关于新能源汽车的发展前景与能效分析

摘 要：近年来，随着我国科技发展速度与环保意识的不断提高，新能源汽车成为了目前汽车行业的一个重要发展趋势，且已逐渐取以石油作为动力能源的传统汽车。传统石油汽车废气排放污染严重，以成为全球人类面临的一大危机，而新能源汽车正是为了有效解决这一问题而大力开发与应用的。本文主要以新能源汽车分类和特点作为出发点，深入分析新能源汽车的发展趋势、前景与能效，旨在促进我国汽车行业在新能源开发与应用方面能稳定发展。

关键词：新能源汽车;电动汽车;氢燃料;天然气;发展前景;能效

0 前言

目前，全球的石油能源都处于比较紧缺的阶段，因此全世界都在提成节能环保。在如此环境下，新能源汽车的研究项目被列入了“十五”时期的“863重大科技研究课题”中，并且还规划了科学的战略目标，其目标主要以汽车为出发点，继而不断向氢动力车前进[1]。汽车产业要想跟上时代的发展脚步，就必须要转型升级，而新能源汽车就是一个重要的方向。中国属于汽车大国，但若想要与世界汽车强国匹敌，就要不断提升企业研发和技术水平[2]。我国自09年起，新能源汽车市场就已迈入了产品导入阶段，目前在我国的中心城市中，新能源汽车已表现出良好地发展状态，且发展规模越来越大，几乎每个汽车企业都希望在新能源汽车市场上占据一份较大的市场份额。因此加强对新能源汽车的发展前景、现状以及能效进行分析具有十分重要的意义。

1 新能源汽车的分类与特点

新能源汽车主要指采用非常规的石油燃料作为汽车动力来源，或使用常规车用燃料但应用新型车载动力装置，并综合车辆的动力控制及先进的驱动技术而形成的具有先进原理新技术和新结构的汽车[3]。此类汽车与传统石油燃料汽车不同，其可分为混合动力、氢动力、乙醇动力、纯电动及燃料电池等多种类别，这些类型的汽车均具有各自不用的特点，且都适用于交通运输事业中。但从绿色环保与低碳设计角度分析，氢动力更有可能是新能源汽车未来的发展趋势。氢燃料汽车是完全采用可再生资源或不可再生资源作为驱动技术，具有噪声低、排放低、使用效率高等特点，可实现真正意义上的绿色低碳生产[4]。

2 新能源汽车发展现状和趋势

我国早在2010年时就成为了第一汽车大国，然而随着汽车数量的不断增加，能源消耗与空气污染问题也随之而来了，甚至呈现出日益严重的局面，因此开发更清洁高效的新能源变得十分紧迫。近几年，我国政府为了支持新能源汽车的开发与应用，不断出台诸多扶持政策，这对于促进我国新能源汽车行业的发起到了重要的推动作用。也正因如此，我国在2015年时就已迈进了全球第一大新能源电动汽车市场的大门，同时政府还在大力发展新能源汽车建设原则中明确指出，在下一个5年，要完成全国的电动汽车保有量必将超过现在的十倍或以上，中央和地方政府的补贴规模也会随之增大[5]。

随着氢燃料电池技术研发技术的不断提升，一些国家开始建设了诸多氢燃料电池汽车及加氢站等基础设施，相比于传统电动汽车，氢燃料电动汽车的优越性更明显，其在环境污染指数方面基本为零，明显较传统电动汽车提升了几个度，并且续航能力变得更强，充电速度也加快不少。鉴于以上氢燃料汽车的优势，目前各国均掀起了开展推进氢燃料汽车的热潮，例如，日本作为推动引起氢燃料电池技术的前锋，目前已经大力发展了诸多氢燃料汽车。不仅如此，我国在氢燃料推动方面也极其重视，在北京、上海等部分一线城市开始陆续建设了氢燃料补给站，未来的发展方向自然也就是增大对氢燃料汽车的投资力度，同时继续完善制氢、加氢等配套设施，促使氢燃料汽车实现真正上路行驶。

