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1、第九章新型能源动力汽车技术,第一节 概述 第二节 代用燃料汽车技术 第三节 太阳能汽车技术,2,第一节 概述,一、新型能源 二、开发新型能源(代用燃料)汽车的目的 三、对新型能源(代用燃料)的要求 四、燃气汽车发展历程 五、燃气汽车术语 六、燃气汽车分类,3,一、新型能源,醇类燃料、植物油燃料、天然气、液化石油气、氢气、太阳能、电能、燃料电池等。,4,二、开发新型能源(代用燃料)汽车的目的,1.减少石油消耗。 2.汽油、柴油汽车尾气中有害排放物多，对大气、人类健康及生态环境的威胁很大，所以必须开发、应用新型能源(代用燃料)降低汽车的有害排放物。 3.石油是战略物资，开发、应用新型能源(代用燃料
2、)可减少对进口石油的依赖，充分利用本国资源，或使汽车燃料多样化，可以提高国防实力。,5,三、对新型能源(代用燃料)的要求,1.资源丰富，价格适宜。在汽油、柴油供应还充裕的情况下，在汽车初始价格、汽车性能、燃料成本、使用维修费用等综合经济效益方面能汽油和柴油竞争。 2.新型能源(代用燃料)汽车的排放在整体上比汽油机和柴油机的排放低，或有进一步降低的可能。 3.用户能方便地获得燃料，变动不大就能使用现有的供油网点，或建设加油站、零配件供应及维修等基础设施的投资规模是可行的。,6,4.能满足车辆起动、行驶及加速性能等方面的要求。 5.能量密度较高，储运方便，毒性及安全防火方面的性质是能接受的。 6.
3、设计、生产及使用该种燃料汽车的技术比较成熟，汽车的可靠性及使用寿命良好。 7.现有汽车及相关零部件生产厂家能够适应在改动生产线及投资方面的要求。,7,四、燃气汽车发展历程 1.能源危机与发展燃气汽车 自从1872年发明了奥托循环发动机开始就有了天然气发动机。早在第一次世界大战期间天然气就开始用在汽车上,后来主要由于其贮存、携带极不方便才让位于液体燃料中的汽油和柴油。 从20世纪60年代以来,全世界经历了三次大的能源危机，警示人们,石油资源十分宝贵!随着人类消费的增长,石油资源便会越来越少。,8,随着世界经济的迅速发展,车用燃料的需求量在不断增加,世界性石油资源日益枯竭的形势将更为严峻。 与此同
4、时,全球性的污染加剧,环境日趋恶化。 因此,能源和污染已经从人们偶发的惊呼变成了人类社会日常的议题。,9,汽车是现代经济社会必不可少的交通工具,也是人类文明的重要标志之一。随着社会经济的不断发展,汽车数量将会不断增多,车用汽油和柴油的消耗量越来越大。 按目前人类消耗石油的速度,全球已探明的石油资源仅能支撑40-50余年。因此,众多国家都在为汽车寻求新的替代燃料,寻求各种清洁能源。,10,就当前人类消耗能源的比重来看,煤炭仍居第一能源,石油是第二能源。但随着石油资源日益枯竭和天然气气田的不断发现和探明,天然气的应用将越来越显示出重要地位。世界上探明的天然气储量也是逐年增加的,如1990年为119
5、万亿立方米,1993年为142万亿立方米,。,11,以1000立方米天然气相当于1吨石油计,世界天然气的储量与石油的储量是在同一数量级上。而且,天然气的用量也呈逐步增加的趋势。从1950年到1970年,天然气占世界一次能源总消费的比重从9.8%增长到19.9%; 20世纪70年代以来,天然气比重继续上升,1995年达到23.3%。1997年上半年,英国一家权威研究机构经过大量资料考证和研究分析指出,2020年以后,世界天然气消费将赶上并超过石油,跃居各种能源之冠,天然气将成为21世纪的第二大能源。,12,天然气作为汽车燃料于20世纪30年代初由意大利人率先采用,到1939年意大利就有1万辆汽车
