浅论新型能源汽车的发展

1、河南机电高等专科学校毕业论文目 录1、前言-22、新能源汽车取代传统内燃机汽车的研究思路-42.1、研究及开发生物质能及生物燃料-42.2、研究开发小尺寸的涡轮增压内燃机-72.3 研究开发综合燃烧系统的内燃机-72.4 几种新能源汽车的研究方案-82.5、我国新能源汽车的发展概况-132.6、代用燃料汽车的发展前景-142.7、大有发展前景的氢燃料内燃机汽车-152.8、几种新能源汽车方案发展态势预测-153、我 国 新 能 源 的 现 状 及 发 展 -203.1、新能源发展困境的原因-203.2、新能源汽车的发展现状-213.3、我国新能源汽车产业化发展呼唤政策支持-213.4、新能源汽

2、车的发展前景- -214、 结束语-235、 参考文献-232【摘要】本文简单回顾了汽车发明初期内燃机汽车和电动汽车同步发展的历史；说明了现在人们再度把注意力放到电动汽车开发上来的原因；分析了电动汽车普及的主要难点；阐述了新能源汽车取代传统内燃机车汽车的基本思路和发展态势预测；对我国汽车工业界提出了新能源汽车开发的建议。关键词：内燃机汽车；底盘；新能源汽车【Abstract】 This paper is simple to have looked back the history of the automobile invention internal-combustion engine au

3、tomobile and electric automobile synchronous development of initial stage; Have explained that now, people put notice to electric automobile again to develop the reason of coming up; Have analyses the major difficulty of electric automobile popularity; Have elaborated new energy automobile to replac

4、e the basic train of thought of the traditional automobile of diesel locomotive and develop situation forecast; For the auto industry of our country, circle has suggested that the Sub clause of 3 of new energy automobile development is suggested. Keyword: Traditional internal-combustion engine autom

5、obile and new energy automobile 1、前言人类利用能源的历史，也就是人类认识和征服自然的历史。就一次能源而言，人类在能源的利用史上有过三次大的转换：第一次是煤炭取代木材成为主要能源；第二次是石油取代煤炭而居主导地位；第三次是目前正在出现的向多能源结构的过渡，这一转换现在还没有完成。电能是由一次能源转换而得到的二次能源。电能和其它任何能源相比，具有许多优点，电能在能源合理开发、运输、分配和消费中具有特殊的作用，电能可以直接与其他形式的能互相转换，我们可以将机械能、热能、化学能、光能和声能转换成电能，又可以将电能轻易地转换为其他能。在工业革命时代，人们一方面在机械、设

6、备和装置如何代替人力和畜力等方面进行探索研究，另一方面又在这些机械、设备和装置采用何种能源、这些能源如何取得进行探索研究。在汽车发明的初期，这种不用马拉的“马车”是采用内燃机利用燃烧石油制品、将化学能转换为机械能取得动力源，还是采用蓄电池将化学能转换为电能取得动力源，当时人们并未厚此薄彼，而是从这两个角度同步进行研究、试验的。1859年-1860年法国人G.勃兰特发明了蓄电池，1873年英国人R.达维森就制成了世界上第一辆电动汽车。1892年美国在芝加哥展出本国第一辆电动汽车，以后美国的内燃机汽车和电动汽车一直是同步增长的。1900年，美国有汽车8000辆，其中电动汽车有3000余辆；1915

7、年，美国的电动汽车产量达到5000多辆，超过了当年的内燃机汽车的产量。1920年以后，由于人们对汽车的需求越来越大，对其要求也越来越高，蓄电池汽车由于蓄电的能量密度低、重量大、充电时间长、一次充电行驶里程短、使用寿命低和成本高，因而逐渐被内燃机汽车所超越、所取代。之后80年，以石油制品为燃料的内燃机汽车以压倒优势在全世界得到空前发展，创造了一个辉煌的汽车时代，汽车改变了世界的面貌，对人类的生活方式产生巨大影响。然而正是这些内燃机汽车的大量普及和使用，造成了对环境的极大破坏，生成酸雨的氮氧化物，引发全球变暖所造成环境破坏的CO2主要来自燃料燃烧排放气体，据估计，约20%的CO2气体来自内燃机汽车

8、的尾气排放，有调查统计表明，城市生活中50%的空气污染问题来自内燃机汽车。如果燃料石油制品的内燃机汽车按以往的速度发展下去，50年之后，世界汽车数量将从今天的7亿辆左右剧增到16亿辆以上。恐怕到不了那个时侯，世界的石油资源就要耗尽，更加严重的空气污染会使人类文明化为乌有。人类的知识和经验是逐步提高的，我们的前人在80年前无法预料内燃机汽车给环境带来的麻烦，我们当然不能责怪他们当初的选择。二十世纪六十年代之后，人们逐渐认识到石油制品燃烧排放对世界环境的严重影响，现实迫使人们回过头来再把注意力放到新能源汽车的开发上来。特别是近十年来，人们从各个角度研究、开发电动汽车，取得了很大进展。随着世界能源危

9、机和环保问题日益突出，汽车工业面临着严峻的挑战。一方面，石油资源短缺，汽车是油耗大户，且目前内燃机的热效率较低，燃料燃烧产生的热能大约只有35%40%用于实际汽车行驶，节节攀升的汽车保有量加剧了这一矛盾；另一方面，汽车的大量使用加剧了环境污染，城市大气中CO的82%、NOx的48%、HC的58%和微粒的8%来自汽车尾气，此外，汽车排放的大量CO2加剧了温室效应，汽车噪声是环境噪声污染的主要内容之一。我国作为石油进口国和第二大石油消费大国，污染严重，世行认定的20个污染最严重的城市有16个在中国。国内汽车产品水平与国外差距很大，平均油耗高出10%30%，排放约为1520倍，汽车工业面临的压力更大