3 新能源汽车的发展前景分析

3.1 新能源汽车稳定动力来源的发展前景

汽车需要足够的能源补充才能正常运行，如电动汽车需要电源进行补充，而氢燃料汽车需要氢能源补充。但这两种类型汽车不论是发电还是制氢都可以通过不可再生资源如煤、石油等获得，同时也可以通过可再生资源获得，如风能、太阳能、水能等。就目前我国科技水平的发展形势而言，天然气的应用更具高效、低排放的优势，这也使得天然气成为当前新能源汽车驱动力的主要原料。现阶段中，天然气产业受我国经济发展的影响已经进入了飞速发展的阶段，市场规模也逐渐庞大起来，现已位居于世界第三大天然气消费国[6]。伴随著天然气消费量的上升，新能源汽车将会获得大力推广，因此将天然气作为新能源汽车的主要供应源不失为一个好的方式。

3.2 天然气制氢用于氢燃料电池汽车发展前景

稳定的氢源是推动氢燃料汽车不断发展的首要条件，解决该问题最理想的方法就是充分利用可再生能源进行制氢，比如太阳能制氢、生物方法制氢等，通过这种制氢法可显著降低制氢是对环境造成的污染程度。然而从当前我国科技发展力来看，这些方法虽能成功用于实验阶段，但与工业化量产阶段还有较大的一段距离。目前，化石能源还是制氢的主要措施，即不可再生资源，煤炭和石油制氢成本较高，且在制作过程中还会产生较多的废气，进而严重污染大气环境。但分布式中小规模的天然气制氢技术还是比较灵活实用的，且该项技术的运动搭建现在也比较成熟了，造价成本也比大型的天然气制氢成本要低，可以较好地顺应市场需求而灵活调配。随着西气东输及川气东送等项目的建设和落实，四通八达的天然气网络也逐渐完善起来，我们可以充分利用现有的天然气管道网络在加氢站附近开展制氢工作，如此还可以节约一大部分的运输和储存成本。

3.3 天然气发电应用在电动汽车中发展前景

目前，煤炭发电仍然是我国发电产业的主要原料，天然气发电只是占了相对较小的一部分。相比其他国家的水平，我国的天然气发电比例还是很低的。用煤炭发电会无法避免的产生大量污染物，还会产生许多煤渣，使得相关企业处理困难而降低企业盈利。虽然天然气发电的成本比煤炭要高许多，大概在后者的两倍以上，但天然气发电的优势却较明显，例如发电效率高，降低二氧化氮、二氧化硫、烟尘等排放量。正因如此，我国近几年来在鼓励采用天然气发展方面连续出台了多条有利政策，如2012年时发布《天然气利用政策》，文中明确指出天然气发电项目归属允许类，不再局限于以往的限制类。2015年印发了《关于规范天然气发电网上电价管理有关问题的通知》，通知中将天然气发电的电价调整高于煤炭发电电价，并积极鼓励地方政府要适当给予天然气发电相应的财政补贴、气价优惠等福利，以此鼓动天然气发电产业不断发展。除此之外，新能源汽车发展后，未来电动汽车、电动公交车及电动出租车也会得到普及，到时的用电量也将变得极其庞大。所以为了更好地促进新能源汽车长久发展，需要从做好发电工作做起，提高发电量的同时，有效减少环境污染问题。

4 天然气发电和制氢用于新能源汽车的能效

4.1 天然气发电应用于电动汽车的能效

天然气发电用于电动汽车中的能效其实就是把天然发电效率、电池充放电效率、电网输配电效率以及电动汽车电动机效率综合在一起，最终得出的结果就是天然气发电在电动汽车中的能效。

4.1.1 天然气发电效率

天然气发电是目前发电产业发电效率最高的方式，主要是指采用燃气和蒸汽联合循环发电。天然气发电与传统蒸汽发电模式不同，其联合循环发电的发电效率更高、发电成本较低、经济效益更好。燃起和蒸汽联合循环发电实际上就是利用燃气轮机做工后产生的高温气体，然后将气体排放到余热锅炉中让其产生蒸汽，最后再将蒸汽运输到蒸汽轮机中加工即可，其循环类型可分为燃气循环、蒸汽循环。另外，在这过程中还可以利用蒸汽循环后的低压与低温蒸汽对外进行供热操作。

