节能与新能源汽车发展的现状及趋势

姓名：姓名：学号：学院：专业班级：指导教师：2012年09月15号节能与新能源汽车发展的现状及趋势目前，世界各国都在大力发展新能源汽车，我国更是将其列入到七大战略性新兴产业之中。节能与新能源汽车的发展是我国减少石油消耗和降低二氧化碳排放的重要举措之一，中央和地方各级政府对其发展高度关注，陆续出台了各种扶持培育政策，为新能源汽车的发展营造了良好的政策环境。近年来，我国新能源汽车产业在行业标准、产业联盟、企业布局、技术研发等方面也取得了明显进展，有望肩负起中国汽车工业“弯道超车”的历史重任。针对我国节能与新能源汽车的发展现状与趋势，国研网专访了国务院发展研究中心产业部研究室主任、副研究员王晓明。目前世界各主要国家的新能源汽车发展概述目前，全球能源和环境系统面临巨大的挑战，汽车作为石油消耗和二氧化碳排放的大户，需要进行革命性的变革。目前全球新能源汽车发展已经形成了共识，从长期来看，包括纯电动、燃料电池技术在内的纯电驱动将是新能源汽车的主要技术方向，在短期内，油电混合、插电式混合动力将是重要的过渡路线。目前来看，全球新能源汽车的发展还面临着一些共同的难题，例如关键技术的突破、汽车工业的转型、基础设施的建设以及消费者的接受度等。具体到各国，应该说，引领新能源汽车发展的主要还是美国、日本以及欧洲的一些国家，这些国家起步比我国要早很多，它们的发展也各有侧重。美国长期侧重降低石油依赖、确保新能源安全的战略，将发展新能源汽车作为交通领域实现根本上摆脱石油依赖的重要措施，并以法律法规的形式确定了新能源汽车的战略地位。早在克林顿时期，美国就提出了以提高燃油经济性为目标的计划，混合动力是当时主要的技术解决方案。到了布什时期，变为追求零排放和零石油依赖，技术解决方案主要是氢燃料电池汽车，后来还有一个计划，想用十年的时间实现20％的石油替代和节约，主要措施是生物质燃料。国际金融危机以后，奥巴马政府将大力发展电动汽车作为实施新能源战略的重要内容，提出了总额40亿美元的动力电池以及电动汽车研发和产业化的计划，产品上，选择了以插电式混合动力电动车为重点。日本长期坚持确保能源安全和提高产业竞争力的双重战略，通过制订国家目标引导新能源汽车产业的发展，同时高度重视技术创新。2006年，日本提出了新的国家能源战略，目标是到2030年交通领域对石油的依赖从100％降到80％，为了配合这个新能源战略的实施，提出了下一代汽车燃料计划，明确提出改善和提高汽车燃油经济性标准，推进生物质燃料的应用，促进电动汽车和燃料电池汽车的应用等。近期，日本又将大力发展电动汽车作为低碳革命的重要内容，并且计划到2020年普及以电动汽车为主体的下一代汽车。目前，日本正全面发展三类电动汽车，其混合动力全球销量第一；在纯电驱动方面，规划和产业化推进步伐也是最快的；另外，日本燃料电池产品的研发和产业化推进也领先于其他国家。相对于美国和日本，欧洲更加侧重于温室气体减排战略。满足日益严格的二氧化碳排放限制要求已经成为欧洲对新能源汽车发展的主要驱动力。欧洲的新能源汽车发展在早期主要以生物质燃料、天然气以及氢燃料为主，本世纪初曾经提出到2020年23％的石油替代目标。近期，欧洲则对电动汽车给予高度关注。例如德国2009年下半年发布电动汽车计划，高度重视纯电驱动的电动汽车发展，以纯电为重点，分别提出了2012年、2016年、2020年的产业化和市场化目标。我国发展新能源汽车，是应对节能减排重大挑战的需要，同时也是汽车产业跨越式发展和提升国际竞争力的需要。