10、。上个世纪末以来世界各国和各大汽车公司以及国内各大科研机构和高等院校纷纷致力于开发清洁节能汽车，新能源汽车获得了长足发展。汽油和柴油是传统内燃机汽车的能源，利用除此以外的能源提供汽动力的汽车均可称为新能源汽车。目前正在开发的新能源包括天然气、液化石油气、醇类、二甲醚、氢、合成燃料、生物气、空气以及电荷燃料电池等。 2.新能源汽车取代传统内燃机汽车的研究思路 目前，我国正面临着石油缺口量逐年增大、空气污染仍很严重、我国内燃机大都是引进国外技术或者是中外合资的产品等问题。如何结合我国国情发展中国的燃料、汽车及内燃机工业，制定科学的、符合发展总趋势的战略，应该是内燃机及汽车行业部门、石化部门及政府领

11、导部门的大事。内燃机是汽车的心脏及节能的重点，改善内燃机的工作及燃烧过程仍是降低汽车排放物的重要途径之一。汽车燃料的多元化已是世界大多数国家的既定政策及现实情况。目前应用的内燃机能否适应多种燃料，使用不同燃料后排放如何，有无新的非常规排放物产生，能否有利于降低大气中二氧化碳(CO2)或者燃料生命周期循环能否实现C02零排放等都是长期以来国外各大汽车公司、石油化工部门、高等院校和研究部门的研究课题.2.1研究及开发生物质能及生物燃料2004年，上海及武汉等一些大城市一度出现柴油脱销、20个省市出现电力及煤炭供应不足、电力供应部门预期今后几年内仍会出现供应不足的局面。柴油脱销固然有体制的影响，但根

12、本原因是国产石油资源太少，石油及代用燃料自产量有限。目前，我国及世界矿产能源资源已逐渐枯竭。2000年，我国进口原油7000万t及一些成品油，所用资金250亿美元；2002年，进口原油的数量已占总消费量的29.8%。从经济方面分析，由于石油价格上涨，费用大幅度增加，例如2000年的进口石油数量比1999年增加了53.8%，而费用增加高达152.3%。由于中东地区局势动荡不定，石油价格已由20世纪70年代的每桶3美元上升到目前每桶30美元以上。石油资源逐渐枯竭，大国争夺石油资源，价格逐步上涨是大势所趋。因此，我们不能不惜逐年日益增多的外汇消耗及能源安全于不顾，也不能等到石油供应更紧张及枯竭时，才

13、考虑替代能源及燃料。能源及燃料的供应紧缺必然影响经济的发展和生活水平的提高，甚至是社会的稳定。目前，我国投入较多人力及物力开发电动汽车，已取得一些成果。然而纯电动汽车一些关键技术非短期内能完善解决的，即使解决也仅适合市区和短途运输，成本也高，一般收入的家庭不可能购买。混合动力汽车虽然能够早日进入市场，但还需要时间及小型紧凑高效低排放的内燃机及清洁燃料。至于普及燃料电池及氢燃料汽车为期还很遥远，解决廉价氢的生产及贮存使用并非易事，虽然已有性能好的氢燃料及燃料电池汽车出现，但那只是高价的样车。它不仅不适合我国国情，即使在发达的美国也有不同的看法。发展汽车燃料的战略应注重如下方面:第一、替代燃料的多

14、元化。当前替代燃料已经逐步多元化，包括天然气(CNG)、液化石油气(LPG)、甲醇、乙醇、煤制柴油、二甲醚及生物柴油等。目前，CNG及LPG主要以双燃料在使用；甲醇及乙醇产量少，在不改动内燃机的前提下，以低比例方式搀烧；而煤制柴油、二甲醚及生物柴油尚处于试验研究及试生产阶段。从长远看，多种燃料将会按市场规律及技术进展情况，在竞争中得到发展或者受到抑制甚至被淘汰。然而，近期内，由于燃料短缺及降低排放的需要，这些燃料将同时得到应用。天然气及液化石油气虽然目前可直接用作内燃机的燃料，但是重要缺点是比体积热值太低，要保持较长的行驶里程就要损害车辆效率及可用的空间。天然气通过引入的蒸气重整转化成氢气和一

15、氧化碳的混合物(合成气)。采用Fischer Tropsch合成工艺将合成气转变成传统燃油。煤制柴油的工艺原理也基本如此，先将煤转变成合成气，然后用F-T合成工艺变成柴油。这也叫气一液转化技术生产出的柴油具有较高的十六烷值，而且不含硫或芳烃，可以改善柴油机的燃烧及降低排放，可用成本较低的天然气或煤炭生产，具有较好的经济性，因此具有较大的吸引力。我国神华集团经国务院批准，于2002年开始在鄂尔多斯市建设煤液化工厂，一期工程完成后将年产汽油19.54万t、柴油177.56万t及液化气等化学产品，预测生产成本为1516美元桶。2003年5月，德国总理施罗德及大众集团董事长毕睿德博士出席了使用壳牌GT

