汽車新型能源動力系統(tǒng)技術(shù).ppt

1、汽車新型能源動力系統(tǒng)技術(shù)、交通能源和環(huán)境問題的重大挑戰(zhàn)、汽車排放清潔化、汽車燃料節(jié)約化、汽車能源多樣性為主要特征的節(jié)能和新能源汽車迅速發(fā)展，徐璐競爭，汽車動力電氣化和電氣化兩個茄子主要技術(shù)變革。先進的電子控制內(nèi)燃機技術(shù)突飛猛進，混合動力技術(shù)進入產(chǎn)業(yè)化，動力電池取得重大突破，車輛用燃料電池技術(shù)迅速進步。我們面臨著汽車能源動力技術(shù)創(chuàng)新突破的戰(zhàn)略機會。汽車的新型能源動力系統(tǒng)發(fā)展背景、能源不足、空氣污染、氣候變化等問題是全球汽車產(chǎn)業(yè)共同的巨大挑戰(zhàn)。目前世界汽車擁有量約為8億輛，預(yù)計到2020年全球汽車擁有量將達(dá)到12億輛，主要增長幅度來自發(fā)展中國家。據(jù)國際能源組織(IEA)的統(tǒng)計，2001年全球石油消

2、費的57%達(dá)到了交通領(lǐng)域(美國67%)。預(yù)計到2020年，交通用油將占全球石油消費的62%以上。石油供求矛盾不斷擴大，國際油價不僅會屢次刷新最高值，還會保持高位運行。美國能源部預(yù)測1如圖1所示，預(yù)計2020年以后全球石油需求和常規(guī)石油供應(yīng)之間將出現(xiàn)凈差距，2050年的供需差距幾乎是2000年世界石油產(chǎn)量的兩倍。與此同時交通能源消費也是局部環(huán)境污染和全球溫室氣體排放的主要原因之一為此，世界同意交通能源勢轉(zhuǎn)換勢在必行。2007年我國汽車生產(chǎn)銷售量共超過870萬輛。同年我國汽車保有量超過4229萬輛(機動車保有量超過1.5億輛)，是世界第三大汽車生產(chǎn)國和第二大汽車市場。汽車燃料消耗超過8千萬噸，約占

3、我國石油總需求的四分之一。隨著汽車保有量的持續(xù)快速增長，汽車燃料消耗以年均12%以上的速度快速增長，汽車能源消耗占全部石油消耗的比重日益增大。我國汽車保有量今后仍將呈現(xiàn)快速增長的趨勢。據(jù)國內(nèi)外多個研究機構(gòu)的預(yù)測結(jié)果顯示，2020年將達(dá)到1.5億臺，2030年將達(dá)到2.32億臺。與此同時，我國的整體石油對外依存度繼續(xù)提高。據(jù)海關(guān)統(tǒng)計，2007年我國原油和成品油凈進口量為1.97億噸，對外依存度達(dá)到47億噸。預(yù)計到2020年，我國石油的對外依存度將達(dá)到60%。同時，汽車石油消費引起的空氣污染及CO2排放也變得越來越嚴(yán)重，我國已成為世界第二大CO2排放國，國際政治和經(jīng)濟糾紛將進一步加劇。這充分表明，

4、我國面臨的石油安全和交通能源問題今后將進一步加劇，影響越來越大，挑戰(zhàn)越來越嚴(yán)重。實現(xiàn)傳統(tǒng)交通能源動力系統(tǒng)發(fā)展、不可持續(xù)、我國交通能源動力系統(tǒng)轉(zhuǎn)換是大勢所趨。21世紀(jì)的前20年是汽車能源動力系統(tǒng)變化的戰(zhàn)略機會，歷史、交通能源動力系統(tǒng)變化一直處于技術(shù)革命和經(jīng)濟變化的核心位置。19世紀(jì)，煤和蒸汽機火車引起了歐洲工業(yè)革命，人類的產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟和產(chǎn)業(yè)文明。20世紀(jì)，石油和內(nèi)燃機汽車促進了美國經(jīng)濟的飛躍，帶領(lǐng)人類走向以石油為基礎(chǔ)的經(jīng)濟體系和物質(zhì)繁榮，給能源環(huán)境帶來了巨大挑戰(zhàn)。以20世紀(jì)末到21世紀(jì)初的交替期、汽車排放清潔化、汽車燃料節(jié)約化、汽車能源多元化為主要特征的各種節(jié)約能源環(huán)保汽車迅速發(fā)展，徐璐競爭，汽車動

