（环境工程专业论文）替代燃料汽车的综合评价研究.pdf

中文摘要 摘要：随着人类社会经济的发展和城市机动车保有量的不断增加。汽车尾气排放 对城市空气造成巨大的污染。为保护环境，实现能源、经济和环境的协调发展， 需大力发展替代燃料汽车。 替代燃料汽车的发展是一个新问题，目前我国各地对发展替代燃料汽车的热 情很高，但存在一定的盲目性。传统能源项目的评价方法主要是项目的技术经济 评价，对环境和能源问题很少考虑。如果简单地根据己有的经验和资料来决定发 展何种替代燃料汽车，或者对替代燃料汽车方案的评价仅仅停留在孤立的、局部 的方法上，那么得出的结论具有极大的片面性。 层次分析法和灰色关联评价法是目前综合评价的主要常见方法。在对国内外 替代燃料汽车的评价和发展进行研究的前提下，本文选择层次分析法和灰色关联 分析法的集成方法作为替代燃料汽车方案的评价与发展的分析工具。 本文首先运用层次分析法构建出对替代燃料汽车进行环境、经济、技术、能 源评价的理论模型，然后，在充分研究了国内外已有的替代燃料汽车的基础上， 运用所构建的模型，采用灰色关联方法具体考察从环境、经济、技术、能源角度 对替代燃料汽车方案的评价问题研究。 最后，将此模型用于北京市结合本地具体情况发展替代燃料汽车的实际问题， 并提出了北京市替代燃料汽车的发展对策。 关键词：替代燃料汽车；环境、经济、技术和能源；层次分析法；灰色关联分析 法： 分类号： a b s t r a c t ：w i t ht h ed e v e l o p m e n to fs o c i a le c o n o m ya n dt h ec a r sc i t y , al a r g e a m o u n to fe m i s s i o n sp r o d u c e db yg a s o l i n ec a r sh a sh e a v i l yp o l l u t e dt h ea t m o s p h e r e i t i si m p o r t a n ta n ds t r a t e g i ct od e v e l o pa l t e r n a t i v ef u e lv e h i c l e sf o rt h eh a n n o m o u s d e v e l o p m e n to f e n e r g y , e c o n o m ya n d e n v i r o n m e n t t h ed e v e l o p m e n to fa l t e r n a t i v ef u e lv e h i c l e si 8an e wi s s u e a l t h o u g ht h e g o v e r n m e n th a sg r e a tp a s s i o no ni t , t h ed e v e l o p m e n ti si nn oo r d e r t e c h n i c a le c o n o m i c a s s e s s m e n tm e t h o di st r a d i t i o n a lm e t h o du s e df o ra s s e s s m e n to ne n e r g yp r o j e c t ，b u ti t h a sl i t t l ec o n s i d e r a t i o no ne n v i r o n m e n ta n de n e r g y i fw ec h o o s et h es u b s t i t u t es c e n a r i o 0 1 1e x p e r i e n c eo rt h ed a t a ，o ri s o l a t e da n dp a r t i a l l yl o o ko nt h ea s s e s s m e n to fa l t e r n a t i v e f u e lv e h i c l e s ，t h ec o n c l u s i o nm a yb eu n i l a t e r a l a 肿a n dg r a pt h e o r ya t h ep r i m a r yt h e o r yo ft h es y s t e ma s s e s s m e n t a f t e r t h es t u d y0 na l t e r n a t i v ef u e lv e h i c l e s ，t h ep a p e rn s e f lt h ea h pa n dg r a pi nt h e a s s e s s m e n ta n dd e v e l o p m e n to ni t t h ep a p e rc o n s t r u c t sat h e o r ym o d e l w h i c hi su s e df o ra s s e s s m e mo ne n v i r o m n e n t , e c o n o m y , t e c h n o l o g