16、L12艺生产的柴油的试验车队项目的启动仪式，该车队由25辆1.9L、74kW柴油高尔夫轿车组成，目的是检验合成柴油在日常使用中的可行性和经济性。德国台架试验表明，使用合成柴油可以明显地降低NOx及PM，一辆达到欧标准的车不需特别处理即可达到欧标准，85kW泵喷嘴高尔夫柴油机使用合成油，采用欧洲新循环，PM为0.008gkm。第二、可再生的生物燃料。在近期投入生产合成油的原料仍然是有限的矿产资源-天然气及煤，在生产过程中仍然有较多的二氧化碳排放。为了经济可持续发展以及能源与燃料得到可持续保障供应，较多国家从20世纪80年代就开始生物质能及燃料的研究与开发。生物资源极其丰富，靠太阳的光合作用生长，

17、是用之不尽的可再生能源资源。另外，与集中在少数地区的石油不同，它分布在全世界，每个国家都可以开发和利用生物质能。生物质能不仅可以用于制造液体及气体燃料，而且很多国家都用于发电、供热及炼钢等工业。我国发电、小区供热都可以考虑利用生物质能。车用替代燃料甲醇、乙醇、二甲醚及生物柴油等都可以利用生物质先热裂解气化生成合成气，然后再合成生物燃料。生物质由纤维素、半纤维素及木质素构成，难以分解液化。尽管从20世纪80年代国外就开始研究生物质能，不断取得一些成果，仍未达到可以商业化的水平，但据专家预测，2010年左右可达到廉价工业化要求。我国有关大学及科研单位也在进行研究。开发和应用生物质能及燃料是经济可持

18、续发展的必由之路，这是我国中长期发展的战略。氢气是理想的清洁燃料，用氢作燃料电池的燃料，开发氢燃料电池汽车及发电厂，是科技人员追求的目标。目前无论用水或生物质制氢，都效率低、成本高，包括储存的一些技术仍远未解决。纳米材料及纳米技术有助于解决这一问题，但这毕竟是较长期的发展目标。2.2研究开发小尺寸的涡轮增压内燃机我国人口众多、资源有限，节省资源应是经济可持续发展中的永恒主题。目前，我国与世界发达国家相比，汽车保有量还不算多，但一些大城市交通拥堵现象经常发生，停车场地十分有限。随着人们生活水平的不断提高，私人购车已是无法控制的趋势。我国应重点发展如德国甲壳虫一类的小型汽车，相应地开发小型废气涡轮

19、增压汽油机及柴油机，这也是混合动力小汽车及广大高原地区所需要的。进一步分析，由于纳米材料及技术的深入研究和扩大应用，各种机械都将逐步小型化，这是必然的趋势。现在就着眼于重点研究开发拥有自主知识产权的小型汽车及增压内燃机，这是一项重大的战略措施。它也将有助于内燃机及汽车产业快速进入发展中国家及全世界的市场。涡轮增压器(Tubro)实际上就是一个空气压缩机。如图所示。图2-8l涡轮增压器的结构l-压气机转子2-进气管3一排气管4-压力控制阀5-涡轮机转子它是利用发动机排出的废气作为动力来推动涡轮室内的涡轮(位于排气道内)，涡轮又带动同轴的叶轮位于进气道内，叶轮就压缩由空气滤清器管道送来的新鲜空气，

20、再送入气缸。当发动机转速加快，废气排出速度与涡轮转速也同步加快，空气压缩程度就得以加大，发动机的进气量就相应地得到增加，就可以增加发动机的输出功率了。 涡轮增压的最大优点是它可在不增加发动机排量的基础上，大幅度提高发动机的功率和扭矩。一台发动机装上涡轮增压器后，其输出的最大功率与未装增压器相比，可增加大约40甚至更多。 涡轮增压发动机主要有4大类： 1.机械增压系统(Supercharger)：装置在发动机上并由皮带与发动机曲轴相连接，从发动机输出轴获得动力来驱动增压器的转子旋转，从而将空气增压吹到进气岐道里。 优点：转子的速度与发动机转速是相对应的，所以没有滞后或超前，动力输出更为流畅； 缺

21、点：由于它要消耗部分引擎动力，会导致增压效率不高。 2.废气涡轮增压系统：利用发动机排出的废气达到增压目的。增压器与发动机无任何机械联系，压气机由内燃机废气驱动的涡轮来带动。一般增压压力可达180200kPa，或300 kPa左右，需要增设空气中间冷却器来给高温压缩空气进行冷却。国内轿车1998年开始在排量18的奥迪200上运用，以后又有奥迪A6的18T、奥迪A418T，直至帕萨特18T、宝来18T。 优点：增加效率高于机械增压； 缺点：发动机动力输出略滞后于油门的开启，加大油门后一般需要等片刻，稍后发动机会有惊人的动力爆发。 3.复合增压系统：即废气涡轮增压和机械增压并用，大功率柴油机上用的

22、较多。复合增压系统发动机输出功率大、燃油消耗率低、噪声小，但结构过于复杂。 4.气波增压系统：利用高压废气的脉冲气波迫使空气压缩。这种系统低速增压性能好、加速性好、工况范围大；但尺寸大、笨重和噪声大. 涡轮增压(Turbo) 涡轮增压简称Turbo，如果在轿车尾部看到Turbo或者T，即表明该车采用的发动机是涡轮增压发动机。 涡轮增压器实际上是种空气压缩机，通过压缩空气来增加进气量。它是利用发动机排出的废气惯性冲力来推动涡轮室内的涡轮，涡轮又带动同轴的叶轮，叶轮压送由空气滤清器管道送来的空气，使之增压进入气缸。当发动机转速增快，废气排出速度与祸轮转速也同步增快，叶轮就压缩更多的空气进入气缸，空

