汽车新能源与节能技术

汽车新能源与节能技术主讲：邵毅明教授重庆交通大学交通运输学院第一章绪论•能源的概念、分类与度量•节能概述•影响汽车能耗的主要因素和节能的主要途径本章学习重点•掌握汽车节能有关的基本概念•掌握汽车节能评价指标•掌握影响汽车能耗的主要因素和节能的基本途径。第一节能源的概念、分类与度量•能源形式在一定条件下可以互相转换。•能源在开采、提炼或加工、使用以及废料处理过程中存在不同程度的污染。•化石燃料类能源如汽油、天然气等在储存过程中存在泄漏和危及安全等问题。一、能源的概念与特点能源：是指人类取得能量的来源，是可以直接或通过转换提供人类所需有用能的资源。能源具有以下的特点：二、能源的分类•按能源的来源可分为太阳能、地球自身能和天体引力能。•按在自然界中的存在方式可分为一次能源、二次能源。•按被社会利用情况可分为被大规模使用的常规能源、正在积极研究开发、推广的新能源。•按能否自然得到补充可分为再生能源、非再生能源。•按使用中对环境的影响可分为清洁型能源，非清洁型能源。三、能源的单位与度量我国能源的单位主要有焦（J）、千瓦小时（kW.h）。我国规定以煤当量（又称标准煤）作为能源的统一度量单位。有些国家使用油当量作为能源的统一计量单位。1kg标准煤的热当量=0.7kg标准油的热当量值。表1-1几种常用的能源热值和折算标准煤系数能源名称平均低位发热量（kJ/kg）折算标准煤（kg）原油418681.4286汽油431241.4714柴油427051.4571煤油431241.4714重油418681.4286原煤209340.7143液化石油气502411.8143天然气389791.3300氢气1199004.0922甲醇202600.6915乙醇272000.9285二甲醚284000.9693电力（当量）（等价）3601118400.12290.4040第二节节能概述（一）节能的定义节能是指在保证能够生产出相同数量和质量的产品，或者获得相同经济效益，或者满足相同需要，达到相同目的的前提下的能源消耗量下降。根据节能工作或研究涉及的范围，节能有狭义节能和广义节能之分。（二）节能的实质根据节能的定义，假定W代表生产任务的数量，Q代表完成生产任务W所投入的能量，则节能就意味着单位任务消耗的能量（Q／W）下降，或者是单位能量所完成的任务（W／Q）增加。可见节能的实质就是提高能源的利用效率。思考：1、是否采用代用能源或者新能源就是节能？2、是否节油就是节能？（三）节能的任务能源领域面临严重问题：一是储量不足,我国人均能源资源占有量仅为世界平均水平的一半；二是能源利用效率远低于世界先进水平；三是以煤为主的能源结构导致环境污染严重；四是大量进口石油严重威胁国家的经济安全。节约能源是解决上述矛盾的必然选择。我国政府历来重视节能工作1984年《节能技术政策大纲》1996年《中国节能技术政策大纲》1998年《中华人民共和国节约能源法》2004年《能源中长期发展规划纲要（2004－2020）草案》、节能中长期专项规划》2006年《国家中长期科学和技术发展规划纲要（2006－2020年）》1.我国目前节能工作存在的主要问题•对节能重要性认识不足，节能优先的方针没有落到实处。•节能法律法规不完善。•缺乏有效的节能激励政策。•尚未建立适应市场经济体制要求的节能新机制。•节能技术开发和推广应用不够。•节能监管和服务机构能力建设滞后。2.节能目标•宏观节能指标：到2010年每万元GDP（1990年不变价，下同）能耗下降到2.25吨标准煤，2020年下降到1.54吨标准煤。•主要产品（工作量）单位能耗指标：2010年总体达到或接近20世纪90年代初期国际先进水平，其中大中型企业达到本世纪初国际先进水平；2020年达到或接近国际先进水平。•主要耗能设备能效指标：2010年新增主要耗能设备能源效率达到或接近国际先进水平，部分汽车、电动机、家用电器达到国际领先水平。•宏观管理目标：2010年初步建立与社会主义市场经济体制相适应的比较完善的节能法规标准体系、政策支持体系、监督管理体系、技术服务体系。二、汽车节能的评价指标与方法（一）汽车节能的定义汽车节能是指汽车在完成相同运输任务（运量或周转量）前提下的燃料或储能的消耗量下降。（二）汽车节能的评价指标绝对指标：kg或t相对指标：、、、.11111112341国家标准GB/T14951-1994《汽车节油技术评定方法》中对汽车节油产品提出的主要指标如下：•市区运输模式节油量及节油率•城市间运输模式节油量及节油率•快速运输模式节油量节油及节油率•特定工况节油技术运行节油量及节油率•多工况节油量及节油率•汽油车CO、HC净化率RCO、RHC•柴油车烟度净化率RRb•经济效益评定系数Kc•使用节油技术的投资回收里程S三、汽车节能的发展•20世纪70年代的汽车节能工作状况:节能在我国还没有得到真正足够的重视。