能源與環(huán)境新技術(shù)

能源與環(huán)境新技術(shù)概述能源是自然界中能產(chǎn)生各種能量（如熱量、電能、光能和機械能等）或可作功的物質(zhì)的統(tǒng)稱。能源是人類活動的物質(zhì)基礎。在某種意義上講，人類社會的發(fā)展離不開優(yōu)質(zhì)能源的出現(xiàn)和先進能源技術(shù)的使用。人類在享受能源帶來的經(jīng)濟發(fā)展、科技進步等利益的同時，也遇到能源短缺、資源爭奪以及過度使用能源以及能源環(huán)境污染等難以解決的問題。能源可劃分為不可再生能源和可再生能源。不可再生能源：煤炭；石油；天然氣；天然氣水合物；鈾礦?？稍偕茉矗禾柲?；水能；地熱；生物質(zhì)能；風能；波浪能；潮汐能；氦-3；氫。順便介紹一下氦-3：據(jù)俄羅斯科學院院士加里莫夫研究，月球表層擁有5億噸氦-3資源，只要載重10噸的航天飛機飛兩至三次，就能保證全人類一年的能源供應。我們所處的時代堪稱“能源時代”。人們從來沒有像今天這樣重視能源，世界能源形勢的熱點問題更是舉世矚目。能源危機是指因為能源供應短缺或是價格上漲而影響經(jīng)濟。這通常涉及到石油、電力或其他自然資源的短缺。能源危機通常會造成經(jīng)濟衰退。從消費者的觀點，汽車或其它交通工具所使用的石油產(chǎn)品價格的上漲降低了消費者的信心和增加了他們的開銷。一、當前世界能源狀況世界能源消費呈現(xiàn)不同的增長模式，發(fā)達國家增長速率明顯低于發(fā)展中國家。過去30年來，北美、中南美洲、歐洲、中東、非洲及亞太等六大地區(qū)的能源消費總量均有所增加，但是經(jīng)濟、科技與社會比較發(fā)達的北美洲和歐洲兩大地區(qū)的增長速度非常緩慢，其消費量占世界總消費量的比例也逐年下降，北美由1973年的35.1%下降到2003年的28.0%，歐洲地區(qū)則由1973年的42.8%下降到2003年的29.9%。OECD（經(jīng)濟合作與發(fā)展組織）成員國能源消費占世界的比例由1973年的68.0%下降到2003年的55.4%。其主要原因，一是發(fā)達國家的經(jīng)濟發(fā)展已進入到后工業(yè)化階段，經(jīng)濟向低能耗、高產(chǎn)出的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)發(fā)展，高能耗的制造業(yè)逐步轉(zhuǎn)向發(fā)展中國家；二是發(fā)達國家高度重視節(jié)能與提高能源使用效率。世界能源消費結(jié)構(gòu)趨向優(yōu)質(zhì)化，但地區(qū)差異仍然很大。自19世紀70年代的產(chǎn)業(yè)革命以來，化石燃料的消費量急劇增長。初期主要是以煤炭為主，進入20世紀以后，特別是第二次世界大戰(zhàn)以來，石油和天然氣的生產(chǎn)與消費持續(xù)上升，石油于20世紀60年代首次超過煤炭，躍居一次能源的主導地位。雖然20世紀70年代世界經(jīng)歷了兩次石油危機，但世界石油消費量卻沒有絲毫減少的趨勢。此后，石油、煤炭所占比例緩慢下降，天然氣的比例上升。同時，核能、風能、水力、地熱等其他形式的新能源逐漸被開發(fā)和利用，形成了目前以化石燃料為主和可再生能源、新能源并存的能源結(jié)構(gòu)格局。到2003年底，化石能源仍是世界的主要能源，在世界一次能源供應中約占87.7%，其中，石油占37.3%、煤炭占26.5%、天然氣占23.9%。非化石能源和可再生能源雖然增長很快，但仍保持較低的比例，約為12.3%。煤炭資源的分布也存在巨大的不均衡性。截止到2003年底，世界煤炭剩余可采儲量為9844.5億噸，儲采比高達192（年），歐洲、北美和亞太三個地區(qū)是世界煤炭主要分布地區(qū)，三個地區(qū)合計占世界總量的92%左右。同期，天然氣剩余可采儲量為175.78萬億立方米，儲采比達到67。中東和歐洲是世界天然氣資源最豐富的地區(qū)，兩個地區(qū)占世界總量的75.5%，而其他地區(qū)的份額僅分別為5%?7%。隨著世界一些地區(qū)能源資源的趨向枯竭。世界經(jīng)濟的現(xiàn)代化，得益于化石能源，如石油、天然氣、煤炭與核裂變能的廣泛的投入應用。因而它是建筑在化石能源基礎之上的一種經(jīng)濟。然而，由于這一經(jīng)濟的資源載體將在21世紀上半葉迅速地接近枯竭。 石油儲量的綜合估算，可支配的化石能源的極限，大約為 1180?1510億噸，以1995年世界石油的年開采量33.2億噸計算，石油儲量大約在2050年左右宣告枯竭。天然氣儲備估計在131800?152900兆立方米。年開采量維持在2300兆立方米，將在57~65年內(nèi)枯竭。煤的儲量約為5600億噸。1995年煤炭開采量為33億噸，可以供應169年。鈾的年開采量目前為每年6萬噸，根據(jù)1993年世界能源委員會的估計可維持到21世紀30年代中期。核聚變到2050年還沒有實現(xiàn)的希望?；茉磁c原料鏈條的中斷，必將導致世界經(jīng)濟危機和沖突的加劇。 