新能源在汽车燃油替代方面应用研究文档格式.docx
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2汽车新能源技术1
2.1新能源汽车的概念1
2.2汽车新能源的发展现状2
3汽车新能源类型2
3.1代用燃料2
3.1.1氢燃料3
3.1.2乙醇3
3.1.3甲醇3
3.1.4二甲醚4
3.1.5天然气4
3.1.6液化石油气5
3.1.7生物柴油5
3.2电动车5
3.2.1纯电动汽车6
3.2.2混合动力电动汽车6
3.2.3燃料电池电动汽车7
4总结8
参考文献9
致谢10
1引言
汽车作为现代社会的重要交通工具，每天都要消耗大量的石油。
而石油作为非可再生资源加上战争暴动等人为因素使得国际油价不断飙升。
汽车尾气含有大量的碳、氮、硫的氧化物、碳氢化合物、铅化物等多种污染物对人体健康和生态环境带来严重的危害。
新能源已成为汽车产业发展的永恒主题。
目前，我国在能源、环境、运输安全等方面都面临着严峻地挑战。
能源需求和供给的矛盾、经济发展与环境保护的矛盾、交通运输增长与交通基础设施建设、交通运输安全的矛盾日益突出。
特别在当前金融危机形势下，运用智能交通技术提高运输效率和安全性，推动智能交通和新能源汽车产业快速发展，促进经济平稳较快增长，是我们面临的艰巨任务。
大力开发新能源，已成为我国经济实现又好又快发展的迫切需要。
汽车是能源消耗和污染物排放的“大户”，也是节能减排工的重点，所以汽车业推进节能减排工作和新能源的意义尤为重大。
2汽车新能源技术
当全球汽车市场呈爆发式增长遭遇2008年的世界经济危机时,中国的汽车市场却一枝独秀而成为拯救世界经济的一个引擎。
在这个市场竞争大潮中脱离传统汽车产业发展模式的新能源汽车尤为引人注目,已然成为影响全球汽车产业竞争格局发展变化的决定性力量,表现为全球各大主要汽车厂商在稳定发展传统汽车产业的同时,争先恐后地在新能源汽车产业领域争取自己的立足之地,仅仅两年多时间里这种汽车产业发展趋势日益成为人们关注的焦点,并在低碳经济和绿色环保理念的时代背景下,成为世界汽车厂商未来的必然发展之路。
根据我国对新能源的界定，新能源是指与长期广泛使用、技术上较为成熟的传统能源（石油、煤炭和天然气）对比而言，以新技术为基础，已经开发但尚未大规模使用，或正在研究试验，尚需进一步开发的能源，主要包括太阳能、风能、水能、核能、生物能源、海洋能、地热能和氢能等。
2.1新能源汽车的概念
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、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、醇醚汽车等等。
2.2汽车新能源的发展现状
环境保护直接关系到人类的生存。
随着汽车拥有量的增加，汽车排放已成为世界主要污染源。
在能源短缺、环境恶化的社会背景下，开发新能源，研制节能环保型汽车是汽车工业实现可持续发展的必然选择。
为节约能源，保护环境，世界各国纷纷制定出相应的法规，以法律的手段推进汽车制造商改善汽车能源结构，开发各种新能源汽车以及积极寻求清洁替代燃料。
2003年我国汽车年产量达到440多万辆，成为世界第四大汽车生产国。
截止到2003年底，我国机动车保有量达到9600多万辆。
到2010年我国汽车尾气排放量将可能占空气总污染源的64%。
为了响应我国政府提出的保护资源和生态环境的可持续发展战略，1999年4月，正式启动实施了“空气净化工程——清洁汽车行动”。
2003年我国成为第二大原油消耗国，原油进口9100万吨。