6、燃用天然气。 前苏联早在1938年就研制出两种压缩天然气汽车,战后从1947-1948年开始批量生产吉斯-156和格斯-51B型压缩煤气汽车。但20世纪50-60代发展都较缓慢,只在某些特定地区、特定用途的车辆上小规模地使用,如在贫油地区以气代油。,13,直到1973年第一次石油危机之后,人们逐步认识到使用天然气代替传统的石油产品作为汽车燃料具有经济、清洁的突出优点,于是纷纷加快了天然气汽车的发展。在天然气资源丰富的俄罗斯、意大利、阿根廷、新西兰、巴西、印度尼西亚等国家和地区,以及受到环保法规和国家政策制约的美国、日本等国家,天然气汽车的发展非常迅速。许多国家都分别制定了研究与发展计划。,14
7、,俄罗斯:天然气储量和产量均居世界首位。原苏联从1938年开始用天然气作为汽车发动机燃料。20世纪50年代初,天然气作为车用燃料得到更进一步的发展。当时有25000辆汽车改用天然气燃料,加气站网覆盖了伏尔加地区和乌克兰南部。1981年是天然气作为发动机燃料第三阶段的开始,当时苏联政府通过了天然气汽车运输发展规划。由于这项计划的大规模实施,1996年统计资料显示,独联体国家天然气汽车已达47万辆。,15,美国:NGV改装系统是在1969年引入美国的,由于加气网络和服务体系不健全,当时主要局限于在天然气公司的内部车队中使用。直至1984年,天然气汽车技术开发和市场开发工作才得以正式展开。,16,福
8、特汽车公司在那一年生产出了该公司的第一辆原装单燃料天然气概念车,这是一种Ranger型皮卡车,福特公司将27辆这种车分配给北美的24个燃气公司进行试验,其中一辆还参加了1984年全美举行的一次主题为节约燃料的赛车会。 1984年被认为是美国NGV工业史上很重要的一年。 1988年5月由21个美国燃气公用公司组成了第一个全国性的NGV协会美国天然气汽车联合会(NGVC)。,17,在1990年颁布的美国(清洁空气法案修正案中,有很多包含NGV的条文,使得天然气汽车的发展列入法制日程，1992年,美国NGV联合会又筹集了100万美元,用于游说政府,最终使得1992年颁布的能源政策法中对NGV的发展给
9、予了更多的支持。,18,到1994年底,在美国本土上有大约4.1万辆天然气汽车在使用,CNG充气站也以每周三座的速度在兴建。美国为发展清洁燃料汽车采取了一系列促进措施。设在奥斯汀的天然气汽车(NGV)技术中心编制的规划指出,美国在2010年使用CNG的车辆将增加到200万辆。,19,日本:在战后汽油供应不足的时代,日本天然气产地-新泻用作交通工具的天然气汽车曾达到545辆。近几年来,以日本燃气协会为中心全力推进天然气汽车的研究和开发。到1998年,日本全国共有LPG汽车45万辆,其中70%的出租车为LPG车。在东京,96%以上的出租车都是LPG汽车:加气站遍布全市,且与加油站连在一起。东京的L
10、PG加气站有115个,车辆74500辆。,20,加拿大:从1982年开始发展NGV。加拿大主管科教的部长Padck Mcgeer是加拿大第一个将白手帕放在由柴油车改装成的NGV汽车排气管上,以显示NGV比普通柴油车碳烟排放少的人。加拿大政府于1986年建立了NGV研究与开发基金,到1994年已为各类NGV项目提供了1500万加元的资金。借助加拿大天然气工业界的支持,该国的NGV项目取得了良好的开端。,21,意大利到2000年有50多万辆天然气汽车。 阿根廷是一个天然气汽车大国,数量也超过30万辆,还计划把城市客车的50%改为天然气。 新西兰、印度尼西亚等国的天然气汽车也都已发展起来。,22,1
11、986年召开加拿大能源展览会期间,大约30个燃气企业在渥太华成立了国际天然气汽车协会(IANGV)。NGV工业界在1992年开始讨论全球性的NGV发展战略,从这时起很多大的汽车生产商开始大规模投资,进行NGV的开发与试验工作。,23,此外还成立了一些国家和地区性的NGV协会;1991年日本成立了NGV论坛,1994年成立了欧洲天然气汽车协会(ENGVA)，近年英国、法国、澳大利亚和俄罗斯也分别成立了自己的NGV协会。,24,与此同时,各国十分重视与NGV发展密切相关的技术标准和规范工作。美国、新西兰、意大利、澳大利亚、荷兰、俄罗斯等国对CNG汽车的改装、建站等一系列相关技术均有相应的标准和规范