23、气的压力和密度增大可以燃烧更多的燃料，相应增加燃料量就可以增加发动机的输出功率。 涡轮增压器的最大优点是能在不加大发动机排量就能较大幅度地提高发动机的功率及扭力，一般而言，加装增压器后的发动机的功率及扭矩要增大20%30%。涡轮增压器的缺点是滞后，即由于叶轮的惯性作用对油门骤时变化反应迟缓，使发动机延迟增加或减少输出功率，这对于要突然加速或超车的汽车而言，瞬间会有点提不上劲的感觉 涡轮增压是欧洲申宝汽车发明的,大多用于柴油发动机 ，但现在也有很多用于汽油车， 尤其是大货车基本上都装有涡轮增压系统 发动机工作的两个要素：空气和燃油。无论怎样设计发动机，都要围绕着这两个要素做文章。想要提高发动机的

24、功率和扭力，无非是提高发动机的供油量和进气量。增加供油量很容易，但是增加进气量就难了。因为，空气有特定的物理特性，仅仅靠自然吸气能力是有限的。于是，曾经在柴油发动机上大获成功的废气涡轮增压技术被移植到汽油机上。 发动机工作中排出的废气是高温高压的，通常会通过三元催化，消音器，排气管白白排出车外，废气涡轮增压发动机正是利用了废气，通过一个位于排气管的涡轮，废气的压力可以推动该涡轮高速旋转，而该涡轮通过一个联动装置，可以驱动另一个位于进气位置的涡轮也高速旋转（最高转速可达上万转/分）。进气涡轮通过旋转对新鲜空气进行压缩，使其密度大大增加，高压气体的温度很高，不适合发动机燃烧需要，所以还要通过一个中

25、冷装置冷却一下，然后供发动机使用。通过涡轮增压，发动机的功率和燃烧效率可以大大提高，以1.8T为例，可以等同于2.3的自然吸气发动机。小排量，大功率，代表着当前发动机技术的最高水平。 最重要的是，该发动机的最大扭力可以从1750-4600转之间保持210的最大值，即发动机扭力曲线呈现平台结构，这是汽车发动机设计的最高目标，发动机的最大扭力区间极大，使得驾驶感觉任何时速段，动力源源不绝，用之不竭。这是世上任何一款自然吸气发动机都无法达到的高度。2.3研究开发综合燃烧系统的内燃机内燃机的发展历程具有如下特点：当初鲁道夫、狄塞尔发明柴油机时就曾在内燃机上试用过气体燃料、酒精及植物油；在相当长的时间内

26、，奥托循环及狄塞尔循环技术在不断发展变化，奥托循环侧重于均质预混及外源点火，而狄塞尔循环则喷雾扩散及压燃，分别用汽油及柴油作为燃料；为了降低油耗，奥托循环汽油机由化油器发展为像柴油机一样用喷油嘴单点喷射一多点喷射直喷以及均匀混合向分层稀薄燃烧发展；在开发、采用替代燃料(气体燃料、甲醇、乙醇等)汽油机及柴油机又各自采用对方的优点，汽油机为了适应醇燃料的特性及提高热效率，将压缩比提高到12%14%。柴油机为了能使用难以压燃的醇燃料，采用电热塞或汽油机一样的点火系统或者助燃剂，也有用化油器或其原理在柴油机上搀烧醇燃料；汽油机降低排放的重点是CO及HC，而柴油机则是NOx及PM，要全面大幅度降低排放，

27、需要将二者工作及燃烧过程的优点综合起来；无论是开发双燃料或多种燃料内燃机，也都体现着汽油机和柴油机二者优点互相渗透、综合起来的必要性和可能性，从回顾内燃机发展历程及当前需要出发，可以强调如下观点：树立燃料、内燃机及排放三位一体概念，才能互相促进及发展；内燃机的发展历程已经表明，汽油机及柴油机在互相渗透，扬长避短；为了适应燃料多元化及降低排放的严格要求，必须将汽油机及柴油机工作过程的优点综合在一起，研究开发新的综合燃烧系统(New Comprehensive Combustion SystemNCCS)。目前要全面科学地描述NCCS是困难的，这需要通过试验研究创新开发。然而，可以提出如下基本思考

28、点：从节能、降低排放及适应多种燃料的目标出发，综合奥托循环及狄塞尔循环的优点；增加柴油机的均质预混合部分，取消汽油机的点火系统；压缩比考虑的范围为12%16%或将上限再扩展一些；采用废气涡轮增压及低释热结构；运用成熟的纳米材料及纳米技术。日本丰田汽车公司为了优化直喷式柴油机混合气的形成，改善燃烧，发展了一种新的燃烧系统TRB（TOYOTAreflexburnsystem）,它利用多孔喷嘴的喷雾，碰撞燃烧室侧壁处的凸缘(也称反射壁)，正对着壁面的喷雾射流只高出反射壁边缘最低点半个射流高度，因而称之为半壁射流混合，如图1所示。图2为激光光片法用CCD摄像机直接摄取柴油喷雾半壁射流混合的荧光图像，从

29、图中可以看到半壁射流混合所形成的巨大的松鼠尾状的油气混合区，这也正是引起人们极大兴趣并需要进一步研究其机理的原因。图1半壁射流混合原理图图2柴油喷雾半壁射流混合的荧光图像综上所述，发展汽车燃料及内燃机是我国可持续发展战略中的重要环节。其具体战略如下。第一，我国矿产能源资源有限，目前石油、电力及煤炭供应紧张，为内燃机寻求一切可替代的燃料及实现多元化是可持续发展的需要。第二，改进和开发内燃机及汽车产品，树立燃料、内燃机及排放“三位一体”及符合中国国情的观念。第三，在燃料方面，近期应用和发展多元化的燃料；中长期开发和应用生物质能及生物燃料；远期开发和应用氢燃料。 第四，根据中国国情，重点开发小型废气