预计到2030年，我国的石油净进口将达到每日1000万桶，依存度为80％。
2002年我国汽油产量为4154.7万吨，其中约87.9%用于机动车；
柴油产量为7735.9万吨，用于汽车的为1710万吨，占柴油产量的22.1%。
我国能源结构不合理。
我国石油、天然气在能源消费构成中只占20％左右，而世界能源消费构成中，石油、天然气却占63％左右。
为解决能源问题及排放污染问题我国加紧推广清洁汽车行动。
但目前我国清洁代用燃料汽车的总保有量仍然很少，其比例还不到汽车总保有量的1%。
纵观世界各国，为了在未来的汽车市场中具有较强的竞争力，各国都在积极的发展自己的汽车新能源技术。
早在20世纪末，发达国家就不惜投入巨资，开发汽车新能源。
汽车新能源的研究方向主要为代用燃料的探寻与电动汽车的开发。
经过世界各国长期不懈的努力，汽车代用燃料和电动汽车的研究都取得了重大的突破，许多成果已进入实用、推广阶段。
3汽车新能源类型
3.1代用燃料
目前，欧洲、美国、日本是当今世界代用燃料开发、研究和使用的主体，中国也正在积极开发代用燃料。
与传统燃油汽车相比，采用代用燃料的清洁汽车的共同特征是能耗低、污染物排放少，但大多受到成本高或贮存困难等因素的制约。
3.1.1氢燃料
氢是一种可再生的永久性能源，它可以用各种一次性能源，如太阳能、核能从水中分离出来。
氢燃料热值高，为汽油的2.8倍。
氢燃料发动机点火能量低，燃烧传播速度快，低温启动性能好，燃烧排放物主要是H2O、O2、N2和少量的NOx，是极为理想的节能环保型燃料。
氢用作燃料电池汽车的燃料也具有优良的性能。
氢燃料存在的主要问题是氢燃料沸点低（约-253℃），液态储存时成本高，使用时易出现早燃、回火现象。
在大自然中，氢的分布很广泛。
水就是氢的大“仓库”，其中含有11％的氢。
泥土里约有1.5％的氢；
石油、煤炭、天然气、动植物体内等都含有氢。
氢的主体是以化合物水的形式存在的，而地球表面约70％为水所覆盖，储水量很大，因此可以说，氢是“取之不尽、用之不竭”的能源。
优良的性能使氢燃料最具发展前景，但要用氢燃料广泛取代汽油还有许多关键技术有待解决，大量的氢通过何种有效方式制作仍是目前研究的核心课题。
氢燃料汽车和氢燃料电池电动汽车在美国、日本和德国已研制运行多年，我国起步晚，但发展较快。
3.1.2乙醇
乙醇为清洁生物能源，它可从谷物、纤维素等可再生资源中产生。
纯乙醇具有非常低的碳氢化合物（HC）和有毒物排放，因此，乙醇是理想的清洁燃料。
其存在的问题是成本太高，约为汽油的两倍以上。
车用乙醇汽油是指在不含甲基叔丁基醚（MTBE）、含氧添加剂的专用汽油组分油中，按体积比加入一定比例（我国目前暂定为10%）的变性燃料乙醇，由车用乙醇汽油定点调配中心按国标GB18351—2001的质量要求，通过特定工艺混配而成的新一代清洁环保型车用燃料。
车用乙醇汽油按研究法辛烷值分为90号、93号、95号三个牌号。
标志方法是在汽油标号前加注字母E，做为车用乙醇汽油的统一标示，三种牌号的汽油标志分别为“E90乙醇汽油90号”、“E90乙醇汽油93号”、“E90乙醇汽油95号”。
车用乙醇汽油适用于装配点燃式发动机的各类车辆、无论是化油器或电喷供油方式的大、中、小型车辆。
美国是使用乙醇／汽油混合燃料的先驱，美国Purdue大学在“五碳糖发酵制乙醇技术”方面取得重大突破，为乙醇燃料生产成本的降低提供了技术保证。
世界不少国家都将乙醇燃料的应用作为实施生物能源战略的重要途径，这必然促进乙醇燃料汽车的开发应用。
3.1.3甲醇
甲醇具有高辛烷值、低污染和无排烟等特点，其燃烧完全，可减少20%~50%的HC的排放，颗粒物及NOx排放也很低，但甲醇毒性大，有腐蚀性。
