大客車節(jié)能環(huán)保技術(shù)的發(fā)展課件

1、大客車節(jié)能環(huán)保技術(shù)的發(fā)展 截止到上 世紀(jì)末，隨著汽車技術(shù)的發(fā)展和市場(chǎng)需求的推動(dòng)，大客車的基本性能，例如，動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性、可靠性等方面的技術(shù)指標(biāo)已經(jīng)達(dá)到了人們較為滿意的水平。近幾年來(lái)，大客車的研發(fā)與創(chuàng)新則更集中于通過(guò)電子化等新技術(shù)手段，進(jìn)一步提高客車的舒適性、安全性及節(jié)能環(huán)保性能諸方面。在今天強(qiáng)調(diào)以人為本，即系心于人，用心于車的理念來(lái)說(shuō)，在這3 個(gè)方面的創(chuàng)新則是年年不斷。尤其是在節(jié)能環(huán)保技術(shù)方面更是研發(fā)的熱點(diǎn)和競(jìng)爭(zhēng)的關(guān)鍵。一、背景材料： 11、經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和城市化進(jìn)程的加速，必然帶來(lái)城市公交車輛的大量需求。我國(guó)的城市化進(jìn)程在黨的十六大報(bào)告和國(guó)民經(jīng)濟(jì)中長(zhǎng)期發(fā)展規(guī)劃中都有詳細(xì)的描述。鄉(xiāng)村變?yōu)槌擎?zhèn)，城鎮(zhèn)

2、變?yōu)樾〕鞘?，小城市變?yōu)橹械瘸鞘校械瘸鞘凶優(yōu)榇蟪鞘?，大城市變?yōu)槌^(guò)1000萬(wàn)人口的特大城市。有城市必然要有公交車輛，我國(guó)近幾年公交大客車的迅猛發(fā)展，就是在這一背景下取得的。12、大城市的交通和車輛排放污染形勢(shì)嚴(yán)峻：大城市，尤其是象北京、上海這樣的超大城市，高樓林立、人口密集、交通擁擠、環(huán)境惡化，工作效率和居民生活質(zhì)量嚴(yán)重下降，這不但是正在走向工業(yè)化的國(guó)家面臨的重大問(wèn)題，也是發(fā)達(dá)國(guó)家超大城市同樣面臨的重大挑戰(zhàn)。 13、北京2008奧運(yùn)會(huì)和我國(guó)加入WTO為解決這些問(wèn)題提供了重大機(jī)遇：政府的重視（公交車輛是城市的形象），會(huì)有大量資金的投入，加入WTO打開國(guó)門后國(guó)際資本和技術(shù)的涌入帶來(lái)激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)。

3、14、認(rèn)準(zhǔn)方向、作好規(guī)劃、抓住機(jī)遇、迎接挑戰(zhàn)。國(guó)內(nèi)大客車企業(yè)要利用這些機(jī)遇，主動(dòng)迎接國(guó)內(nèi)外的挑戰(zhàn)。二、汽車節(jié)能環(huán)保技術(shù)的發(fā)展大趨勢(shì)21、我國(guó)汽車近幾年產(chǎn)量的增長(zhǎng)情況和今后的增長(zhǎng)數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)見(jiàn)表1和表2： 表1：中國(guó)汽車產(chǎn)量的增長(zhǎng)情況統(tǒng)計(jì) 單位：萬(wàn)輛年代產(chǎn)量1996147.51997158.31998162.91999183.22000206.82001234.22002325.12003444.12004507.5 單位：萬(wàn)輛 22、能源短缺、未雨綢繆： 國(guó)際市場(chǎng)石油價(jià)格一路飆升，從2002年（美國(guó)伊拉克戰(zhàn)爭(zhēng)前）的20美元/桶上升到2005年6月的60美元/ 桶，而且還有繼續(xù)上升的趨勢(shì)。世界石油產(chǎn)

