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1、课程论文课程名称:节能减排及绿色能源课程代码:6008029题目:绿色能源氢能及其在汽车产业的应用同学姓名:王松学号:312021080704308班级/专业/班:2021 级暖通 1 班学院(直属系) :建筑与土木工程学院指导教师:伍迪绿色能源氢能及其在汽车产业的应用姓名：王松；学号：312021080704308;班级：暖通 1 班摘要：介绍了氢能的特性和氢能汽车动力装置的最新研制、进展动态, 通过对氢内燃机( H. I. C. E) 和质子膜燃料电池( PEMFC) 性能数据比较分析, 对 21 世纪汽车动力装置的进展趋势进展了分析。关键词：氢能汽车氢内燃机质子膜燃料电池Abstract
2、:IntroducetheCharacteristicsofhydrogenandthenewestdynamic development of the hydrogen power device. By comparative analysis of performance data on the hydrogen internal combustion engine (HICE) and proton membrane fuel cell(PEMFC),thedescriptionofthedevelopmenttrendofthe21stcentury automotive power
3、device.Keywords:HydrogenenergyCarHydrogeninternalcombustionengineProton membrane fuel cell.0 前言由于化石能源的使用量逐年攀升，导致地球温室效应引发的特别气象，如海水温度上升，地球沙漠化、飓风等也更加令人担忧，估量2050 年化石能源的消费量激增至目前的 1.5 倍，而作为主要能源的石油产量已接近最顶峰，国际原油价格受经济危机影响及石油生产国的国家资源保护主义等因素的制约一再上涨， 世界正在以低碳，脱碳为目标，查找永久的绿色能源。利用太阳能等自然能源及水生成并利用的氢能，因其周而复始永久能被循环利用，来
4、源广泛，对环境生态友好，可很好地替代化石燃料成为汽车等工业将来重要的替代能源，具有很广泛的市场。它的开发和应用对人类社会可持续进展具有重要意义。氢能汽车是以氢为主要能量作为移动的汽车。一般的内燃机，通常注入柴油或汽油，氢汽车那么改为使用气体氢。燃料电池和电动时机取代一般的引擎，即氢燃料电池的原理是把正极，成为电能驱动电动机；质子却可以通过质子交换膜与氧化合为纯洁的水雾氢输入燃料电池中，氢原子的电子被质子交换膜阻隔，通过外电路从负极传导到 排出。这样有效削减了其他燃油的汽车造成的空气污染问题，高速车辆、巴士、氢为燃料的“燃料电池发动机”。潜水艇和火箭已经在不同形式使用氢。另一方面能源从来都是个问
5、题，国际上以技术取得重大突破，而“燃料电池汽车”已成为推动“氢经济 ”的发动机。用氢气作燃料有很多优点，首先是干净卫生，氢气燃烧后的产物是水，不会污染环境，其次是氢气在燃烧时比汽油的发热量高。在 1965 年，外国的科学家们就已设计出了能在大路上行驶的氢能汽车。我国也在 1980 年成功地造出了第一辆氢能汽车，可乘坐 12 人，贮存氢材料 90 公斤。氢能汽车行车路远，使用的寿命长，最大的优点是不污染环境. 氢内燃车和氢燃料电池车不同。氢内燃车是传统汽油内燃机车的带小量改动的版本。氢内燃直接燃烧氢，不使用其他燃料或产生水蒸快便没能量。另一方面，各色各样的方法正在争辩以削减耗用的空间，例如用液气
