浅谈新能源汽车与节能减排技术

建环系“专业研究进展”报告1浅谈新能源汽车与节能减排技术XXX（XX大学XX学院，XX专业，XXXX）摘要：新能源与节能减排技术目前是国内外交通行业大力发展的新技术。本文针对现代交通行业的新能源技术，介绍了新能源技术的发展现状、汽车行业的节能减排技术、以及电动汽车电池充电技术的发展现状，并针对我国目前发展遇到的问题提出了建议。关键词：新能源；汽车；节能减排，电动汽车0引言现代交通运输工具为现代社会的发展和人类生活的流动性需求做出了重大贡献，同时，汽车的大量使用对环境造成了巨大的影响，正在引发严重的环境与人类生存问题。大气污染、全球变暖及地球石油资源的迅速递减成为当前人们关注的重点问题。近十年来，在与交通运输相关的研发领域中，愈加致力于发展高效、清洁和安全的运输工具。1现代交通新能源技术发展现状1.1现代交通运输对环境的影响1.1.1环境污染目前，大部分汽车依靠碳氢化合物燃料获得能量，其燃烧后产生大量的二氧化碳、氮氧化合物、一氧化碳、臭氧、铅等有害物质，严重影响环境和人体健康。1.1.2全球变暖据国际能源机构（IEA）估计，汽车二氧化碳总排放量将从1990年的29亿吨增加到2020年的60亿吨。由此可见，汽车对地球环境造成了巨大影响。为减少汽车对全球气候变暖的影响，应尽量采用小排量发动机和带有稀薄燃烧技术的发动机，最大限度地提高能源利用效率。1.1.3石油资源国际能源机构统计表明，预计到2020年，交通用石油将占全球石油总消耗量的62%以上。美国能源部预测，2020年以后，全球石油需求与常规石油供给之间将出现净缺口，2050年的供需缺口几乎相当于2000年世界石油总产量的两倍。目前，世界汽车保有量约8亿辆，预计到2030年，将突破20亿辆。预计到2020年，我国汽车保有量将达1.75亿，国际石油的价格将直接影响到我国的能源安全、经济安全乃至国家安全。1.2现代交通运输发展策略现代车辆多采用新能源技术以达到节能减排的目的。目前，电动汽车在国内市场上已成熟应用，混合动力汽车、混合动力轻轨列车在欧洲、日本、中国等国家和地区已迅速发展为新兴产业。1.3我国交通行业新能源技术规划及发展趋势目前，我国汽车产销规模已居世界首位，预计在未来一段时间内仍将持续增长，因此必须抓住机遇、抓紧部署，加快培育和发展节能与新能源汽车产业，促进汽车产业优化升级，实现由汽车工业大国向汽车工业强国的转变。应当坚持产业转型与技术进步相结合、自主创新与开放合作相结合、政府引导与市场驱建环系“专业研究进展”报告2动相结合、培育产业与加强配套相结合等原则。到2015年，纯电动汽车和插电式混合动力汽车累计产销量力争达到50万辆；到2020年，纯电动汽车和插电式混合动力汽车生产能力达200万辆。2新能源汽车与节能减排技术2.1新能源汽车的概念和分类2.1.1新能源汽车的种类新能源汽车是指采用非常规的车用燃料作为动力来源(或使用常规的车用燃料，但采用新型车载动力装置)，综合车辆的动力控制和驱动方面的先进技术，形成的技术原理先进、具有新技术、新结构的汽车。新能源汽车包括有：混合动力汽车(HEV)、纯电动汽车(BEV)、燃料电池汽车(FCEV)、氢发动机汽车以及燃气汽车、醇醚汽车等。2.1.2混合动力汽车目前国内市场上，混合动力车辆的主流都是汽油混合动力，而国际市场上柴油混合动力车型发展也很快。其优点是：（1）采用混合动力后可按平均需用的功率来确定内燃机的最大功率，处于油耗低、污染少的最优工况下工作；（2）可十分方便地回收制动、下坡、怠速时的能量；（3）在市区，可关停内燃机，由电池单独驱动，实现“零”排放；（4）可十分方便地解决耗能大的空调、取暖、除霜等纯电动汽车遇到的难题；（5）可以利用现有的加油站加油，不必再投资；（6）可让电池保持在良好的工作状态，不发生过充、过放，延长其使用寿命，降低成本。2.1.3纯电动汽车主要采用电力驱动的汽车，大部分车辆直接采用电机驱动，有一部分车辆把电动。其难点在于电力储存技术。