5、力電氣化及電氣化技術(shù)變革，預(yù)示著人類突破交通能源動力技術(shù)創(chuàng)新的機會和落后時代的過渡期。我國所處的牙齒技術(shù)變革時期為我國汽車能源動力系統(tǒng)技術(shù)發(fā)展提供了歷史機會。(1)中國能源及資源狀況和城鄉(xiāng)布局適合交通新能源動力系統(tǒng)的開發(fā)。中國缺油，煤多。牙齒能源結(jié)構(gòu)特征給燃料汽車可持續(xù)發(fā)展的發(fā)展帶來了嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)?；诟鞣N資源特征的多種替代燃料(包括液體、天然氣、傳記)，可以充分發(fā)揮我國地區(qū)廣闊、資源多樣性的優(yōu)勢，實現(xiàn)汽車能源的多樣性。我國鋰資源、稀土資源、鎂資源豐富，可以為電動汽車新型動力系統(tǒng)核心部件提供原材料資源保障。同時，從我國的城鄉(xiāng)布局和交通結(jié)構(gòu)來看，呈現(xiàn)出明顯的點-線-面特征。從這一點來看，我國城市模

6、式以大城市群為主要特征，汽車燃料基礎(chǔ)設(shè)施集中，公共交通開發(fā)，家庭轎車普及率高，很容易引進適合新能源城市公共汽車和城市條件的混合轎車。在連接大城市的交通干線上，我國以火車、柴油巴士、貨車等為主要交通工具，轎車很少?；疖嚾菀纂姎饣裼蛙嚨奶娲剂蟻碓幢容^廣。從面上看，我國廣大的城鄉(xiāng)已經(jīng)普及了具有中國特色的電動自行車和柴油農(nóng)用車，不同地區(qū)的一次能源資源特性也不同，適合發(fā)展適合一次能源來源多樣性、燃料制造及消費本地化的燃料供應(yīng)體系。2)我國具有實現(xiàn)交通能源動力系統(tǒng)轉(zhuǎn)型的后發(fā)優(yōu)勢，在我國汽車發(fā)展階段具有后發(fā)優(yōu)勢。發(fā)達(dá)國家政府積極推進節(jié)能和新能源汽車發(fā)展，但是傳統(tǒng)汽車產(chǎn)業(yè)、改善石油基礎(chǔ)設(shè)施、改變消費習(xí)慣

7、很困難，社會轉(zhuǎn)換費用高，轉(zhuǎn)換很困難。我國汽車工業(yè)剛剛發(fā)展，汽車普及率低，因此在汽車動力系統(tǒng)發(fā)展戰(zhàn)略選擇上有更大的自由度。同時，我國在電腦、電機、電池等汽車電氣化及電氣化密切相關(guān)領(lǐng)域有較好的產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)，與傳統(tǒng)汽車相比，我國在節(jié)能和新能源汽車研發(fā)及產(chǎn)業(yè)化方面有比較優(yōu)勢。政策適當(dāng)?shù)脑挘梢匀〉蔑w躍性的發(fā)展。汽車新型能源動力系統(tǒng)發(fā)展戰(zhàn)略選擇、可持續(xù)交通開發(fā)、能源安全保障、環(huán)境保護成為國際社會關(guān)注的焦點。世界主要發(fā)達(dá)國家和地區(qū)相繼研究和制定了符合各自國情的汽車能源開發(fā)戰(zhàn)略及技術(shù)發(fā)展路線圖。1)日本發(fā)展戰(zhàn)略，2006年五月日本宣布新國家能源戰(zhàn)略。顯然：通過提高汽車燃油標(biāo)準(zhǔn)，引導(dǎo)企業(yè)采用高效發(fā)動機等多種汽車節(jié)