y , a n de n e r g y a f t e rt h es t u d yo nt h es y s t e mo fa l t e r n a t i v ef u e l v e h i c l e sa l lo v e rt h ew o r l d ，t h ep a p e r a n a l y s e sa n de s t i m a t e st h ea l t e r n a t i v ef u e lv e h i c l e s o ne n v i r o n m e n t , e c o n o m y , t e c h n o l o g y , a n de n e r g y n i ep a p e ru s e st h em o d e lt os t u d yt h ed e v e l o p m e n to f t h ea l t e r n a t i v ef u e lv e h i c l e s i nb e i j i n gu s i n gi t sa b u n d a n tc o n d i t i o na n db r i n g sf o r w a r dt h ec o u n t e r m e a s u r e k e y w o r d s ：a l t e r n a t i v ef u e lv e h i c l e s ：e n v i r o n m e n t ，e c o n o m y ，t e c h n o l o g y ，a n d e n e r g y ；a m ：g r a p c l a s s n 0 ： 致谢 本文是在导师申金升教授的悉心指导和热情关怀下完成的。导师渊博的知识 和博大的胸怀，令作者敬佩不已；导师的每一次指导与交谈，都使作者受益匪浅。 回顾三年来的研究生学习生活，导师给了我莫大的帮助，无论是治学态度，还是 科研方法，我都从导师那里获得了很多教益，这为我今后走上工作岗位，从事科 学研究奠定了很好的基础。在此，首先对申老师表示衷心的感谢和深深的敬意! 北京交通大学系统工程研究所卫振林老师，对本文的写作给予了极大的帮助 与指导，并提出了许多宝贵的意见和建议；论文的写作还得到了各位师兄、师姐 的深切关怀与帮助。在此向所有人的鼓励与帮助表示深深的感谢l 在这里我要感谢交通运输学院的领导和老师们l 尤其感谢系统工程研究所各 位老师对我的关心与照顾! 作者在攻读硕士学位期间，与同r j f ) i l i 兄弟、师姐妹及同窗们结下了深厚的友 谊，祝愿他们今后学业顺利，事业有成! 最后，感谢我的父母与朋友，谢谢他们在我求学期间给予我的无私关怀与帮 助l 1 引言 发展替代燃料汽车，可以充分利用多种形式的能源资源，较大幅度地提高能 源利用效率。对于调整我国的能源消费结构、保护环境、保障未来国家的能源安 全具有十分重要的作用。 替代燃料汽车的开发和推广应用，为从根本上改善城市大气环境质量提供了 一条有效的途径，并形成多元化的汽车能源结构，有利于能源的可持续发展，而 且也代表了未来汽车工业的发展方向。 虽然替代燃料汽车经过十余年的发展已经初具规模，随之产生的问题是发展 替代燃料汽车需要高投入，并且效益周期慢，现在我国替代燃料汽车的发展在一 定程度上存在追求小而全、盲目发展的问题，为此，急需建立替代燃料汽车发展 的综合评价体系，为区域选择替代燃料汽车发展模式提供决策依据。 本文将把技术、能源、环境、经济等方面作为考虑因素，建立发展替代燃料 汽车的综合评价体系，综合评价区域替代燃料汽车的发展，并通过发展替代燃料 汽车综合评价体系的建立，为区域发展替代燃料汽车提供决策依据，指导区域替 代燃料汽车的发展。 ， 韭塞銮煎太堂亟堂缱i 金塞 绻盈 2 绪论 2 1 论文背景 2 1 1 车用能源短缺 随着汽车工业的迅猛发展，汽车燃料能源需求量急剧增加。我国汽车用油量 约占石油总用量的3 5 - - 4 0 ，且今后仍处于上升趋势。石油作为最基本的汽车能 源之一，其供求矛盾也随之日益加剧，在世界范围内也将面l 临枯竭的威胁。据美 国能源部1 9 9 6 年资料，世界已探明的矿物燃料资源可用年限如表2 - l 。 表2 1 世界和中国已探明的矿物燃料资源可用年限( 单位：年) t a b l e 2 - 1t h ef i x e dn u m b e ro f y e a ra b o u tf o u n df u e li nc h i n aa n dw o r l d 分类 石油 天然气煤 世界 3 91 6 02 2 1 中国 1 96 28 5 2 0 0 4 年，中国石油消费量达到2 9 2 亿吨，进口原油1 2 3 亿吨，对外依存度已 达4 2 1 。其中，车用燃油消耗已经达到了中国石油消费量的l ，3 左右。中国已成 为仅次于美国的世界第二大石油消费国。国务院发展研究中心产业部预测，2 0 1 0 和2 0 2 0 年全国机动车燃油需求分别为1 3 8 亿吨和2 5 6 亿吨，为当年全国石油总 需求的4 3 和5 7 。石油作为一种战略资源，进口风险巨大，减少对进口石油的 依赖，增强能源保障，实现能源多元化，已成为中国能源发展的重大战略决策问 题和当务之急。 