事實上，近10年來，中東及海灣地區(qū)與非洲的戰(zhàn)爭都是由化石能源的重新配置與分配而引發(fā)。這種軍事沖突，今后還將更猛烈、更頻繁；在國內(nèi)，也可能出現(xiàn)由于能源基地工人下崗而引發(fā)的許多新的矛盾和沖突。 總之，能源危機遲早會爆發(fā)；它的爆發(fā)將具有爆炸性！二、戰(zhàn)勝能源危機的策略化石燃料正在向高效節(jié)能、潔凈環(huán)保的方向發(fā)展。全球范圍的節(jié)能技術(shù)革命已經(jīng)展開，各國都在通過節(jié)約能源和提高能效來降低能源需求量，發(fā)達國家的能源消耗下降了30%以上，機動車的燃油效能提高了近一倍。清潔能源技術(shù)迅速提高，各國紛紛推進清潔煤計劃。大力發(fā)展可再生能源用可再生能源和原料全面取代生化資源，進行一場新的工業(yè)革命，不僅是出于生存的原因；與之相連的是世界經(jīng)濟可獲得持續(xù)的發(fā)展。在這種世界經(jīng)濟中，高科技術(shù)和生態(tài)可以承載的區(qū)域性經(jīng)濟形式將得以發(fā)展。各種新能源的開發(fā)利用引人矚目。太陽能、風能、地熱能、海洋能、生物質(zhì)能等可再生能源的研發(fā)迅速展開，尤其是美、日、中等國都在大力開發(fā)氫燃料電池技術(shù)，使用氫燃料電池的汽車樣機已經(jīng)上路，2008年北京奧運會期間將出現(xiàn)氫燃料電池的公共汽車。到本世紀中期，人類有望進入“新能源時代”。清潔能源（clearnerenergy）是不排放污染物的能源，包括核電站和"可再生能源”，可再生能源是指原材料可以再生的能源，如水力發(fā)電、風力發(fā)電、太陽能、生物能（沼氣）、海潮能等，可再生能源不存在能源耗竭的可能，因此日益受到許多國家的重視，尤其是能源短缺的國家。1、光與熱的轉(zhuǎn)換。如太陽能熱水器、太陽能灶等。2、光與電的轉(zhuǎn)換，如太陽能電池板、太陽能車、船等。太陽能清潔能源是將太陽的光能轉(zhuǎn)換成為其他形式的熱能、電能、化學能，能源轉(zhuǎn)換過程中不產(chǎn)生其他有害的氣體或固體廢料，是一種環(huán)保、安全、無污染、的新型能源。海洋能指依附在海水中的可再生能源，海洋通過各種物理過程接收、儲存和散發(fā)能量，這些能量以潮汐、波浪、溫度差、鹽度梯度、海流等形式存在于海洋之中。1、潮汐能2、波浪能3、海水溫差能4、鹽差能5、海流能天然氣的開發(fā)利用迅速增長并且前景廣闊。天然氣儲量豐富，迄今僅開采了全球總儲量的16%，而且污染較小，可以作為石油的替代品，消費量將以年均10%的速度增長，有望超越煤炭成為第二大能源載體。天然氣水合物是深藏海底的固體天然氣，測算儲量是化石能源儲量的2倍，而且雜質(zhì)少，無污染，是一種新型的清潔能源。日、美等國已經(jīng)獲取了天然氣水合物的樣品，我國已經(jīng)建立了專門的實驗室，天然氣水合物有望繼石油之后成為人類的又一支柱能源。核能（又稱原子能）是通過原子核結(jié)構(gòu)發(fā)生變化時放出的能量，物質(zhì)所具有的核能比化學能大幾百萬倍以至一千萬倍以上。核能是通過三種核反應方式進行釋放的：核裂變，打開重原子核的結(jié)合力，例如原子彈爆炸；核聚變，促使輕原子聚合在一起，例如氫彈爆炸；核衰變，自然的裂變形式，是放射性核素自發(fā)地釋放射線和能量，如放射出a、B、Y（音譯為阿爾法、貝塔、伽馬）射線，最終轉(zhuǎn)化為其他穩(wěn)定核素的過程。通過受控核聚變獲得巨大能量是本世紀人類開發(fā)新能源的宏偉計劃，將成為21世紀理想的換代新能源，俗稱“人造小太陽”，但要實現(xiàn)商業(yè)運行預計還要40-50年的時間。目前受控產(chǎn)生聚變能的科學可行性已經(jīng)被實驗證實，建造國際熱核聚變實驗堆（簡稱ITER）的計劃已經(jīng)進入實質(zhì)性階段，2005年國際合作國決定在法國建造， 根據(jù)協(xié)議，項目預計2013-2015年建成，開發(fā)利用階段20年。中國在這一領域已進入國際先進水平，并于2003年加入了ITER計劃。該計劃的完全實現(xiàn)將為商用聚變堆的建造奠定可靠的科學基礎，人類將從“石油文明”走向“核能文明”。核能發(fā)電消耗的燃料比化石燃料消耗的物質(zhì)要少的多。鈾核裂變是現(xiàn)在核電站中最常見的形式，氫的同位素氘、氚核聚變反應是現(xiàn)在試驗堆采用的形式，因而鈾、氘、氚也就成為最主要的核能燃料。由于單位物質(zhì)中的核能比化學能大的多，1克鈾235完全發(fā)生核裂變后放出的能量相當于燃燒2.5噸煤所產(chǎn)生的能量。1公升海水里（含30毫克氘）提取出的氘，在完全的聚變反應中可釋放相當于燃燒300公升汽油的能量，氘的發(fā)熱量相當于同等煤的2000萬倍。因而同樣發(fā)電核能消耗的物質(zhì)就比化石燃料要少的多。例如，1臺100萬千瓦核電機組，每年需要更換約50個燃料組件、合25噸左右核燃料，只需要27卡車就能運送，而同等裝機容量的煤電站則需要300萬噸煤，要用5萬節(jié)車皮來裝。