欧美日这些国家，都把新能源汽车作为战略制高点来考虑，国家投入力量加强产业的发展。我国传统汽车领域和国外相比还比较落后，但在新能源汽车方面，我们和发达国家是站在同一个起跑线上，说法较多的是“弯道超车”，我们有机会在新能源汽车领域与西方发达国家在一个平衡的层面上创新。我国汽车工业以纯电驱动作为技术转型的主要战略方向，重点突破电池、电机和电控技术，推进纯电动汽车、插电式混合动力汽车产业化，实现汽车工业跨越式发展。近期以混合动力汽车为重点，大力推广普及节能汽车，逐步提高我国汽车燃油经济性水平。“十二五”期间我国将大力发展节能汽车，中度、重度混合动力乘用车保有量计划超过100万辆，但是占总体汽车保有量的比重还是小的。2020年，纯电动汽车和插电式混合动力汽车实现产业化，市场保有量有望超过500万辆。从2001年开始，我国“863”项目共投入20亿元研发经费，形成了以纯电动、油电混合动力、燃料电池三条技术路线为“三纵”，以动力蓄电池、驱动电机、动力总成控制系统三种共性技术为“三横”的电动汽车研发格局。共计有200多家整车及零部件企业、高校和科研院所，以及3000多名科技人员直接参加了电动汽车专项研发。到目前为止，共有160多款各类电动汽车进入了我国汽车产品公告，建成30多个电动汽车国家重点实验室等国家级别的技术创新平台，制定电动汽车相关标准40多项。我国发展节能与新能源汽车有较好的基础。首先，我国是仅次于日本、韩国的全球第三大锂电池生产国，占全球约25％的市场份额。虽然目前来看，产品还多用于手机、电动工具、电动自行车等领域，但产业规模庞大、产业链基础较好、生产工艺共性点多，具备大规模发展汽车用动力电池的条件。另外，我国也是锂资源储量大国，锂离子动力电池生产已经形成了一个比较完整的产业链。经过近些年的发展，我国动力电池的主要性能明显进步，初步具备了产业化的能力。第二，在车用驱动电机方面，我国电机产业规模位居全球首位，产品量大、面广。我国又是工业电机的生产大国，在电机生产方面有较强的技术基础。目前，我国电动汽车整车已经进入规模化应用阶段，包括动力性、经济性、续驶里程、噪声等指标已经达到国际水平，前期是城市公交，现在乘用车产品也越来越多，比如比亚迪、郑州日产、奇瑞、长安等都有混合动力性汽车生产上市。近几年，我国陆续出台了节能与新能源汽车示范推广以及私人消费补贴的相关政策，并在不断扩大试点的范围。在政策的支持下，我国新能源汽车消费市场开始启动，电动汽车基础设施建设也得到了初步发展，部分城市已经形成了网络雏形。随着2009年“十城千辆”工程的实施，电动汽车能源供给基础设施的潜在机会开始受到重视，国家电网公司、南方电网公司、普天海油公司等能源企业，围绕国家新能源汽车发展战略，强势介入充电基础设施建设，各示范城市和社会各界也积极响应。截至2010年年底，已经建设各种类型充电站大约100座，充电桩300多个。二、各类新能源车的发展现状和趋势（一）纯电动汽车发展1、基本情况纯电动汽车问世于19世纪90年代，但由于电池性能不能满足需求，一度退出历史舞台。随着高性能锂离子电池和一体化电力驱动系统等技术的发展应用，纯电动汽车再次受到各国政府和企业的重视。纯电动汽车已在续驶里程、动力性、快充等方面取得了可喜的进展，即将进入实用化阶段。纯电动汽车中国得到小规模的商业化推广应用，主要应用在市政用车、公交车、公务用车和私人用车等预域。2、发展趋势（1）在电池技术突破尚未明朗前，纯电动汽车的发展重点一是发展小型乘用车，二是发展大型公交车、市政、邮政等特殊用途车辆。