2 1 2 汽车带来的污染 随着经济的增长和人民生活水平的提高，我国汽车保有量飞速增长，机动车 尾气排放已成为影响城市大气质量最主要的污染源，严重制约城市的长期持续发 展【”。 当前，全球大气污染问题日益严重。据统计，在诸多导致大气污染的因素中， 汽车尾气排放所造成的污染占大气污染的6 0 - 7 0 。8 0 年代以来，我国汽车保有 量逐年上升。至2 0 0 4 年底我国汽车保有量为2 7 4 2 万辆，到2 0 0 5 年底，我国汽车 保有量已超过3 0 0 0 万辆，预计到2 0 1 0 年将超过5 0 0 0 万辆，2 0 2 0 年将突破l 亿辆。 汽车尾气造成的大气污染也日益严重，随着城市调整能源结构、使用优质煤炭和 2 工业污染源综合治理的深入开展，机动车尾气污染问题已突显，人口和交通高度 集中的大城市尤其突出。汽车尾气是大城市空气中最大的污染源，而全球汽车数 量仍在日益增加。因而，控制汽车排放，治理城市大气污染己成为我国大城市刻 不容缓的重要任务。 2 1 3 能源、环境、经济发展的矛盾 能源与经济增长互为动因，经济增长必然具有对能源发展的内在需求，能源 发展是经济增长的动力源泉，经济增长为能源发展创造条件。汽车带来了现代文 明，促进了经济增长。石油能源供应的短缺导致汽车燃料的供应不足，必然给经 济发展带来负面影响。 环境是人类赖以生存、繁衍和发展的空间依托和基本条件，也是社会经济发 展的资源基础。过去以环境为代价的能源发展方式难以持久，孤立的就环境讨论 环境，能源的发展必然受影响，社会经济也难以发展，环境保护也缺少物质基础。 但我国在工业化、城市化伊始并没有意识到环境问题，在今天经济迅速发展的同 时，环境已遭到严重的破坏，环境问题已越来越明显的制约着我国社会经济的发 展。保护环境是保护人类的家园，也是保障经济的发展和社会的进步。在市场经 济条件下，环境的使用不再无价。中国在向社会主义市场经济转轨过程中，伴随 着世界经济一体化进程，也越来越重视环境保护。 为此，国家在“十一五”规划中特别强调要加大对机动车生产使用的监管力度， 进一步鼓励和支持清洁汽车的生产和使用。支持鼓励包括混合动力、电动汽车、 绿色柴油和燃料电池，以及采用更低排放技术车辆的使用，以达到节能和环保的 目的。 2 2 论文研究的主要内容 论文将在论述替代燃料汽车的技术经济性分析基础上，对替代燃料汽车进行 比较分析，并对替代燃料汽车系统评价方法进行研究，构建适合替代燃料汽车评 价的评价体系，以北京市交通环境做实证分析，主要针对区域发展替代燃料汽车 做出分析与评价。 2 2 1 论文的主要研究内容 ( 1 ) 替代燃料汽车各项指标的比较分析； ( 2 ) 评价方法研究； ( 3 ) 评价体系的建立； ( 4 ) 北京市发展替代燃料汽车的分析与评价。 2 2 2 论文研究工作的尝试与创新 ( 1 ) 层次分析法与灰色综合评价原理的集成应用 以往对于替代燃料汽车评价的研究中多侧重于使用生命周期方法，单是该方 法需要大量的清晰数据。针对目前替代燃料汽车发展还处于初级阶段，相关的数 据还处于灰色阶段或很难获得，本文在这一问题上则采用了层次分析法与灰色综 合评价的集成方法，对替代燃料汽车的发展进行综合考虑，在此基础上替代燃料 汽车方案进行对比分析。 ( 2 ) 替代燃料汽车的综合评价体系的建立 论文研究的主要目的在于分析发展替代燃料汽车的各种方案，构建适用于评 价替代燃料汽车综合效益的评价方法体系。因此，论文在对各种替代燃料汽车进 行详细论述的基础上，对评价方法进行了筛选与组合，初步建立了替代燃料汽车 评价体系。 ( 3 ) 2 0 0 8 年北京市发展替代燃料汽车的方案综合评价 论文以北京市替代燃料汽车的发展为例，结合发展现状及2 0 0 8 年北京奥运会 专项规划，参考相关文献对2 0 0 8 年北京市替代燃料汽车的发展规模预测，并应用 研究得出的评价原理与方法对替代燃料汽车的方案选择进行了尝试性分析与评 价。 4 3 替代燃料汽车发展概述 3 1 替代燃料汽车定义及分类 3 1 1 替代燃料汽车的定义 传统概念中的汽车泛指以汽油或柴油作为燃料进行驱动的车辆。替代燃料汽 车( 舡v ，a l t e r n a t i v ef u e lv e h i c l e s ) 则因其使用汽油、柴油以外的其他替代燃料 作为车辆驱动力而得名。从广义上讲，替代燃料汽车是指除汽( 柴) 油燃料汽车 以外，使用其他形式燃料( 动力) 的车辆i 2 j 。 替代燃料是指传统发动机燃料( 如汽油和柴油) 的替代品。美国能源政策法规 将替代燃料定义为甲醇、非自然乙醇、其它酒精燃料或至少8 5 的这些燃料与汽 油或柴油的混合燃料、压缩天然气( c n g ) 、液化天然气( l n g ) 、液化石油气( l p g ) 、 氢气、煤炭衍生的液体燃料、电力、非石油基的除酒精以外的燃料。 替代燃料汽车即为改装后使用某种替代燃料的汽车或由原车生产商( o e m ) 生 产的使用某种替代燃料的汽车。对于大多数定义，这一术语不包括那些使用混合 或新配方汽油或柴油燃料的汽车。 替代燃料汽车按照所使用的燃料和驱动方式不同，可以划分为电动汽车、燃 气汽车、醇类汽车以及其它燃料汽车，基本情况如图3 1 所示。 