再见太难汽车新能源的发展趋势---氢动力 第2章 汽车新能源及代用能源简介
随着汽车保有量的增长和世界石油资源的日益减少，各国都在千方百计降低汽车的燃料消耗和致力于代用燃料和新能源的开发研究工作，以减轻对石油资源的过分依赖。另一方面，汽车用的汽油、柴油造成的环境污染，也是人们使用其他清洁能源替代石油产品的重要原因。当前汽车尾气中污染物已成为当前城市空气污染的主要污染源之一。因此减少汽车尾气污染物排放量已成为保护环境的迫切需要，使用清洁待用燃料是减少汽车排放污染的有效途径。因此，发展清洁代用燃料刻不容缓。以下是对主要汽车代用燃料和新能源的简述：
2. 1 电动汽车
电能是二次能源，它可以来源于如风、水能、核能、热能、太阳能、等多种方式。因此电动汽车是非常有发展前景的代用能源汽车。电动汽车是全部或部分由电能驱动电机作为动力系统的汽车，包括纯电动汽车、混合动力汽车和燃料电池汽车三种类型。
2. 1.1 纯电动汽车
纯电动汽车由电力驱动及控制系统、去动力传动系统等组成。电力驱动及控制系统是电动汽车的核心，也是区别于内燃机汽车的最大不同点。电力驱动及控制系统由驱动电动机、电源和电动机的调速控制装臵等组成。电动汽车的其他装臵基本与内燃机汽车相同。
而蓄电池是电动汽车发展的关键因素，目前电动汽车上应用最广泛的电源铅酸电池，但由于比能量较低，充电速度较慢，寿命较短，逐渐被其他蓄电池所取代。如纳硫电池、镍铬电池、锂电池、燃料电池等等。
电动汽车的特点：
1）无污染、噪声低。电动汽车无内燃机汽车工作时产生的废气，不产生排气污染，十分有利于环境保护和空气的洁净。同时电动机的噪声也比内燃机小。 2）能源效率高、多样化。电动汽车的能源效率已超过汽油机汽车，特别是在城市运行，汽车走走停停，行驶速度不高，电动汽车更加适宜。电动汽车停止
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时不消耗电量。在制动过程中，电动机可自动转化为发电机，实现制动减速时能量的再利用。另一方面，电动汽车的应用可有效地减少对石油资源的依赖，可将有限的石油用于更重要的方面。除此之外，如果夜间向蓄电池充电，还可以避开用电高峰，有利于电网均衡负荷，减少费用。
3）结构简单，使用维修方便。电动汽车较内燃机汽车结构简单，运转、传动部件少，维修保养工作量小，当采用交流感应电动机时，电机无须保养维护，更重要的是电动汽车易操作。 4）动力电源使用成本高，续驶里程短。
2.1.2 混合动力汽车
混合动力汽车（Hybrid-Electric Vehicle, HEV）是弥补纯电动汽车的不足二诞生的，它将电池和汽油内燃机共用，既克服电池车续驶里程短的缺点，又减少排放污染。
图2.1.2 保时捷油电混合动力汽车
混合动力汽车由小排量燃油发动机、发电机、电池组、驱动电机、控制器和电气设备等组成。
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按照能量合成的形式主要分为串联式、并联式和混联式三种。
混合动力汽车的工作特点是：电脑根据实际情况选择最佳油-电工作模式工作。在市区慢速行驶时，靠电动机提供动力，停车等待时甚至连电动机也停止工作，不消耗动力，而电动机启动快、扭矩大的有点正适合城市走走停停的使用特点。只有在蓄电池快耗尽时发动机才会工作，但此时发动机只为蓄电池充电，燃油消耗特别少。在高速公路巡航行驶时，系统
会关闭电动机，只选择发动机工作。此时发动机处于连续工作状态，燃油经济性最佳，加上混合动力选用的发动机是小排量，所以比一般更省油。加速时电动机与发动机联合工作，加速性能相当出色。当踩下刹车做减速时，系统会把多余的动能转化为电能储存到蓄电池中。
发动机持续工作时间长，动力性好，而电动机无污染、低噪声，二者可取长补短，汽车的热效率可提高10%以上，废气排放可改善30%以上。
2.1.3 燃料电池
燃料电池是一种将储存在燃料和氧化剂中的化学能通过电极反应直接转化为电能的高效率发电装臵。燃料可以是氢气、甲醇、石油气、甲烷及其他能分解出氢的烃类化合物。目前大多是燃料电池汽车使用压缩氢气或液化氢气作为燃料。
