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我国氢内燃机汽车发展前景展望

发布时间:2019-06-06 09:50

  提要近年来,我国经济的快速增长以及人们消费水平的普遍提高,大大推动了中国汽车社会化的进程,使汽车产业迎来了跨越式的蓬勃发展时期。但是,汽车保有量的急剧增长对环境及能源的负面影响也越来越明显,这些问题同时也严重制约着我国汽车产业的可持续发展。因此,开发替代能源和新动力汽车已经成为一项迫在眉睫的工作。在人类目前了解到的众多新能源汽车中,氢内燃机汽车以其突出的优势成为近期发展新能源汽车最好的选择。


  作者:贾志乾


  一、我国汽车需求现状及预测


全天pk10计划  21世纪以来,我国汽车行业进入快速发展阶段。在短短的七年中,我国汽车市场的汽车需求量从不足300万辆发展到将近900万辆,年均增长率24.8%,远远高于全球汽车市场的增长幅度。虽然2004年由于国家宏观调控和油价上涨等原因使汽车市场经历了短暂的低潮,但仍然保持了15.5%的增长率。2006年我国汽车市场再次回到高速增长的平台,汽车产销双双突破700万辆。截止到2007年底,我国汽车产销分别为888.24万辆和879.15万辆,同比增长22.02%和21.84%。如果将中国汽车市场放在全球汽车市场的整体环境中来看,在全球汽车销量中,中国所占的销量份额已经超过11%,成为仅次于美国的全球第二大汽车消费国。在未来10~15年的时间内,我国GDP仍然会持续快速增长,居民生活水平不断提高,而我国汽车每千人保有量仍然很低,汽车市场还有很大的成长空间。根据国家信息中心专家预测,到2010年,中国汽车市场需求达将到1,000万~1,100万辆,2020年前后,汽车总需求有望超过美国,成为世界第一大汽车市场。


全天pk10计划  二、能源和环境制约汽车产业的发展


  1、能源短缺对汽车产业的压力。我国是一个处于高速发展中的国家,能源需求不断增加。1993年起我国已成为石油净进口国,2006年我国石油进口16,287万吨,对外依存度高达47%。据预测,到2020年我国石油缺口将超过2亿吨,进口依存度超过60%。在能源消费总量上我国已经是仅次于美国的世界第二大能源消费大国。


  在众多消耗能源的行业中,汽车可谓是造成我国能源短缺的罪魁祸首。近十多年来,我国汽车保有量逐年大幅增加。从1990年到2003年,年均增长12.06%,达到2,412万辆。随着汽车保有量的快速增长,我国汽车燃油消费量也逐年大幅增加,由1990年的2,430万吨增加到2003年的6,050万吨,占我国石油总消费量的1/3。按照这个增长速度,预计到2010年和2020年,我国汽车汽、柴油消费量将分别达到1.12亿吨和2.72亿吨以上,相当于2000年国内汽车汽、柴油消费总量的2.25倍和5.44倍。(图1)


  汽车燃油消费的过快增长给我国经济和社会可持续发展带来巨大压力。据专家预测,到2010年和2020年,仅满足汽车燃油消费,就分别需要原油2.59亿吨和5.95亿吨左右,这对国家外贸进出口平衡和石油供应安全都将是难以承受的。


全天pk10计划  2、环境污染对汽车产业的限制作用。汽车行业是现代社会最重要的污染源之一,除了在生产过程中可能产生的环境污染外,汽车在使用过程中通过不完全燃烧和燃烧反应过程产生的一氧化碳、氮氧化合物、碳氢化合物、二氧化硫、颗粒物和臭气等是环境污染、尤其是城市大气污染的重要来源。由于汽车的使用集中在城市,20世纪九十年代以来,一些大城市的空气污染已经由煤烟型转变为煤烟和汽车污染的复合型。


  汽车对城市空气污染的总体影响取决于两个方面:一是城市的汽车保有量;二是汽车的单位排放水平。如果单位排放水平不变,那么随着汽车保有量的增加,总排放水平必然会相应增加。统计表明,每辆燃油汽车每天排出的有害气体约0.6~0.9kg,北京大气中超过70%的碳氢化合物、超过60%的氮氧化合物来自汽车尾气。2004年全国机动车排放的碳氢化合物、一氧化碳和氮氧化物等空气污染物已分别达到了836万吨、3,640万吨和549万吨。在北京、上海、广州和深圳等大城市,机动车尾气排放均已成为大气污染的第一大污染源;2005年汽车尾气排放在大气污染中的分担率达到79%左右。如果不能有效地控制汽车污染,那么城市污染即将由煤烟型污染向汽车尾气型污染转换。种种迹象表明,能源环境已经成为制约我国汽车业可持续发展的重要因素。(表1)