电瓣一 罴，一 l 串联式 一一 = 一一 ： 其他太阳能p e 车等 3 1 2 替代燃料汽车的分类及特点 ( 1 ) 电动汽车 通常入们习惯把蓄电池或燃料电池作为部分动力或全部动力的汽车统称作电 动汽车。电动汽车一般又分为蓄电池电动汽车( 通常所说的纯电动汽车，e l e c t r i c v e i i i c l e ，e v ) 、混合动力汽车( h y b r i de l e c t r i cv e h i c l e ，h e v ) 、燃料电池汽车( f u e l c e l le l e c t r i cv e h i c l e ，f c e v ) 例。 蓄电池电动汽车 蓄电池电动汽车即使用可反复充电的蓄电池作能源，驱动电动机从而带动车 轮行进，是初级和常见的实用电动车。电池是电动汽车发展的首要关键，要想在 较大范围内应用电动汽车，要依靠先进的蓄电池。 与传统燃油汽车相比，e v 具有以下特点：没有尾气排放，车辆噪声低，是真 正的“零排放”汽车；能源效率高，节能性优越，通过有效利用夜间能源，可望实现 电能的均衡利用。 混合动力汽车 混合动力电动汽车又称复合动力汽车，是指车上装有两个以上动力源，包括 6 有电机驱动，符合汽车道路交通、安全法规的汽车。它将先进的燃油发动机、电 机、能量储存装置( 如蓄电池、超级电容等) 结合起来。这种混合动力装置既发挥了 发动机持续工作时间长，动力性好的优点，又可以发挥电动机无污染、低噪声的 好处。汽车的热效率可提高1 0 以上，废气排放可改善3 0 以上。混合动力源电 动车按照能量合成的形式主要分为串联式( s h e v ) 和并联式( p i - m v ) 两种。另外还有 混联式混合动力电动汽车。 与常规动力相比，h e v 具有以下特点：使用经济性和动力性大幅度改善。通 过优化选择确定原动机机型( 通常选用汽油或柴油机) ，在较大负荷范围内具有良好 的运行性能；避免或减少了发动机目前瞬态变工况下的不良运行；利用电机回收 汽车制动能量，回收率不低予7 0 ；采用高效的能量储存装置( 飞轮、电池或超级 电容储能器) ，向车辆提供瞬时能量，尽可能缩小发动机尺寸，提高效率，降低排 放。 燃料电池( 电动) 汽车 采用燃料电池做电源的电动汽车称为燃料电浊( 电动) 汽车，燃料电池汽车 的核心技术就是燃料电池。最通俗、最简单地表述燃料电池的工作原理是：对氢 气和氧气经过化学反应所产生的电能，通过外部电路来加以利用。化学反应的生 成物只有水。 f c e v 具有以下特点：燃料效率高，大约是汽油车的3 倍；排放极低，当采用 氢燃料时其排放量为零，是真正的无污染清洁汽车，燃料电池本身没有运动件和 运动副的摩擦损耗，在化学反应过程中没有噪声：在宽广的范围内保持高效率、 过载能力强，适合于各种类型的f c e v 动力性能和加速性能的要求；配置灵活、 机动性大，能够充分地利用车辆上的有效空间；能充分利用现有服务设施。 ( 2 ) 燃气汽车 多年的试验研究表明，综合环保、价格等方面的因素，天然气( n a t u r a lg a s ) 是 本世纪的酋选代用燃料，其次是液化石油气( l p g ) 。通常把以气体燃料作为能源部 分取代燃油的汽车称作双燃料汽车或两用燃料汽车；而把以气体燃料作为能源全 部取代燃油的汽车称作燃气汽车( 又称专用燃气汽车或单一燃料燃气汽车) 。习惯上 把这两类汽车统称为燃气汽车。 按汽车结构形式可以将燃气汽车划分为单一燃料燃气汽车、双燃料汽车或两 用燃料汽车。就汽车结构形式而言，晷前国内外大部分液化石油气、压缩天然气 ( c n g ) 燃料汽车都是双燃料使用，即可以通过开关操作从汽油燃料转换到气体燃料 或相反，柴油机多采用柴油引燃或柴油与气体燃料混燃。 单一燃料燃气汽车 压缩天然气汽车 7 天然气不仅蕴藏丰富，而且在世界各地分布广泛，在我国尤其如此。天然气 被世界公认为是最为现实和技术上比较成熟的车用汽油、柴油的代用燃料。 根据天然气的保存方法，天然气汽车大体分为三种类型，即液化天然气( l n o ) 汽车、压缩天然气( c n g ) 汽车、吸附天然气( a n g ) 汽车。其中压缩天然气汽车是目 前普及应用最广的一种类型。 压缩天然气汽车使用的燃料为压缩天然气，其工作压力一般在2 0 3 0 m p a 左 右，其燃料系统通常包括：天然气气瓶、减压调压器、各类阀门和管件、混合器( 或 者天然气喷射装置) 、各类电控装置等。c n g 气瓶是压缩天然气汽车的主要设备之 一，气瓶的设置和生产都由严格的标准控制。尽管一般认为由于天然气积碳少， 机油更换的次数可以少一些，甚至例行的维护也可以少作一些，但汽车、发动机 和改装系统的定期维护可以保障天然气汽车与汽油车和柴油车相比具有更好的性 能。 液化石油气汽车 液化石油气是由天然气处理厂和炼油厂生产的以丙烷、丁烷等低分子量碳氢 化合物为主的混合物，是天然气气田、油田的伴生气和油厂的副产品。天然气处 理厂生产的液化石油气是丙烷和丁烷为主的液态烃混合物，炼油厂由于采用催化 裂化技术，生产的液化石油气除含有丙烷、丁烷外，还含有丙烯、丁烯等不饱和 烃。 l p g 主要以液态储存和运输，其储存压力为2 - 3 m p a ，有较高的能量密度。