30、涡轮增压内燃机及小型汽车。第五，根据内燃机发展历程及今后的发展需要，研究开发综合汽油机及柴油机优点的新型综合燃烧系统。我们开发新能源汽车的目标是以它来取代传统内燃机汽车，而不是满足于为用户提供一些新品种汽车的选择。但这一目标的实现可能需要很长一段时间，从不同的技术角度可能会产生许多开发方案，因此理清一个基本的开发思路是很必要的。2.4几种新能源汽车的研究方案（1）开发出高效率、高能量、小尺寸的电池是最佳方案我们用一粒黄豆般大小的电池能使我们的手表运行2年，如果我们能研制出不大于内燃发动机尺寸、能让汽车行走哪怕是3个月、价格相当于或略大于3个月的油耗费用的电池，电动汽车取代传统内燃机汽车就指日可

31、待了。这种电池能否充电、循环使用并不重要，如能充电最好，不能充电则每3个月更换一个，旧电池由厂家回收利用，就象我们现在使用干电池一样方便。人类现在能够为任何机械提供足够高的电压，足够大的电能，要把一定的电压、相当大的电能储存到一个小装置中去，并使之随时能输出电能，在技术上通过努力也能做到，但造价可能很高。对现在已经开发出来的多种高能电池，我们要做两方面的工作，一是进一步提高电能量密度，延长一次行驶里程；二是改进制作工艺，选择新材料、降低制作成本。即使高能电池价格较高，电动车整车的价格就一定会高吗？电动车以蓄电池驱动，也就没有了汽油发动机，没有气阀、活塞、没有正时皮带、没有曲轴，没有尾气排放，也

32、就没有了排气管，电能传送方式取消了机械传动系。其零部件数量比汽油车零部件少很多。同时电动汽车达到了零排放，原先为内燃机汽车配备的排气净化系统也可以免除，总的说来电动汽车的一次造价低于内燃机汽车是可能的。电动汽车在起步阶段，其运行费用可能会高于内燃机汽车，政府完全可以因为电动汽车对环保的贡献而给予一定的政策优惠。（2）开发氢燃料为能源的电动汽车是次佳方案之所以把开发以氢燃料为能源的电动汽车作为次佳方案，是因为如果我们有了性能优良、价格合理的高能电池为电动汽车提供电力，我们就不需要再费周折通过燃料电池将氢燃料转换为电能来获得动力。反过来，如果我们在较长的时间内还很难开发出理想的车用电池，则开发用氢

33、为燃料的电动汽车不失为较好的候补方案。影响氢燃料为能源的电动汽车普及的主要因素也是燃料电池十分昂贵，改进制作工艺，选择新材料、降低造价是今后的主攻方向。普及氢燃料电动汽车的其他难点是解决好汽车上的氢储存问题和社会的制氢方案及供氢途径，前者是一个综合性的技术问题，后者既有重大的技术问题又有庞大的社会工程问题。氢储存若采用液态氢罐，一次储氢足以完成400公里的行程（如通用的氢动一号），问题是安全性风险，一旦发生事故，十分危险，电动汽车应配备防碰撞控制系统。若采用金属或纳米碳吸附氢，技术复杂，需要进一步探索研究。而社会的制氢和供氢问题，第一有待于廉价大规模制氢方案的研究和逐步走向成熟，其次要为建设庞

34、大的加氢站注入可观的投资。在氢燃料电动汽车中，采用石油制品制取氢，虽然与我们要替代石油燃料的初衷相违背，但美国通用汽车公司之所以看重汽油重整技术，是考虑到在全社会建立起庞大的加氢站之前，能利用目前的加油站，这一思路有其现实性和合理性。(3)天然气汽车和液化石油气汽车 车又被称为“蓝色动力”汽车，主要以压缩天然气(CNG)、常见的是压缩天然气汽车(CNGV)。液化石油气汽车(LPGV)是以液化石油气(LPG)为燃料。CNG和LPG是理想的点燃式发动机燃料，燃气成分单一、纯度高，与空气混合均匀，燃烧完全，CO和微粒的排放量较低，燃烧温度低因而NOx排放较少，稀燃特性优越，低温起动及低温运转性能好。

35、其缺点是储运性能比液体燃料差、发动机的容积效率较低、着火延迟期较长。这两类汽车多采用双燃料系统，即一个汽油或柴油燃料系统和一个压缩天然气或液化石油气系统，汽车可由其中任意一个系统驱动，并能容易地由一个系统过渡到另一个系统。康明斯与美国能源部正合作开发名为“先进往复式发动机系统(ARES)”的新一代天然气发动机，根据开发目标，该发动机热效率达50%(热电联产时达到80%以上)，NOx排放量低于0.1gkm，制造成本为400450美元kW，维护费用低于0.01美元kwh，在满足这些目标的同时，发动机具有较高的可*性。.(4)醇类汽车醇类汽车就是以甲醇、乙醇等醇类物质为燃料的汽车，使用比较广泛的是乙

