2006年(第28卷)第4期
汽车工程
A uto m otive Eng i neer i ng2006(V o.l28)N o.4
2特约稿2
我国节能与新能源汽车发展战略与对策汽车节能
欧阳明高
(清华大学汽车安全与节能国家重点实验室,北京100084)
1我国面临的挑战和机遇
111交通能源与环境问题是21世纪全球面临的重大挑战,对我国尤为严峻。
目前世界汽车保有量约8亿辆,预计到2020年全球汽车保有量将达到12亿辆,主要增幅来自发展中国家。国际能源机构(I EA)的统计数据表明,2001年全球57%的石油消费在交通领域(其中美国占到67%)。预计到2020年交通用油占全球石油总消耗的62%以上。美国能源部预测,2020年以后,全球石油需求与常规石油供给之间将出现净缺口,2050年的供需缺口几乎相当于2000年世界石油总产量的两倍。与此同时,交通能源消耗也是造成局部环境污染和全球温室气体排放的主要来源之一。为此,全球已达成共识:交通能源转型势在必行。
近年来,我国汽车业迅猛发展。2005年,我国汽车产销量均超过570万,均居世界前列,自主品牌轿车和汽车出口量均出现大幅增长。预计2020年前我国将成为世界上最大的汽车制造国和主要的汽车出口国之一。我国目前的人均汽车保有量还很低,2003年每千人汽车保有量仅为美国的215%(19辆),相当于美国90年前的水平,是世界上汽车市场潜力最大的国家,预计2020年汽车保有量将达到113~115亿辆。但是,当我国刚刚到达汽车社会门槛,车用石油消费在石油总消费中的比例(1/3以下)还大大低于世界平均水平(1/2以上)时,我们已经感受到了石油供应的日益紧张。同时,车用石油消耗所产生的空气污染和C O2排放也正在变成愈来愈严重的问题。这充分表明,我国所面临的石油安全与交通能源问题将更加严峻。实现我国交通能源动力系统转型是大势所趋。
112未来20年是我国交通能源动力系统转型的战略机遇期
历史上,交通能源动力系统变革一直处于技术革命和经济转型的核心位置。19世纪,煤和蒸汽机火车引发了欧洲的工业革命,开创了人类的工业经济和工业文明;20世纪,石油和内燃机汽车促成了美国的经济腾飞,把人类带入了基于石油的经济体系与物质繁荣,也带来了能源环境的巨大挑战。进入21世纪,以替代燃料和混合动力为代表的各种新型汽车能源动力技术迅猛发展,相互竞争,引发了一场新的技术变革,预示着人类将要进入后石油时代过渡期和能源动力技术创新突破的机遇期。
这场能源动力系统变革的主要趋势是汽车能源多元化、汽车动力电气化和汽车排放洁净化。基于可再生能源的生物燃料对于各种车辆具有良好的适用性,成为各国共同推广的新型燃料。混合动力作为新型汽车能源动力技术共性平台继承了先进内燃机技术,结合高效洁净的电力驱动方式,既充分利用现有燃料基础设施,又能包容各种新型燃料,现已成为新型动力汽车产业化的里程碑;燃料电池是一种新兴能量转换装置,尽管存在很多需要克服的技术障碍,作为汽车能源动力系统的远期解决方案仍然被全球所看好。
汽车能源动力技术的变革是一个比较漫长的过程。混合动力有望在近期逐步普及,燃料电池汽
车的规模商业化大约在2020年以后。这一技术变革时期为我国交通能源动力系统变革提供了历史机遇。
(1)我国的资源和能源状况适合发展新能源交通动力系统。我国缺油、少气、多煤,这一结构特点给交通能源可持续发展带来了严峻的挑战。基于各种资源特点的多种替代燃料可以充分发挥我国地域辽阔和资源多样性的优势,可因地制宜发展基于煤炭的燃料工业、基于生物质的农业能源和基于天然气的各种气体燃料技术,从而实现交通能源来源的多样化。在我国大中城市,汽车燃料基础设施比较集中,有利于燃料清洁化管理和监督。在我国广大农村,随地区不同,一次能源资源特点也不同,这比较适合发展一次能源来源多
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元化、燃料制取和消费当地化的燃料供应体系。
(2)我国具有实现交通能源动力系统变革的后发优势。尽管发达国家政府均大力推动各种代用燃料汽车的应用和向氢能燃料电池汽车动力系统的转型,但是其传统汽车产业庞大,石油基础设施完善,消费习惯难以转变,实施转型社会成本高昂,转型难度很大。我国汽车工业刚刚发展