在 汽车上燃用l p g ，可以将l p g 减压后，以气态直接供给发动机使用。l p g 汽车的 车辆性能与汽油汽车最为接近，综合运行成本与汽油汽车差不多。 双燃料汽车与混烧燃料汽车 双燃料汽车 双燃料汽车的特点是可以根据工况的不同，分开独立使用两种燃料之一。由 于汽油、柴油的特性有很大不同，人们只限于把汽油机改装或开发成双燃料机。 故双燃料汽车一般分成：c n g 汽油”汽车和l p g 汽油汽车。车型又包括生产中 已改装好的新车和使用过程中进行改装的车辆。此类汽车同单一燃料汽车相比， 其主要特点是发动机不作改造。目前，燃油汽车加装燃气的双燃料技术已较成熟， 改装的费用也为大多数用户所能接受。 混烧燃料汽车 混烧燃料汽车的特点是两种燃料同时进入发动机气缸工作，从而达到降低排 放的目的。目前，混烧燃料汽车只有“c n g 柴油 i a 车一种。 ( 3 ) 醇类汽车 汽车用醇类燃料主要指甲醇和乙醇两种。乙醇的制造成本较高应用较少。 s 甲醇是目前应用最广的内燃机代用燃料。高浓度的醇类是汽车发动机的极佳燃料。 与现在常用的汽车燃料相比，醇类燃料利用率高，污染小。不仅如此，液态的甲 醇、乙醇易于存贮和携带，臭氧形成也较少。醇类燃料的来源、生产途径非常多， 甲醇可以来自天然气或是煤炭，乙醇亦是如此。 酵类燃料汽车也存在一些缺点，如：甲醇的着火性能差，需采用特殊措施点 燃混合气；甲醇的毒性大，存在安全使用问题；甲醇的能量密度低，为一般燃油 的一半，使用同样容积的油箱，可行驶的里程将缩短一半；同时甲醇的生产是从 一种能源状态转换到另一状态，从整体能源利用角度看，能源利用率低；甲醇遇 水时对金属有腐蚀作用。另外醇类燃料与润滑油也较难混合，会对润滑系统造成 不良影响。 ( 4 ) 太阳能汽车 太阳能汽车( s o l a rc a r s ) 是真正意义上的无公害无能源消耗的环保汽车。在 车身表面装有大面积( 2 1 0 m 2 ) 的太阳能电池板，将接受的太阳能转变为电能， 进而驱动车辆行驶；为了随时根据日照量和温度条件控制太阳能电池工作在最佳 状态，设有最大功率点跟踪仪( m p p t , m a x i m u mp o w e rp o i n tt r a c k e r ) ；来自太阳能 电池的电能经过m p p t 和车速控制装置驱动电机，电机通过链传动或皮带带动车 轮转动。为弥补能量不足以及日照不足时的行驶动力，一般车上还同时带有蓄电 池。 目前太阳能汽车按功能分主要有四类，分别用于比赛和实用。太阳能电池的 类型可分为多晶硅和单晶硅，近年来单晶硅越来越成为主流。太阳能电池的光电 转换效率是关键问题，目前的转换效率在1 4 - 2 3 范围内。 3 2 国内外替代燃料汽车发展情况及问题的提出 3 2 1 国外情况 随着环境保护呼声的日益增高，世界各国对替代燃料汽车的研究日趋深入。 美国、日本、欧洲是当今世界3 个车用替代燃料开发、研究、使用的主体，而且 都制订了相应的法规政策，以确保车用替代燃料的推广使用【4 l 。 ( 1 ) 美国 美国国内石油和天然气资源丰富，出于优化能源消耗结构，减少对原油进口 依赖的目的，同时也为满足日益严格的美国联邦和各州控制污染的法规要求，美 国政府大力发展替代燃料汽车。 1 9 8 8 年美国汽车替代燃料法( a m f a p u b l i cl a w l 0 0 4 9 提出鼓励发展、推广和 9 使用甲醇、乙醇、天然气燃料，鼓励生产以甲醇、乙醇、天然气等替代燃料的汽 车。1 9 9 0 年的空气清洁法案，提出汽车燃料要作为降低汽车污染物排放的手段来 考虑。1 9 9 2 年实施的美国能源政策法，进一步提倡非石油燃料的使用，以降低石 油消耗，资助清洁燃料的发展。为了促进清洁燃料的发展，改善城市空气质量， 美国联邦政府通过c m a q 计划( ( c o n g e s t i o nm i t i g a t i o na n d a i rq u a l i t yi m p r o v e m e n t ) 助清洁燃料的发展。美国能源部、交通部、公共事物总署和国家环保局等政府机 构都参与了清洁燃料计划的制订和实施；各有关州政府也制订了州的清洁燃料发 展计划；工业界亦积极参与发展新的燃料和清洁燃料汽车。与此同时，一些政府 和非政府专门组织和机构相继成立，推动了美国汽车清洁燃料的蓬勃发展。 美国的能源政策法规( e p a c t ) 对美国替代燃料汽车的发展提出了要求，目 标是到2 0 1 0 年替代燃料汽车将达到3 0 。美国从1 9 9 2 年1 9 9 8 年天然气汽车发展 很快，c n g 汽车由1 3 1 9 1 辆发展到8 5 1 2 2 辆，2 0 0 3 年达到1 3 0 0 0 0 辆。美国加州 最大的垃圾车公司已经拥有3 0 0 辆天然气汽车。机场客货车也大量改用天然气汽 车。据悉，美国5 0 家最大的机场有7 0 已实施天然气汽车工程。 美国分别于上世纪的3 0 年代和7 0 年代开始研究开发液化石油气汽车和天然 气汽车，凭借其雄厚的科技实力在此方面取得了长足的进展。美国政府积极支持 和引导以天然气为燃料的汽车的发展，为这方面的科学研究提供种种方便，使科 研人员处于比较宽松的环境中，为代用燃料汽车的发展创造了良好的外部氛围； 美国的汽车公司也为此投入了极大的热情，并努力开拓代用燃料汽车市场，成为 世界代用燃料汽车发展的主要推动力量。