4、量已趨峰值，歐佩克已經(jīng)拿不出產(chǎn)油能力來(lái)平抑油價(jià)。我國(guó)的能源，尤其是石油資源的形勢(shì)非常嚴(yán)峻。我國(guó)石油消耗已位居世界第二，而交通用油呈快速上升勢(shì)頭，年平均增長(zhǎng)超過(guò)10%（1995-2000）。我國(guó)進(jìn)口石油迅速增長(zhǎng)，2000年進(jìn)口7000萬(wàn)噸，2003年超過(guò)一億噸，預(yù)計(jì)2010年進(jìn)口將超過(guò)1.4億噸，國(guó)家能源安全面臨嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。節(jié)約能源，尤其是節(jié)約石油資源，不但是經(jīng)濟(jì)問(wèn)題，而是關(guān)系國(guó)家能源安全的政治問(wèn)題 23、環(huán)境污染和二氧化碳排放問(wèn)題：由于經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和粗放式的發(fā)展模式，我國(guó)的資源和環(huán)境與經(jīng)濟(jì)發(fā)展的矛盾異常突出，大氣污染非常嚴(yán)重，尤其是大城市。2002年在全世界污染最嚴(yán)重的10個(gè)城市中中國(guó)占5個(gè)；

5、而在城市中交通工具，尤其是汽車，造成的CO和噪聲污染分別占各自污染物總量的7090%以上。為此，我國(guó)也頒布了較為嚴(yán)格的機(jī)動(dòng)車輛排放法規(guī)，2003年已經(jīng)全面實(shí)施了歐排放標(biāo)準(zhǔn)，明年可能會(huì)實(shí)施歐標(biāo)準(zhǔn)。2010年以后與國(guó)際接軌。我國(guó)CO2排放量已排在美國(guó)之后，位居世界第二。我國(guó)已經(jīng)正式加入了關(guān)于減少全球CO2排放量的“京都議定書”。汽車CO2排放即將成為全球關(guān)注的重大環(huán)保問(wèn)題汽車動(dòng)力系統(tǒng)的發(fā)展方向圖1 汽車動(dòng)力系統(tǒng)的發(fā)展方向31、電動(dòng)汽車的優(yōu)點(diǎn)：1）“ 零排放”：電動(dòng)汽車在運(yùn)行中無(wú)廢氣排放，即使將發(fā)電廠的排放進(jìn)行等效換算，也是超低排放。此外，電廠可以遠(yuǎn)離市區(qū)建設(shè)，對(duì)城市污染較小。2）解除汽車對(duì)石油資源

6、的依賴：電是二次能源，可以從多種途徑獲得，例如，煤、水、風(fēng)、太陽(yáng)能、潮汐、生物質(zhì)、核能等，其中許多為可再生能源。3）系統(tǒng)效率高：燃油汽車的能量循環(huán)：從原油精煉加油站燃油汽車。電動(dòng)汽車的能量循環(huán)：從原油粗煉發(fā)電廠充電站電動(dòng)汽車。據(jù)日本學(xué)者的研究結(jié)果，后者比前者能量效率高1217。此外，電動(dòng)汽車可以利用晚間電網(wǎng)的低谷電充電，以提高電網(wǎng)總的能量效率。 4）電動(dòng)汽車的噪聲低、振動(dòng)小。 基于以上原因，從上世紀(jì)80年代，國(guó)內(nèi)外掀起了電動(dòng)汽車的研發(fā)熱潮，法國(guó)、日本、美國(guó)、德國(guó)等都經(jīng)過(guò)試驗(yàn)和示范運(yùn)行，開發(fā)出具有商品化水平的純電動(dòng)汽車，如法國(guó)PSA公司的標(biāo)志P106和雪鐵龍AX電動(dòng)轎車，日本豐田汽車公司的RAV

