・节能减排及新能源汽车技术论坛-
汽车节能减排技术及其发展趋势
张宏钟诗清
(武汉理工大学华夏学院430223)
f摘要】能源是制约现代_r-:Iki&速发展的一个重要因素,汽车工业是能源消耗大户,研究汽车节能环保技术,发展车用替代燃料,提倡节能减排,减少汽车能源消耗,具有重要的战略意义。本文介绍了现阶段我国的能源背景及开展汽车节能减排技术的目的和意义,阐述解决车用能源短缺的途径,从传统汽车、电动汽车、替代能源等方面论述了汽车节能减排技术途径及其发展趋势。
【关键词】汽车;节能;减排
1前言
燃油紧缺、环境污染已成为亟待解决的突出问题,据海关统计,我国2008年全年进口原油17888万吨,石油消费对外依存度达到49.8%。同时,我国汽车工业迅猛发展,产销总量持续增长,2008年汽车销售量为938.05万辆,汽车保有总量达到6467万辆,汽车消耗的燃料占我国燃料消耗总量的40%左右。据预测至1]2020年车用燃油
解决车用能源短缺,有三种途径:1.发展节能汽车,调整汽车产业结构,采用汽车节能技术,提高运输效率等;2.开发新能源汽车,例如纯电动汽车、混合动力汽车、燃料电池电动汽车;3.发展替代燃料汽车,例如气体燃料汽车、生物质基液体燃料汽车、煤基液体燃料汽车等,而节能减排是解决车用能源短缺的主要途径。
2.1传统汽车节能减排技术
节能减排是一个系统工程,传统汽车节能减排技术仍大有潜力,如采用技术节能与结构节能相结合,发展高效内燃机技术、先进发动机、先进的进气管系统、汽车轻量化技术、整车优化设计技术等,优化产品结构;鼓励使用小排量乘用车、柴油乘用车等,可以有效降低车辆燃料消耗量。而开发和推广先进内燃机汽车,是解决紧迫的节能与环保问题最直接有效的方法121。大众汽车公司一直在推广柴油车,虽然看起来不顺利,但这已经引起了广泛注意。我国汽车行业应增加乘用车用柴油机关键技术的攻关,提高乘用多功能柴油车的比例,逐步扩大柴油乘用车的应用范围。在汽油发动机上,节能减排同样具有很大潜力,我国发动机的节能减排技术远落后于国外先进水平,平均油耗高于国外发动机10%以上。大众汽车公司明年可能会推出一款波罗,百公里油耗可能将降低到3.8升,许多混合动力车也难达到这个效果。可见,加大对传统汽车节能减排技术的研究也是我国汽车行业参与国际竞争、走向国
消耗为3.05亿吨,换算成原油将超过5亿吨,车用
燃油已成为我国新增石油消耗的主体。目前,包括欧盟、美国、El本、韩国等在内的很多国家和地区都已经根据各自国情实施了不同形式的汽车燃料消耗量标示制度,作为控制汽车二氧化碳排放和油耗的主要措施之一【l】。
由于我国经济发展迅速,石油需求与El俱增,能源供需矛盾日益突出,对进口石油的需求量不断提升,因此我国亦应对汽车产品进行科学系统管理,建立汽车长效节能管理机制。这不仅涉及到政府管理职能、企业的责任和义务、消费者的权利和利益,还涉及到社会的整体利益以及监督责任等。通过开发汽车节能减排技术,引导消费者购买低油耗节能汽车,促使汽车制造商开发更加节能的车辆,推动汽车节能技术发展进步,这将对加快我国汽车工业产业结构调整,促进节能减排将发挥重要作用。
2汽车节能减排技术
-节能减排及新能源汽车技术论坛-际市场的需要。
将在2011年从日产导人电动车项目,可见电动汽车的发展正在逐渐加速。
针对目前的新能源汽车热,罗兰・贝格机构曾发布报告,基于对电池成本、能量密度、行驶里程、政府补贴和消费者接受度等众多因素的研究,得出结论,在西欧市场,到2020年电动汽车在整个汽车的销售当中估计约占22%。在中国,乐观估计,2020年电动汽车和插电式混合汽车的销量将超过160万辆,销量约为乘用车整体销量的16%以上,保守估计也在10%”’。目前,已开发的一些高能电池,技术成熟度不一,比较成熟的是镍氢电池和锂离子电池。