通过政府、企业及科技人员的共同努力， 经过几十年的发展，形成了一套比较先进的l p g 汽车和c n g 汽车配套技术，制 定了一系列完整的l p g 汽车和c n g 汽车技术标准，以及较全面的代用燃料汽车 优惠政策体系。 ( 2 ) 日本 日本国土狭小，石油资源匮乏，几乎完全依赖进口，油价很贵。日本工业发 达，人口密度很大，城市污染严重。因此，日本政府特别重视替代燃料汽车的研 发【5 1 。 在1 9 9 1 年日本通商产业省制定日本电动汽车发展的十年规划中，要求到2 0 0 0 年在全日本推广2 0 万辆电动汽车，2 0 0 0 年当年电动汽车产量达到1 0 万辆。从1 9 9 6 年后可以看出这个计划己难以实现，但日本政府仍然大力支持电动汽车的研究及 试用。至2 0 0 2 年底，日本电动汽车的市场拥有量已超过1 0 万辆；。已经具备了初 步的产业化和市场化规模。 日本政府在2 0 0 1 年7 月公布的“低公害车开发普及行动计划”中提出要求，即 到2 0 1 0 年度，在用的低公害车要达到1 0 0 0 万辆；其中清洁能源车要占3 5 0 万辆。 1 0 日本替代燃料汽车发展规划如下表3 - 1 所示。 表3 - 1日本2 0 1 0 年替代燃料汽车发展规划 汽车类型数量( 辆) 电动汽车 1 1 0 0 0 0 混合动力与燃料电池汽车2 1 l 0 0 0 0 压缩天然气汽车l o o 0 0 0 0 液化石油气汽车 2 6 州) 0 0 总计3 4 8 0 0 0 0 日本政府于1 9 6 1 年开始对计程车推广使用液化石油气为燃料。日本政府对液 化石油气出租车所征收的税额只有汽油汽车的1 8 。除了大力促进液化石油气汽 车这种传统清洁燃料汽车发展外，日本政府还从9 0 年代开始加速了天然气汽车的 推广。 1 9 9 0 年，全日本共有天然气汽车2 l 辆，快速充气站4 座，到1 9 9 9 年已拥有 天然气汽车8 3 1 5 辆，快速充气站1 1 6 座。使用天然气的汽车种类包括：公交车3 6 4 辆、垃圾清运车2 6 3 辆、卡车2 4 6 1 辆，其它类型车5 2 2 7 辆。日本的天然气汽车 品种是所有清洁能源汽车中最多的，共9 0 多种，几乎所有的日本汽车厂都有产品。 日本投入使用的天然气汽车主要是作为在市中心行驶频率很高的出租汽车、公共 汽车及送货上门服务的车辆。 ( 3 ) 欧洲 欧洲对电动汽车的发展一直持积极的态度。欧洲各国电动汽车发展并不平衡。 欧洲从1 9 7 0 年起控制汽油车的污染排放，是环保技术较发达地区，在德国、荷兰、 英国、法国、瑞典等国大量使用各种替代燃料汽车 6 1 。 法国总理府下设一个跨部门的电动汽车协调小组，制定、统筹、规划、协调 推动电动汽车的发展。自1 9 9 8 年以来，相继在拉罗谢尔、波尔多和巴黎等城市建 成了电动汽车的试验示范中心，目前已超过5 0 0 0 辆电动汽车在运行，另外全法国 有各种各样的电动车4 万辆左右。 德国政府十分重视环境保护，投入大量资金用于电动汽车的研制。1 9 7 1 年， 成立了城市电动车交通公司( g e s ) ，积极组织电动车的研究与开发。1 9 9 1 年，在拜 尔州投入了3 0 0 辆电动汽车进行运行。拜尔州还拨4 0 0 万马克，购买电动汽车的 消费者可以得到车价3 0 的资助。另外，汉堡市也采取了资助用户车价的2 5 ， 用来鼓励用户购买电动汽车的措施。 英国是当今世界生产电动汽车较先进和使用最广泛的国家，使用历史已有5 0 年之久，上个世纪8 0 年代中期英国就有1 2 万辆电动汽车在运行，目前全国已拥 有4 0 万辆电动汽车。英国政府投资二千多万英镑支持电动汽车的开发，实行多项 优惠政策给使用者，例如免收牌照税、养路费，夜间充电只收1 2 的电费等。英 国国际汽车设计公司从1 9 7 9 年开始研制电动汽车，卢卡斯、贝德福电动送货车及 轿车。 瑞典的v o l v o 汽车工业公司、意大利的菲亚特公司、瑞士的荷拉奇和埃苏拉 公司等，都不惜投入巨额资金，研究开发新一代电动汽车，并力争早日实现产业 化。 ( 4 ) 其它国家 巴西、印度等主要产糖国，由于原材料丰富，积极发展乙醇燃料汽车。 3 2 2 国内替代燃料汽车发展情况 我国目前发展的替代燃料汽车主要是电动汽车和燃气汽车，醇类和太阳能汽 车发展相对缓慢，下面主要介绍电动汽车和燃气汽车p l 。 ( 1 ) 电动汽车 2 0 0 1 年，国家电动汽车重大科技专项确立了电动汽车三纵三横”的研发布局。 所谓“三纵”，就是燃料电池汽车、混合动力电动汽车、纯电动汽车；三横”就是多 能源动力总成控制、驱动电机、动力蓄电池。从此，我国的电动车研发开始按照 汽车产品的开发规律，全面构筑我国电动汽车自主开发的技术平台。 几年来，电动汽车重大专项已在关键单元技术，系统集成技术及整车技术上 取得了重要进展。燃料电池汽车已经成功地开发出性能样车，其中燃料电池轿车 已经累计运行4 0 0 0 多公里，燃料电池客车已经累计运行8 0 0 0 多公里；混合动力 客车性能样车按照城市工况行驶油耗降低3 0 ，已在武汉等地公交线路上试验运 行超过1 4 万公里；纯电动轿车和纯电动客车均已通过国家质检中心的型式认证试 验，纯电动轿车最高车速超过1 2 0 公里4 , 时，纯电动客车每百公里耗电7 0 度( 折 合汽油消耗8 升) 。 