7、-4EV電動(dòng)轎車，美國(guó)通用汽車公司的EV1電動(dòng)轎車等。我國(guó)也將電動(dòng)汽車的研究開發(fā)列入“八五”、“九五”國(guó)家科技攻關(guān)項(xiàng)目，并于1996年6月建成廣東汕頭國(guó)家電動(dòng)汽車試驗(yàn)示范基地。“十五”期間，國(guó)家科技部將電動(dòng)汽車項(xiàng)目列入國(guó)家“863”重大專項(xiàng)。成了資助電池、電機(jī)及其控制系統(tǒng)、整車控制系統(tǒng)以外，重點(diǎn)資助北京市（北京理工大學(xué)牽頭）進(jìn)行純電動(dòng)大客車的研發(fā)和示范運(yùn)行。2005年6月21日由國(guó)家發(fā)改委正式批準(zhǔn)，14輛鉛酸電池純電動(dòng)公交大客車在北京公交121路線投入商業(yè)化運(yùn)行。另一個(gè)課題資助天津清源動(dòng)力公司（中國(guó)汽車技術(shù)研究中心）進(jìn)行純電動(dòng)轎車的研究開發(fā)和示范運(yùn)行。其中有5輛純電動(dòng)轎車于2005年初首次出口

8、到美國(guó)。 33、混合動(dòng)力電動(dòng)汽車的優(yōu)勢(shì)：混合動(dòng)力電動(dòng)汽車（Hybrid Electric Vehicle，簡(jiǎn)稱HEV）是將電力驅(qū)動(dòng)與輔助動(dòng)力（APU）結(jié)合起來(lái)，充分發(fā)揮二者各自的優(yōu)勢(shì)及二者相結(jié)合產(chǎn)生的優(yōu)勢(shì)的車輛。輔助動(dòng)力可以采用燃燒某種燃料的原動(dòng)機(jī)，如內(nèi)燃機(jī)、燃?xì)廨啓C(jī)等或其它動(dòng)力發(fā)電機(jī)組 圖2 混合動(dòng)力電動(dòng)汽車的結(jié)構(gòu)原理和布置方式混合動(dòng)力系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)原理和布置方式如圖2所示。東風(fēng)電動(dòng)汽車公司開發(fā)的并聯(lián)式混合動(dòng)力大客車的結(jié)構(gòu)參數(shù)如表3所示。表3 東風(fēng)電動(dòng)汽車公司開發(fā)的并聯(lián)式混合動(dòng)力電動(dòng)大客車的結(jié)構(gòu)參數(shù) 項(xiàng)目單位技術(shù)參數(shù)車長(zhǎng)m11載客人85車重（空載/滿載）kg10050/16500總電壓/ 蓄電池

9、V336/ 鎳氫高功率型28個(gè)模塊加速時(shí)間s16（040km/h）最高車速km/h72電機(jī)開關(guān)磁阻電機(jī)；最大功率：27kW；發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)口康明斯6BTA發(fā)動(dòng)機(jī)（電控、高壓共軌、達(dá)到歐3排放標(biāo)準(zhǔn)）其它說(shuō)明發(fā)動(dòng)機(jī)和電機(jī)混合驅(qū)動(dòng)；制動(dòng)空壓機(jī)、液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)和空調(diào)壓縮機(jī)均由發(fā)動(dòng)機(jī)直接驅(qū)動(dòng)?；旌蟿?dòng)力電動(dòng)汽車的商業(yè)化已經(jīng)在日本和美國(guó)逐漸推廣。豐田汽車公司的Prius混合動(dòng)力轎車已經(jīng)在日本和美國(guó)銷售了39萬(wàn)輛以上?；旌蟿?dòng)力公交大客車在美國(guó)紐約、西雅圖和加州等地也已經(jīng)銷售和示范運(yùn)行數(shù)百輛。巴西在里約熱內(nèi)盧用混合動(dòng)力方式改造了幾條公交路線，采用柴油機(jī)和鉛酸電池串連式混合動(dòng)力結(jié)構(gòu)，取得了節(jié)油和降低排放的良好效果。

