能源壓力影響下汽車動力系統發展的取向分析

摘 要：世界性能源危機已經顯現，中國能源相對稀缺，而且中國能源尤其是石油能源的消費總量和對外依存度逐年上升。目前汽車耗油約占整個石油消費量的1/3，預計2020年中國汽車石油消費比例將上升到57%。汽車采用新能源動力系統和燃料電池迫在眉睫。

關鍵詞：能源；汽車 動力系統；發展取向

中圖分類號：TE0文獻標識碼：A文章編號：1672-3198（2008）01-0274-01

1 中國石油能源現狀

（1）人均能源擁有量低、儲備量低 我國能源相對稀缺，人均能源資源量遠低于世界平均水平。

（2）我國石油消費總體呈上升趨勢。

2005年，我國石油表觀消費量為3.2億噸。2006年全球石油消費只增長了0.7%，但中國石油消費量增長近6.7%，接近過去10年的平均增長率。07年上半年，中國經濟的高速增長推動了石油產量和消費量的雙雙攀升，預計全年石油表觀消費量將達到3.7億噸。根據分析，到２０２０年我國石油消費量將達到５．２－５．５億噸。

下圖為1978年－2007年我國石油年度消費量。

（3）中國石油對外依存度不斷攀升。

近１０年來，中國石油消費量年均增長率達到７％左右，而國內石油供應年增長率僅為１．７％。這種供求矛盾使中國自１９９３年成為石油凈進口國之后，２００４年對外依存度迅速達到４２％。２００５－２０２０年期間，國內石油天然氣產量遠遠不能滿足需求，且供需缺口越來越大。主要表現在：受國內石油資源的限制，２０１０年中國石油進口量將達到２－２．４億噸，２０２０年將增加到３．２－３．６億噸，而成為世界第一大油品進口國。２０１０年后，中國石油對外依存度將超過６０％，到２０２０年石油對外依存度將達到７０％左右。 

2 汽車對石油的消耗與依賴分析

（1）汽車保有量的快速上升，導致我國對石油的需求大增。

截止2007年6月，中國機動車保有量為152，807，598輛。其中，汽車53，558，098輛，摩托車83，548，340輛，掛車800，345輛，上道路行駛的拖拉機14，880，466輛，其他機動車20，349輛。汽車耗油約占整個石油消費量的1/3，預計2020年中國汽車保有量將達1.5億輛，石油消費比例將上升到57%。這些汽車將需要每天增加200萬至300萬桶石油供應。

（2）石油的替代能源狀況不容樂觀。

對于汽車工業來說，替代能源的前途的確不可樂觀。一段時間，人們寄希望于核能、太陽能和風能等替代能源。然而，實際上，核能利用同樣需要石油，雖然產生同樣數量的功率，核能利用使用的石油量小；核能利用伴隨著巨大危險，而且處理核廢棄物也是尚未解決的難題；核能利用需要建設核反應堆（站），要保證燃料的供給和運輸，比煤能利用需要使用更多的能源，并且處理放射性物質也需要大量能源。如果想讓核能利用更加安全，就需要使用比使用煤能多幾倍的能源，而且其能源大部分要依靠石油。與石油能源相比，太陽能和風能利用的瓶頸是能源密度低、效率差，無法保證穩定供能。所以人們都認為它不可能成為主要能源。而且太陽能和風力能利用所需要的設備非常龐大，在制造這些設備時同樣需要耗費大量能源。 

3 能源動力系統發展的戰略選擇

在能源壓力下，我國必須把低能耗與新能源汽車和氫能及燃料電池技術列入優先主題和前沿技術。

（1）節能汽車。

優化現有以石油和內燃機為基礎的車用能源動力系統，發展節能汽車，重點發展直噴式內燃機及其混合動力系統。

（2）混合動力汽車。

混合動力汽車是介于內燃機汽車和電動汽車之間的一種形式，能夠兼顧降低燃油消耗和減少排放污染。混合動力技術為汽車動力系統的轉型奠定了基礎平臺，是聯結現有汽車節能環保技術與新能源汽車技術之間的橋梁。