2.2发展电动汽车
电动汽车作为新一轮经济增长的突破口和实现交通能源转型的根本途径,已经成为世界各主要国家和汽车制造厂商共同的战略选择,也是各国汽车市场的战略选择。电动汽车主要包括纯电动汽车、混合动力汽车、燃料电池电动汽车等。预计到2015年,电动汽车全球销量在50万辆左右,尤其适合在亚洲人口密度高的地区及欧美一些大城市;而锂电池成本太高,对大众化市场来说还难以让消费者所接受,现阶段产量很少,2020年后销量才可能有一定规模。目前,市场上还没有较成熟的纯电动汽车,受到开发难度大、周期长等因素制约,面对能源、环保问题的严峻挑战,推动电动汽车成功的可能性应更大些。电动车将是汽车产业发展的主导方向,必将具有良好的市场前景。
混合动力车具有先进性和现实性,节能、环保效果明显,采用混合动力车是现阶段解决环保和能源问题最为切实可行的方案。但是,由于混合动力汽车是在牺牲了部分环保利益的基础上,来满足目前人们对汽车环保的基本要求,在结构上两套系统电池、电机和内燃机同时安装于本来只装一套系统的汽车上,加大了汽车本身的重量,也提高了对整体工艺及控制等方面的要求。除了和纯电动汽车一样受目前蓄电池技术的限制之外,混合动力的能量来源仍然是石油,介于传统汽车和纯电动汽车、燃料电池汽车之间,是一种承前启后的、在经济和技术方面都趋于成熟的汽车产品,不是电动汽车发展的最终形式。
在政府政策和资金的大力支持下,我国各地的新能源产业联盟呼之欲出。以武汉为例,重点发展的是在乘用车、商用车以及城市客车等领域实现纯电动及混合动力;到2011年,武汉市新能源公汽线路增加至20条,新能源公共汽车增加至1000辆;到2020年,天然气加气站由lo座增加到13l座,液化石油气加气站由15座增加到20座:对武汉市新能源汽车免征车辆路桥通行费;对于一次性购买新能源轿车超过3辆的企业和单位给予节能减排奖励;东风日产此前关于在中国市场投放电动车的日期是2012年,日前表示已经基本决定
2.3开发替代燃料汽车
全球油价一直在不断攀升,石油、天然气和煤总会有枯竭的一天,并且还没有—个统一的能源方案可以解决所有问题。我们自然地想到,有没有可以代替这些能源的新能源,防范于未然。加大对清洁能源的开发力度、提高燃油经济性的研究。福特汽车公司可持续商业战略总监约翰・维拉表示,福特汽车已经全面开发混合动力、乙醇、氢气和清洁柴油多种新能源车型。他透露,公司制定了从改良传统内燃机,到研发混合动力、氢气内燃机,最终发展到采用可再生能源氢气,实现零排放的燃料电池技术的战略发展路径。
以天然气和醇类替代燃料为例,天然气的成本大大低于汽油和柴油,燃烧也更清洁。由于天然气压缩比不高,较低的压力使得天然气储存装置较大,但通过改善天然气储存装置外型,设计成薄壁、直角的轻巧型气罐,加装到汽车底部,不占车内空间。目前,武汉市已有部分天然气公交车、出租车在营运,节能环保,经济性均较好;甲醇、乙醇在常温下为液体,有着丰富的资源,燃烧时不冒黑烟,微粒排放物很少,适合作为汽车燃料,排气中HC含量少,可见,从排放的角度看,醇类是一种较好的替代燃料。
2.4汽车排放治理技术
汽车消耗燃料后排放的尾气会引起诸多环境问题,目前在大、中城市,汽车排放物已成为城市大气环境中有害物质的主要来源。尽管汽车发动机电子控制技术发展已经取得重大进展,结构日益完善,但环境依然遭到了前所未有的破坏。
_节能减排及新能源汽车技术论坛一