36、醇，乙醇来源广泛，制取技术成熟，最新的一种利用纤维素原料生产乙醇的技术其可利用的原料几乎包括了所有的农林废弃物、城市生活有机垃圾和工业有机废弃物。目前醇类汽车多使用乙醇与汽油或柴油以任意比例掺和的灵活燃料驱动，既不需要改造发动机，又起到良好的节能、降污效果，但这种掺和燃料要获得与汽油或柴油相当的功率，必须加大燃油喷射量，当掺醇率大于15%20%时，应改变发动机的压缩比和点火提前角。乙醇燃料理论空燃比低，对发动机进气系统要求不高，自燃性能差，辛烷值高，有较高的抗爆性，挥发性好，混合气分布均匀，热效率较高，汽车尾气污染可减少30%以上。这种汽车最早由福特公司在20世纪80年代中期开发，到2003年

37、底，美国有230多万辆乙醇汽车，其中多数是道奇和克莱斯勒厢式车2003年已卖出233466辆(5)二甲醚汽车二甲醚(DME)是一种无色无味的气体，具有优良的燃烧性能，清洁、十六烷值高、动力性能好、污染少，稍加压即为液体，非常适合作为压燃式发动机的代用能源，使用该燃料的车辆可达到美国加州的超低排放标准。日本NKK公司成功地开发出用劣质煤生产二甲醚的设备，并且和住友金属工业公司于1998年完成了用二甲醚作为汽车燃料的试验，二甲醚汽车(DMEV)不会排放黑色气体污染环境，产生的NOX比柴油少20%。(6)气动汽车空气、液态空气、液氮等为介质，通过吸热膨胀做功供给驱动能量的汽车称为气动汽车，气动发动机

38、不发生燃烧或其他化学反应，排放的是无污染物辐射的空气或氮气，真正实现了零污染。目前开发比较成功的是压缩空气动力汽车(APV)，工作原理类似于传统内燃机汽车，只不过驱动活塞连杆机构的能量来源于高压空气。APV介质来源方便、清洁，社会基础设施建设费用不高，较容易建造。无燃料燃烧过程，对发动机材料要求低，结构简单，可借鉴现有内燃机技术因而研发周期短，设计和制造容易。但目前APV能量密度和能量转换率还不够高，续驶里程短。1991年法国工程师Guy Negre获得了压缩空气动力发动机的专利，并加盟MDI公司，2000年MDI公司推出的名为“进化”(evolution)的APV，质量仅700kg，其发动机

39、质量仅为35kg，速度可达120kmh，一次充满压缩空气可行驶200km，充气费用仅为0.3美元，在城市中约可行驶10h，在压缩空气站充气2min就可完成，用气泵充气3h可完成（7）以植物油为燃料的汽车为了寻找可代替石油的新能源，科学家也将目光投向了植物油，正在研制以植物油如大豆油、玉米油及向日葵油为原料的内燃机油。科学家们还在研究生物柴油，这是一种以植物油为原料的燃料，将来可作为柴油的替代品大量用于卡车和轮船。生物柴油中不含硫，因此不会对环境造成酸雨威胁。为生产生物柴油，化学家们正在对植物油进行酯化加工，使之变成甲基酯化合物，燃烧起来更干净，发动机内残留物也较少。(8)混合动力电动汽车是可以

40、考虑的过渡方案在新能源汽车取代传动内燃机汽车的漫长过程中，不是一下子中止使用石油制品而是逐渐减少石油制品消耗的过渡方案是可行的，燃料电池电动车上装备重整器从石油制品中提取氢是一种过渡方案，采用传动内燃机和电池相结合的混合动力电动车也是一种过渡方案。前一种过渡方案石油制品作为氢的供源，对环境不造成污染，后一种过渡方案石油制品仍参与燃烧，仍将排放有害物质，这是两种不同性质的过渡方案。混合动力电动汽车仍将有石油制品参与燃烧排出有害物质使人们感情上对其产生厌恶，但考虑到汽车一下子达到零排放有困难，采用逐渐减少有害物质的排放的方案也是不得已而为之的办法。(9)其他过渡方案除了电动汽车，人们还对其他清洁汽

41、车方案展开了研究，如含醇汽车（汽油中添加醇类）、燃气汽车（双燃料：汽油+液化石油气或汽油+压缩天然气；单燃料：液化天然气或压缩天然气）等。考虑到天然气的储量十分丰富，约是石油储量的1.5倍，相对石油来说，天然气消耗量较少，因此可以在一段时间里成为石油资源的替代品。同时液化天然气具有储存能量密度大，续驶里程长，环保性能优越、价格便宜、加气方式比较容易实现，因此笔者赞同把开发燃烧液化天然气的汽车作为过渡方案之一。然而这一过渡方案仍采用内燃机，仍采用化石燃料，仍有排放问题，与我们的最终目标不吻合。2.4我国新能源汽车的发展概况我国天然气资源丰富，分布广泛，海南、北京、上海、重庆等省市被列为国家燃气汽

42、车重点示范城市，各地均在燃油汽车基础上研制开发改装了压缩天然气汽车和液化石油气汽车，主要用于出租车、公交客车、大型车辆和工程设施等。一汽大众公司开发了捷达LPG，上海交大研制成LPG轿车并和申沃客车联合开发成功改装型LPG城市bus，北京开发了CNG城市bus。 山西是产煤大省，甲醇汽车开始进行,达到商业运行阶段，所用甲醇汽车采用灵活燃料系统，既可用甲醇，也可用汽油，将乙醇当作有氧燃料使用，现在在河北和黑龙江等地推广。同时国家制定了乙醇汽油燃料相关标准。我国云岗汽车公司大同汽车制造厂开发了甲醇中巴车。 我国煤炭资源丰富，政府支持以煤炭为原料制造车用燃料项目。煤直接液化和间接液化制取车用燃料的项