起来,汽车普及率低,因而在汽车动力系统发展战略选择上,有更大的自由度。在新能源汽车研发和产业化方面比较具有优势。
(3)实施汽车动力系统变革,是多年来我国发展清洁汽车和电动汽车成功实践的战略总结和发展的必然要求。基于对我国能源安全、环境保护和实现我国汽车工业跨越发展的战略考虑,/九五0期间,科技部会同有关部委组织实施了/清洁汽车行动0,取得了重大阶段性成果。目前,全国已有燃气汽车22万辆,加气站700余座,年替代石油150万吨。而且天然气汽车呈现快速增长势头,预计今后几年将进入大规模推广应用阶段。/十五0期间,科技部组织实施了/电动汽车重大科技专项0,国家投入818亿元,全国200余家单位、2000多名骨干科技人员直接参与实施,初步形成了官、产、学、研合作机制。目前,小型纯电动车辆已经开始小规模产业化,混合动力汽车已有多个车型通过国家认证成为产品,燃料电池汽车已进入示范考核运行阶段。自主开发的燃料电池、动力蓄电池、驱动电机和电子控制系统具备批量化生产能力。这为我国汽车动力转型战略的实施,奠定了坚实的技术、人才和实践基础。
2我国交通能源动力系统发展的战略选择
基于我国汽车能源动力系统面临的挑战与机遇,我国汽车能源动力系统发展目标应当是立足转
型、尽快转型。但是,新型汽车能源动力系统与现有汽车能源动力系统存在着千丝万缕的联系。同时,我国当前汽车产业发展和节能环保问题还要靠现有汽车能源动力技术解决。为此,应当选择一种/过渡0和/转型0并行互动、协调发展的战略。一方面,发展节能汽车解决近期的能源安全问题;另一方面,开展新能源汽车研究,瞄准未来汽车竞争制高点和实现汽车能源动力系统的可持续发展。
211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。利用现有液体燃料基础设施,实施汽柴油清洁化战略,逐步与国际燃油规范接轨;大力发展各种合成燃料,尤其是符合中国国情的煤基合成燃料,并与汽油、柴油混合,形成新型清洁燃料。
2000年以来,汽车(包括农用汽车)汽油、柴油年消费约占我国汽油、柴油消费总量的一半,石油消费的1/3左右。这一数据说明3个问题。(1)车用汽油、柴油消费总量与石油消费总量同步快速增长。考虑到汽车市场的持续升温,石油安全风险很大。(2)与国际平均水平相比,我国车用汽油、柴油消费占石油总消费的比例较低。通过石油消费结构调整优化,可实施汽车燃料的
间接替代。主要是通过置换方式将替代难度较小的工业燃料等用非石油产品先行替代,将其原先使用的石油燃料用于汽车。则在相同石油消费总量下,车用燃料消费总量大约具有20%以上的上升空间。(3)我国目前车用燃油消费总量与汽车保有量之比偏高,也即汽车油耗量偏大,节能的潜力巨大。2002年,我国计入农用车和摩托车后的等效平均单车年耗油量约为115吨,接近美国2000年的平均单车年耗油量,而大大高于2000年的法国(112吨)和日本(1吨)。平均单车年耗油量取决于车辆技术、车型结构和行驶里程以及运行工况等因素,中长期均有较大的改善潜力。
根据国家中长期科技规划能源领域战略研究结果,建议2020年我国汽车节能目标为:在汽车保有量调节在115亿辆以内的前提下,单车平均年油耗量控制在1吨左右。与目前相比,节约1/3左右,节油潜力7000万吨左右。汽车燃油消耗总量控制在115~2亿吨。关键的节能汽车能源动力技术如下。
21111高效柴油发动机技术
轿车柴油机节能效果与汽油混合动力不相上下。据国务院发展研究中心分析预测,如果2020年我国柴油轿车发展到乘用车的20%,则当年可节约燃料1880万吨。为此应当在我国发展先
进的柴油轿车,但是必须解决好排放控制关键技术问题。主要包括:柴油机电控技术,排气后处理技术和清洁柴油与代用柴油技术。柴油机电控高压燃油喷射系统和智能化发动机电子管理系统,是绿高效柴油机核心关键技术,应当大力发展。柴油机排放控制可采取如下应对策略:EGR(废气再循环)技术成熟,效果显著,应尽快推广使用;
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