（2）为满足用户使用需求，通常采用增程式方案，在纯电动汽车上增设常规能源系统为车辆补充电能。（3）纯电动汽车的攻关重点集中在提高电池性能、降低成本方面。与传统汽车性能、成本比照，要满足产业化要求，纯电动汽车动力电池的质量能量密度需大幅度提高，成本也需大幅度下降。因此，纯电动汽车大规模进入市场为时尚早。3综合评价（1）纯电动汽车的发展受到各汽车公司的重视，各主要汽车公司积极参与，在产品研发、示范和试用方面取得了很大进步。（2）因电池性能和成本不能完全满足电动汽车发展的需求，应用范围偏重于小型车辆和城市公交客车。（3）纯电动汽车的产业化推进，需要电池技术的进一步突破，需要综合利用过渡技术（增程式、插电式混合等），需要充电设施体系不断完善。、混合动力汽车发展1、基本情况自1997年丰田首先在日本推出Prius混合动力汽车以来，各大汽车企业纷纷推出混合动力汽车产品，如本田Insight、通用SaturnVUE、福特Escape等。随着技术的成熟和生产规模的扩大，成本大幅下降。1999～2008年，美国市场共销售19种混合动力乘用车，总销量达132万辆。日本最早开始混合动力汽车开发，并最先实现了产业化，目前总销量已经达到200万辆以上，并开始赢利。欧洲混合动力汽车技术起步较晚，采取与美国合作方式共享混合动力总成技术，主要应用于采用传统技术油耗较高的车型上。混合动力商用车也取得了快速发展，已开发了混合动力公交车、市政用车和军车等。尤其是，美国在混合动力公交客车的开发和应用上取得了一定的成果，日前已有多个车型在运行。欧洲客车和卡车生产商已将目光聚焦在混合动力技术上。德国奔驰和曼、瑞典沃尔沃和波兰索拉丽斯等相继开发了混合动力商用车。2、发展趋势（1）混合动力技术是由单一发动机驱动向纯电动驱动转移必经环节。合理采用混合动力技术可以较明显地节油减碳，并将成本控制在一定范围内，因此混合动力汽车已成为世界各国汽车公司产业化的重点。（2）在混合度上，随着电池技术的逐步成熟，逐渐提高混合度以实现传统能源向电气化转化，是混合动力技术发展的方向。（3）在机电耦合方式上，前期主要存在单电机并联、双电机并联和双电机混联等方案，后期将向插电式方案发展，实现向纯电动方案过渡。（4）在动力系统结构方面，将向更高的集成度发展。根据车用能源的发展情况，有发动机与电机集成、传动系与电机集成两种趋势，从而实现向电动化转型。3、综合评价（1）从国外已商业化的车型看，微混可节油5%～10%，轻混可节油10%～25%，中混可节油25%～35%，全混可节油≥35%。（2）国外混合动力汽车技术日臻成熟，产品陆续进入市场。通过应用提高了系统的实用化程度和产业化水平。（3）混合动力汽车的技术优势已经成为各国汽车公司的竞争优势，正在改变汽车行业的市场格局。（4）国外在混合动力汽车的应用方面充分考虑到不同市场的需求、难易程度，以及综合考虑产品的实用性、成本的可接受性。（三）、燃料电池汽车发展1、基本情况美、日、欧等发达国家都在潜心致力于燃料电池汽车的研究，除国内的燃料电池开发计划外，美国通用与日本丰田、美国国际燃料电池公司与日本东芝、德国奔驰与西门子、法国雷诺与意大利DeNora公司等纷纷组成强大的跨国联盟，优势互补，联合开发并推出了一系列的燃料电池汽车。目前，燃料电池技术取得了较大进展，其中燃料电池膜的寿命已超过5000h，电池堆实验室寿命也提高到2000h以上，燃料电池堆成本已降低至94美元／kW（按50万套的产量测算）。2、发展趋势（1）燃料电池出现模块化趋势，单个燃料电池模块的功率范围被界定在一定的范围之内，通过提高产品性能实现模块化组装，以满足不同车辆对燃料电池功率等级的要求。