  三、我国开发新能源汽车的战略选择


  1、可再生能源汽车概述。走出能源和环境困局有两个思路:一是“节流”,升级产业结构,采用新生产技术,转变经营方式,避免重复投资,降低能耗比,发展循环经济,建设节约型社会。二是“开源”,开发替代能源,减轻对常规化石能源的依赖,改变人类社会生活和生产方式,最终实现“能源革命”,此为治本之策。随着中国经济的高速发展,生活水平的提高,采用第一种方式,即使降低能耗比,能源消耗总量仍然会持续上升,在常规化石能源供给总量一定的情况下,只是延长了能源使用的时间,推迟了常规化石能源枯竭时刻的到来,并不能从根本上解决能源短缺问题。长远看,依靠化石能源的传统发展模式是不可持续的。由于我国人口、资源、环境和社会经济的基本国情,决定了开发新能源的迫切性和必要性。


  依据其来源,车用新能源可分为两类:一类依赖于化石燃料,如以“煤变油”技术和“天然气变油技术”产生的可燃性液体为燃料,或者直接燃烧天然气的CNG汽车等;另一类不依赖于化石燃料,如氢能、太阳能、风能、水能、生物能、地热能等。前者最终是以化石能源为基础,并不能从根本上破解我国“能源困局”。如“煤变油”技术产生的可燃性液体有助于优化我国能源结构,但一旦煤资源消耗殆尽,可燃性液体也就成为无源之水;再如天然气,其储量如按现在的消耗速度只能维持42年。


  2、氢内燃机汽车的优势。在现在的科技水平下,除氢能之外的其他不依赖于化石燃料的替代能源各有其局限性。理论上说,可控核聚变可以永久地解决人类能源问题,但是核聚变发电在技术上还有很大障碍,而且难以汽车工业所必需的可移动性能源问题。生物燃料所需要的相关植物的种植要占用大量土地,对于我国这样人口众多,人均土地稀少的国家来说,生物燃料显然不能成为主要的汽车能源。水库水力发电、风力发电、太阳能发电和潮汐发电虽然来源丰富、可以再生,但都有间歇性、难以储存和携带等缺陷,且受到客观条件的限制,难以成为主流能源。


  在目前的认识水平下,氢能是能够给我国乃至世界带来“能源革命”、使人类彻底摆脱能源限制、具有根本性意义的替代能源。氢具有车用燃料必须具备的储量丰富、能量密度高、可储存、可携带等突出优点。氢的单位燃烧热值是汽油的3倍、酒精的3.9倍、焦炭的4.5倍。氢可以通过电解水取得,而地球70%的面积被水所覆盖,包括各类海水和淡水,水的总储量约14亿立方公里。水本身是可循环的,消费以后,通过大自然蒸发、降水、流动可以不断恢复和更新,从全球水圈来讲,总水量是恒定的。从这个意义上讲,水资源是不会耗竭的再生性资源,因而氢也可以看作不会耗竭的再生性资源。水分解只产生氢和氧,氢通过燃烧产生能量时与氧重新结合为水,整个过程是可循环的,中间不产生任何污染物,是可以再生的最清洁能源。氢能的使用既在数量上解决了人类发展面临的能源约束问题,又在后果上解决了能源使用所产生的负面影响,如大气和环境污染问题、核废料问题等。


  人类对氢的物理化学性能已经非常了解,氢能源技术已接近成熟。可以用风能、太阳能和潮汐能等可再生的清洁能源发电,并用这种电力从水中制氢,这样就实现了整个过程的可再生性。按现在的发电成本计算,1kg氢的成本是1.2美元,接近石油的价格。如果利用太阳能、风能发电,然后电解水产生氢,成本将会更低。未来的趋势是,常规化石能源价格不断上涨,而氢能由于制造工艺日益成熟,市场扩大导致规模效益逐步体现,氢能价格呈下降趋势。


  四、结语


  现在车用氢能形式主要包括氢氧燃料电池和氢内燃机两种。虽然燃料电池具有无污染、能量转换率高等优点,可以说是利用氢能最高级、最有效的方式,但是目前很多关键技术尚未成熟,而且生产成本极其高昂,短期内很难实现产业化。而氢内燃机只需对传统内燃机做少许改动就可以直接燃烧氢,相对于燃料电池来说无论技术和成本都有很大的优势,是现阶段一种很好的过渡产品。因此,科研部门需要尽快解决制氢、储氢、加氢站建设等关键技术,并重视氢内燃机汽车标准的研究和专利申请等。从国家政策的角度看,政府应该制定促进氢内燃机汽车发展的汽车产业政策,通过研发投资、减免税收、补贴使用者、制定严格的排放法规等方法来鼓励和促进氢内燃机汽车的发展;重点在城市公交车、出租车和城际客运线路中,优先推广氢内燃机汽车并逐步扩大使用范围。只有这样,才能推动我国氢内燃机汽车的产业化进程。本文来自《内燃机》杂志

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