截至2 0 0 4 年年底，我国己完成电动汽车整车产品1 3 项新标准的起草、5 项标 准的修订、6 项关键零部件产品测试规范的制定；已分别在北京、天津、上海、大 连建立起包括电动汽车动力蓄电池、驱动电机、燃料电池发动机在内的6 个公共 检测中心( 基地) 和试验平台；已在北京、武汉、天津、威海等几个城市开展电 动汽车商业化试验示范运营，共有6 0 多辆电动汽车正以各种形式进行试验运行。 2 0 0 5 年6 月2 1 日，国内首支电动公交车队在北京1 2 1 公交线路开始试运行。 电动汽车重大科技专项推动了我国电动汽车研发热潮，目前已在国内形成了 2 0 0 多家企业、高校和科研院所，2 0 0 0 多名技术骨干组成的稳定研发队伍，培养 了一批中青年科技骨干；在整车和关键零部件研发上，申请了5 2 0 项国内外专利， 有效地提升了电动汽车这一核心产品和新兴产业的竞争力。 我国的电动汽车重大科技专项历经4 年研发，走完了发达国家近8 年走过的 路，而投入总量却不到国外同时期投入的5 。这将对我国电动汽车开发及其产业 链的形成、产业化环境的改善、抢占新一代电动汽车关键技术制高点、探索适合 我国能源结构多元化特点的交通能源动力系统具有极大的推动作用，对于保障我 国石油能源安全和环境保护产生深远的影响。 ( 2 ) 中国l p g 与c n g 燃气汽车发展现状 目前，我国燃气汽车主要有压缩天然气汽车( 简称c n g 汽车或c n g v ) 和液 化石油气汽车( 简称l p g 汽车或l p ( ) 。 燃气汽车的推广应用情况 截至2 0 0 4 年底，我国正式确定的清洁汽车重点推广应用城市( 地区) 有1 9 个，其中包括北京市、上海市、天津市、重庆市、四川省、海南省、西安市、乌 鲁木齐市、长春市、哈尔滨市，广州市、济南市、青岛市、银川市、廊坊市、濮 阳市、沈阳市、兰州市和丹东市，另外石家庄市、南京市等诸多城市也都在进行 燃气汽车的推广工作。 截至2 0 0 4 年底，我国燃气汽车保有量为2 1 5 万辆，1 9 个重点推广应用城市 ( 地区) 中的1 6 个城市加气站数量达7 1 2 座，见表3 - 2 。 表3 - 2 ：燃气汽车及加气站主要城市推广情况( 截至到2 0 0 4 年底) t a b l e 3 - 2t h ec i r c so f c n g l p ga n dc h a r g es t a t i o ni nc h i n a 燃气汽车( 辆)燃气汽车加气站( 座) 城市( 地区) l p g v c n g vl p g v c n g v 北京市 3 2 4 1 22 0 8 96 92 7 上海市3 9 0 0 01 7 5 1 0 24 天津市7 6 0 8 5 01 25 重庆市 1 8 9 8 54 6 四川省 5 2 4 6 11 8 5 海南省 5 1 51 8 4 137 乌鲁木齐市3 7 7 75 3 9 83 43 0 长春市1 0 0 9 22 0 03 6 2 西安市 1 0 4 9 72 7 广州市 7 3 0 01 4 哈尔滨市5 7 8 92 7 济南市 2 4 0 0 1 4 0 0 7 3 青岛市 3 5 0 61 7 银川市 1 4 3 62 6 464 廊坊市 1 9 1 05 濮阳市 3 5 1 48 圈3 - 2 我国燃气汽车历年数据统计( 单位：万辆) f i g u r e 3 - 2t h ed a t ao f c n g l p gi nc h i n a 1 4 从图3 - 2 可以看出，l p g 车辆发展趋于平稳。c n g 车辆发展平稳增长。从整 个燃气车辆所占百分比来看，c n g 车辆增长迅速，1 9 9 9 年的时候c n g 车辆占燃 气汽车比例为9 3 ，而到2 0 0 4 年时c n g 车辆占燃气汽车比例为4 7 ，几乎占了 整个燃气汽车的一半。 图3 - 3 我国燃气加气站历年数据统计( 单位：座) f i g u r e 3 - 3t h ed a t ao f c h a r g es t a t i o ni nc h i n a 从图3 3 可以看出，l p g 车辆和c n g 车辆加气站都发展平稳，相比而言c n g 车辆加气站数量的增长更快些。 燃气汽车保有量的增加及使用率的提高都极大地增加了燃气汽车的能源替代 效益。据不完全统计，2 0 0 4 年度1 9 个重点推广应用城市( 地区) 累计消耗l p g 3 4 8 万吨，c n g 9 4 亿立方米，替代燃油量达1 1 6 万吨，燃油替代效益逐步显现。 3 2 3 问题的提出 中国目前仍处在汽车工业的原始积累阶段，如果能赶上这一轮替代燃料汽车 革命，同步甚至抢先一步，就有希望在新一轮汽车产业升级中实现后发跨越。中 国替代燃料汽车发展已经取得初步成果，但据此就要完成替代燃料汽车的产业化 发展还是困难重重。 首先是资金困境。目前我国的纯电动汽车和燃料电池汽车的发展水平已经达 到国际先进水平，但是离产业化还有相当距离，关键原因就在于缺乏资金。