图2.1.3 氢燃料电池汽车的结构布局
燃料电池以其特有的燃料效率高、质量能量大、功率大、供电时间长、可靠性高、噪声低及不产生有害排放物NO2等优点正在引起世界各国的注意。
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与内燃机汽车相比， 燃料电池汽车有害气体的排放量减少99%，CO2的生成量减少75%，电池能量转换效率约为内燃机效率的2-3倍。但燃料电池也存在着成本高、燃料在车上储存的安全问题以及转换效率不理想等诸多问题。
燃料电池从总体看仍处于试验眼界阶段，要完全解决技术上的难题并降低成本，还需要一定的时间，但其是工人的未来汽车的主要清洁动力源。
2. 2 天然气
天然气的主要成分是甲烷，因而氢含量达，硫、氮等杂质少，不含芳香烃，加上天然气的气态燃料，容易也空气混合，燃料燃烧完全，与其他化石燃料相比，车辆使用天然气燃烧时仅排放极微量的一氧化碳、碳氢化合物、氮氧化物，尾气排放污染物较低。是世界公认的“清洁燃料”。在目前世界能源消费构成中，天然气占大约21%。到2025年，这一比例将上升到近30%。但天然气做汽车能源也有动力性较低、储气瓶、汽车用户的初始投资较大等缺点。
天然气在一些国家的城市公共汽车及出租车上使用并大力推广，已有约330万两天然气汽车，而使用较多的是压缩天然气（CNG）汽车，全世界有CNG加气站7000个。今年来又发展了液化天然气（LNG），目前正在研究之中的是吸附天然气（ANG）汽车。天然其已成为解决汽车大气污染的主要清洁代用能源。
图2.2 天然气汽车结构
2.3 液化石油气
液化石油气（Liquenfied Petroleum Gas，简称LPG）常温常压下是一种无
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毒、无色、无味的气体。其主要成分是丙烷、丙烯、丁烷、丁烯以及少量不易液化的乙烯和少量不易液化的戊烷。液化石油气具有辛烷值高、氢含量大、硫、氮等杂质少、热值高、储运压力低等优点，在发动机内燃烧完全，排放污染低，是城市车辆比较理想的清洁燃料。但也存在着动力性比汽油汽车低等缺点。
世界各国始终积极推广液化气汽车，目前世界车用液化气消费量已达到500万吨以上，燃用液化气的汽车道道520万辆以上，加气站月28000多座，而且还在逐年增加。它与天然气已成为重要的汽车清洁能源了。
2. 4 生物质液体燃料
生物质是指光合作用而产生的各种有机体，包括所有动植物和微生物。生物质能量是太阳能以化学能形式储存在生物中的一种能量形式，一种以生物质为载体的能量。生物质能是仅次于煤炭、石油、天然气的第四大能源。这些以葡萄糖、淀粉等物质形式存在与植物内部的能量，经过生物技术的加工，就能够转变成乙醇、生物柴油、甲醇、二甲醚等燃料。生物质能是来源于太阳能的一种可再生能源，具有资源丰富、含碳量低的特点。
2.4.1 醇类燃料
醇类燃料目前主要有甲醇和乙醇。甲醇的来源广泛，可以从煤、天然气、木材和其他含碳物质甚至垃圾中制取。乙醇的原料主要是含糖、含淀粉的农作物，如甜菜、甘蔗、玉米、草杆等。甲醇和乙醇相比，都具有来源广泛、丰富、抗暴性好，与石油燃料的理化性能相近等优点。但同时春雷燃料吸水性强，化学活性高，容易发生早燃等缺点。醇类燃料汽车发展较早，到目前为止，在技术方面和成本方面已达到实用阶段。醇类燃料在汽车上的应用主要有掺烧、纯烧、和改质三种。主要是以液态掺烧（与汽油以一定比例混合）形式应用与点燃式发动机上。
车辆使用醇类燃料，其尾气中污染物一氧化碳、碳氢化合物、氮氧化物的排放量都比使用汽油低，虽然排气中的醇类不完全燃烧产物甲醛、乙醛、甲醇含量较高，但通过在排气管中采用适当的催化剂即可将排气中的甲醛、乙醛、甲醇含量大大降低。
而且通过纤维素生产的乙醇使用秸秆、草皮、和树皮，不会威胁人类的食物
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