1座100萬千瓦的核聚變電站，每年耗氘量只需304千克。顯然核能還可以緩解交通運輸壓力。利用反應堆產(chǎn)生的能量直接供熱，也有十分廣闊的市場。例如，建設一座20萬千瓦的低溫供熱堆，每年消耗二氧化鈾僅1噸，它可以為500萬平方米的建筑供暖。而為同樣建筑面積供暖的鍋爐，每年需要燒煤30萬噸。以裝機容量1000千瓦的燃煤電廠和核電廠相比，兩者發(fā)電量分別為55億度和56億度，燃煤電廠要排放二氧化碳588萬噸、二氧化硫4.4萬噸，氧化氮2.2萬噸以及近萬噸煙塵，45萬噸的灰渣。核電廠上述五種污染物排放量為零。核能的開發(fā)利用重新受到重視。由于技術(shù)的進步，核電站的安全性、核廢物處理等難題得到解決，中國、芬蘭、美國都著手建設新一代核電站，國際原子能機構(gòu)實施了先進核燃料計劃，日、法、美、俄等國推動了核聚變能的遠期商業(yè)應用，核能將進入新一輪發(fā)展期。地熱能是來自地球深處的可再生熱能。它起源于地球的熔融巖漿和放射性物質(zhì)的衰變。地下水的深處循環(huán)和來自極深處的巖漿侵入到地殼后，把熱量從地下深處帶至近表層。在有些地方，熱能隨自然涌出的熱蒸汽和水而到達地面，自史前起它們就已被用于洗浴和蒸煮。通過鉆井，這些熱能可以從地下的儲層引入水池。房間、溫室和發(fā)電站。這種熱能的儲量相當大。據(jù)估計，每年從地球內(nèi)部傳到地面的熱能相當于100PW?h。不過，地熱能的分布相對來說比較分散，開發(fā)難度大。實際上，如果不是地球本身把地熱能集中在某些地區(qū)（一般來說是那些與地殼構(gòu)造板塊的界面有關(guān)的地區(qū)），用目前的技術(shù)水平是無法將地熱能作為一種熱源和發(fā)電能源來使用的。嚴格地說，地熱能不是一種“可再生的”資源，而是一種像石油一樣，可開采的能源，最終的可回采量將依賴于所采用的技術(shù)。將水（傳熱介質(zhì)）重新注回到含水層中可以提高再生的性能，因為這使含水層不枯竭。然而在這個問題上沒有明確的結(jié)論，因為有相當一部分地熱點可采用某種方式進行開發(fā)，讓提取的熱量等于自然不斷補充的熱量。實事求是地講，任何情況下，即使從技術(shù)上來說地熱能不是可再生能源，但全球地熱資源潛量十分巨大，因此問題不在于資源規(guī)模的大小，而在于是否有適合的技術(shù)將這些資源經(jīng)濟開發(fā)出來。地熱能是指貯存在地球內(nèi)部的熱能。其儲量比目前人們所利用的總量多很多倍，而且集中分布在構(gòu)造板塊邊緣一帶、該區(qū)域也是火山和地震多發(fā)區(qū)。如果熱量提取的速度不超過補充的速度，那么地熱能便是可再生的。高壓的過熱水或蒸汽的用途最大，但它們主要存在于十熱巖層中，可以通過鉆井將它們引出。地熱能在世界很多地區(qū)應用相當廣泛。老的技術(shù)現(xiàn)在依然富有生命力，新技術(shù)業(yè)已成熟，并且在不斷地完善。在能源的開發(fā)和技術(shù)轉(zhuǎn)讓方面，未來的發(fā)展?jié)摿ο喈敶?。地熱能是天生就儲存在地下的，不受天氣狀況的影響，既可作為基本負荷能使用，也可根據(jù)需要提供使用。地熱能的利用自古時候起人們就已將低溫地熱資源用于浴池和空間供熱，近來還應用于溫室、熱力泵和某些熱處理過程的供熱。在商業(yè)應用方面，利用干燥的過熱蒸汽和高溫水發(fā)電已有幾十年的歷史。利用中等溫度（100°C）水通過雙流體循環(huán)發(fā)電設備發(fā)電，在過去的10年中已取得了明顯的進展，該技術(shù)現(xiàn)在已經(jīng)成熟。地熱熱泵技術(shù)后來也取得了明顯進展。由于這些技術(shù)的進展，這些資源的開發(fā)利用得到較快的發(fā)展，也使許多國家的經(jīng)濟上可供利用的資源的潛力明顯增加。從長遠觀點來看，研究從干燥的巖石中和從地熱增壓資源及巖漿資源中提取有用能的有效方法，可進一步增加地熱能的應用潛力。地熱能的勘探和提取技術(shù)依賴于石油工業(yè)的經(jīng)驗，但為了適應地熱資源的特殊性（例如資源的高溫環(huán)境和高鹽度）要求，這些經(jīng)驗和技術(shù)必須進行改進。地熱資源的勘探和提取費用在總的能源費用中占有相當大的比例。這些成熟技術(shù)通過聯(lián)合國有關(guān)部門（聯(lián)合國培訓研究所和聯(lián)合國開發(fā)計劃署）的艱苦努力，已成功地推廣到發(fā)展中國家。地熱能的來源，地球的內(nèi)部是一個高溫高壓的世界，是一個巨大的“熱庫”，蘊藏著無比巨大的熱能。地球內(nèi)部蘊藏的熱量有多大呢？假定地球的平均溫度為2000°C，地球的質(zhì)量為6x1024kg，地球內(nèi)部的比熱為1.045J/g?C,那么整個地球內(nèi)部的熱含量大約為1.25X1031J。即便是在地球表層10km厚這樣薄薄的一層，所貯存的熱量就有1025J。地球通過火山爆發(fā)、間歇噴泉和溫泉等等途徑，源源不斷地把它內(nèi)部的熱能通過傳導、對流和輻射的方式傳到地面上來。