因此,使用直接治理排气污染的净化装置是解决排放污染问题最直接的手段,目前汽油车主要应用i元催化转换器排气净化装置。通过催化反应降低汽油机排放的核心是研制高性能催化剂,提高催化剂低温活性及高温耐热性,才能降低催化剂成本。为此,汽油车的排放控制系统由一级催化剂到两级催化剂,再到多级催化剂,并与电控系统进行精确匹配忙1。EGR(废气再循环)是降低N0x排放的有效技术,目前,也逐渐用于改善汽油机部分负荷工况的油耗。通过二次空气喷射系统与热反应器配合使用,可以达到更好的排气净化效果。采用活性碳罐蒸发污染控制装置,防止汽油箱向大气排放燃油蒸汽而产生污染。
气作为燃料,从排放的角度看是最理想的,氧气直接作为燃料燃烧,排出的气体丰要是水蒸气,有害气体儿乎为零,或者将氧制成燃料电池,氢气也许是今后最有前途的汽车燃料。
智能化汽车H’它是一种高新技术密集的新型汽车,将成为今后的主线产品。随着全世界节能环保意识的增强,能耗低、污染小的新能源汽车及智能化汽车将迎来良好的发展契机。安全、节能、环保将成为未来汽车的三大主题。
发展新能源在中国具有足够优势,当传统汽车T业受到能源紧缺威胁时,一大批中小汽车企业,由于规模小、机制灵活、转向快,能够较快地转向新能源领域。有关专家建议,在我国发展新能源汽车应采用近期开发和中长期开发并重的策略。近期发展柴油机、汽油直喷、汽车轻量化、混合动力等技术,中长期开发高水平混合动力、燃料电池及替代燃料。重点抓成本低、见效快的产品,减少有害物质排放和温室气体排放。
3未来汽车节能减排技术的发展趋势
汽车轻量化对于汽车丁业来讲,为了节约能源,减少汽车尾气排放最有效的办法是减轻汽车质量。有关实验表明,汽车质量的轻重与油耗有直接关系,一般汽车质量减少10%,可减少6%的油耗。H1从应用材料上看,采用高强度钢,镁合金及碳素纤维、塑料等轻质材料,未来汽车材料会发展为再循环使用材料。
清洁燃料各国之间正广泛开展燃料电池电动车的研究工作,未来将逐步进入实用阶段。燃料电池正向着能量高、价格低、寿命长的方向发展。电动汽车将在不远的将来成为大型城市的一种重要代步工具。除此之外,“喝酒车”、“氧气车”以及其他代用能源也在加速发展,使用氢
4结论
车用能源日益短缺,发展汽车节能技术、减少排放迫在眉睫,就日前世界汽车工业发展情况来看,传统汽车采用技术节能减排和结构节能减排相结合方法挖掘节能减排技术,同时大力发展新能源汽车和开发替代燃料汽车。随着经济、技术的快速发展,逐步解决蓄电池技术的限制以后,电动汽车、替代燃料汽车必将会成为越来越成熟的产品,未来汽车将向着轻量化、智能化方向发展。
参考文献:
【1】http://info.yidaba.com/200908/061555411006100100000084845_3.shtml
【2】刘海峰,金超.汽车节能环保新技术.汽车电器.2009,2:1-6
【3】3
http://www.wJW.cn/contcnt/wjzx/2009/7/8/117369.shtml
【4】刘玉静,范军军,张小平,景玉军.浅析汽车新技术.科技创新导报.2008,12:7—8
作者简介:
张
宏,女,生于1981年1月7日,2007年7月毕业于哈尔滨工业大学,硕士研究生。工作单位:武汉理工大学华夏
学院,助教。主要研究方向:车辆工程、电动汽车。通讯地址及邮编:武汉理工大学华夏学院机械与汽车工程系4-405430223电话:15827241084
E—mail,,zhan92001hong@126.corn
钟诗清,男,出生于1944年2月28日,于1970年7月毕业于汽车工学院。工作单位:武汉理工大学,车辆教研室主任,教授。主要科技成果:完成省部级科研项目十余项,获国家专利38I;主编教材两本;撰写科技书籍3本。发表学术论文20余篇;主要研究方向:电动汽车,汽车车身结构与设计。通讯地址及邮编:武/X.理.X-大学华夏学院机械与汽车工程系4—405
430223
电话:15327196048
E-mail:zsq_228@126.com