本身不排放污染大气的有害气体，除硫和微粒外，其它污染物也显著减少，还可以充分利用晚间用电低谷时富余的电力充电，使发电设备日夜都能充分利用，大大提高其经济效益。但目前蓄电池单位重量储存的能量太少，还因电动车的电池较贵，又没形成经济规模，故购买价格较贵。2.1.4燃料电池汽车燃料电池汽车是指以氢气、甲醇等为燃料，通过化学反应产生电流，依靠电机驱动的汽车。其电池的能量是通过氢气和氧气的化学作用直接变成电能或的。不会产生有害产物，能量转换效率比内燃机要高2～3倍，是一种理想的车辆。单个的燃料电池必须结合成燃料电池组，以便获得必需的动力，满足车辆使用的要求。近几年来，燃料电池技术已经取得了重大的进展。目前，燃料电池轿车的样车正在进行试验，以燃料电池为动力的运输大客车在北美的几个城市中正在进行示范项目。在开发燃料电池汽车中仍然存在着技术性挑战，如燃料电池组的一体化，提高商业化电动汽车燃料处理器和辅助部汽车制造厂都在朝着集成部件和减少部件成本的方向努力，并已取得了显著的进步。2.1.5氢动力汽车氢动力汽车是一种真正实现零排放的交通工具，排放出的是纯净水，其具有无污染，零排放，储量丰富等优势，因此，氢动力汽车是传统汽车最理想的替代方案。与传统动力汽车相比，氢动力汽车成本至少高出20%。2.1.6燃气汽车燃气汽车是指用压缩天然气(CNG)、液化石油气(LPG)和液化天然气(LNG)作为燃料的汽车。燃气汽车由于其排放性能好，可调正汽车燃料结构，运行成本低、技术成熟、安全可靠，所以被世界各国公认为当前最理想的替代燃料汽车。2.1.7生物乙醇汽车建环系“专业研究进展”报告3用乙醇代替石油燃料的活动历史已经很长，无论是从生产上和应用上的技术都已经很成熟，在汽车上使用乙醇，可以提高燃料的辛烷值，增加氧含量，使汽车缸内燃烧更完全，可以降低尾气的害物的排放。目前世界上已有40多个国家，不同程度应用乙醇汽车，有的已达到较大规模的推广，乙醇汽车的地位日益提升。2.2汽车行业节能减排技术研究现状2.2.1国内外改善城市交通环境的措施（1）合理规划和建设城市道路；（2）合理设置单行道和红绿灯；（3）加大公共运输系统的建设；（4）开发智能交通系统。2.2.2汽车的提效节油减排技术（1）汽车轻量化设计；（2）陶瓷发电机；（3）稀薄燃烧发；（4）直喷燃烧法；（5）过量给风机的高性能比。3新能源汽车行业的技术路线研究从目前全球及国内新能源汽车发展现状来看，由于蓄电池的发展仍低于要求，纯电动汽车尚未大规模发展起来，锂电池驱动的纯电动汽车及插电式混合动力电动汽车已在我国乃至全球被列为重点发展方向。3.1车载电池技术3.1.1车载电池技术存在的问题（1）电池比能量；（2）电池成组；（3）充电时间；（4）循环寿命。3.1.2我国电动汽车高能电池研发与市场现状2012年，我国形成了50万辆新能源汽车产能，以单车使用2万元电池的平均水平计算，国内汽车动力电池市场规模达到100亿元，相当于锂电池市场规模增长1倍。据业内人士预计，到2020年，新能源汽车带动的全球车用动力电池市场需求将超2000亿元，将迎来车用动力电池产业快速发展的黄金时期。新能源汽车的竞争核心是技术，最迫切的实现动力电池技术的突破，而电动汽车是新能源汽车比较可行的技术选择。在电动汽车关键的零部件中，动力电池是技术门槛最高的，也是利润最集中的部分。目前，我国的电池及管理系统的成本一般占整车成本的40%。目前，世界各国的研究机构都在对未来市场需求加紧新能源电池的研究工作，如锂硫电池、金属(锂、锌、铝)空气电池等。这类电池原材料成本低、能源消耗少、低毒、能量密度高。3.2充电技术及充电站建设发展电动汽车，首先必须建设完备的、与之配套的充电站系统。充电站是给电动汽车提供持续动能的场所。动力蓄电池的技术及其发展是充电站乃至电动汽车发展的关键问题，其技术发展的趋势在一定意义上决定了充电站未来的商业模式，也决定了电动汽车的发展格局。