（2）通过采用混合动力技术，优化蓄电池和燃料电池的能量分配，以有效提高燃料电池的寿命、降低系统成本。（3）燃料电池汽车技术攻关的焦点是提高可靠性、耐久性，近中期内将不会有重大突破。（4）由于燃料电池汽车技术的战略意义十分重大，因此各国并未放松对燃料电池的攻关研究。3、综合评价（1）国外汽车公司将发展燃料电池汽车作为重要战略方向，并投入相当大的人力、物力、财力进行攻关，取得了重要进展。（2）短期内燃料电池技术无法根本突破，燃料电池汽车不能形成市场化，不是近期产业化推进的重点。三、总结从当前形势来看，纯电动油、电混合动力和燃料电池将是未来新能源汽车的三大发展趋势。纯电动汽车的技术缺陷是电池成本高、电池容量不足以及续驶里程短，并且需要完备的基础配套设施，不适宜产业化发展。因此，混合动力汽车成为规避纯电动汽车研发和市场化高风险的最佳过渡性新能源汽车技术。而燃料电池汽车被认为是清洁能源汽车的终极发展方面。我国各大型企业以及高级院校、科研院所的研发应按照这一层级循序渐进，从而实现质的飞跃。当前我国已基本建立节能与新能源汽车的技术平台，未来的发展趋势将致力于独立自主的知识产权建设，完整的关键零部件研发体系建设，以及实现从小批量整车生产逐渐发展至大规模产业化发展的目。附录资料：不需要的可以自行删除流体机械原理课后解答p41习题一：一、为了满足一个规划中的企业用电高峰的需要，拟在有利地形处建一座具有一台泵及一台水轮机的抽水蓄能电站，该企业每天对电能的需要为：14h为P1=8MW；10h为P2=40MW。假定该企业可以从电网中获得的电功率Pv是常数，已知：水轮机的总效率，泵的总效率，压力管道的损失，电站的静水头。为简单计，假定和为常数，其它损失忽略不计。假定该装置中水的总量为常数（上游无来水，下游不放水，并忽略蒸发泄漏），试求：①必需的值。②泵与水轮机的工作参数，，。③上游及下游水池的最小容积V。解：从电网中获得的电能不足时，用水轮机发电补充；从电网中获得的电能有多余时，用于泵去抽水蓄能。MWm3/s，m3/s对水轮机：m3/s；，MW，MW，对于泵：m3/s；，MW，MWV＝m3二、水轮机效率实验时在某一导叶开度下测得下列数据：蜗壳进口处压力表读数Pa，压力表中心高程m，压力表所在钢管直径m，电站下游水位m，流量m/s，发电机功率kW，发电机效率，试求水轮机效率及机组效率。解：，，；而，=0，=0m水轮机的效率机组效率三、某泵装置中，进口管直径mm，其上真空表读数Pa（500mmHg），出口管路直径mm，其上压力表读数MPa，压力表位置比真空表高1m，输送介质为矿物油，其密度kg/m3，泵的流量为m3/s，试求泵的扬程。解：泵的扬程某泵装置中，进出口管直径相同cm，进口真空表读数mmHg，出口管路上压力表读数kg·f/cm2，压力表位置比真空表高1m，输送介质为矿物油，其密度kg/m3，泵的流量为L/s，试求泵的扬程。答案：四、一台送风机的全压为1.96kPa，风量为40m3/min，效率为50％，试求其轴功率。Wp103习题二四、轴流转浆式水轮机某一圆柱流面=2m，n=150r/min，在某一流量下=4m/s。试求：a)当叶片转到使=10°时，作出口速度三角形。此时转轮出口水流的动能是多少？其中相对于的部分又是多少？b)为了获得法向出口，应转动叶片使为多少？此时出口动能又为多少？c)设尾水管回能系数=0.85，且假定尾水管只能回收相应于的动能，则上面两种情况下出口动能损失各为