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1、- 新能源汽车的开展现状及开展趋势摘 要:进入21世纪，随着能源问题和环境问题的日趋严重，开发和利用新型清洁能源已成为一个重要课题。由于石油燃料的短缺及控制排放法规的强化，如何为汽车选择清洁的代用燃料的问题，已提到议事日程上。 本文详细分析比拟如G、DME、甲醇及乙醇等不同燃料，作者认为首先应考虑选用甲醇及乙醇。自从1886年世界上第一辆汽车问世至今100多年,汽车能源根本上采用的是石油制品汽油 和柴油。经过多年大规模的开采 ,地球上的石油存量已经不多 ,7亿多辆燃机汽车组成的庞大耗能群体 ，其他交通工具(火车、轮船、飞机等)化工以及众多民用锅炉 ，还在继续以惊人的速度消耗着地球上残存的石油。
2、与此同时 ，汽车及其他交通工具运行时排放的大量污染物日积月累地使环境和生态不断恶化。有鉴于此 ，寻找具有环保特征的交通新能源尤其是汽车新能源的任务显得日益紧迫。近几年来我国汽车工业开展很快，平均年增长率为15%是同期世界汽车增长率的10倍。摩托车的年产量及销售量均超过1000万辆。2021年到达600万辆，可能占世界汽车总产量的1/10。不言而喻，汽车及摩托车的产销量如此大幅度增加，对石油的需求量也会大幅度逐年增加，成品油的缺口量也愈来愈大，再加上全国及地方排放法规日趋严格，降低CO2 排放的任务也很重，汽车行业及用户选择和使用清洁的代用燃料势在必行。各大汽车公司不得不考虑如何开发代用燃料的车
3、辆。关键词：甲醇 乙醇 G DME 新能源汽车目 录1引言12能源形势及汽车新能源的研究现状12.1国际能源形势12.2汽车新能源的研究现状2天然气煤层气2液化石油气22.3 新能源汽车性能的分析3动力性能及燃油经济性3起动性、加速性及爬坡性能。43 环境保护43.1净化空气的任务繁重43.2承当降低CO2等温室气体的义务44 汽车动力装置及燃料的现状与开展趋势54.1汽车动力及燃料的现状与开展趋势如图1 所示。54.2不同燃料使用经济性及方便性642.1使用费用及投资费用的比拟64.22国际上日益重视可再生醇燃料等生物燃料65 代用燃料性质的分析比拟75.1 几种燃料的分析7天然气75.12
4、甲醇及甲烷等75.2 几种燃料性能的比拟86 不同燃料的排放性能86.1排放性能的比拟8低比例醇/汽油混合物燃烧的排放8醇燃料汽车容易到达严格的排放标准96.2未燃醇及醛类排放97 结果分析与讨论98 总结10参考文献10致13. z-1引言随着世界石油资源日益枯竭和环境污染日益严重, 燃机新能源高效清洁燃烧一直是燃机研究与开展中的关键问题。能源主要是石油资源匮乏和环境恶化是当今人类面临的两大挑战, 汽车及燃机既是石油资源的主要消耗者, 也是大气特别是城市大气污染的主要来源。随着我国汽车工业的迅速开展和汽车保有量的不断增加, 我国能源消耗正以每年一个百分点的速度上升, 预计到2021年60%的
5、石油消费将依赖进口。因此, 研究开发高效低污染发动机和新能源清洁石油替代燃料发动机对于摆脱我国经济对外国石油的依赖, 提高能源利用率, 减缓能源危机, 降低城市空气污染, 保护环境有十分重要的显示意义和深远的社会经济效益。2能源形势及汽车新能源的研究现状2.1国际能源形势根据美国地质调查局及一些国际能源专家的统计预测，石油、天然气及煤炭的储采比分别为34年、44年及245年。世界能源大会1995 年版能源资源调查报告认为石油天然气及煤的储采比分别为44年、57年及230年，尽管看法不一，这些预测可能不完全符合实际情况，但是石油及天然气的储采比大小于煤炭的储采比。非再生能源资源日益减少，则是比拟
