对于我国汽车能源面临的危机和挑战

节能与新能源汽车的发展对于我国汽车能源面临的危机和挑战，目前采取的是综合性措施，立足两条腿走路：一方面，发展节能汽车，以解决现阶段产业发展、能源紧张和节能环保问题；另一方面，开展新能源汽车研究，实现车用能源多元化，保障汽车能源的长期可持续供应。现在，我们应优化现有以石油和内燃机为基础的车用能源动力系统，重点发展直喷式内燃机及其混合动力系统，带动节能汽车的发展。节能汽车能源关键动力技术如下。1.1高效柴油发动机技术在一定程度上，可以认为，大量发展轿车柴油机的节能效果与汽油电混合动力不相上下。柴油发动机以其经济性、耐久性和优异动力性能成为一种国际新趋势。如今在燃油最为昂贵的欧洲（每升7.6元至10.6元之间。其中，德法两国汽油单价均超过10元，美国的油价比较低。美国得克萨斯州和洛杉矶的汽油单价约为每升2.87元和3.3元，芝加哥的油价为每升3.79元－4.15元。），50％以上的汽车装着柴油发动机，共轨直喷系统CDI代表着良好燃油经济性以及大幅度提升的扭矩，柴油机轿车通常可以比同等汽油机车型节能20％-40％。据国务院发展研究中心分析预测，如果2020年我国柴油轿车占到乘用车的20%，则当年可节约燃料1880万吨。为此，我国应当发展先进的柴油轿车，但必须同时解决好排放控制及噪声、振动等技术难题。高效柴油发动机技术主要包括：柴油机电控技术、排气后处理技术、清洁柴油与代用柴油技术。柴油机电控高压燃油喷射系统和电子管理系统是绿色高效柴油机核心关键技术，应当大力发展。柴油机排放控制技术中，废气再循环技术（EGR）较成熟，效果显著，应尽快推广使用。微粒捕捉器技术（DPF）2010年前在欧洲柴油车普及，我国需加快应用速度。氮氧化物（NOx）催化转换器技术路线需要慎重选择，深入研究。1.2节能汽油发动机技术当前，我国轿车燃料基本上以汽油为主，现采用的轿车汽油发动机还有相当的节能潜力。汽油发动机节能技术的发展趋势是：缸内直喷技术、电辅助增压、电动气门、可变压缩比、停缸控制技术等，这将会在今后五年进行规模产业化。日系车采用的非均质直喷技术面临燃烧稳定性和后处理等问题，而欧洲汽车采用的均质直喷技术正在兴起。均匀直喷汽油机可以提高汽油机的热效率，其热效率的提高是通过直喷所带来的一系列改进的综合结果。电动气门与无凸轮发动机技术也在突破之中。电动气门具有与电控喷射同等重要的意义，它将给发动机空气系统控制和循环过程管理带来一系列节能技术变革，如节气门取消、可变压缩比、部分停缸等。1.3电子技术电子及计算机技术已经广泛应用于汽车上。所用的电子设备包括油耗显示、ABS、ASR、EBA、ESP、安全气囊、侧气帘、车内温湿度控制、CD/DVD播放机、GPS导航仪、电动门窗、电动后视镜、电动座椅记忆调节、LED车灯、自适应巡航等。电子产品目前在整车成本中所占比例普遍为23%～30％，在高档豪华轿车上占到50％～60%。今后汽车的发展将更多地由汽车电子技术驱动，人们驾驶汽车的感觉可能就像在操作一台复杂的电子设备。在产业发展的带动下，中国的汽车电子市场正在迎头赶上。在国产汽车全球化进程开始的同时，相关的汽车电子产品市场也已兴起。预计未来几年，还会有更多高端汽车电子被植入国产汽车中，而各汽车厂商的电子竞赛也将愈演愈烈。在下一轮竞赛中，汽车电子扮演的作用将越来越重要，这也是推动中国汽车电子市场持续高速发展的直接动力。1.4内燃机的混合技术先进内燃机的发展呈现多重混合化趋势：1）燃料供应的混合。以常规汽、柴油为主，将各种代用燃料，包括醇、醚燃料与汽柴油掺混并进行适应性设计将成为主流燃料技术。2）燃烧方式的混合。以燃料混合和控制技术为基础，综合汽油机和柴油机两种燃烧方式优点的均质压燃（HCCI）内燃机技术正在兴起。3）内燃机与驱动电机的混合。新型集成化大功率起动电机/发电机一体化装置与新型电源系统技术，既是内燃机电控技术的扩展和深化，也是复杂混合动力传动系统的基础模块技术。