據(jù)估計，全世界地熱資源的總量大約為14.5X1025J，相當于4948X1012t標準煤燃燒時所放出的熱量。如果把地球上貯存的全部煤炭燃燒時所放出的熱量作為100來計算，那么，石油的貯量約為煤炭的8%，目前可利用的核燃料的貯量約為煤炭的15%，而地熱能的總貯量則為煤炭的17000萬倍。可見，地球是一個名副其實的巨大“熱庫”，我們居住的地球?qū)嶋H上是一個龐大的“熱球”。地球表面大量空氣流動所產(chǎn)生的動能。由于地面各處受太陽輻照后氣溫變化不同和空氣中水蒸氣的含量不同，因而引起各地氣壓的差異，在水平方向高壓空氣向低壓地區(qū)流動，即形成風。風能資源決定于風能密度和可利用的風能年累積小時數(shù)。風能密度是單位迎風面積可獲得的風的功率，與風速的三次方和空氣密度成正比關(guān)系。據(jù)估算，全世界的風能總量約1300億千瓦。風能資源受地形的影響較大，世界風能資源多集中在沿海和開闊大陸的收縮地帶。在自然界中，風是一種可再生、無污染而且儲量巨大的能源。隨著全球氣候變暖和能源危機，各國都在加緊對風力的開發(fā)和利用，盡量減少二氧化碳等溫室氣體的排放，保護我們賴以生存的地球。風能的利用主要是以風能作動力和風力發(fā)電兩種形式，其中又以風力發(fā)電為主。以風能作動力，就是利用風來直接帶動各種機械裝置，如帶動水泵提水等這種風力發(fā)動機的優(yōu)點是：投資少、工效高、經(jīng)濟耐用。氫氣的導熱性在所有氣體最好，比大多數(shù)氣體的導熱系數(shù)高出10倍，因此在能源工業(yè)中氫是極好的傳熱載體。氫是自然界存在最普遍的元素，據(jù)估計它構(gòu)成了宇宙質(zhì)量的75%，除空氣中含有氫氣外，它主要以化合物的形態(tài)貯存于水中，而水是地球上最廣泛的物質(zhì)。據(jù)推算，如把海水中的氫全部提取出來，它所產(chǎn)生的總熱量比地球上所有化石燃料放出的熱量還大90O0倍。除核燃料外氫的發(fā)熱值是所有化石燃料、化工燃料和生物燃料中最高的，為142,351kJ/kg，是汽油發(fā)熱值的3倍。氫燃燒性能好，點燃快，與空氣混合時有廣泛的可燃范圍，而且燃點高，燃燒速度快。氫本身無毒，與其他燃料相比氫燃燒時最清潔，除生成水和少量氮化氫外不會產(chǎn)生諸如一氧化碳、二氧化碳、碳氫化合物、鉛化物和粉塵顆粒等對環(huán)境有害的污染物質(zhì)，少量的氮化氫經(jīng)過適當處理也不會污染環(huán)境巨，而且燃燒生成的水還可繼續(xù)制氫，反復循環(huán)使用。生物能是太陽能以化學能形式貯存在生物中的一種能量形式，一種以生物質(zhì)為載體的能量，它直接或間接地來源于植物的光合作用，在各種可再生能源中，生物質(zhì)是獨特的，它是貯存的太陽能，更是一種唯一可再生的碳源，可轉(zhuǎn)化成常規(guī)的固態(tài)、液態(tài)和氣態(tài)燃料。所有生物質(zhì)都有一定的能量，而作為能源利用的主要是農(nóng)林業(yè)的副產(chǎn)品及其加工殘余物，也包括人畜分糞便和有機廢棄物.生物質(zhì)能為人類提供了基本燃料。生物能具備下列優(yōu)點：（1）提供低硫燃料，（2）提供廉價能源（于某些條件下），（3）將有機物轉(zhuǎn)化成燃料可減少環(huán)境公害（例如，垃圾燃料），（4）與其他非傳統(tǒng)性能源相比較，技術(shù)上的難題較少。至于其缺點有：（1）植物僅能將極少量的太陽能轉(zhuǎn)化成有機物，（2）單位土地面的有機物能量偏低，（3）缺乏適合栽種植物的土地。三、汽車與能源隨著世界能源危機和環(huán)保問題日益突出，汽車工業(yè)面臨著嚴峻的挑戰(zhàn)。一方面，石油資源短缺，汽車是油耗大戶，且目前內(nèi)燃機的熱效率較低，燃料燃燒產(chǎn)生的熱能大約只有35%—40%用于實際汽車行駛，節(jié)節(jié)攀升的汽車保有量加劇了這一矛盾；另一方面，汽車的大量使用加劇了環(huán)境污染，城市大氣中CO的82%、NOx的48%、HC的58%和微粒的8%來自汽車尾氣，此外，汽車排放的大量CO2加劇了溫室效應，汽車噪聲是環(huán)境噪聲污染的主要內(nèi)容之一。我國作為石油進口國和第二大石油消費大國，污染嚴重，世界認定的20個污染最嚴重的城市有16個在中國。國內(nèi)汽車產(chǎn)品水平與國外差距很大，平均油耗高出10%—10%，排放約為15—20倍，汽車工業(yè)面臨的壓力更大。上個世紀末以來世界各國和各大汽車公司以及國內(nèi)各大科研機構(gòu)和高等院校紛紛致力于開發(fā)清潔節(jié)能汽車，新能源汽車獲得了長足發(fā)展。汽油和柴油是傳統(tǒng)內(nèi)燃機汽車的能源，利用除此以外的能源提供汽動力的汽車均可稱為新能源汽車。目前正在開發(fā)的新能源包括天然氣、液化石油氣、醇類、二甲醚、氫、合成燃料、生物氣、空以及電荷燃料電池等，由此可見開發(fā)新能源實為勢在必行。