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汽车节能减排技术及其发展趋势
张宏钟诗清
(武汉理工大学华夏学院430223)
f摘要】能源是制约现代_r-:Iki&速发展的一个重要因素,汽车工业是能源消耗大户,研究汽车节能环保技术,发展车用替代燃料,提倡节能减排,减少汽车能源消耗,具有重要的战略意义。本文介绍了现阶段我国的能源背景及开展汽车节能减排技术的目的和意义,阐述解决车用能源短缺的途径,从传统汽车、电动汽车、替代能源等方面论述了汽车节能减排技术途径及其发展趋势。
【关键词】汽车;节能;减排
1前言
燃油紧缺、环境污染已成为亟待解决的突出问题,据海关统计,我国2008年全年进口原油17888万吨,石油消费对外依存度达到49.8%。同时,我国汽车工业迅猛发展,产销总量持续增长,2008年汽车销售量为938.05万辆,汽车保有总量达到6467万辆,汽车消耗的燃料占我国燃料消耗总量的40%左右。据预测至1]2020年车用燃油
解决车用能源短缺,有三种途径:1.发展节能汽车,调整汽车产业结构,采用汽车节能技术,提高运输效率等;2.开发新能源汽车,例如纯电动汽车、混合动力汽车、燃料电池电动汽车;3.发展替代燃料汽车,例如气体燃料汽车、生物质基液体燃料汽车、煤基液体燃料汽车等,而节能减排是解决车用能源短缺的主要途径。
2.1传统汽车节能减排技术
节能减排是一个系统工程,传统汽车节能减排技术仍大有潜力,如采用技术节能与结构节能相结合,发展高效内燃机技术、先进发动机、先进的进气管系统、汽车轻量化技术、整车优化设计技术等,优化产品结构;鼓励使用小排量乘用车、柴油乘用车等,可以有效降低车辆燃料消耗量。而开发和推广先进内燃机汽车,是解决紧迫的节能与环保问题最直接有效的方法121。大众汽车公司一直在推广柴油车,虽然看起来不顺利,但这已经引起了广泛注意。我国汽车行业应增加乘用车用柴油机关键技术的攻关,提高乘用多功能柴油车的比例,逐步扩大柴油乘用车的应用范围。在汽油发动机上,节能减排同样具有很大潜力,我国发动机的节能减排技术远落后于国外先进水平,平均油耗高于国外发动机10%以上。大众汽车公司明年可能会推出一款波罗,百公里油耗可能将降低到3.8升,许多混合动力车也难达到这个效果。可见,加大对传统汽车节能减排技术的研究也是我国汽车行业参与国际竞争、走向国
消耗为3.05亿吨,换算成原油将超过5亿吨,车用
燃油已成为我国新增石油消耗的主体。目前,包括欧盟、美国、El本、韩国等在内的很多国家和地区都已经根据各自国情实施了不同形式的汽车燃料消耗量标示制度,作为控制汽车二氧化碳排放和油耗的主要措施之一【l】。
由于我国经济发展迅速,石油需求与El俱增,能源供需矛盾日益突出,对进口石油的需求量不断提升,因此我国亦应对汽车产品进行科学系统管理,建立汽车长效节能管理机制。这不仅涉及到政府管理职能、企业的责任和义务、消费者的权利和利益,还涉及到社会的整体利益以及监督责任等。通过开发汽车节能减排技术,引导消费者购买低油耗节能汽车,促使汽车制造商开发更加节能的车辆,推动汽车节能技术发展进步,这将对加快我国汽车工业产业结构调整,促进节能减排将发挥重要作用。
2汽车节能减排技术
-节能减排及新能源汽车技术论坛-际市场的需要。
将在2011年从日产导人电动车项目,可见电动汽车的发展正在逐渐加速。
针对目前的新能源汽车热,罗兰・贝格机构曾发布报告,基于对电池成本、能量密度、行驶里程、政府补贴和消费者接受度等众多因素的研究,得出结论,在西欧市场,到2020年电动汽车在整个汽车的销售当中估计约占22%。在中国,乐观估计,2020年电动汽车和插电式混合汽车的销量将超过160万辆,销量约为乘用车整体销量的16%以上,保守估计也在10%”’。目前,已开发的一些高能电池,技术成熟度不一,比较成熟的是镍氢电池和锂离子电池。