4.1.2 电池充放电效率

经相关实验研究发现，锂离子电池的充电效率通常可达100%，但在放电时却容易受到电池放电状态及电池功率、温度等影响而产生较大波动，难以保持长久的稳定[7]。通常情况下，当电池组放电深度低于80%时，电池的放电效率是可以达到接近90%的，因此在计算天然气发电用于电动汽车的能效时，可将电池的充放电效率当成90%来进行计算。

4.1.3 电网输配电效率

电力在运输过程中是无法做到100%运输电力的，即便是世界最先进的科学技术也难以保障。因此，电网在实施电力输配时会产生一定的消耗量，其消耗率大约在6.5%-7.5%左右。

4.1.4 电动机效率

电动机效率也是会产生消耗的发电形式，同样无法达到100%。电动机发电效率低主要受转速与转矩两项因素影响。据相关实验计算，电动汽车电动机效率ηem>80%区域占据整个测试区域约77%，因此电动机效率的ηem可以按80%来计算。

4.2 天然气制氢用于氢燃料电池汽车的能效

采用天然气制氢应用于氢燃料电池汽车中的能效主要包含氢气输配效率、氢燃料电池效率、天然气制氢效率及电动机效率等四种类型，电动机效率采用与电动汽车相同的电动机时，其氢燃料电池汽车的电动机效率和电动汽车效率相同，ηem均取80%。

4.2.1 氢气输配效率

氢气处于高压强下时可以较好地储存在压力容器中，且可以使用车辆进行运输。储存氢气的高压容器通常是采用铝合金作为内胆，外面则使用高强度碳纤维进行缠绕，再经过树脂浸泡和固化处理，以此确容器保密封性良好。氢气运输的距离一般不会太远，制氢厂与加氢站的距离也不会很远，因此不会有长途运输，氢气的储存时间也相对较短，可在当天就消耗掉，所以氢气在运输储存环节时消耗率基本为零。

4.2.2 氢燃料电池效率

一般情况下，氢燃料所生成能量的效率不会很高，在最佳状态下的效率顶多也只能到80%。氢气在实际做工过程中，常会受到膜电极、催化剂含量、杂志浓度、工作温度与湿度等因素影响，故而其实际做工功率明显低于理想的效率，大约只在45%-60%左右。

4.2.3 天然气制氢效率

目前，我国广泛使用的天然气制氢方法主要为天然气蒸汽联合制氢法。此法制作过程主要通过甲烷和水相互反应而产生一氧化氮与氢气，然后再应用一氧化碳和水相互反应生成氢气模式，此时再获取氢气即可。该方法在理论上获得的甲烷转化率最高，可达85%左右。

5 结束语

综上所述，新能源汽车目前正处于开发和投入生产阶段，其产量正随着市场需求的增多而不断增加。由此也可以看出，不论是在环保还是消费者需求等方面，新能源汽车产业都是一项朝阳产业，必将是未来汽车行业的重要发展趋势。因此国家除了落实新能源汽车扶持政策外，还需要重视新能源汽车动力源技术方面的研究。天然气作为一种高效、清洁的能源，能以其特有的高效性而被普遍应用新能源汽车中，并且随着天然气的不断推广应用和城市管网的逐渐完善健全，利用天然气发电、制氢及用于氢燃料电池汽车都表现出强大的发展空间。

参考文献：

[1]赵帅庆.中国新能源汽车未来发展趋势分析[J].湖北农机化，2019（15）：13.

[2]徐洪流.新能源汽車的发展前景和能效分析[J].科技视界，2018（36）：187-188.

[3]丁家宝.汽车新能源的应用与发展前景[J].南方农机，2017，48（23）：218+220.

[4]张泓.新能源汽车发展现状分析与趋势[J].内燃机与配件，2018（04）：213-214.

[5]张慧菊.新能源汽车使用现状及发展趋势[J].中国新技术新产品，2018（14）：128-129.

[6]刁锦贵.新能源汽车的发展趋势分析[J].南方农机，2016，47（12）：92+114.

[7]赵先勤，陈锦芳，林梓荣.新能源汽车的发展前景和能效分析[J].煤气与热力，2016，36（05）：13-18.

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