12、。尤其是美国已正式颁发了NGV的一系列专业标准。 ISO国际标准化组织也十分重视NGV的发展。1995年4月5日7日,lSO/TC22在法国巴黎召开年会,会议形成关于成立天然气车辆分委会(ISO/TC22/SC25)的决议,这进一步促进了世界范围内NGV事业的向前发展。,25,近年来,世界各国对天然气的燃烧和排放特性、天然气供给的计量和控制系统、理想配比发动机技术、稀薄燃烧技术、柴油-天然气双燃料发动机技术、天然气喷射发动机技术以及轻质储气瓶等,开展了大量的试验研究。对天然气液化技术及低温储存容器的研究也取得了进展,这些使天然气汽车应用技术得到了很大提高。,26,例如:俄罗斯研制的利用轻金属内
13、壳,外面用纤维缠绕并涂以复合材料的车用储气瓶,其自身质量与容积之比已降低至0.55Kg/L。一个容积为50L20MPa的气瓶只有28kg。美国通用公司在轻型载货车上装用3个铝制气瓶,储备里程达322Km,而气瓶总质量只较129L的汽油油箱重68kg,相当于车上多了一位乘客。,27,目前,在意大利、英国等汽配市场上可以买到根据车辆行驶阻力和车辆要求自动调节供气量和点火提前角,从而达到额定的空燃比,满足汽车动力经济性及排放要求的电子控制装置。 近年来,国外天然气和液化石油气汽车技术发展较快,不仅在动力性和燃料经济性方面有显著提高,而且在排放性能方面也已进入“绿色汽车”行列。,28,日本本田汽车公司
14、推出的CIVIC系列天然气汽车的CO、NOx和THC排放量比1997年美国联邦政府制定的标准低60%,比当今世界最严格的加州标准低10%,而且仍保持良好的汽车性能。,29,美国已经实现了电控缸内喷气技术,如西南研究院研制的HDDGE重型天然气发动机以及CUMMINS的C系列电控进气道单点喷气增压中冷天然气发动机。又如哥伦比亚大学将底特律柴油机公司(D.D.C)的DDEC电控泵喷嘴改制成天然气-柴油双燃料喷射的电控缸内喷气系统等。,30,在预混合供气系统中也已采用电控技术,如美国天然气和汽油两用燃料发动机、D.D.C.公司的50G天然气发动机等。俄罗斯已研制成功新型天然气-柴油预混合双燃料供气系
15、统,达到良好的使用性能,使柴油机排放性能更加改善。,31,2.大气环境保护推动燃气汽车发展 1999年9月,世界自然保护基金会公布了1999年度全球环境指数。报告显示,从1970年到1995年,全球环境指数下降了30%左右,这就意味着在短短的25年间人类拥有的自然资源减少了30%,消耗量相当于过去几个世纪的总和。CO2排放骤增也是人类生存环境恶化的主要原因之一。,32,据统计,从19601996年,全球CO2排放量从每年100亿t增加到230亿t,大气中CO2含量达到近16万年来的最高水平，造成全球变暖，两极冰川融化，南极上空臭氧层出现空洞,北极上空臭氧急剧减少。其中北美地区人均CO2排放量是
16、全球平均水平的5倍,是发展中国家平均水平的10倍。,33,在大气污染中,汽车尾气排放所造成的污染占大气污染的60%70%。汽车排放的污染被公认为重大公害之一。据研究资料统计,在70年代,全世界的人为污染源一年间向大气排放的CO总量为3.59亿吨,其中由汽车尾气排放的CO为2.25亿吨,占CO总量的63%,由此可见,汽车尾气排放对环境污染的严重性。,34,据1997年7月份的资料显示,我国的640座城市中,大气质量符合国家一级标准的不足1%。根据世界卫生组织在该组织所监测的城市圈内,全世界10大大气污染最严重的城市1991年度,我国占3个,即沈阳、西安和北京;1995年度,我国占2个,即北京和上海。 1999年6月26日召开的九届全国人大常委会第10次全体会议上,公布了我国空气污染最严重的十大城市,依次为:太原、北京、乌鲁木齐、兰州、重庆、济南、石家庄、青岛、广州、沈阳。,35,另据1998年国际卫生组织公布的一项报告表明,全球空气污染最严重的10城市依次为:太原、米兰、北京、乌鲁木齐、墨西哥城、兰州、重庆、济南、石家庄、德黑兰。全球污染严重的十大城市中我国占了7