6、肯定的。 表1是几次石油危机使石油价格上涨 我国缺油少气，能源资源人均拥有量只有世界人均拥有量的1/10。能源储存及供给形势严峻，根据中国工程科学院在1994年1995年统计，1997年发表的能源供需矛盾报告，如按2003 年计，我国石油的储存量只够开采14 年。从1993年起我国就已经是石油净进口国。2000年进口原油7000万吨，成品油3000万吨，花去250亿美元。随着经济的高速开展，人民生活水平的不断提高，车辆的数目逐年大幅度增加，石油缺口也将大幅度增加。买得起汽车的人日益增多，面临的问题是燃料供需矛盾大，或者价格逐步上涨，用不起油怎么办.有人认为世界石油储存量还多，可以大量进口，这可
7、能不是稳妥之计，而且本国产量有限，进口太多，会产生严重的能源平安问题。我国在十五规划中，明确规定要开发和利用甲醇等新能源燃料。中央领导屡次在经贸委及多位专家给中央的报告上批示，要建新厂及化肥厂改造增产甲醇；又决定在、及用化粮生产乙醇，在汽车上使用醇燃料及生物柴油。汽车工业部门有责任，同时也为了自身更好的开展，都应该迅速开展醇燃料汽车的试验研究和使用运行的工作。2.2汽车新能源的研究现状2.2.1天然气煤层气常规天然气和煤层气随产地不同而组分各异,通过分析我国42处煤层气组分, 发现煤层气以甲烷为主30%-99%, 伴有少量重烃气如乙烷, 一般大于5%, 其次组分首先是氮0.5%-65%, 还有
8、少量二氧化碳大于5%。天然气、煤层气作为新能源燃料正在发挥着越来越重要的作用。天然气发动机主要分为两类:一是火花塞点火式发动机,此类发动机普遍存在低中负荷时热效率低,稀燃能力差等问题;另一类是利用柴油引燃的柴油天然气双燃料发动机, 此类发动机需要两套燃料供给系统,存在低负荷时碳氢排放高的问题。国学者研究发现柴油天然气双燃料发动机燃烧模式主要以预混燃烧为主。因此, 颗粒物和碳烟排放较低。目前存在问题有以下三个方面：a：二煤层气组分中氮和二氧化碳的稀释作用对其燃烧特性和排放的影响机理还不清楚, 国外尚未见有关煤层气燃烧机理和煤层气发动机的报道。b:由于天然气火焰传播速度较慢且随着过量空气系数的增加
9、而更慢, 导致了混合气的燃烧不完全,热效率降低, 未燃碳氢排放上升和发动机的稳定性变差等一系列问题仍需解决。c:虽然在天然气、煤层气发动机上使用氮氢天然气、氮氢煤层气能提高稀薄混合气的燃烧速度, 防止通过组织缸强紊流运动来提高燃烧速率所引起的弊端。但是,国外研究还未涉及到煤层气对煤层气燃烧特性和煤层气发动机的性能、排放的影响, 而且, 因天然气产地不同而各异, 很难归纳出掺氢天然气燃烧与排放方面的共性特征和规律。2.2.2液化石油气氢气与天然气、汽油、LPG相比单位质量低热值高, 约是汽油低热值的2.7倍。可燃极限宽, 易于实现稀薄燃烧, 提高经济性, 同时可以降低最高燃烧温度, 大幅度地降低
10、NO*排放。同时氢的自燃温度585比天然气540、汽油(228-501)高, 有利于提高压缩比,提高氢能源燃机的热效率。虽然氢能源的自燃温度比天然气、汽油等燃料高, 但其点火能量很低, 最小可以低到(0.02mg),这样氮能源燃机工作时几乎不失火, 具有良好的启动性。氢能源有害物排放少,燃烧主要产物是水, 不产生CO及CH, 由于氢气火焰的淬冷距离比汽油短,因此靠近缸壁激冷层可燃混合气燃烧更完全,NO*排放大大降低。由于氢能源燃料电池系统在能量密度、体积、反响速度以及本钱等方面还没有很好解决, 所以以燃料电池为动力的汽车距实用还有一段距离。燃机燃料既可以实现氢能源清洁, 可再生的特点又可以利用