（一）新能源汽車節(jié)能與新能源汽車主要包括天然氣、生物質(zhì)燃料、煤基燃料等代用燃料汽車，使用汽柴油或代用燃料同時增加電驅(qū)動系統(tǒng)的混合動力汽車，由動力電池作為蓄能裝置、由電機驅(qū)動的純電動汽車等。節(jié)能與新能源汽車具有燃料效率利用率高、低排放或零排放等特點，發(fā)展和應用節(jié)能與新能源汽車，已成為政府和汽車行業(yè)的共識，也是促進汽車工業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要途徑。前不久，上海車展上，徐建一闡述了被一汽稱為“藍途戰(zhàn)略”的節(jié)能減排和新能源技術(shù)方面的布局與目標。徐建一稱，“藍途戰(zhàn)略”第一階段目標是：“十二五”期間，自主乘用車在企業(yè)平均燃料消耗量滿足國家第三階段油耗法規(guī)限值基礎上，推出燃料消耗量再降8%的產(chǎn)品，開發(fā)滿足下一階段油耗限值的關(guān)鍵技術(shù)。在傳統(tǒng)節(jié)能技術(shù)方面，一汽將從“高效動力、減輕自重、降低阻力、智能控制”四個方面，打造傳統(tǒng)節(jié)油技術(shù)優(yōu)勢。在新能源方面，“十二五”期間，一汽將投資98億元，打造乘用車純電動、混合動力、插電式混合動力和商用車純電動、混合動力等8個新能源產(chǎn)品平臺，共計開發(fā)21款新能源新車。天然氣汽車和液化石油氣汽車天然氣汽車又被稱為“藍色動力”汽車，主要以壓縮天然氣（CNG）、液化天然氣（LNG）、吸附天然氣（ANG）為燃料，常見的是壓縮天然氣汽車（CNGV）。液化石油氣汽車（LPGV）是以液化石油氣（LPG）為燃料°CNG和LPG是理想的點燃式發(fā)動機燃料，燃氣成分單一、純度高，與空氣混合均勻，燃燒完全，CO和微粒的排放量較低，燃燒溫度低因而NOx排放較少，稀燃特性優(yōu)越，低溫起動及低溫運轉(zhuǎn)性能好。其缺點是儲運性能比液體燃料差、發(fā)動機的容積效率較低、著火延遲期較長。這兩類汽車多采用雙燃料系統(tǒng)，即一個汽油或柴油燃料系統(tǒng)和一個壓縮天然氣或液化石油氣系統(tǒng)，汽車可由其中任意一個系統(tǒng)驅(qū)動，并能容易地由一個系統(tǒng)過渡到另一個系統(tǒng)醇類汽車醇類汽車就是以甲醇、乙醇等醇類物質(zhì)為燃料的汽車，使用比較廣泛的是乙醇，乙醇來源廣泛，制取技術(shù)成熟，最新的一種利用纖維素原料生產(chǎn)乙醇的技術(shù)其可利用的原料幾乎包括了所有的農(nóng)林廢棄物、城市生活有機垃圾和工業(yè)有機廢棄物。目前醇類汽車多使用乙醇與汽油或柴油以任意比例摻和的靈活燃料驅(qū)動，既不需要改造發(fā)動機，又起到良好的節(jié)能、降污效果，但這種摻和燃料要獲得與汽油或柴油相當?shù)墓β?，必須加大燃油噴射量，當摻醇率大?5%—20%時，應改變發(fā)動機的壓縮比和點火提前角。乙醇燃料理論空燃比低，對發(fā)動機進氣系統(tǒng)要求不高，有較高的抗爆性，揮發(fā)性好，混合氣分布均勻，熱效率較高，汽車尾氣污染可減少30%以上。氫燃料汽車氫是清潔燃料，采用氫氣作燃料，只需略加改動常規(guī)火花塞點火式發(fā)動機，其燃燒效率比汽油高，混合氣可以較大程度地變稀，所需點火能量小，有利于節(jié)約燃料。氫氣也可以加入其它燃料（如CNG）中，用于提高效率和減少N02排放。氫的質(zhì)量能量密度是各種燃料中最高的一種，但體積能量密度最低，其最大的使用障礙是儲存和安全問題。寶馬公司一直致力于氫氣發(fā)動機研制，開發(fā)了多款氫發(fā)動機汽車，其裝有V12氫發(fā)動機的7系列轎車是世界上首批量產(chǎn)的氫發(fā)動機，該發(fā)動機可使用氫氣和汽油兩種燃料。二甲醚汽車二甲醍（DME）是一種無色無味的氣體，具有優(yōu)良的燃燒性能，清潔、十六烷值高、動力性能好、污染少，稍加壓即為液體，非常適合作為壓燃式發(fā)動機的代用能源，使用該燃料的車輛可達到超低排放標準。二甲醍汽車（DMEV）不會排放黑色氣體污染環(huán)境，產(chǎn)生的NOX比柴油少20%。氣動汽車以壓縮空氣、液態(tài)空氣、液氮等為介質(zhì)，通過吸熱膨脹做功供給驅(qū)動能量的汽車稱為氣動汽車，氣動發(fā)動機不發(fā)生燃燒或其他化學反應，排放的是無污染物輻射的空氣或氮氣，真正實現(xiàn)了零污染。目前開發(fā)比較成功的是壓縮空氣動力汽車（APV），工作原理類似于傳統(tǒng)內(nèi)燃機汽車，只不過驅(qū)動活塞連桿機構(gòu)的能量來源于高壓空氣。APV介質(zhì)來源方便、清潔，社會基礎設施建設費用不高，較容易建造。無燃料燃燒過程，對發(fā)動機材料要求低，結(jié)構(gòu)簡單，可借鑒現(xiàn)有內(nèi)燃機技術(shù)因而研發(fā)周期短，設計和制造容易。但目前APV能量密度和能量轉(zhuǎn)換率還不夠高，續(xù)駛里程短。電動汽車世界上第一輛電動車（EV）由美國人在19世紀90年代制造。EV大致分為蓄電池電動汽車（BEV）、燃料電池電動汽車（FCEV）和混合動力電動汽車（HEV）。