2.2发展电动汽车
电动汽车作为新一轮经济增长的突破口和实现交通能源转型的根本途径,已经成为世界各主要国家和汽车制造厂商共同的战略选择,也是各国汽车市场的战略选择。电动汽车主要包括纯电动汽车、混合动力汽车、燃料电池电动汽车等。预计到2015年,电动汽车全球销量在50万辆左右,尤其适合在亚洲人口密度高的地区及欧美一些大城市;而锂电池成本太高,对大众化市场来说还难以让消费者所接受,现阶段产量很少,2020年后销量才可能有一定规模。目前,市场上还没有较成熟的纯电动汽车,受到开发难度大、周期长等因素制约,面对能源、环保问题的严峻挑战,推动电动汽车成功的可能性应更大些。电动车将是汽车产业发展的主导方向,必将具有良好的市场前景。
混合动力车具有先进性和现实性,节能、环保效果明显,采用混合动力车是现阶段解决环保和能源问题最为切实可行的方案。但是,由于混合动力汽车是在牺牲了部分环保利益的基础上,来满足目前人们对汽车环保的基本要求,在结构上两套系统电池、电机和内燃机同时安装于本来只装一套系统的汽车上,加大了汽车本身的重量,也提高了对整体工艺及控制等方面的要求。除了和纯电动汽车一样受目前蓄电池技术的限制之外,混合动力的能量来源仍然是石油,介于传统汽车和纯电动汽车、燃料电池汽车之间,是一种承前启后的、在经济和技术方面都趋于成熟的汽车产品,不是电动汽车发展的最终形式。
在政府政策和资金的大力支持下,我国各地的新能源产业联盟呼之欲出。以武汉为例,重点发展的是在乘用车、商用车以及城市客车等领域实现纯电动及混合动力;到2011年,武汉市新能源公汽线路增加至20条,新能源公共汽车增加至1000辆;到2020年,天然气加气站由lo座增加到13l座,液化石油气加气站由15座增加到20座:对武汉市新能源汽车免征车辆路桥通行费;对于一次性购买新能源轿车超过3辆的企业和单位给予节能减排奖励;东风日产此前关于在中国市场投放电动车的日期是2012年,日前表示已经基本决定
2.3开发替代燃料汽车
全球油价一直在不断攀升,石油、天然气和煤总会有枯竭的一天,并且还没有—个统一的能源方案可以解决所有问题。我们自然地想到,有没有可以代替这些能源的新能源,防范于未然。加大对清洁能源的开发力度、提高燃油经济性的研究。福特汽车公司可持续商业战略总监约翰・维拉表示,福特汽车已经全面开发混合动力、乙醇、氢气和清洁柴油多种新能源车型。他透露,公司制定了从改良传统内燃机,到研发混合动力、氢气内燃机,最终发展到采用可再生能源氢气,实现零排放的燃料电池技术的战略发展路径。
以天然气和醇类替代燃料为例,天然气的成本大大低于汽油和柴油,燃烧也更清洁。由于天然气压缩比不高,较低的压力使得天然气储存装置较大,但通过改善天然气储存装置外型,设计成薄壁、直角的轻巧型气罐,加装到汽车底部,不占车内空间。目前,武汉市已有部分天然气公交车、出租车在营运,节能环保,经济性均较好;甲醇、乙醇在常温下为液体,有着丰富的资源,燃烧时不冒黑烟,微粒排放物很少,适合作为汽车燃料,排气中HC含量少,可见,从排放的角度看,醇类是一种较好的替代燃料。
2.4汽车排放治理技术
汽车消耗燃料后排放的尾气会引起诸多环境问题,目前在大、中城市,汽车排放物已成为城市大气环境中有害物质的主要来源。尽管汽车发动机电子控制技术发展已经取得重大进展,结构日益完善,但环境依然遭到了前所未有的破坏。
_节能减排及新能源汽车技术论坛一