国家 可以在资金和政策上给予一定的帮助，但是替代燃料汽车若想真正产业化就必须 走市场化道路，相关企业必须能不依赖国家而独立生存。 其次，中国的替代燃料汽车产业化还处于初级阶段，国家还应为该产业发展 创造良好环境。比如加大燃油税、提高排放标准，对购买替代燃料车进行补贴等 1 5 等，这些政策的实施可能还需要相当长时间。 此外还有产业链的建设。比如氢能，现在公认困扰氢能发展的主要有两个问 题，一是使用氢能的设备价格昂贵；二是加氢的设施仍不完备，还没有形成供氢 网络，导致氢能的推广应用受到制约。 不过，中国清洁汽车的发展也面临着大好机遇。中国目前已经成为第三大汽 车销售国，第四大汽车生产国，中国车用汽油、柴油总消耗量正在不断增大，2 0 1 0 年中国车用油总需求量将达到1 亿吨左右。同时，车用燃油消耗所产生的空气污 染和二氧化碳排放也正在变成越来越严重的问题。因此，发展替代燃料汽车已经 成为中国汽车产业走向节能环保的新型工业化道路的必然选择。 在政策方面，2 0 0 4 年中国政府发布了新的汽车产业发展政策，明确提出引导 和鼓励电动汽车发展，支持研究开发混合动力和燃料电池汽车。2 0 0 5 年，我国政 府又颁布了一批电动汽车和混合动力汽车技术标准。最近，中共中央关于制定国 民经济和社会发展第十一个五年规划的建议也明确提出要使用节能环保型汽车。 国家将加强支持节能环保汽车核心技术的研究开发，鼓励产、学、研相结合建立 以企业为主体的技术创新体系。 但是，发展替代燃料汽车在中国还是一个新问题，目前各地政府的热情很大， 有一定的盲目性，如何根据地区的能源结构、经济发展水平等因素来因地制宜的 发展替代燃料汽车及发展何种替代燃料汽车，是决策耆需要通过科学决策的问题。 1 6 4 替代燃料汽车的综合性能指标分析 4 1 替代燃料汽车的效益分析 4 1 1电动汽车 电动汽车作为一种新型汽车产业，目前其研发和运营成本相比同类型的燃油 及其它车种较高，成本较高制约了电动汽车的发展。为此，国家针对电动汽车发 展在政策、资金等方面给予了大力支持，国内各科研机构和企业都积极参与电动 汽车的研发及推广应用哺】。 电动汽车是一个环境效益和社会效益高于经济效益的产业，电动汽车的直接 经济效益和其它车种相比并无优势，电动汽车的主要优势是其具有的经济促进效 益、环保效益和社会效益。 ( 1 ) 经济促进效益 汽车被列为世界各经济强国的支拄产业，主要原因在于其本身就是一个机电 一体化的产业，又是一个国家经济水平的集中体现。电动汽车的发展涉及化工、 机械、新材料、微电子、电力电子、自动控制、新型电源等诸多产业。电动汽车 的发展将对相关高新技术产业的发展提供需求和动力，有可能成为国内具有特色 的新的产业增长点。随着电动汽车产业的发展，还将带动轻质材料、高效电池和 储能电容等产业的发展，促进能源利用效率的提高。因此，电动汽车是名副其实 的机电一体化的高新技术，具有巨大的经济促进效益。 我国在传统的汽车产业落后西方发达国家几十年，没有形成具备自主知识产 权体系的产业形式。相反，在电动汽车高科技领域我国和发达国家基本上是站在 一条起跑线上。 c 2 ) 环境效益 在国民经济和社会快速发展的今天，环境污染问题已经成为我国城市经济发 展和社会进步的严重障碍，其中城市大气环境质量日趋恶化则是一个突出问题。 据国家环保局( 1 9 9 9 年环境公告指出：“汽车尾气污染已成为我国部分大中城市 的主要污染源”。1 9 9 9 年国家科技部提出了“蓝天计划”，以治理汽车尾气为突破 口，组织实施清洁汽车行动，并在国家。八五”、“九五”、“十五”、“十一五” 计划中持续支持电动汽车的研究开发与示范应用。 电动汽车是汽车业未来发展的方向正在被越来越多的人所认识。作为绿色环 1 7 保汽车，纯电动汽车使用电池作为动力，在运行中接近“零排放”，既减少了环境污 染，又缓解了能源压力。混合动力汽车以其在不同行驶工况下采用合适的动力提 供系统，大大降低了污染水平。燃料电池汽车更是因为其最终的排放物为水而被 认为是未来零污染汽车的最终发展趋势。电动汽车的使用为解决环境污染提供了 一条新的途径。 在环保方面，电动汽车是零排放汽车，不存在大气污染闯题，其噪音也比燃 油汽车低。同燃油汽车相比，电动汽车的噪音和直接废气排放较小，其对环境的 影响主要在于电厂排放的废气和蓄电池的废液，但通过一些优惠政策鼓励电动汽 车用户在夜间充电，使得电动汽车尽量利用夜间多余电力。另外，电厂废气的排 放可以集中处理，技术和经济上都优于汽车的废气排放。 在衡量电动汽车的环境保护效应时，可以采用多种方法。例如，可以将电动 汽车污染物排放量与燃油车进行比较，得出消减量，在确定单位车辆单位污染物 排放的环境损失后，就可以估算出使用电动汽车的单车环境保护效应，进而对于 不同的电动汽车发展规模、水平得出规模效应。 ( 3 ) 社会效益 电动汽车的社会效益集中表现在以下几个方面 9 】： 有利于人类健康。 目前城市交通污染已经成为城市污染的主要来源，汽车尾气的排放和噪声污 染严重影响了人类健康。电动汽车在本质上是一种零排放汽车，一般无直接排放 污染物，间接有关的污染物主要产生于发电和电池废弃物，就发电来说，水利、 原子能发电等均为十分清洁，就是污染严重的火力发