内燃机的混合化是连接现有汽车节能环保技术与新能源汽车技术的桥梁。2发展新能源汽车2.1全球交通能源动力系统的变革及趋势进入21世纪，石油类型的交通能源压力日渐突现，环保压力日益增大，客观上导致以替代燃料和混合动力为代表的各种新型汽车能源动力技术迅猛发展，形成了所谓的新能源汽车。这些新型汽车能源动力技术相互竞争，引发了一场新的技术变革。这场以汽车能源多元化为核心的能源动力系统变革主要有以下三大趋势：1）基于可再生能源的生物燃料对于各种车辆具有良好的环保和适用性，已成为各国共同推广的新型燃料。2）混合动力作为新型汽车能源动力技术平台，继承内燃机技术，结合高效洁净的电力驱动方式，既充分利用现有燃料基础设施，又能包容各种新型燃料，现已成为新型动力汽车产业化的里程碑。3）燃料电池是一种新兴能量转换装置，尽管存在很多需要克服的技术障碍，作为汽车能源动力系统的远期解决方案仍然被全球看好。2.2新能源汽车发展的必然性发展新能源汽车为我国交通能源动力系统变革提供了历史机遇，也是我国汽车工业长期可持续发展的必然需求。1）我国的资源和能源状况适合发展新能源交通动力系统。我国缺油（探明储量为38亿吨，占世界储量的2.6％）、少气（探明储量为1.37万亿m，占世界储量的0.9％）、多煤（探明储量为1.5万亿吨，占世界储量的11.09％），这一结构特点给交通能源可持续发展带来了严峻的挑战。具有各自特性的多种替代燃料，可以充分发挥我国地域辽阔和资源多样性的优势，可因地制宜发展基于煤炭的燃料工业、基于生物质的农业能源和基于天然气的各种气体燃料技术，从而实现交通能源多元化及其来源的多样化。在我国大中城市，汽车燃料基础设施比较集中，也有利于燃料清洁化管理和监督。2）我国具有实现交通能源动力系统变革的后发优势。尽管发达国家政府均大力推动各种代用燃料汽车的应用，以及向氢能燃料电池汽车动力系统的转型，但其有传统汽车产业庞大、石油基础设施完善、消费习惯难以转变的诸多制约，实施转型社会成本高昂、难度很大。我国汽车工业刚刚发展起来，汽车普及率低，因而在汽车动力系统发展战略选择上，有更大的自由度，在新能源汽车研发和产业化方面比较具有优势。3）实施汽车能源动力系统变革是多年来我国发展清洁汽车和电动汽车的战略总结。“九五”期间，国家科技部等相关部委组织实施了“清洁汽车行动”，取得了重大阶段性成果。目前，全国已有燃气汽车近30万辆，年替代石油150万吨，而且天然气汽车呈现快速增长势头。“十五”期间，科技部组织实施了“电动汽车重大科技专项研究”，国家投入8.8亿元，初步形成了官、产、学、研合作机制。目前，小型纯电动车辆已经开始小规模产业化；混合动力汽车，特别是混合动力客车已有多个车型通过国家认证；燃料电池汽车已进入示范考核运行阶段。自主开发的燃料电池、动力蓄电池、驱动电机和电子控制系统已具备批量化生产能力，这些为我国汽车能源动力系统转型战略的实施奠定了坚实的技术和实践基础。2.3汽车能源动力技术的变革汽车能源动力技术的变革是一个漫长的过程，我国开发新一代车用能源动力系统，发展新能源汽车应采取的步骤：1）重点发展各种液体代用燃料发动机及其混合动力汽车，逐步过渡到采用生物燃料及可充电的混合动力汽车。2）进一步发展以天然气为主体的气体燃料基础设施，分步建设长期可持续利用的气体燃料供应网络。3）以天然气发动机为基础，发展各种燃气动力，尤其是天然气、氢气内燃机及其混合动力。4）发展新一代燃料电池发动机及其混合动力，到2020年可能达到规模商业化水平。5）大力推进动力电池的技术进步，发展适合中国国情的纯电动车，尤其是微型纯电动车。要以城市客车为重点，以点带面，稳步推进新能源汽车的示范与商业化。车用能源转型的方向应从石油、天然气、煤基燃2.4车用新能源的方向及重点车用能源转型的方向应从石油、天然气、煤基燃料向生物质燃料、化石能、核能及可再生能源制氢和发电过渡。从资源来看，中长期车用石油替代燃料的主体将来自三方面：煤基燃料、生物燃料和天然气燃料。