10、四、燃料電池電動(dòng)汽車的研究開發(fā)進(jìn)展 41 燃料電池的種類和特點(diǎn)：到目前為止，人們研究開發(fā)出的燃料電池的種類、工作溫度、可應(yīng)用范圍、優(yōu)缺點(diǎn)等見(jiàn)表4。表4 燃料電池的種類和特點(diǎn)類型工作溫度應(yīng)用范圍優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)質(zhì)子交換膜60100運(yùn)輸業(yè)、便攜式電源工作溫度低、起動(dòng)快重量小、結(jié)構(gòu)緊湊需用貴金屬作催化劑、成本高、對(duì)燃料的純度要求較高堿性90100軍事、航空、航天在堿性電解液中陰極反應(yīng)較快需要除去燃料、氧化劑中的雜質(zhì)氣體，例如：CO2磷酸型175200電力工業(yè)、 運(yùn)輸業(yè)工作特性好、效率較高、對(duì)燃料的純度要求不高鉑作催化劑、體積和重量較大、輸出的電流、功率較低熔融碳酸鹽6001000電力工業(yè)效率較高、成本較低可

11、使用多種材料作催化劑有腐蝕性，高溫加速燃料電池部件的損壞固體氧化物6001000電力工業(yè)效率高，可用多種燃料、催化劑成本低、便于維護(hù)高溫加速燃料電池部件的損壞42、質(zhì)子交換膜燃料電池的工作原理 質(zhì)子交換膜燃料電池的結(jié)構(gòu)和原理如圖3所示。電池單體主要由膜電極（陽(yáng)極、陰極）質(zhì)子交換膜和集流板組成。其具體反應(yīng)步驟為：經(jīng)增濕后的H2和O2分別進(jìn)入陽(yáng)極室和陰極室，經(jīng)電極擴(kuò)散層擴(kuò)散到達(dá)催化層和質(zhì)子交換膜的界面，分別在催化劑作用下發(fā)生氧化和還原反應(yīng)： 陽(yáng)極： 陰極： 電池總反應(yīng)： 圖3 質(zhì)子交換膜燃料電池的反應(yīng)原理 陽(yáng)極反應(yīng)生成的質(zhì)子（H+）通過(guò)質(zhì)子交換膜傳導(dǎo)到達(dá)陰極，陽(yáng)極反應(yīng)產(chǎn)生的電子通過(guò)外電路到達(dá)陰極。

12、生成的水以水蒸汽或冷凝水的形式由過(guò)剩的陰極反應(yīng)氣體從陰極室排出。43、燃料電池的優(yōu)勢(shì)：（1）效率高，燃料電池的化學(xué)反應(yīng)不受卡諾循環(huán)的限制，理論上能量效率可接近80，實(shí)際效率已達(dá)5070%。（2）清潔無(wú)污染，氫/氧燃料電池的產(chǎn)物只有水，屬于零排放或接近零排放（考慮到燃料重整時(shí)）。（3）效率隨輸出功率變化的特性好，燃料電池的效率在額定功率附近可達(dá)60，部分功率下運(yùn)行時(shí)效率會(huì)高于額定功率下的效率，可達(dá)約70%，過(guò)載功率下運(yùn)行時(shí)效率略低于額定功率的效率，可達(dá)5055。燃料電池的效率隨輸出功率變化的特性比內(nèi)燃機(jī)更適合于汽車的實(shí)際運(yùn)行。（4）過(guò)載能力強(qiáng)，燃料電池的短時(shí)過(guò)載能力可達(dá)200的額定功率，更適合于

13、汽車的加速、爬坡等工況。44、國(guó)外燃料電池汽車的研發(fā)進(jìn)展由于質(zhì)子交換膜燃料電池（PEMFC）同時(shí)兼?zhèn)錈o(wú)污染、高效率、適用廣、低噪聲、可快速補(bǔ)充能量、具有模塊化結(jié)構(gòu)等特點(diǎn)，被公認(rèn)為是替代傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)的最理想的動(dòng)力裝置。全世界各發(fā)達(dá)國(guó)家及各大汽車公司都非常重視燃料電池的研究開發(fā)。美國(guó)能源部的最新報(bào)告指出，燃料電池的研制和開發(fā)“已接近歷史性突破的邊緣”，“歐美日的激烈競(jìng)爭(zhēng)已進(jìn)入沖刺階段”，燃料電池技術(shù)將成為21世紀(jì)“汽車工業(yè)競(jìng)爭(zhēng)的焦點(diǎn)”。 美國(guó)前礦物能源部長(zhǎng)助理克西格爾說(shuō)：“燃料電池技術(shù)在21世紀(jì)上半葉在技術(shù)上的沖擊影響，會(huì)類似于20世紀(jì)上半葉內(nèi)燃機(jī)所起的作用”。福特汽車公司主管PNGV項(xiàng)目的經(jīng)理鮑伯