6、排出。这些车的问题是氢燃料很快耗尽。载满氢气的油缸只能行驶数英里，很态氢或氢化物。1 利用氢能防止地球温和化动向氢气在对地球温和化对策中的作用及其开发政策氢能的利用，使能源利用转换效率得到提升，完成了向含碳量少的燃料转换，有利于 CO2 的人工隔离，因此为了削减 CO2 的释放，制造时回收 CO2 更需要导入大量的氢。依据氢气制备的原料来源可将制氢技术分为四大类：用水制氢、化石能源制氢、生物制氢和太阳能制氢。其中前两类是现在国内外使用的主要制氢技术，后两类是现在各国制氢技术争辩的热点和将来技术的进展方向。 很多国家都制定了自己的氢能进展战略和技术路线，投入大量资金用于氢能的争辩，一方面进一步开
7、发氢能的关键技术， 另一方面那么是降低氢能的生产、储运和应用过程中的本钱，提高其经济性，使其尽快成为一种抱负的替代能源1。如 美 国 总 统 的JTI(JointTec.Initiative)HFI(HydrogenFuelInitiative) 计 划 、 欧 洲体制下的HFP EuropeanHydrogen&FCTechnologyPlatform 计 划 、 日 本 制 定COOLEARTH 50 能量革新方案、韩国的燃料电池开发 7 年方案、中国的科学技术振兴方案等，都触及到应用大量氢气防止地球温室效应; 氢的制造利用中要求把握 CO2;期盼增大可再生能源的利用。以 COOL EAR
8、TH 50 能量革新方案为例，涉及到电站的高效自然气火力发电、高效煤气火力发电、CO2 回收和储存CCS、太阳光发电、先进的原子力发电、超导高效送电；运输部门的燃料电池汽车、生物燃料制造、先进的道路交通治理系统ITS；民政部门的节能住宅、下一代高效照明器、节能型情报机器等；产业制造部门的技术革新、制造加工技术电力储存、氢的制造、运送及储存等。中国已经形成了一支由高水平争辩人员组成的氢能争辩专业队伍,并把氢能技术列入中国“十一五”规划和2021 年远景规划能源领域2。1.1 氢能的优越性在可替代能源的争辩中, 氢能源在汽车行业中的应用是世界各 国将来车用能源的研发重点。氢能具有其它能源无法比较的
9、优越性: ( 1) 热值高, 氢气燃烧放热量为 121061kJ/ kg, 是汽油的 3 倍; ( 2) 燃烧无污染, 燃烧产物是水, 不会对环境造成污染; ( 3) 来源广泛可再生, 不仅化石燃料和生物质中含有丰富的氢, 而且水也是最为广泛的氢源, 氢由化学反响发出电能( 或热) 并生成水, 而水又可由电解转化为氢和氧, 如此循环, 永无止尽 2 ( 4) 氢是/ 和平 0 能源, 由于它既可再生又来源广泛, 每个国家都有丰富的/ 氢矿 0, 可以不依靠化石能源。化石能源分布极不均匀, 经常引起剧烈抗争。综上所述, 氢能是唯一可以同时满足资源、环境和持续进展要求的能源, 是其它能源所不能比较
10、的 3 。氢是可以取代石油的燃料，其燃烧产物是水，不污染环境。氢气可以从电解水、煤的气化中大量制取，而且不需要对汽车发动机进展大的改装，因此氢能汽车具有宽阔的应用前景。推广氢能汽车需要解决三个技术问题：大量制取廉价氢气的方法，传统的电解方法价格昂贵，且消耗其他资源，无法推广；解决氢气的平安储运问题；解决汽车所需的高性能、廉价的氢供给系统。常见的供给系统有三种，气管定时喷射式、低压缸内喷射式和高压缸内喷射式。随着储氢材料的争辩进展，可以为氢能汽车开拓全新的途径。科学家们研制的高效率氢燃料电池，更减小了氢气损失和热量散失。用氢气作燃料有很多优点，首先是干净卫生，氢气燃烧后的产物是水，不会污染环境，