電動汽車的一個共同特點是汽車完全或部分由電力通過電機驅(qū)動，能夠?qū)崿F(xiàn)低排放和零排放。蓄電池電動汽車是最早出現(xiàn)的電動汽車。使用鉛酸電池的汽車整車動力性、續(xù)駛里程與傳統(tǒng)內(nèi)燃機汽車有較大的差距，而使用高性能鎳氫電池或者鋰電池又會使成本大大增加。燃料電池具有近65%的能量利用率，能夠?qū)崿F(xiàn)零排放、低噪聲，國外最新開發(fā)的高性能燃料電池已經(jīng)能夠?qū)崿F(xiàn)幾乎與傳統(tǒng)內(nèi)燃機汽車相當?shù)膭恿π阅埽l(fā)展前景很好，但成本卻是制約其產(chǎn)業(yè)化的瓶頸?；旌蟿恿ζ嚾诤狭藗鹘y(tǒng)內(nèi)燃機汽車和電動汽車的優(yōu)點，同時克服了兩者的缺點，近年來獲得了飛速發(fā)展，并已經(jīng)實現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)化和商業(yè)化。目前我國自主品牌-比亞迪，在這領域占有一席之地。其代表作E6,F3DM就是采用電動的混合動力。以植物油為燃料的汽車為了尋找可代替石油的新能源，科學家也將目光投向了植物油，正在研制以植物油如大豆油、玉米油及向日葵油為原料的內(nèi)燃機油?？茖W家們還在研究生物柴油，這是一種以植物油為原料的燃料，將來可作為柴油的替代品大量用于卡車和輪船。生物柴油中不含硫，因此不會對環(huán)境造成酸雨威脅。為生產(chǎn)生物柴油，化學家們正在對植物油進行酯化加工，使之變成甲基酯化合物，燃燒起來更干凈，發(fā)動機內(nèi)殘留物也較少。新能源汽車的發(fā)展概況我國天然氣資源豐富，分布廣泛，海南、北京、上海、重慶等省市被列為國家燃氣汽車重點示范城市，各地均在燃油汽車基礎上研制開發(fā)改裝了壓縮天然氣汽車和液化石油氣汽車，主要用于出租車、公交客車、大型車輛和工程設施等。山西是產(chǎn)煤大省，甲醇汽車項目已進行多年，目前已達到商業(yè)運行階段，所用甲醇汽車采用靈活燃料系統(tǒng)，既可用甲醇，也可用汽油，將乙醇當作有氧燃料使用，現(xiàn)在在河北和黑龍江等地推廣。我國從事燃料電池研究的單位有20余家，質(zhì)子交換膜燃料電池技術(shù)已取得較大進展，但與國外還有不小差距，例如，國外將功率50-80kW的PEM燃料電池用于轎車，而我國最大的PEM燃料電池單堆功率為5kW，離轎車使用相距甚遠。但是我國的鎳氫電池和鋰電池技術(shù)水平以及金屬燃料電池技術(shù)已經(jīng)達到世界先進水平。如比亞迪在2005年上海車展展出的E1電動車已經(jīng)具備了很好的整車動力性能。目前國內(nèi)對壓縮空氣動力汽車的研究報道最多的是浙江大學，他們已經(jīng)開發(fā)出壓縮空氣動力摩托車研究平臺，探索出不少有益的結(jié)論，正在進一步深入研究，此外重慶大學和同濟大學也做過一些探索性研究。應當說國內(nèi)的發(fā)展才剛剛起步。［福特］首款純電動車?？怂沽闩欧?、零油耗的?？怂闺妱榆囀歉Ｌ厥卓罴冸妱愚I車，福克斯電動車采用先進的鋰離子電池系統(tǒng)。每套電池系統(tǒng)都經(jīng)過精心設計，力求最大程度使用規(guī)格統(tǒng)一的高品質(zhì)零件一一比如，中控硬件使用的就是已經(jīng)在多款福特現(xiàn)有混合動力車型上獲得成功的配件。使用家中的240伏電源，福克斯電動車完成一次完全充電的時間只需3至4小時。在電量全滿狀態(tài)，?？怂闺妱榆嚨脑O計能提供足夠滿足大多數(shù)車主日常駕駛里程的需求。?？怂闺妱榆嚨膬x表顯示采用了相似的藍色蝴蝶設計來代表到達最近充電點時的剩余的可行駛里程一一藍色蝴蝶越多，可用里程越多?！案Ｌ仉妱榆囀歉Ｌ仄嚦兄Z為消費者提供他們負擔得起的、燃油經(jīng)濟性最佳的汽車產(chǎn)品的一部分?！弊块f道：“隨著消費者們越來越傾向于選擇燃油經(jīng)濟性更卓越的汽車，福特將以更多他們真正想要的產(chǎn)品來滿足他們的需求。”［雷諾汽車］絕美電動概念車DeZir作為雷諾全新設計風格的首位詮釋者，DeZir電動概念車展現(xiàn)了“以人為本”這一貫穿雷諾品牌始終的精神。雷諾的新設計理念為“人生階段”(theCycleofLife)，根據(jù)人類生活周期，采用新的設計戰(zhàn)略：墜入愛河、探索世界、建立家庭、工作、享受娛樂和獲取智慧。而首個階段的“墜入愛河”，正是DeZir激情、時尚和感性的設計的靈感來源。DeZir的前端設計奠定了未來雷諾車型的家族臉譜：前臉處安有與車身同寬的進氣口，正中大尺寸的鍍銘鉆石型標志驕傲地展示著雷諾的家族屬性。車身線條流暢簡約，極富美感，明亮的紅色車漆給人以無限激情和遐想，整體充滿了激情和動感，在去年巴黎車展首次亮相便艷驚四座。通過新科技與輕量化技術(shù)，DeZir概念車將高貴的外形與環(huán)保的“心”完美融合在一起一一DeZir里的“Z”代表著零排放。DeZir采用后輪電動驅(qū)動，優(yōu)化了前后輪的重量分配。