电动汽车充电站是为电动汽车动力电池提供电能补给的重要配套基础设备，充电站主要包括充电机系统、配电系统、充电站监控系统和土建系统。3.2.1电动汽车充电的基本方式目前常用的电动汽车充电方式有慢充、快充和快换三种方式。（1）慢充方式。一般以较小交流电进行充电，充电时间通常为6—10小时，一般利用晚上充电，有利于降低充电成本，但难以满足使用者紧急或者长距离行驶需求。（2）快充方式。以较大直流电在20min—1h内，为电动汽车提供短时充电服务，可以解决续时里程不足时的电能补给问题，但对电池使用寿命有影响。建环系“专业研究进展”报告4（3）快换方式。通过直接更换车载电池的方式补给电能，换电时间与燃油汽车加油时间相近，大约需要5—10min。快换方式最为快捷，但需要电动汽车和车载电池实现标准化，且需要专业人员进行操作。3.2.2国内电动汽车充电设施发展状况截至目前，我国电动汽车充电站大多局限于电动公交汽车或内部集团用车，还没有建成真正面向不同用户的充电站服务网络。在充电设施发展规划方面，从2010年开始全国电动车基础设施建设规划开始出现超快速发展，国家电网、南方电网、中石油、中石化、中海油等大型国企集团都纷纷发布电动汽车充电设施建设规划或建设意向。主要案例有北京奥运充电站、上海世博充电站等。3.2.3电动汽车充电的商业模式比较与发展前景分析目前国内外电动汽车充电设施的建设、运营主要有三种商业模式：一是公用充电站模式，二是停车站（或路边）充电桩模式，三是电池更换站模式。1、公用充电站模式类似于加油站，通常建在城市道路或高速公路两旁，由多台充电设施组成，可以采取快充、慢充和换电池等多种方式为各种电动汽车提供电能。2、停车场（或路边）充电桩模式通常建在公用停车场、住宅小区停车场、商场停车场内或公路边，也可建在私人车库中。具有功率较小，布点灵活的特点，以慢充方式为主，具备人机操作界面和自助功能。3、电池更换站模式用户从电池租赁公司租用电池，更换站为用户提供更换电池和电池维护等服务，电池在充电中心集中充电。更换电池的专业化要求较强，需配备人员借助专业化机械来快速完成电池的更换、充电和维护。3.3新能源汽车电池优势类型2009年2月份，财政部、科技部发出的《节能与新能源汽车示范推广财政补助资金管理暂行办法》中提到，对使用铅酸电池和使用镍氢电池、锂离子电池两类的混合动力汽车进行补贴，最高补贴额分别为8万元/辆和42万元/辆。而2010年6月发布的新能源车补贴以电池容量为确定补贴的唯一指标，铅酸电池完全被否定。前期的新能源车定义中包括铅酸电池的项目，而此次明确补贴的动力电池不包括铅酸电池。而且作为混合动力主力的镍氢电池也将很少补贴。可见，在政策层面，锂离子动力电池和超级电容器的最大的获益对象。3．4新能源汽车电池价格趋势就价格趋势来看，目前电动汽车用快充锂离子动力电池价格在$1600/kwh左右，普通锂离子动力电池价格在$500/kwh，按照目前美国汽油和电力的价格趋势，在汽车的整个使用周期内，100km续航能力的快充锂离子动力电池电动车使用成本比性能相当的汽油内燃发动机汽车高25%。一旦电动汽车用动力电池价格下降到$200-300/kwh，电动车使用成本将与传统汽车相当。根据预测，在各国相关政策的鼓励下，2020年全球电动汽车用锂离子需求接近50Gwh，快充电池成本2020年有望下降到$400-500/kwh，普通动力电池价格能下降到$200-300/kwh。4新能源汽车产业化发展策略新能源汽车是汽车产业发展的大趋势，国家不断出台鼓励政策。目前《新能源汽车产业规划》正在制定当中，国家计划投资1000亿元鼓励新能源汽车及核心零部件发建环系“专业研究进展”报告5展。我们看好公司轿车业务的发展前景，同时新能源汽车合资项目符合汽车产业发展潮流，值得关注。4.1我国的实践与存在的问题我国新能源汽车发展起步较早，“九五”期间，科学技术部就推动了新能源汽车的专项研究，并突破了多项关键技术。总体而言，我国新能源汽车技术与国际先进水平差距不大，部分领域甚至处于世界先进水平。我国新