能源压力影响下汽车动力系统发展的取向分析

摘 要：世界性能源危机已经显现，中国能源相对稀缺，而且中国能源尤其是石油能源的消费总量和对外依存度逐年上升。目前汽车耗油约占整个石油消费量的1/3，预计2020年中国汽车石油消费比例将上升到57%。汽车采用新能源动力系统和燃料电池迫在眉睫。

关键词：能源；汽车 动力系统；发展取向

中图分类号：TE0文献标识码：A文章编号：1672-3198（2008）01-0274-01

1 中国石油能源现状

（1）人均能源拥有量低、储备量低 我国能源相对稀缺，人均能源资源量远低于世界平均水平。

（2）我国石油消费总体呈上升趋势。

2005年，我国石油表观消费量为3.2亿吨。2006年全球石油消费只增长了0.7%，但中国石油消费量增长近6.7%，接近过去10年的平均增长率。07年上半年，中国经济的高速增长推动了石油产量和消费量的双双攀升，预计全年石油表观消费量将达到3.7亿吨。根据分析，到２０２０年我国石油消费量将达到５．２－５．５亿吨。

下图为1978年－2007年我国石油年度消费量。

（3）中国石油对外依存度不断攀升。

近１０年来，中国石油消费量年均增长率达到７％左右，而国内石油供应年增长率仅为１．７％。这种供求矛盾使中国自１９９３年成为石油净进口国之后，２００４年对外依存度迅速达到４２％。２００５－２０２０年期间，国内石油天然气产量远远不能满足需求，且供需缺口越来越大。主要表现在：受国内石油资源的限制，２０１０年中国石油进口量将达到２－２．４亿吨，２０２０年将增加到３．２－３．６亿吨，而成为世界第一大油品进口国。２０１０年后，中国石油对外依存度将超过６０％，到２０２０年石油对外依存度将达到７０％左右。 

2 汽车对石油的消耗与依赖分析

（1）汽车保有量的快速上升，导致我国对石油的需求大增。

截止2007年6月，中国机动车保有量为152,807,598辆。其中，汽车53,558,098辆，摩托车83,548,340辆，挂车800,345辆，上道路行驶的拖拉机14,880,466辆，其他机动车20,349辆。汽车耗油约占整个石油消费量的1/3，预计2020年中国汽车保有量将达1.5亿辆，石油消费比例将上升到57%。这些汽车将需要每天增加200万至300万桶石油供应。

（2）石油的替代能源状况不容乐观。

对于汽车工业来说，替代能源的前途的确不可乐观。一段时间，人们寄希望于核能、太阳能和风能等替代能源。然而，实际上，核能利用同样需要石油，虽然产生同样数量的功率，核能利用使用的石油量小；核能利用伴随着巨大危险，而且处理核废弃物也是尚未解决的难题；核能利用需要建设核反应堆（站），要保证燃料的供给和运输，比煤能利用需要使用更多的能源，并且处理放射性物质也需要大量能源。如果想让核能利用更加安全，就需要使用比使用煤能多几倍的能源，而且其能源大部分要依靠石油。与石油能源相比，太阳能和风能利用的瓶颈是能源密度低、效率差，无法保证稳定供能。所以人们都认为它不可能成为主要能源。而且太阳能和风力能利用所需要的设备非常庞大，在制造这些设备时同样需要耗费大量能源。 

3 能源动力系统发展的战略选择

在能源压力下，我国必须把低能耗与新能源汽车和氢能及燃料电池技术列入优先主题和前沿技术。

（1）节能汽车。

优化现有以石油和内燃机为基础的车用能源动力系统，发展节能汽车，重点发展直喷式内燃机及其混合动力系统。

（2）混合动力汽车。

混合动力汽车是介于内燃机汽车和电动汽车之间的一种形式，能够兼顾降低燃油消耗和减少排放污染。混合动力技术为汽车动力系统的转型奠定了基础平台，是联结现有汽车节能环保技术与新能源汽车技术之间的桥梁。

