qū)動的電動汽車將明顯地降低CO和HC（指有機(jī)氣體和揮發(fā)性有機(jī)化合物）的排放，并大大地削減NOX的排放。盡管電動汽車會產(chǎn)生額外的硫氧化物和顆粒污染物，但這并不很嚴(yán)重，因為對于這些相應(yīng)的污染物，汽車源污染的貢獻(xiàn)率只占1%左右?？傮w上，對于空氣質(zhì)量的影響，輕型車排放HC、CO、NOX大幅度削減的影響將遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于其產(chǎn)生的硫氧化物增加的影響，從而達(dá)到有效改善空氣質(zhì)量的目的。若考慮到環(huán)境條件的不同，則電動汽車的環(huán)境效益會有所差異。

35、例如，如果用天然氣發(fā)電（如日本），則硫氧化物的排放將會降低；但如果主要采用燃煤發(fā)電（如英國和美國），則會導(dǎo)致硫氧化物的增加。如果采用太陽能、原子能、風(fēng)能和水力能發(fā)電，則對空氣不會造成污染。如果還是采用化石燃料，則控制空氣污染顯得尤為重要。電動汽車與傳統(tǒng)汽車排放的對比情況詳見表3-8。343燃料電池汽車的排放控制水平以氫為燃料的燃料電池汽車是真正的零排放汽車，水是其唯一的排放物。甲醇燃料電池汽車的甲醇反應(yīng)器會產(chǎn)生很少量的NOX和CO，燃料供應(yīng)和貯存系統(tǒng)會也會有少量的甲醇蒸發(fā)。以汽油和其它石油產(chǎn)品為燃料的燃料電池汽車也會產(chǎn)生一定的排放物，不是源于燃料電池本身，而是來自反應(yīng)器、燃料箱等?？傊剂想?/p>

36、池汽車是一種零排放或接近零排放的汽車，是一種非常理想的清潔汽車。4 中國清潔汽車技術(shù)發(fā)展路徑41 技術(shù)發(fā)展路徑1、路徑設(shè)計時應(yīng)遵循的原則：1）市場導(dǎo)向2）政府支持3）因地制宜與多元化4）優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)5）經(jīng)濟(jì)效益與社會效益兼顧6）技術(shù)經(jīng)濟(jì)性7）階段性與前瞻性相結(jié)合8）技術(shù)創(chuàng)新與技術(shù)提升相結(jié)合2、路徑設(shè)計時考慮的主要因素：1）汽車的市場需求中國是世界汽車工業(yè)最大的潛在市場，未來十年，隨著中國經(jīng)濟(jì)的持續(xù)快速增長，這種潛在需求將變?yōu)楝F(xiàn)實購買力。因此，未來十年，中國汽車市場具有很大發(fā)展?jié)摿Α?）環(huán)境對汽車排放的容量社會環(huán)境對汽車排放容量有限，環(huán)境壓力巨大。3）資源狀況石油資源有限，煤炭資源豐富，天然氣資

37、源有區(qū)域優(yōu)勢，電力資源（尤其是水電資源）發(fā)展?jié)摿薮?。目前汽車消耗能源主要來自石油資源。4）各種清潔汽車的環(huán)境、能源效益。各類清潔汽車的環(huán)境和能源效益大小順序為：燃油汽車燃?xì)馄?、醇類汽?混合動力汽車燃料電池汽車、電動汽車漸次提高，而技術(shù)難度漸次增大。另外，清潔汽車產(chǎn)生的環(huán)境效益直接貢獻(xiàn)給社會，具有很強(qiáng)的外部性，僅依靠市場調(diào)節(jié)是難以奏效的。5）各種清潔汽車的技術(shù)成熟度及成本LPG、CNG、醇類汽車的技術(shù)已基本成熟，可直接進(jìn)行產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)和使用；混合動力汽車技術(shù)在國際上已有重大突破，已有小批量生產(chǎn)和使用，中國基礎(chǔ)薄弱；世界范圍內(nèi)電動和燃料電池汽車的關(guān)鍵技術(shù)尚有待于突破。清潔汽車的制造成本高于傳統(tǒng)