43、目正在积极进行。“十五”期间在云南和陕西建立了煤直接液化示范厂，以煤为原料合成石油或二甲醚等车用燃料。西安交通大学与中国科学院煤化工研究所经过5年协同攻关，于2000年研制出了“超低排放二甲醚汽车”，通过在TYll00单缸柴油机及装备有大连柴油机厂生产的CA498柴油机的面包车上燃用二甲醚的试验，发现发动机的功率可提高10%-15%，热效率提高23个百分点，噪声降低10%-15%。 我国从事燃料电池研究的单位有20余家，质子交换膜(PEM)燃料电池技术已取得较大进展，但与国外还有不小差距，例如，国外将功率5080kW的PEM燃料电池用于轿车，而我国最大的PEM燃料电池单堆功率为5kW，离轿车使

44、用相距甚远。我国的金属燃料电池技术已经达到世界先进水平。 我国的镍氢电池和锂电池技术水平也已经达到国际先进水平，比亚迪在2005年上海车展展出的E1电动车已经具备了很好的整车动力性能。目前国内对压缩空气动力汽车的研究报道最多的是浙江大学，他们已经开发出压缩空气动力摩托车研究平台，探索出不少有益的结论，正在进一步深入研究，此外重庆大学和同济大学也做过一些探索性研究。应当说APV在国内的发展才刚刚起步。2.5代用燃料汽车的发展前景在各种汽车代用燃料中，LPG和CNG最方便投入使用，而且目前已经具有好的配套基础设施。在排放和经济性能要求较高而动力性能要求一般的公共交通领域具有很好的应用前景，美国近年

45、来新型公交客车中天然气汽车就占据了较大比例。在中国这样的农业大国特别是一些农业大省，乙醇资源丰富，乙醇汽车有良好的应用前景。二甲醚等合成燃料具有很好的排放特性，也将具有很好的应用前景，特别是作为代用柴油应用于混合动力汽车。混合动力汽车毫无疑问是下一代汽车动力系统的主要形式。 蓄电池电动汽车的使用性能不如混合动力汽车和燃料电池汽车，且成本高。氢燃料发动机的能量利用率不如氢氧燃料电池。因而蓄电池电动汽车和氢发动机汽车的发展前景不是十分乐观。当然随着太阳能电池技术的发展和突破，也许纯电动汽车能迎来一个不错的发展局面。压缩空气动力汽车虽然实现了零污染，但其整车性能与传统汽车相差太远，只能在较小的范围内

46、应用于特定场合。 燃料电池是目前技术条件下能量利用率最高的车用能源。燃料电池的比能量可达200350Whkg，为锂离子电池的23倍；能量转换效率高达60%80%，是汽油机或柴油机的1.52倍，能实现超低污染甚至零污染，而且燃料电池使用的氢能源是可再生的。目前以甲醇燃料电池技术最为成熟。国外各大石油公司和汽车均在致力于燃料电池汽车的研发以抢占在未来汽车发展中的滩头。戴姆勒奔驰汽车公司从1993年到2000年先后推出了NecarINecar和Nebas等系列FCEV，2001年5月Necar4在美国试车，功率55kW，最高车速145kmh，装载行程450km，最新推出的Necar V-FCEV采用

47、甲醇燃料电池。1997年Ballard动力公司和福特汽车公司组建了Xcellsis公司开发燃料电池轿车，美国ARCO、壳牌、德士古等石油公司和加州CARB先后加盟，组成世界上最强大的燃料电池车开发联盟。日本电力中央研究所正在开发一种全面使用耐热陶瓷的燃料电池，电池在发电效率非常高的1000的高温下工作，电解质的输出功率达到1Wcm2，相当于传统燃料电池的5倍。EvomR公司致力于开发铝和锌燃料电池，已具有相当水平。2.6大有发展前景的氢燃料内燃机汽车在人们从不同角度进行电动汽车开发活动的同时，宝马公司则把开发氢发动机作为新能源汽车开发的主攻方向，并在2000年汉诺威万国博览会上提供了10辆装有

48、V12氢发动机的宝马750hL轿车作为定点运行班车，向人们展示了全新内燃机和全新能源氢燃料相结合的新一代汽车的光明前景。 氢发动机以氢为燃料，采用汽油机一样的方式，由活塞压缩并使之燃烧产生动力。而从发动机排出的几乎全是水，CO2排放量几乎为零。氢燃料内燃机汽车大规模使用仍然有待于制氢工厂的建设和加氢站的普遍建立，宝马公司认为不是等加氢站建立起来后再去开发氢燃料内燃机汽车，而是通过氢燃料内燃机汽车的逐渐普及去推动加氢站的建设。这和汽油机汽车发展初期加油站随其同步发展的情况是相似的。2.7几种新能源汽车方案发展态势预测下图为新能源汽车发展态势预测图。笔者将二十世纪后三十年及二十一世纪前五十年共八十

49、年时间划分为三大阶段，2000年以前为新能源汽车研究开发阶段；2000年到2030年为几大类主要新能源汽车发展竞争阶段；2030年到2050年为新能源汽车开始取代传统内燃机汽车阶段。图中显示，开始，相对氢燃料电动汽车和混合动力汽车，纯电池电动汽车处于领先地位，但由于电池技术遇到较大困难，氢燃料电动车、特别是混合动力汽车相对发展较快，到2020年左右电动汽车中排在前面的是混合动力汽车，其次是氢燃料电动车，纯电池电动车进展缓慢，处在最下风。而氢燃料内燃机汽车由于氢发动机技术逐步完善而大踏步顺利发展。到2030年之后，随着电池技术的突破，纯电池电动汽车因低成本、制造简便而突飞猛进，与氢燃料内燃机汽车