8、約能源技術(shù)，大大提高了汽車燃油經(jīng)濟性，與2015年2004年相比，中檔轎車燃料消耗平均減少了約25%。通過推進生物質(zhì)燃料應(yīng)用(生物乙醇、生物甲醇等)，促進電動汽車、燃料電池汽車開發(fā)等，大大降低了汽車能源對石油的依賴，2030年將對日本運輸領(lǐng)域石油的依賴從100%降低到80%。日本汽車企業(yè)已經(jīng)占據(jù)混合動力汽車商業(yè)化的領(lǐng)先地位，隨著新國家能源戰(zhàn)略的實施，日本政府和2007年公布了“下一代汽車及燃料計劃”。牙齒計劃側(cè)重于提高電源電池和燃料電池性能和壽命、降低成本，并在2010年左右實現(xiàn)小型純電動汽車商用化，計劃2015年商業(yè)化使用可充電混合動力，2030年左右商業(yè)化燃料電池汽車。此外，牙齒計劃將大力

9、支持綠色柴油機和生物燃料的發(fā)展。2)歐洲發(fā)展戰(zhàn)略、溫室氣體排放問題歐盟受到重視，是歐盟先進汽車技術(shù)發(fā)展的主要推動力。根據(jù)歐洲汽車產(chǎn)業(yè)協(xié)會和歐盟委員會制定的二氧化碳排放限制協(xié)議，從1995年到2008年，轎車新車的平均排放量應(yīng)從25 2008年減少到140 g/km。目前，歐盟與歐洲主要汽車制造商協(xié)商，協(xié)商進一步減少機動車二氧化碳平均排放量的法規(guī)。，歐盟汽車能源動力技術(shù)的發(fā)展趨勢主要體現(xiàn)在兩個茄子方面。第一，繼續(xù)推進代表綠色柴油機的各種先進內(nèi)燃機技術(shù)，加強各種混合汽車和純電動汽車的開發(fā)和產(chǎn)業(yè)化。第二，積極推進汽車能源的多樣性，重視天然氣、氫氣、生物燃料的發(fā)展。隨著二氧化碳排放法規(guī)的嚴(yán)格，經(jīng)濟激勵

10、政策和政府節(jié)目(如清潔能源合作伙伴節(jié)目、Hyfleet CUTE節(jié)目等)的有效實施，將大大促進歐盟車輛能源戰(zhàn)略的實施和戰(zhàn)略目標(biāo)的實現(xiàn)。3)從美國發(fā)展戰(zhàn)略、美國、汽車能源發(fā)展戰(zhàn)略選擇轉(zhuǎn)向側(cè)重于燃料電池技術(shù)開發(fā)的單一化發(fā)展格局，向氫燃料電池、混合動力、先進化內(nèi)燃機、生物燃料等多種技術(shù)路線共同發(fā)展的多樣化格局過渡。2000年以來，美國各地掀起了促進充電混合研發(fā)和商業(yè)化的熱潮，對世界產(chǎn)生了巨大影響。2007年，美國總統(tǒng)布什提出了“20/10”計劃，要求在10年內(nèi)減少汽油消耗20%。牙齒中，將實現(xiàn)乙醇、生物柴油等替代燃料汽油替代品的15%，剩下的5%將通過年費經(jīng)濟標(biāo)準(zhǔn)的提高來實現(xiàn)。牙齒計劃的出臺進一步表

11、明，美國發(fā)展偏離了以生物燃料代表為代表的各種替代燃料技術(shù)依賴石油燃料的車輛能源的政策取向。我國汽車新型能源動力系統(tǒng)發(fā)展戰(zhàn)略選擇，1)目標(biāo)位置汽車能源動力系統(tǒng)技術(shù)變革遠(yuǎn)景目標(biāo)是建立全球21世紀(jì)可持續(xù)發(fā)展交通能源動力系統(tǒng)。我國的交通能源環(huán)境面臨的挑戰(zhàn)和機遇更加大小，我們必須順應(yīng)世界潮流，大力推進我國汽車新型能源動力系統(tǒng)技術(shù)的發(fā)展。根據(jù)國家中長期科學(xué)技術(shù)計劃能源領(lǐng)域戰(zhàn)略研究結(jié)果，2020年我國汽車節(jié)約能源目標(biāo)是在汽車擁有量控制在1.5億輛左右的情況下，平均自行車年油耗控制在1，t左右。與目前相比，節(jié)約了約三分之一，年費潛力為7千萬噸左右。我國汽車用能源轉(zhuǎn)換的方向是從石油、天然氣/煤層氣、石炭系燃料向