因此,使用直接治理排气污染的净化装置是解决排放污染问题最直接的手段,目前汽油车主要应用i元催化转换器排气净化装置。通过催化反应降低汽油机排放的核心是研制高性能催化剂,提高催化剂低温活性及高温耐热性,才能降低催化剂成本。为此,汽油车的排放控制系统由一级催化剂到两级催化剂,再到多级催化剂,并与电控系统进行精确匹配忙1。EGR(废气再循环)是降低N0x排放的有效技术,目前,也逐渐用于改善汽油机部分负荷工况的油耗。通过二次空气喷射系统与热反应器配合使用,可以达到更好的排气净化效果。采用活性碳罐蒸发污染控制装置,防止汽油箱向大气排放燃油蒸汽而产生污染。
气作为燃料,从排放的角度看是最理想的,氧气直接作为燃料燃烧,排出的气体丰要是水蒸气,有害气体儿乎为零,或者将氧制成燃料电池,氢气也许是今后最有前途的汽车燃料。
智能化汽车H’它是一种高新技术密集的新型汽车,将成为今后的主线产品。随着全世界节能环保意识的增强,能耗低、污染小的新能源汽车及智能化汽车将迎来良好的发展契机。安全、节能、环保将成为未来汽车的三大主题。
发展新能源在中国具有足够优势,当传统汽车T业受到能源紧缺威胁时,一大批中小汽车企业,由于规模小、机制灵活、转向快,能够较快地转向新能源领域。有关专家建议,在我国发展新能源汽车应采用近期开发和中长期开发并重的策略。近期发展柴油机、汽油直喷、汽车轻量化、混合动力等技术,中长期开发高水平混合动力、燃料电池及替代燃料。重点抓成本低、见效快的产品,减少有害物质排放和温室气体排放。
3未来汽车节能减排技术的发展趋势
汽车轻量化对于汽车丁业来讲,为了节约能源,减少汽车尾气排放最有效的办法是减轻汽车质量。有关实验表明,汽车质量的轻重与油耗有直接关系,一般汽车质量减少10%,可减少6%的油耗。H1从应用材料上看,采用高强度钢,镁合金及碳素纤维、塑料等轻质材料,未来汽车材料会发展为再循环使用材料。
清洁燃料各国之间正广泛开展燃料电池电动车的研究工作,未来将逐步进入实用阶段。燃料电池正向着能量高、价格低、寿命长的方向发展。电动汽车将在不远的将来成为大型城市的一种重要代步工具。除此之外,“喝酒车”、“氧气车”以及其他代用能源也在加速发展,使用氢
4结论
车用能源日益短缺,发展汽车节能技术、减少排放迫在眉睫,就日前世界汽车工业发展情况来看,传统汽车采用技术节能减排和结构节能减排相结合方法挖掘节能减排技术,同时大力发展新能源汽车和开发替代燃料汽车。随着经济、技术的快速发展,逐步解决蓄电池技术的限制以后,电动汽车、替代燃料汽车必将会成为越来越成熟的产品,未来汽车将向着轻量化、智能化方向发展。
参考文献:
【1】http://info.yidaba.com/200908/061555411006100100000084845_3.shtml
【2】刘海峰,金超.汽车节能环保新技术.汽车电器.2009,2:1-6
【3】3
http://www.wJW.cn/contcnt/wjzx/2009/7/8/117369.shtml
【4】刘玉静,范军军,张小平,景玉军.浅析汽车新技术.科技创新导报.2008,12:7—8
作者简介:
张
宏,女,生于1981年1月7日,2007年7月毕业于哈尔滨工业大学,硕士研究生。工作单位:武汉理工大学华夏
学院,助教。主要研究方向:车辆工程、电动汽车。通讯地址及邮编:武汉理工大学华夏学院机械与汽车工程系4-405430223电话:15827241084
E—mail,,zhan92001hong@126.corn
钟诗清,男,出生于1944年2月28日,于1970年7月毕业于汽车工学院。工作单位:武汉理工大学,车辆教研室主任,教授。主要科技成果:完成省部级科研项目十余项,获国家专利38I;主编教材两本;撰写科技书籍3本。发表学术论文20余篇;主要研究方向:电动汽车,汽车车身结构与设计。通讯地址及邮编:武/X.理.X-大学华夏学院机械与汽车工程系4—405
430223
电话:15327196048
E-mail:zsq_228@126.com