此外，流線型設計降低了風阻系數(shù)，新型材料的使用使整車重量保持在最低限度，加上制動能量回收系統(tǒng)，多項先進技術(shù)提高了DeZir的能量轉(zhuǎn)化率，使其續(xù)航里程可達160公里。［日產(chǎn)］純電動概念車Townpod零排放在新能源汽車領域，日產(chǎn)汽車研發(fā)的100%純電動零排放汽車日產(chǎn)聆風已經(jīng)在日本、美國以及部分歐洲市場上市。本次上海車展亮相的另外一款明星車型——Townpod純電動概念車是日產(chǎn)汽車在純電動汽車領域的又一杰作。它是一款不折不扣的顛覆傳統(tǒng)的純電動概念車°Townpod集乘用車的舒適性與輕型商用車的實用性于一身，操控靈活、外觀時尚的它將成為未來交通社會中新一代創(chuàng)新型企業(yè)家的理想選擇。Townpod功能靈活多樣，操做簡潔，可以滿足駕駛者商業(yè)出行的多層次需求。在外觀設計上，由于取消了B柱且行李箱采用滑動門設計，車門位置留出了更大空間，方便乘客上下車。便利的雙滑門設計方便搬運貨物，后排座椅可滑動并折疊到前排座椅后部。［東南汽車］V3菱悅電動車首發(fā)東南汽車重頭戲自主研發(fā)V3菱悅電動車的首發(fā)，正是東南汽車在新能源領域積極進取、不斷超越向上的見證。V3菱悅電動車延續(xù)了V3菱悅時尚動感的外觀，采用驅(qū)動電機前輪驅(qū)動的動力配置，最大功率50Kw，最大扭力180Nm，配備了高性能鋰電池，最高時速可達120km/h。更難得的是V3菱悅電動車在減速或制動時，通過控制電機可完成能量轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換后的電能會儲存在電池中，實現(xiàn)了能量的回收，大大增加續(xù)航里程，其最大續(xù)航里程可達160km，可謂百分之百純凈動力。繼得利卡電動車之后，V3菱悅電動車問世，東南汽車在轎車與商用車領域同步推進新能源戰(zhàn)略，全面實踐低碳環(huán)保的理念。［長安］CLOVER電動概念車CLOVER是長安汽車旗下一款純電動技術(shù)概念車。它采用全新開發(fā)的永磁同步電機，該電機具有扭矩大、轉(zhuǎn)速高、效率高、體積小、發(fā)熱量小等特點。CLOVER配備了具有領先水平的電池及管理系統(tǒng)，該系統(tǒng)總能量大，具有能量密度高、瞬時輸入電流高等特點。在系統(tǒng)SOC計算、風道設計、結(jié)構(gòu)布置等方面都具有獨特優(yōu)勢。CLOVER獨有的熱管理系統(tǒng)保證了電機與控制器、電池與管理系統(tǒng)、DC/DC充電機始終在最佳溫度中運行，保障了整車關(guān)鍵零部件的高效性和可靠性。CLOVER造型簡約流暢、含蓄內(nèi)斂而又蘊含張力。黑白相間的內(nèi)飾色調(diào)，在神秘而安靜的藍色背景光映襯下，烘托出一份脫離了都市喧囂，脫離了發(fā)動機轟鳴的靜謐與悠遠。它不僅彰顯了綠色環(huán)保的科技理念，更傳遞出了對未來時尚的設計理念。［上汽］E1純電動概念車E1純電動概念車是上汽瞄準國際先進水平，自主開發(fā)的一款純電動車。E1為單廂三門四座A00級轎車，車身設計運用“OneBox”概念，最大限度拓展車輛內(nèi)部空間?！傲闩欧拧钡腅1搭載了性能安全的磷酸鐵鋰電池系統(tǒng)，最高時速為120km,最大續(xù)駛里程為135km，0-100km/h加速時間為16秒。該車具備快速充電功能，30分鐘內(nèi)可充電80%。上汽E1純電動轎車由上海汽車技術(shù)中心自主研發(fā)，擁有完全自主知識產(chǎn)權(quán)。它的誕生是上汽積極履行社會責任的體現(xiàn)，是上汽提升核心競爭力的重要舉措，更體現(xiàn)了上汽長遠的戰(zhàn)略眼光和準確的市場判斷，它標志著上汽新能源汽車研發(fā)能力達到了一個全新的高度。［雪鐵龍］新一代電動車C-ZEROC-ZERO是雪鐵龍旗下一款重要的量產(chǎn)電動車，也是歐洲市場上的首款新一代電動車。C-ZERO以零油耗、零二氧化碳排放量和零噪音為主打，一經(jīng)推出便成為業(yè)界關(guān)注的焦點。在為出行提供極致環(huán)保的100%電動解決方案的同時，C-ZERO還為強勁的動力和優(yōu)秀的續(xù)航能力提供了保障。C-ZERO一次充電續(xù)航里程130公里，最大輸出功率為64馬力，最高時速可達130公里。雪鐵龍C-ZERO的電池組可以通過一個常規(guī)的220伏電源插座來進行充電，一次充滿電耗時為6小時，同時還能通過一個400伏的電源插座進行快速充電，僅需花費30分鐘的時間就能充上80%的電量。為電動機提供動力的是一個中置的330伏鋰離子電池組，這個電池組不僅要比鎳金屬氫化物電池更輕、更耐用，同時還能提供同等的性能。［沃爾沃］C30純電動車沃爾沃將在2013年開始推出C30電動車，該車外形與普通C30一樣，也具有同樣的安全性、舒適性和空間。最大的區(qū)別在于，它完全依靠電力行駛，零尾氣排放，并且行駛范圍可達150公里。