38、燃油汽車，但整個壽命期成本接近或低于傳統(tǒng)燃油汽車，尤其從未來發(fā)展趨勢看，清潔汽車總成本將低于傳統(tǒng)燃油汽車的總成本。6）技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和管理制度缺乏統(tǒng)一的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，管理基礎(chǔ)薄弱，管理制度不規(guī)范、不健全。42 技術(shù)路徑1、加快燃油汽車的清潔化進(jìn)程，提高燃油經(jīng)濟(jì)性水平。燃油汽車在相當(dāng)長的時間內(nèi)仍然是在用車和新增車輛的主體。因此，提高燃油汽車技術(shù)水平，改善其排放和油耗性能，對于實現(xiàn)車輛總體環(huán)境和能源效益意義重大?，F(xiàn)階段，應(yīng)在進(jìn)一步篩選、優(yōu)化關(guān)鍵技術(shù)基礎(chǔ)上，在燃油汽車上推廣應(yīng)用電控燃油噴射技術(shù)和三效催化技術(shù)等，實現(xiàn)規(guī)模生產(chǎn)，從轎車、微型車和輕型客車入手，逐步擴(kuò)展到載貨汽車2、提高燃油品質(zhì)。我國燃油品質(zhì)是汽車排

39、放性能進(jìn)一步提高的重要制約因素之一。此階段，應(yīng)研究開發(fā)新的燃油煉制技術(shù)，改進(jìn)工藝和設(shè)備，提高燃油品質(zhì)。3、因地制宜，大力發(fā)展和推廣適合本地區(qū)的代用燃料汽車。CNG、LPG及醇類等代用燃料汽車技術(shù)已基本成熟，我國不同地區(qū)分別有各自的資源優(yōu)勢。國家應(yīng)鼓勵各地區(qū)根據(jù)自身的資源狀況和技術(shù)優(yōu)勢，選擇合適的代用燃料汽車進(jìn)行產(chǎn)業(yè)化發(fā)展。代用燃料汽車優(yōu)先利用于出租車、公交車，逐步擴(kuò)展到郵政、環(huán)衛(wèi)、建筑等城市專用車及公務(wù)車。燃?xì)馄嚨陌l(fā)展應(yīng)盡快實現(xiàn)兩個轉(zhuǎn)變：電控噴射單一燃料燃?xì)馄嚤葯C(jī)械式雙燃料汽車具有無可比擬的環(huán)境和能源效益，且技術(shù)也基本成熟，應(yīng)盡快推廣應(yīng)用，在2005年前，普及第三代技術(shù)，提高燃?xì)馄焚|(zhì)。同時

40、應(yīng)逐步實現(xiàn)燃?xì)獠考b置的標(biāo)準(zhǔn)化，提高通用性和互換性，以實現(xiàn)部件規(guī)?；a(chǎn)，降低生產(chǎn)成本。值得注意的是，在我國由于煤炭資源相當(dāng)充足，且由煤生產(chǎn)甲醇已是成熟的產(chǎn)業(yè)，因此甲醇汽車具有很大的發(fā)展?jié)摿Α６鳯PG汽車由于對石油資源的依存性較高，其發(fā)展將同樣受到資源制約。在燃?xì)赓Y源可選擇的情況下，應(yīng)優(yōu)先發(fā)展中國具有資源優(yōu)勢的CNG汽車。4、燃料電池和電動汽車關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)。進(jìn)行廣泛的國際技術(shù)交流合作，對國際上最新的燃料電池技術(shù)、電動汽車技術(shù)進(jìn)行跟蹤，同時繼續(xù)組織技術(shù)力量對燃料電池和電動汽車動力電池進(jìn)行研究和開發(fā)。5、混合動力汽車研發(fā)?；旌蟿恿ζ嚰夹g(shù)在美國和日本已基本成熟，并投入小批量生產(chǎn)，我國應(yīng)加大科研開發(fā)投入，組織國內(nèi)產(chǎn)、學(xué)、研等技術(shù)力量進(jìn)行重點技術(shù)攻關(guān)和整車開發(fā)。為中期實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化奠定基礎(chǔ)。lITS相關(guān)技術(shù)研究及應(yīng)用。在推進(jìn)清潔汽車產(chǎn)業(yè)的同時，應(yīng)進(jìn)一步搞好交通道路建設(shè)，合理規(guī)劃，統(tǒng)籌安排，使城市交通網(wǎng)絡(luò)更加合理高效，加快以信息技術(shù)為中心的智能交通系統(tǒng)建設(shè)，發(fā)揮城市