甲醇是从天然气、石油和煤炭中提取的，其生产过程是从能源的一种状态转换到另一种状态，能源利用率低。
车用甲醇燃料主要有M85和M100两种品种。
M85含甲醇体积百分数85%，其余为汽油和少量添加剂；
M100不含汽油。
由于甲醇具有沸点低辛烷值高等特点，使得它作为燃料具有含氧量高、热值比汽油弱的特点，汽化潜热是汽油的3倍多。
同时，由于甲醇燃料理化性能接近汽油，在汽油机上使用甲醇燃料，发动机不需做大的变动，甲醇与汽油相溶性较好，可实现各种比例掺烧。
而且几十万吨/年的装置就可达到经济规模（合成油则至少应达到几百万吨/年规模），甲醇可以不必过分集中生产，便于企业投资兴建和产品输送，即使较长距离的输送，也比输煤和输气便利。
再加上它是含氧化合物，燃烧完全，在汽车发动机中的能量利用效率高于汽油，其经济性很具有竞争力。
甲醇燃料汽车的开发随石油价格的波动有所周折，进展缓慢，但以甲醇为燃料的燃料电池的开发有望促进甲醇燃料汽车的发展。
3.1.4二甲醚
二甲醚十六烷值高，燃烧性能好，动力性能好。
二甲醚是一种无色、具有轻微醚香味的气体，具有惰性、无腐蚀性、无致癌性。
还具有优良的混溶性，能同大多数极性和非极性有机溶剂混溶二甲醚是清洁燃料，其燃烧排放无黑烟，排放物中NOx含量极少，CO、HC的含量也明显低于目前的优质汽油。
二甲醚在常温、常压下是气态，加压可变成液态，易于储存。
作为LPG和石油类的替代燃料，与天然气、甲醇、丙烷、丁烷、柴油等燃料相比，二甲醚具有明显的综合优势被期望成为21世纪的能源之一。
因生产成本较高，制约了其推广应用。
随着制作二甲醚工艺的发展，制造成本的降低，二甲醚将成为柴油发动机理想的替代燃料。
3.1.5天然气
天然气是较理想的“清洁燃料”，它具有较高的辛烷值，燃烧更完全。
天然气汽车可以降低40%的HC排放，50%的CO排放，无排烟，光化学反应低，且发动机噪声低。
天然气的使用形式有液化天然气和压缩天然气，液化天然气制造成本相对较高，沸点低（-162℃），储存容器的绝热性是制约其发展的原因之一。
天然气是一种多组分的混合气体，主要成分是烷烃，其中甲烷占绝大多数，另有少量的乙烷、丙烷和丁烷，此外一般还含有硫化氢、二氧化碳、氮和水气，以及微量的惰性气体，如氦和氩等。
在标准状况下，甲烷至丁烷以气体状态存在，戊烷以上为液体。
天然气在燃烧过程中产生的能影响人类呼吸系统健康的物质极少，产生的二氧化碳仅为煤的40%左右，产生的二氧化硫也很少。
天然气燃烧后无废渣、废水产生，相较于煤炭、石油等能源具有使用安全、热值高、洁净等优势。
天然气已探明的贮存量多，使用经济效益高，配套技术成熟，这使得天然气汽车具有良好的推广应用空间。
3.1.6液化石油气
随着石油化学工业的发展，液化石油气作为一种化工基本原料和新型燃料，已愈来愈受到人们的重视。
用液化石油气作燃料，由于其热值高、无烟尘、无炭渣，操作使用方便，已广泛地进入人们的生活领域。
液化石油气辛烷值较高，在常温下为气态，与空气混合均匀，燃烧比较完全，可大幅度降低CO和HC有害排放物少，基本上不排黑烟和颗粒物，且所排气体无臭味。
其组成是丙烷、正丁烷、异丁烷及少量的乙烷、大于碳5的有机化合物、不饱和烃等。
LPG的具有易燃易爆性、气化性、受热膨胀性、滞留性、带电性、腐蚀性及窒息性等特点。
液化石油气作为汽车燃料，可以节约石油资源降低燃料费用。
但液化石油气发动机要求点火能量高，动力性较汽油机差。
液化石油气汽车在国内发展较快，改装技术也日趋成熟，适用范围越来越广。
3.1.7生物柴油