盡管裝有兩組大電池，C30純電動車仍不失為一個全尺寸的四座轎車，并沒有在行李空間和內(nèi)部駕乘空間上妥協(xié)，保證了駕乘者寬敞舒適的空間享受。該車最高車速能達到每小時130公里。（三）新能源的未來發(fā)展道路在各種汽車代用燃料中，LPG和CNG最方便投入使用，而且目前已經(jīng)具有好的配套基礎設施。在中國這樣的農(nóng)業(yè)大國特別是一些農(nóng)業(yè)大省，乙醇資源豐富，乙醇汽車有良好的應用前景。二甲醚等合成燃料具有很好的排放特性，也將具有很好的應用前景，特別是作為代用柴油應用于混合動力汽車?；旌蟿恿ζ嚭翢o疑問是下一代汽車動力系統(tǒng)的主要形式。蓄電池電動汽車的使用性能不如混合動力汽車和燃料電池汽車，且成本高。氫燃料發(fā)動機的能量利用率不如氫氧燃料電池。因而蓄電池電動汽車和氫發(fā)動機汽車的發(fā)展前景不是十分樂觀。當然隨著太陽能電池技術(shù)的發(fā)展和突破，也許純電動汽車能迎來一個不錯的發(fā)展局面。壓縮空氣動力汽車雖然實現(xiàn)了零污染，但其整車性能與傳統(tǒng)汽車相差太遠，只能在較小的范圍內(nèi)應用于特定場合。燃料電池是目前技術(shù)條件下能量利用率最高的車用能源。燃料電池的比能量可達200—350Wh/kg，為鋰離子電池的2—3倍；能量轉(zhuǎn)換效率高達60%?80%，是汽油機或柴油機的1.5?2倍，能實現(xiàn)超低污染甚至零污染，而且燃料電池使用的氫能源是可再生的。目前以甲醇燃料電池技術(shù)最為成熟。國外各大石油公司和汽車均在致力于燃料電池汽車的研發(fā)以搶占在未來汽車發(fā)展中的灘頭?；诰C合因素考慮，目前最容易投入使用的代用燃料是CNG和LPG。電、甲醇和乙醇的綜合評價指數(shù)都低于汽油?？梢灶A計LPG和CNG以及乙醇的市場份額將會不斷增加。二甲醚和合成柴油在十年后其市場份額會快速穩(wěn)定增長。混合動力汽車會進一步發(fā)展，迅速增加市場份額。而燃料電池汽車會在20年之后開始實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化逐漸增加市場份額。傳統(tǒng)汽油機汽車的市場份額會在200年之后開始出現(xiàn)明顯的下降，但柴油車會在重型車輛領域繼續(xù)保持一定的市場份額。標致雪鐵龍集團和長安汽車去年7月簽訂了一個汽車合資公司的協(xié)議，這是標致雪鐵龍集團在中國的第二家合資企業(yè)。合資公司將在中國生產(chǎn)并且銷售乘用車和輕型商務車。第一階段將在中國投放雪鐵龍品牌旗下的DS系列產(chǎn)品，以及屬于合資公司自主品牌的全新品牌產(chǎn)品。上海汽車總裁陳虹表示，“十二五”末期，上汽希望能夠?qū)崿F(xiàn)年產(chǎn)銷600萬輛的目標，其在國際汽車行業(yè)的排名從現(xiàn)在的第八名有明顯提高。陳虹同時表示，在600萬輛的整體目標中，到2015年，自主品牌和本土化研發(fā)汽車要占銷量總量的50%左右。支撐這個目標的是自主乘用車榮威和MG雙品牌，目前自主乘用車已初步建成了上海主導、南京和英國聯(lián)動的自主開發(fā)體系。一些主要的合資企業(yè)也開始走向自主創(chuàng)新的道路，上海大眾的朗逸、上海通用的新賽歐都是非常典型的。商用車的自主品牌大通也已經(jīng)推出。而支撐自主品牌的新能源車也已經(jīng)開始全面布局。隨著全球能源日趨緊張，生態(tài)環(huán)境日益惡化，關(guān)于新能源汽車的開發(fā)與應用問題已成為各國汽車工業(yè)積極探索的焦點。全球汽車產(chǎn)業(yè)格局正面臨第四輪重構(gòu)，汽車產(chǎn)品將向安全、節(jié)能、環(huán)保方向邁進，“新能源汽車”概念也隨之成為業(yè)界關(guān)注重點，新能源汽車成了各國競相研發(fā)的目標和追求。未來5-10年全球新能源汽車有望走進大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化階段，并將帶動整個相關(guān)產(chǎn)業(yè)鏈蓬勃發(fā)展。新能源汽車發(fā)展總體將遵循節(jié)能、環(huán)保兩大趨勢，逐步實現(xiàn)對化石類傳統(tǒng)能源的替代。發(fā)展新能源汽車既代表了世界汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展方向，是未來世界汽車產(chǎn)業(yè)的制高點，是世界各主要國家和汽車制造廠商的共同戰(zhàn)略選擇。實現(xiàn)新能源汽車的發(fā)展戰(zhàn)略已經(jīng)變成國家的主題，全世界汽車發(fā)展都把這個戰(zhàn)略作為主題。從國家戰(zhàn)略的高度來審視，大力發(fā)展新能源汽車是新一輪經(jīng)濟增長點的突破口和實現(xiàn)交通能源轉(zhuǎn)型的根本途徑。四、未來世界能源發(fā)展方向及趨勢未來世界能源供應和消費將向多元化、清潔化、高效化、全球化和市場化