12、生物質(zhì)燃料和化石能源、核能及可再生能源氫和發(fā)電的轉(zhuǎn)換。中長期車輛用石油替代燃料主體主要來自以煤為基礎(chǔ)的燃料、生物燃料、天然氣燃料的三個茄子方面。到2020年，總量將超過3000萬噸，占汽車燃料總消費的15 .綜合兩個方面，應(yīng)把2020年汽車燃料總量達(dá)到1億噸(節(jié)約60007，000萬噸，取代3004，000萬噸)，作為我國中長期奮斗的目標(biāo)。與此同時，要建立我國汽車的新型能源動力系統(tǒng)技術(shù)平臺，以世界汽車技術(shù)強國之一為技術(shù)發(fā)展目標(biāo)。2)戰(zhàn)略選擇，為了實現(xiàn)上述目標(biāo)，需要戰(zhàn)略選擇。要知道，國家汽車能源動力面臨的挑戰(zhàn)是雙重的。首先，隨著排放法規(guī)繼續(xù)嚴(yán)格，我們正在經(jīng)歷發(fā)動機的電控化、柴油的清潔化技術(shù)變革等

13、。與此同時，面對石油短缺、二氧化碳減少的挑戰(zhàn)，我們面臨著電力電氣化、能源多元化的技術(shù)變革。我國面臨并行雙重挑戰(zhàn)。面對這種雙重挑戰(zhàn)，中國汽車能源動力系統(tǒng)發(fā)展戰(zhàn)略必須是雙戰(zhàn)略牙齒，一方面優(yōu)化現(xiàn)有石油和基于內(nèi)燃機的汽車能源動力系統(tǒng)，發(fā)展節(jié)約能源汽車。另一方面，開發(fā)下一代汽車能源動力系統(tǒng)，開發(fā)新能源汽車：通過推動這種“切換”和“切換”的雙重戰(zhàn)略，實現(xiàn)汽車動力電氣化和電氣化雙技術(shù)變革，最終實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展汽車能源動力系統(tǒng)。為此，要推進節(jié)能和新能源汽車的并行互動和協(xié)調(diào)發(fā)展。在市場方面，要以節(jié)約能源汽車為主體，大力發(fā)展小型化和小型化的節(jié)約能源環(huán)保國民汽車，盡快實施燃油稅，提高油耗法規(guī)的勢頭。在研發(fā)方面，要以新

14、能源汽車為戰(zhàn)略重點，深入開展新型動力系統(tǒng)核心技術(shù)攻關(guān)。特別要熟悉電力電池和馬達(dá)驅(qū)動系統(tǒng)、高級內(nèi)燃機和混合動力系統(tǒng)、燃料電池引擎和混合動力系統(tǒng)、車輛系統(tǒng)集成和最優(yōu)化控制等關(guān)鍵技術(shù)。構(gòu)建我國汽車新能源動力系統(tǒng)技術(shù)平臺。要引領(lǐng)輕型混合動力轎車產(chǎn)業(yè)化，帶動各種混合動力轎車的研發(fā)和規(guī)模商業(yè)化，實現(xiàn)自主品牌轎車的飛躍。改變我國在世界上獨一無二的年產(chǎn)量超過一千萬輛的電動自行車產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)、傳統(tǒng)的汽車文化習(xí)慣，修改相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)法規(guī)，以小型汽車為主體，發(fā)展適合我國國情、具有我國特色的純電動汽車。今后20年，要抓緊汽車能源動力系統(tǒng)技術(shù)變革戰(zhàn)略機會機，關(guān)于關(guān)山學(xué)聯(lián)合公館工作，實現(xiàn)從中國汽車產(chǎn)業(yè)產(chǎn)量大國向技術(shù)強國的飛躍。汽車