11、目前已经充分建立起来的燃机工业根底, 且氢气发动机热效率较高, 综合效率与燃料电池效率相当, 生产及使用本钱低, 在使用性能、本钱等方面较容易得到开展和应用。目前制约氢能源燃机的因素主要有氢气沸点低-253 , 车贮存和运输性能差，制取困难, 到目前为止制取氢的本钱仍是制约氢能源开展的主要因素。2.3 新能源汽车性能的分析分析汽车使用不同燃料后性能如何，也是选择燃料时要考虑的问题。动力性能及燃油经济性燃机在机外形成天然气与空气的混合气，再进入气缸燃烧，必然会使原机的功率较大幅度下降；用这种方式掺烧局部天然气也会影响功率。要使天然气发动机功率不下降，就需要向气缸喷射气体燃料乃至液化天然气，但是这
12、样燃机就需要较大的变动或者重新设计专用燃机。在常压下二甲醚是气态，如果加压将其变成液态喷入气缸中，那会同柴油机的功率一样。醇燃料的低热值比汽油、柴油低得多，但是理论空燃比下的混合气热值和常规燃料一样，醇燃料的理论空燃比比汽油、柴油低。因此掺烧局部醇燃料或者使用100%醇燃料，只要增加醇供油量，功率不会下降，如果进展优化，功率还会有较大幅度的增加。汽车使用醇燃料能提高功率及降低燃机的比能耗(MJ/kWh)，亦能提高热效率的原因如下：1) 气化潜热高，有冷作用，可以提高充气系数； 2) 含碳原子数少，层流火焰传播速度快，容易燃烧完全，等容燃烧比例大； 3) 含氧，对于原来混合气较浓时有稀释效应；
13、4) 混合气可燃围宽，可以使用稀混合气，燃烧更完全可以提高热效率； 5) 辛烷值高，燃烧室壁面温度低，可以提高汽油机受爆燃限制的功率；燃烧无烟，可以提高受冒烟限制的柴油机功率； 6)理论空燃比混合燃烧后，分子变化系数大，可以提高膨胀功。 交通部公路科学研究所在使用213SC 化油器的解放CA-15汽油机上，使用不同含乙醇混合燃料的试验结果说明，在提高压缩比后最大功率P都增加，而按等热值折算成汽油的比油耗都降低，即热效率提高 24 。 汽油机使用100%甲醇或100%乙醇后，动力性能及燃油耗的变化说明，汽油机使100%甲醇后，功率扭矩都比汽油分别增加15%及13%，热效率也由28.1%提高到35
14、.6%，折算成当量汽油后，比油耗则由291kWh 下降到229.5g/kWh。使用乙醇后功率及扭矩分别提高12%及9%，而热效率则由28.1%提高到36.7%。 柴油机的功率受排气冒烟的限制，改用碳原子很少的醇燃料，排气不冒烟，因此无论掺烧或者使用100%的醇燃料，只要增加供油量，动力性能及热效率都会有不同程度的提高。起动性、加速性及爬坡性能实验说明，燃料的10%馏分温度愈低愈容易起动，汽油的这一馏分温度为4555，而单一组分的甲醇及乙醇的沸点分别为65及79，醇燃料的气化热也比常规燃料高得多，使用大比例及100%醇燃料汽车在环境温度低时的起动性能差，需要采取改善措施后能满足用户的要求，能在2
15、5低温下起动。详情参见文献5。 汽车的加速性能爬坡性能除了受燃料组分及蒸馏特性的影响外，在很大程度上受动力性能的影响。优化的醇燃料燃机的动力性能比原机还有较大幅度提高，最高车速、加速及爬坡性能也会较好。汽车使用含不同甲醇混合燃料后的加速性根本上和原汽油机一样，最高车速还略有提高 。2526 3 环境保护3.1净化空气的任务繁重汽车排放物是污染空气的重要根源之一。我国对660个城市空气质量分析结果说明，到达一级质量标准的城市仅占1%。2001年卫生部门统计结果说明，全国癌症患者达300万人，每年以3%的速度递增，在癌症患者中以肺癌占首位，然后是胃癌及肝癌。肺癌除了与吸烟有关外，也与空气质量及汽车排气中有害物密切相关。3.2承当降低CO2等温室气体的义务温室气体导致全球变暖，造成世界巨大的人员伤亡及经济损失。据美国公共利益研究集团的资料报道，20世纪10年是1000年来最热的10年，全世界夺走33万人生命，损失6252亿美元。与20世纪50年代比，自然灾害多4倍，经济损失多9倍。1997年12月各国通过京都议定书，各国都要承当降低CO2排放的义务。我国CO2排放量占世界总量14%。如何降低CO2排放是当前各国关注和研究的焦点。能源及汽车工业部门既要考虑解