生物柴油是清洁的可再生能源，它以大豆和油菜籽等油料作物、油棕和黄连木等油料林木果实、工程微藻等油料水生植物以及动物油脂、废餐饮油等为原料制成的液体燃料，是优质的石油柴油代用品。
生物柴油是典型“绿色能源”，大力发展生物柴油对经济可持续发展，推进能源替代，减轻环境压力，控制城市大气污染具有重要的战略意义。
生物柴油十六烷值高，燃料性能良好，低温启动性能好，润滑性能良好，凝点低（可达-201℃），但燃烧时易于生成积炭。
生物柴油为清洁能源，含硫量低。
其柴油车尾气中有。
有机物排放量仅为普通柴油车排放的1/10，颗粒物为20%，CO、CO2的排放量仅为10%，SO2减少约30%。
由于生物柴油具有良好的综合性能，它在欧洲和北美得到了积极的推广。
尽管目前还未能找到一种能完全取代汽油和柴油的理想代用燃料，但是可以相信，随着技术的进步，制约代用燃料广泛应用的因素将得以改善和克服，代用燃料有着远大的前景。
3.2电动车
早在1834年，人类就发明了世界上第一辆电动汽车。
20世纪70年代后，能源危机和环保意识的加强，使人们对电动汽车的研究热情空前高涨，而电子技术、计算机技术的迅速发展，更是有力地推动了电动汽车的研究和开发。
从20世纪90年代初起，世界各大汽车集团公司都在电动汽车上投入了大量的资金研制出多种电动汽车及电动概念车，电动汽车已进入推广使用阶段。
法国现有数万辆电动汽车在长期使用，是世界上电动汽车推广普及最好的国家。
2002年，中科院启动科技创新战略行动计划重大项目——大功率质子交换膜燃料电池发动机及氢源技术，研究和开发了具有自主知识产权的150KW和75KW燃料电池发动机及氢源成套技术，在关键技术与产业化取得重大突破的基础上，已率先应用于大型公共汽车，并正向中、小型公共汽车和轿车方向发展。
电动汽车在广义上可分为三类，即纯电动汽车（BEV）、混合动力电动汽车（HEV）和燃料电池电动汽车（FCEV），目前，这三类电动汽车面临着不同困难和挑战处于不同的发展阶段。
3.2.1纯电动汽车
纯电动汽车纯电动汽车能真正实现“零排放”和不消耗油料、天然气等资源。
长期以来制约其发展的瓶颈是蓄电池技术。
目前常用的电池有：
铅酸电池、镉镍电池、镍氢电池、锂离子电池等。
这些蓄电池各有仇、缺点，如铅酸电池虽技术成熟，但比能量较低；
镍氢电池虽具有较高的比能量，比功率，长寿命，安全性能高，无污染物等优点，但其主要问题是初始成本的太高，还有记忆效应和充电发热等问题有待解决；
锂离子电池具有高的电池单体电压、高的比能量和比功率，同时还基本上解决了蓄电池的两个技术难题，即安全性差和充放电寿命短的问题，其缺点是自放电率高，初始成本较高，生产技术上还有待于进一步发展，它是电动汽车发展中期目标的主要能源之一，具有很大的发展前景。
21世纪将成为锂离子电池的时代。
中国电动汽车虽然没有欧美等国家起步早,但国家从维护能源安全，改善大气环境，提高工业竞争力,实现我国汽车工业的跨越式发展的战略高度考虑，从“八五”开始到现在，电动汽车研究一直是国家计划项目，并在2001年设立了“电动汽车重大科技专项”。
通过组织企业、高等院校和科研机构，集中各方面力量进行联合攻关,现正处于研发势头强劲阶段,部分技术已经赶上甚至超过世界先进水平。
“电动汽车重大科技专项”实施以来,已成功开发出燃料电池汽车样车累计运行数千公里，混合动力客车已在武汉等地公交线路上试验运行超过百万公里，纯电动汽车已通过国家有关认证试验。
3.2.2混合动力电动汽车
混合动力电动汽车同时采用了电动机和内燃机作为其动力装置，通过先进的控制系统使两种动力装置有机协调配合，实现最佳能量分配，达到低能耗、低污染和高度自动化。