•20世纪80年代的节能发展状况:开始从驾驶操作、车辆保养、节油器等方面研究节能。•20世纪90年代至今的节能发展状况:我国的节能工作纳入了法制化的轨道，在汽车节能新技术、节能管理等方面得到很大发展，但汽车在动力性与经济性指标上与国外产品尚有一定差距。•近期节能环保汽车的发展趋势：多元化发展、多种技术相互融合、阶段性不均衡发展、强强联合、政府扶持。四、汽车节能的重要性(一)汽车节能的必要性汽车生产情况01002003004005006001992199419961998200020022004年份生产量车辆保有量增长情况05101520253035198019851990199520002005年份民用汽车保有量（百万辆）0%20%40%60%80%100%客运量旅客周转量货运量货物周转量管道民航铁路水运公路公路客货运增长情况02040608010012014016018020019851990199520002005年份客货运量（亿人/亿吨）货运量客运量(二)汽车节能的可行性汽车节能是我国经济和社会发展的一项长远战略方针。我国高速公路网形成，乡村公路，公路客货运输量和汽车保有量均迅速不断地增长，因此，我国汽车运输需求的能源数量将不断激增，而我国的石油资源远远不能满足其需要我国汽车技术的平均水平低于世界发达国家，机动车燃油经济性水平比欧洲低25%，比日本低20%，比美国整体水平低10%；载货汽车百吨公里油耗7.6升，比国外先进水平高1倍以上。第三节影响汽车能耗的主要因素与节能的主要途径一、影响汽车能耗的主要因素•汽车的结构方面•汽车的使用方面•新能源技术方面二、汽车节能的主要途径•车辆技术方面的主要节能途径与措施•道路辅助设施及汽车维修方面的主要节能途径与措施•汽车运用方面的主要节能途径与措施一、影响汽车能耗的主要因素汽车结构方面发动机传动系轮胎汽车总质量汽车外形(二)汽车的使用方面•行驶车速•挡位选择•挂车的选用•正确的保养与调整(三)新能源技术方面目前，已经研制出电能、太阳能、混合动力能源等新能源汽车。由于受技术水平、环境、成本等各方面的因素影响，采用新能源的汽车在某些性能方面与传统的内燃机汽车相比要差一些，所以还未广泛应用。随着汽车工业、科学技术的发展，特别是传统能源的危机、环保要求的提升，新能源取代传统能源是社会发展的必然趋势。二、汽车节能的主要途径辅助设施及维修改善道路设施——公路结构最优化建设合理汽车道路网——高速公路、汽车专用公路一般道路的修整——合理的养护等改进检修方式修理合理化维护检验合理化检查修理方式合理化——计算机诊断系统改良设备、机械——修理机械的自动化、无损检验提高修理技术——机械培训维护检验期延长——无维护化自我诊断系统化——监控系统、燃料计量系统图1-6道路辅助设施及汽车维修节能的途径与措施统一调配协调运输——信息流通系统选择与运输环境相应的车种——公共汽车、载货车的最佳配备运用方法改良线路结构公共汽车、载货车线路的最佳化有效利用运输能力——回程车的有效利用物流集散点的整备——车站终点、载货车总站的整备改善运输方式运输的集中管理——集中控制研制新的运输系统——密封容器运输高架运输交通流最佳化交通管理最佳化改善城市交通管理——信号控制经路引导、车辆装载指示系统改善高速公路的管理——经路引导、速度限制指示系统改善交通系统合乘交通系统的开发——双层公共汽车、特定需要的共用汽车特殊交通系统开发——城市汽车系统复合运输系统的开发——复合运输系统改善驾驶培训——减少培训需要的能量——利用模拟装置——视觉辅助装置图1-7汽车运用方法的节能途径与措施改善部件负荷特性——可变阀定时器，可变的排气量车辆技术提高行驶效率减小行驶阻力车身轻型化提高驱动效率原动机高性能化提高发动机性能开发替代发动机能源合理化能源使用合理化利用新能源利用代用燃料减小滚动阻力——改进轮胎车身的重量轻型化——轻型材料，轻型设计技术使构成部件、附属品轻型化——辅机、电器设备轻型化提高驱动系统的传动效率——轴承、离合器改进变速装置——直接式自动、无级变速提高热效率——高温化、改善燃烧、减少冷却损失提高机械效率——降低运转部件的摩擦损失和驱动辅助损失采用电子控制实现最优化——微机控制研制高效率发动机循环——斯特林发动机、兰金循环利用化学能——浓度差发电机、燃料电池利用氢能——氢气发动机燃料电池利用电能——改良蓄电池、电动车回收废能——涡轮增压回收制动能——储能装置提高辅机效率——空调机、电器装备等低质燃油的利用技术——外燃发动机液化器的利用技术——液化天然气、液化石油气等合成燃料的利用技术——液化石油气、乙醇、煤的液化燃料氢能的利用——氢气混合燃烧法、氢气储存法太阳能的利用——太阳能电池、利用太阳能图1-5车辆技术方面的节能途径与措施