15、新型動力系統(tǒng)研究開發(fā)進展，我國從20世紀(jì)90年代開始相繼啟動了汽車動力電子控制和新能源汽車動力系統(tǒng)國家科學(xué)技術(shù)行動計劃?！?5”年底，科技部聯(lián)合相關(guān)部門啟動了“空氣凈化工程-清潔汽車行動”計劃，在“10”期間，開始實施電動汽車重大科技專業(yè)及清潔汽車行動核心技術(shù)公館項目。提高了汽車開發(fā)新型能源動力系統(tǒng)的規(guī)模和支撐力。“11-5”期間，將部署國家中長期科學(xué)技術(shù)發(fā)展計劃大綱，結(jié)合汽車技術(shù)發(fā)展趨勢，實施863計劃“節(jié)約能源和新能源汽車”重大項目，全面推進替代燃料汽車、純電動汽車、混合動力汽車、燃料電池汽車和燃料汽車動力系統(tǒng)核心技術(shù)研發(fā)、應(yīng)用示范和產(chǎn)業(yè)化。是包括我國汽車新型能源動力系統(tǒng)發(fā)展前景、汽車動力

16、系統(tǒng)、燃料、發(fā)動機、動力傳動系統(tǒng)三大層次在內(nèi)的完整系統(tǒng)。生命周期分析表明，從油井到車輪的效率來看，源自石油的最佳組合是汽油/柴油-內(nèi)燃機-混合動力。源于天然氣，煤的燃?xì)鈩恿蜌淙剂想姵貏恿梢耘c合成液體燃料內(nèi)燃機動力競爭。使用源自煤、核和可再生能源發(fā)展的電池/馬達(dá)驅(qū)動系統(tǒng)的純電動汽車也是最好的組合之一。要進行燃料、燃?xì)?、傳?茄子燃料/能源的基礎(chǔ)設(shè)施開發(fā)，以實現(xiàn)交通能源載體的兼容性和整合。特別要重視電氣化交通基礎(chǔ)設(shè)施及電力充電服務(wù)模式的開發(fā)和建設(shè)。開發(fā)酒精/醚/酯氧燃料、TL/CTL/GTL合成油、天然氣/煤層氣/合成氣/氫氣燃料三大替代燃料技術(shù)和車輛應(yīng)用技術(shù)，促進汽車燃料的時間、原因、秩序和

17、有限的多樣性?！疤娲?間接替代)、“混合”(部分替代)、“替代”(全部以替代為基礎(chǔ))，全面推進汽車三種新型能源動力系統(tǒng)的開發(fā)和應(yīng)用。基于各種液體燃料的先進傳記控制內(nèi)燃機及燃料混合力。基于氣體燃料的傳記控制燃?xì)鈨?nèi)燃機和氫燃料電池及其混合力；基于傳記的電源電池/馬達(dá)驅(qū)動純傳記汽車動力系統(tǒng)。(1)目前液體燃料主要通過柴油逐漸混合各種替代液體燃料，其未來目標(biāo)是生物燃料。液體燃料最好的引擎仍然是內(nèi)燃機，繼續(xù)開發(fā)先進的電子控制內(nèi)燃機。從整個車輛的角度來看，以液體燃料為基礎(chǔ)的車輛的主體是現(xiàn)在的燃料差，必須逐步發(fā)展混合動力，轉(zhuǎn)向外部可充電的混合動力汽車(插件混合動力汽車)。我國燃料和內(nèi)燃機汽車將從目前世界領(lǐng)先的制造大國發(fā)展成為節(jié)能汽車技術(shù)強國。(2)目前氣體燃料主要是天然氣，各種替代氣體燃料(煤層氣、合成氣等)逐漸混合，未來目標(biāo)是氫氣。對于氣體引擎，目前主要是燃?xì)鈨?nèi)燃機、氫燃料電池引擎，這是研究的重點。以燃?xì)馄嚍槔F(xiàn)在主要是天然氣汽車，逐步發(fā)展燃?xì)饣旌蟿恿Γl(fā)展成氫燃料電池電動汽車。我國燃?xì)夂腿剂想姵夭鑼漠?dāng)前世界最大規(guī)模的天然氣城市巴士發(fā)展出具有獨特中國特色的氫燃料電池混合動力城市巴士產(chǎn)業(yè)。(3)目前電力主要是煤電，非化石能源發(fā)展比例逐步增加，未來