14、默爾稱：燃料電池必定給汽車動(dòng)力帶來(lái)一場(chǎng)革命。 （2）、日本的燃料電池汽車計(jì)劃：日本政府對(duì)燃料電池汽車的研究開發(fā)和推廣應(yīng)用也表示了極大的關(guān)注，為了促進(jìn)燃料電池汽車的商業(yè)化，由中央和地方政府共同資助在大阪、京都、東京等城市建立加氫站。2002年年底日本首相小泉純一郎以政府的名義采購(gòu)了5輛燃料電池轎車（豐田公司3輛，本田公司2輛），租給政府各部門使用。在2005年名古屋世界博覽會(huì)上日本豐田汽車公司展示了多款燃料電池汽車，其中包括5輛以上的燃料電池大客車。（3）、全球環(huán)境基金會(huì)（GEF）、聯(lián)合國(guó)開發(fā)計(jì)劃署（UNDP）燃料電池大客車示范項(xiàng)目：為了使發(fā)展中國(guó)家的大城市公共交通車輛改變能源結(jié)構(gòu)、降低有害物排

15、放污染和溫室氣體（CO2）排放，全球環(huán)境基金（GEFGlobal Environmental Facilities）和聯(lián)合國(guó)發(fā)展計(jì)劃署（UNDPUnited Nations Development Programme）資助巴西圣保羅、墨西哥城、中國(guó)的北京和上海等大城市開展燃料電池公交客車的運(yùn)行示范工程。其目的在于促進(jìn)燃料電池大客車的盡快商業(yè)化。中國(guó)燃料電池公共汽車商用化示范項(xiàng)目于2003年3月27日在北京召開啟動(dòng)會(huì)，該示范項(xiàng)目總投入為3236萬(wàn)美元，其中GEF投入1158萬(wàn)美元，UNDP投入40萬(wàn)美元，國(guó)家科技部、北京市和上海市共投入1458萬(wàn)美元，企業(yè)等其他投入約580萬(wàn)美元。中國(guó)燃料電池公

16、共汽車商用化示范項(xiàng)目為期5年，項(xiàng)目組于2003年12月18日在北京向外界發(fā)布了第一期6輛（北京、上海各3輛）燃料電池大客車的招標(biāo)書，經(jīng)過(guò)專家評(píng)審和談判，最后于2004年5月17日在北京與戴姆勒可萊斯勒中國(guó)（投資）有限公司簽署采購(gòu)3輛燃料電池大客車的合同，合同規(guī)定2005年10月將有3輛戴姆勒可萊斯勒公司的燃料電池大客車在北京市投入示范運(yùn)營(yíng)。 五、結(jié)束語(yǔ) 1） 2008北京奧運(yùn)會(huì)和加入WTO為我國(guó)公交客車的發(fā)展提供了重要的機(jī)遇和挑戰(zhàn)；2) 節(jié)能和降低排放污染是公交客車最關(guān)鍵的技術(shù)；3) 代用燃料技術(shù)、電動(dòng)汽車技術(shù)以及混合動(dòng)力汽車技術(shù)的發(fā)展是解決節(jié)能、環(huán)保問(wèn)題重要的途徑；混合動(dòng)力汽車將成熟的內(nèi)燃機(jī)技術(shù)和電驅(qū)動(dòng)技術(shù)，按照最優(yōu)化的方式組合起來(lái)，達(dá)到高效、節(jié)能、低排放的目標(biāo)，是目前開發(fā)研制和推廣的重點(diǎn)。 4） 燃料電池汽車是今后的目標(biāo)，現(xiàn)在應(yīng)該積極進(jìn)行關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)、樣