（3）電動車。

除了短期內可見利潤的先進柴油車和混合動力汽車之外，電動車的發展前途也為多數業內人士所看好。電動車包括燃料電池汽車和純電動車兩種。

（4）汽車清潔代用燃料技術。

因此如何在后石油時代，針對我國自然條件和能源資源特色，逐步改變汽車能源結構，發展汽車清潔代用燃料，在發動機上實現高效、低污染的燃燒，控制汽車發動機有害排放對我國城市大氣質量帶來的日趨嚴重的影響，已成為我國能源與環境研究中的一個十分重大和緊迫的研究課題。本文介紹了國內外各種汽車清潔代用燃料及其技術發展趨勢。

①液化石油氣和天然氣。

天然氣（NG）和液化石油氣（LPG）由于具有低的污染物排放被認為是內燃機的較理想代用燃料，已經被成功地應用于汽油機。

作為車用燃料LPG的主要成份是丙烷、丁烷和少量烯烴和戊烷。LPG辛烷值較高，燃料費比酒精、汽油、柴油等便宜，CO、NOx等有害排放量低于汽油機排放，基本上消除黑煙和顆粒物(PM)，發動機工作噪音低。天然氣的主要成份是甲烷(一般為83%～99%)及少量其他烴類和CO2等。天然氣具有較高的辛烷值，抗爆性能好，與汽油相比，燃燒更完全。天然氣汽車因為其良好的排放特性及豐富的儲量而成為各種代用燃料汽車的首選。

②氫氣。

氫氣(H2)作為汽車燃料，氫氣辛烷值高，發動機熱效率高，發動機可在空氣過量系數(λ)較大的范圍內穩定燃燒，點火能量低，不到汽油最低點火能量的1/10，且氫燃料的火焰傳播速度快，低溫下易起動，其燃燒生成物主要是水和NOx，不產生HC、CO和碳煙排放。 但在發動機上使用還有回火、早燃、燃燒控制等問題尚待解決。

氫的主要缺點是儲運性能很差，氫的沸點為-253℃，以液態方式儲存時成本高，不適宜長期儲存。氫的制取原料有天然氣、煤、水。從水制取氫有電解法、熱化學法、光解法及微生物法。至今這些制氫方法的成本及能耗都較高、難以進行大規模制氫用于車用燃料，因此氫氣必須在解決降低生產成本、儲存運輸等難題后，才能走向實用。

③醇類燃料。

醇類燃料甲醇和乙醇，具有辛烷值高、汽化潛熱大、熱值較低等特點。作為汽車燃料，醇類燃料自身含氧，在發動機燃燒中可提高氧燃比，CO和HC的排放較汽油和柴油的低，幾乎無碳煙排放；另外，由于汽化潛熱高，可降低進氣溫度，提高充氣效率，使最高燃燒溫度低，發動機的NOx排放較低。

④二甲醚。

二甲醚(Dimethyl ether)，簡稱DME，是一種含氧燃料，它無毒性，常溫常壓下為氣態，常溫時可在五個大氣壓下液化，具有與液化石油氣相似的物性。二甲醚無C-C鏈，其十六烷值大于55，具有優良的壓燃性，非常適合于壓燃式發動機，用作為柴油機的代用燃料。

⑤生物燃料。

地球變暖已引起世界各國的關注，人們正在開發來源廣泛的生物能源。生物燃料是指從農作物或動物的脂肪中提取的可再生燃料。目前，已研制成功并投入使用的植物油型燃料有菜籽油、棉籽油、棕櫚油、豆油、甲醇酯混合油等。生物柴油中的富氧可以加快燃燒速度，減少CO、HC和微粒排放。一般的酯化燃料十六烷值較高，燃料的性質與輕柴油接近，但發動機噴油系統金屬會受到甲酯的腐蝕。生物燃料是一種可再生能源，特別在環境效益上，生物質生產過程中會吸收大氣中的CO2，有助于減輕地球室溫效應。

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