11、其次是氢气在燃烧时比汽油的发热量高。在 1965 年，外国的科学家们就已设计出了能在大路上行驶的氢能汽车。我国也在 1980 年成功地造出了第一辆氢能汽车，可乘坐12 人，贮存氢材料90 公斤。氢能汽车行车路远，使用的寿命长，最大的优点是不污染环境。氢内燃车和氢燃料电池车不同。氢内燃车是传统汽油内燃机车的带小量改动的版本。氢内燃直接燃烧氢，不使用其他燃料或产生水蒸气排出。这些车的问题是氢燃料很快耗尽。载满氢气的油缸只能行驶数英里，很快便没能量。另一方面， 各色各样的方法正在争辩以削减耗用的空间，例如用液态氢或氢化物。 1807 年Isaac de Rivas 制造了首辆氢内燃车。惋惜该设计甚不
12、成功。宝马的氢内燃车有更多的力气，比氢燃料电池车更快。宝马的氢汽车以三百公里每小时创下了氢汽车的最高速记录。2 氢能在汽车产业的应用2.1 氢内燃机汽车的最新进展通常，燃料电池被认为具有较高的能量转化效率和功率密度，而且氢氧燃料电池还具有环保无污染的特点。迄今为止，包括丰田、本田、通用、戴姆勒-奔驰、群众等世界主要汽车制造商都投入了大量资金和技术力气用于燃料电池车的开发，并取得了相当的成果。2021 年 4 月，日本丰田公司将其 FCHV-adv 的零排放氢燃料电池车在北京国际汽车展览会上公开呈现。该车最高时速可达 155km/h，一次充氢的续驶里程到达 510mile(折合 830km)，超
13、过一般汽油汽车，给这样一辆车加氢也仅仅需要 3min，完全到达汽油车标准。日本本田汽车公司已经开头在美国推出 FCX Clarity 的租赁车，该公司估量 3 年之内的租赁销售额可望到达约 200 台 FCX Clarity。美国通用汽车公司至今已开发出 100 多辆燃料电池汽车，近年来主要成果有Hy-wire 线传控燃料电池车、氢动三号(HydroGen3)燃料电池车、Sequel 氢燃料电池车。该公司方案在 2021 年设计出具有很强竞争力的燃料电池推动系统，并在 2021 年将自己的燃料电池车产业化。戴姆勒-奔驰是世界上最有名的燃料电池汽车制造商，已经在生产线上开头小批量制造燃料电池车。
14、群众汽车公司参与了美国加州燃料电池伙伴方案(CaFCP)，其开发的途安 HyMotion3 燃料电池车参与了北美 08 氢大路巡游。群众公司宣布， 他们将在 2021 年推出基于高温质子交换膜燃料电池的燃料电池发动机，工作温度将达 160以上，这将大大削减关心系统，领先于国际水平。2021 年 6 月冰岛建成 560km 的氢能高速大路，沿途有 7 个加氢站为氢能汽车效劳。2021 年 5 月美国加州举办了为期 9 天、长达 2700km 以上的氢燃料电池车拉力赛，途径 28 个城市；2021 年是第一次长距离示范，为期 13 天。目前，大多数厂商都推测氢燃料电池车将于 2021 -2021
15、年实现商业化。我国第一辆氢燃料电池汽车在 1999 年底呈现，其燃料电池由民营企业北京富源公司供给。“十五”期间，科技部加大对燃料电池争辩的投入，仅对燃料电池车一项，科技部就拨款 3.8 亿元人民币，加上中国科学院、自然科学基金委员会、地方科委、国有及民营企业资金等，估量带动 20 亿元人民币。到目前为止， 我国已经自主开发出燃料电池客车 10 余辆，燃料电池轿车 30 余辆。我国氢燃料电池车屡次参与国际大赛并获奖。2021 年北京奥运会期间，3 辆燃料电池大巴和 20 辆燃料电池轿车参与奥运会全程效劳。作为中国科技部、世界环境基金和联合国开发署的“中国燃料电池公共汽车商业化示范工程”的一局部，奥运会后燃料电池大客车连续进展公交车的示范。工程其次阶段将在上海开放，中国公司以很大的优势成功竞标示范工程用燃料电池大客车。某国有企业以质子交换膜燃料电池关键材料和核心组件为基点，致力于燃料电池和燃料电池电动汽车的产业化进程，目前其主要产品为单体质子交换膜燃料电池(MEA)，2007 年以来该公司已向美国外乡出口 MEA 高达 12104 件。我国汽车公司已经可以批量制造氢燃料电池客车商业化示范样车，在