采用混合动力系统的汽车可以不用传统的变速器实现无级变速，使汽车具有良好的加速性，其耗油量和CO2排放量都只有内燃机汽车的一半，尾气排放污染物降低到同类轿车排放污染物10%左右。
此时处于油耗低、污染少的最优工况下工作。
需要大功率内燃机功率不足时，由电池来补充；
负荷少时，富余的功率可发电给电池充电，由于内燃机可持续工作，电池又可以不断得到充电，故其行程和普通汽车一样。
因为有了电池，可以十分方便地回收制动时、下坡时、怠速时的能量。
在繁华市区，可关停内燃机，由电池单独驱动，实现"
零"
排放。
有了内燃机可以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。
而且可以利用现有的加油站加油，不必再投资。
由于HEV同时采用两套动力装置，驱动系统复杂，价格比传统汽车高出30%以上。
就目前而言，混合动力电动汽车是理想的交通工具，是汽车重点发展的方向乏一。
3.2.3燃料电池电动汽车
燃料电池电动汽车以燃料电池为其动力源。
燃料电池电动汽车是利用氢气和空气中的氧在催化剂的作用下在燃料电池中经电化学反应产生的电能，并作为主要动力源驱动的汽车。
燃料电池电动汽车实质上是电动汽车的一种，在车身、动力传动系统、控制系统等方面，燃料电池电动汽车与普通电动汽车基本相同，主要区别在于动力电池的工作原理不同。
一般来说，燃料电池是通过电化学反应将化学能转化为电能，电化学反应所需的还原剂一般采用氢气，氧化剂则采用氧气，因此最早开发的燃料电池电动汽车多是直接采用氢燃料，氢气的储存可采用液化氢、压缩氢气或金属氢化物储氢等形式。
燃料电池具有高效、无噪音和少污染的特点。
燃料电池电动汽车的缺点是开发、制造成本高，还存在一定的安全问题和有待解决的技术问题。
直接供氢的FCEV推广普及的关键是纯氢的供应和储存。
为了保证直接供氢的FCEV用氢的需要，必须建造氢站，这就增大了直接供氢的FCEV商品化和推广普及的难度，因此，世界上各大汽车公司纷纷推出了通过燃料重整反应制取氢气的技术，可使用多种碳氢燃料，包括醇类燃料、天然气等。
目前，通过重整反应利用甲醇制取氢气的技术已十分成熟，甲醇为液体燃料，携带方便，提高了燃料电池电动汽车的续驶里程，且燃料能量的利用率可达70%-90%，大大高于热力发动机的效率。
燃料电池电动车是唯一能与燃油汽车相比的电动车，且节能、环保，最有希望成为未来汽车的主流技术。
世界各大汽车公司正在进行新一轮的燃料电池电动汽车和高性能的燃料电池组的开发，燃料电池汽车已步人道路行驶试验阶段，可以预计，在未来的5—10年内，燃料电池技术必将得到飞速的发展。
4总结
科技进步日新月异，我国的车企及相关企业除了要推进传统能源产业化之外，更应该把目光放的长远些，投入人力、物力进行新能源的研发，保持对新能源技术的跟进，为占领更广阔的新能源汽车市场做好准备。
中国的传统汽车落后西方发达国家至少十几年，然而，新能源汽车作为一个新兴领域，新能源汽车正成为中国汽车工业追赶世界汽车工业的一次难得的技术“蛙跳”良机，希望国内企业能抓住良机，在下一轮汽车工业中崭露头角。
尽管代用燃料和电动汽车已进入了实用推广阶段，但要完全取代传统汽车，仍有许多技术问题和社会问题有待解决。
各国政府应继续加大政策力度，进一步促进汽车新能源的研究开发和推广应用。
能源和环境问题既是制约汽车工业发展的瓶颈，也是促进汽车工业飞跃的一次契机，电动汽车将成为21世纪的重要交通工具，而新能源汽车终将取代传统能源汽车。
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