（3）电动车。

除了短期内可见利润的先进柴油车和混合动力汽车之外，电动车的发展前途也为多数业内人士所看好。电动车包括燃料电池汽车和纯电动车两种。

（4）汽车清洁代用燃料技术。

因此如何在后石油时代，针对我国自然条件和能源资源特色，逐步改变汽车能源结构，发展汽车清洁代用燃料，在发动机上实现高效、低污染的燃烧，控制汽车发动机有害排放对我国城市大气质量带来的日趋严重的影响，已成为我国能源与环境研究中的一个十分重大和紧迫的研究课题。本文介绍了国内外各种汽车清洁代用燃料及其技术发展趋势。

①液化石油气和天然气。

天然气（NG）和液化石油气（LPG）由于具有低的污染物排放被认为是内燃机的较理想代用燃料，已经被成功地应用于汽油机。

作为车用燃料LPG的主要成份是丙烷、丁烷和少量烯烃和戊烷。LPG辛烷值较高，燃料费比酒精、汽油、柴油等便宜，CO、NOx等有害排放量低于汽油机排放，基本上消除黑烟和颗粒物(PM)，发动机工作噪音低。天然气的主要成份是甲烷(一般为83%～99%)及少量其他烃类和CO2等。天然气具有较高的辛烷值，抗爆性能好，与汽油相比，燃烧更完全。天然气汽车因为其良好的排放特性及丰富的储量而成为各种代用燃料汽车的首选。

②氢气。

氢气(H2)作为汽车燃料，氢气辛烷值高，发动机热效率高，发动机可在空气过量系数(λ)较大的范围内稳定燃烧，点火能量低，不到汽油最低点火能量的1/10，且氢燃料的火焰传播速度快，低温下易起动，其燃烧生成物主要是水和NOx，不产生HC、CO和碳烟排放。 但在发动机上使用还有回火、早燃、燃烧控制等问题尚待解决。

氢的主要缺点是储运性能很差，氢的沸点为-253℃，以液态方式储存时成本高，不适宜长期储存。氢的制取原料有天然气、煤、水。从水制取氢有电解法、热化学法、光解法及微生物法。至今这些制氢方法的成本及能耗都较高、难以进行大规模制氢用于车用燃料，因此氢气必须在解决降低生产成本、储存运输等难题后，才能走向实用。

③醇类燃料。

醇类燃料甲醇和乙醇，具有辛烷值高、汽化潜热大、热值较低等特点。作为汽车燃料，醇类燃料自身含氧，在发动机燃烧中可提高氧燃比，CO和HC的排放较汽油和柴油的低，几乎无碳烟排放；另外，由于汽化潜热高，可降低进气温度，提高充气效率，使最高燃烧温度低，发动机的NOx排放较低。

④二甲醚。

二甲醚(Dimethyl ether)，简称DME，是一种含氧燃料，它无毒性，常温常压下为气态，常温时可在五个大气压下液化，具有与液化石油气相似的物性。二甲醚无C-C链，其十六烷值大于55，具有优良的压燃性，非常适合于压燃式发动机，用作为柴油机的代用燃料。

⑤生物燃料。

地球变暖已引起世界各国的关注，人们正在开发来源广泛的生物能源。生物燃料是指从农作物或动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、棕榈油、豆油、甲醇酯混合油等。生物柴油中的富氧可以加快燃烧速度，减少CO、HC和微粒排放。一般的酯化燃料十六烷值较高，燃料的性质与轻柴油接近，但发动机喷油系统金属会受到甲酯的腐蚀。生物燃料是一种可再生能源，特别在环境效益上，生物质生产过程中会吸收大气中的CO2，有助于减轻地球室温效应。

注：本文中所涉及到的图表、注解、公式等内容请以PDF格式阅读原文。

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