50、并驾齐驱，开始取代传动内燃机汽车，其他电动汽车过渡方案逐渐完成历史使命。2040年以后，由于电池技术更加成熟，成本更加低廉，动力更加充沛，整车制造更加简单灵活，与较为复杂的氢燃料内燃机汽车相比，更具有优越性，逐渐取得主导地位。此图仅为几种新能源汽车发展态势比较图，并无量的概念，另外，时间预测也未必很精确，肯定有些误差，特此说明,如图所示:图2.1 新能源汽车发展态势预测3、我国新能源汽车的现状及发展新华社报道，国务院发展研究中心产业经济研究部部长冯飞预测说，到2025年后，我国普通汽油车占乘用车的保有量将仅占50左右，而先进柴油车、燃气汽车、生物燃料汽车等新能源汽车将迅猛发展。冯飞是在25日召

51、开的“新能源汽车发展战略国际研讨会”上作上述预测的。他说，结合中国的能源资源状况和国际汽车技术的发展趋势，可以判断，未来中国汽车能源将出现可再生、低排放能源取代传统能源。按照燃料的来源划分，新能源汽车技术可分为五类。一是基于传统石油燃料的节能环保汽车，如先进柴油车和混合动力汽车；二是基于天然气和石油伴生品的燃气汽车；三是基于化石燃料化工的替代燃料汽车，如煤制油等；四是生物燃料汽车，包括燃料乙醇和生物柴油汽车；五是燃料电池汽车和纯电动汽车。“汽车能源逐渐由化石燃料向可再生、低二氧化碳排放的能源形式过渡是基本的趋势，生物燃料和氢能将是汽车能源的最终解决方案。”冯飞说。“2030年以前，传统燃料仍然

52、是主要的汽车能源，但传统燃料的清洁化将是基本发展方向。”他说，“汽车技术将出现多种技术共存的局面，先进汽油车、先进柴油车、混合动力汽车、燃气汽车、生物燃料汽车、燃料电池汽车都将占据一定的市场份额。”3.1新能源汽车发展困境的原因一、政策环境。国家上有政策，下面有对策，很多官员对传统能源，如石油、煤炭等开采热情很高，对新能源只是“纸上谈兵”，没有实际行动。对于新能源的发展国家还缺乏相关法律法规的保护和支撑，比如开发风能、太阳能就遇到很多具体的环境壁垒，如相关单位不积极等。风能项目本来投资成本不高，但人为让成本上升，让人们对新能源利用产生误解。二、管理体制混乱。各地没有统一的管理机构，多头管理、不

53、合法的垄断经营等屡见不鲜。当地经贸委、当地发展改革委和当地的政府能源办等机构繁多，但具体谁负什么责很难分清。很多项目无法界定是不是高新技术、是不是处在国际国内的技术前沿。这些项目往往通过关系、人情进行规模生产，目的不是开发新技术，而是捞取利益。三、市场环境不完善，无序竞争增加成本；鱼目混珠，好的项目难推广。由于没有规范市场，各种打着新能源旗号的项目、产品到处推销，严重影响高、精、尖项目的推广应用。同时，各地相关的行业法规和质量标准不规范，政府部门对新能源市场缺乏有效的监管。四、新能源品种很多，但缺乏技术研究和创新，没有形成高新技术产业集群。国内很多单位和企业没有把主要精力放自主研发上，而是走捷

54、径模仿和抄袭，使我国新能源技术创新乏力。专家认为，新能源战略要突破重围，就要通过立法优化政策环境和市场环境，加大市场监管，重点扶持一批高新技术项目，破除狭隘的地方和个人利益，走分工开发，协作创新之路，把新能源产业做大做强。3.2新能源汽车的发展现状新能源汽车开发，涉及到许多技术领域，如能源、材料、物理、化学、机械、电气、自动控制、环保等，也涉及到相关企业、研究机关、大专院校，同时新能源汽车的开发具有明显的社会效益（初期经济效益可能会不明显），这就需要政府来作牵头人。这是其一，其二新能源汽车开发能否引起普遍重视，很大意义上取决于政府的态度，政府或者用政策鼓励或者用法规限制，将对企业行为起明确的引

55、导作用。如美国加州空气资源局（CARB）1990年通过ZEV法案，1996年和7个主要制造商（克莱斯勒、福特、通用、本田、马自达、日产和丰田）签订协议，要求在这个州销售新的汽车和轻型载货车必须有2%的车为零排放，2000年12月25日公布修订的新ZEV要求到2003年有10%的零排放。美国政府的这些法案，对企业开发清洁汽车作出了明确的要求。我们高兴的看到，中国政府也很重视发展清洁汽车，提出把发展清洁汽车作为发展中国汽车工业的突破口，并将清洁汽车重点科技攻关项目列入到“九五”、“十五”规划，电动车标准的制定工作正在进行。但从目前阶段我国关于新能源汽车的开发进展看，仍显得力度不大，进展不快，特别是汽车制造业本身没有大的动作。因此，我国政府和全社会要下大决心，坚决、有力、快速推进新能源汽车的开发、应用。我建议，由政府牵头，成立全国性的新能源汽车开发推进委员会，基本任务其一是结合我国实际、确立我国开发的主攻方向和进程计划；其二是将新能源汽车所有相关技术难题排列出来，落实到有关研究机关，大专院校和企业限期完成攻关；其三是募集开发基金和奖励基金，确保开发资金的到位和对开发人员的激励；其四是组织国际研讨