到2020年，总量可达到3000万吨以上，占车用燃料总消耗的15%～20%，与欧盟的预期目标基本相同。从车辆应用角度看，车用代用燃料主要有三类：含氧燃料（醇、醚、酯）、合成油（BTL、CTL、GTL）和气体燃料（甲烷天然气、合成气、氢气）。1）含氧燃料技术成熟，是近期推广应用的重点，一般以掺混使用为宜。2）合成油与现有车辆技术体系和基础设施完全兼容，而且是一种优质的环保燃料。其技术也还有较大的改进余地。从中长期看，将成为一种主体代用燃料。3）气体燃料中，甲烷天然气是近期的重点。2020年，我国天然气供应量可达到1200亿m以上，如拿出10%用于汽车就可替代约1000万吨的汽、柴油；合成气是各种一次能源通过气化工艺制成的富氢气体，是各种汽车新型燃料的原料气，也可直接用作车用燃料，在车用能源转型中发挥着关键作用；氢气是一种原料来源广泛、尾气排放为零的环保燃料，是车用能源转型的战略目标之一。要在国家中长期科技发展规划纲要中明确，要从基础科学研究、前沿技术创新、工程应用开发等多个层面实施对氢能技术的重点突破。2.5混合动力技术近年来，汽车动力系统最大的突破是混合动力技术，它为汽车动力系统的转型奠定了基础。采用混联式汽油混合动力系统的轿车，城市工况可节油40%左右，优于柴油轿车，还为城市工况的排放控制提供了有效的新途径。今后，混合动力的发展将呈现两大特点：1）轿车混合动力的模块化愈加明显，逐步推进汽车动力的电气化。演化进程表现为微混合→轻混合→深混合→全混合。“微混合”只具备自动启停、怠速关机功能；“轻混合”以并联式混合动力发动机为主体；“深混合”以混联式为特征，随着电功率的比例逐步提高，混合程度不断增强，最终过渡到可充电式的串联式“全混合”。2）城市客车混合动力系统的平台化趋势。发电机组+驱动电机+储能装置构成了混合动力系统的基础技术平台。通过换用不同的发电机组，适应从汽、柴油内燃机到氢能燃料电池各种不同的能源动力转化装置，形成油电、气电、电电各种不同混合动力，促进动力系统的平稳过渡与转型。2.6电动汽车的关键与瓶颈电动汽车能源动力转型的关键与瓶颈是动力蓄电池和氢能燃料电池。1）动力蓄电池同时涉及混合动力、纯电动和燃料电池三种电动汽车，因此，能源动力系统的转型将强烈依赖电池技术的突破。目前，新型动力电池尚不能很好地满足汽车使用要求，已经产业化的国外混合动力轿车用的动力电池也还存在初始成本高、使用寿命短等问题。尽管混合动力的产业化及国家产业政策的支持将会促进动力电池的技术进步，但是近30年的车用动力电池研发的经验表明，其技术进步过程将呈现出长期、稳步和渐变的特征。2）氢燃料电池系统是最具效率潜力的车用动力源，并能带来全新的汽车设计概念。据IEA2004年统计，在全球能源科技研发公共资金投入中，约有12%投向了氢能燃料电池。近年来，燃料电池汽车技术得到了快速的发展，但是，车用燃料电池商业化还面临一系列重大挑战，电池寿命还需提高1～2倍，还有储氢、氢源基础设施等重大问题有待解决。目前，全球正在为燃料电池产业化而继续努力，我国在氢能燃料电池技术竞争中，处于除日本、加拿大、美国之后的第二行列。总体上讲，燃料电池是车用动力系统的一个长远解决方案。美国正在实施国家计划，目标是到2015年燃料电池型城市客车占到新增城市客车的10%。相比而言，城市公交在我国更具战略地位，我国大客车产业更具国际竞争力，应当把燃料电池型大客车作为燃料电池型汽车商业化的突破口。2.7我国新能源汽车发展展望综合国内外各种研究预测以及我国具体国情和发展现状，可初步展望我国汽车能源动力系统的转型趋势，并预计：1）2010年左右，随着石油价格上涨、燃油税征收2.6电动汽车的关键与瓶颈2.7我国新能源汽车发展展望以及排放法规与国际接轨，我国汽车能源动力系统技术转型的转折点将会出现。以混合动力和混合燃料为主体的车辆产业化高潮将会到来，尤其是2009年3月份国家对全国首批13个城市进行新能源汽车试点运行及相关财政补贴政策的公布，城市客车及其生产企业将迎来新的机遇。2）2020年左右，随