汽車新能源與節(jié)能技術(shù)探討

序論：好文章的創(chuàng)作是一個(gè)不斷探索和完善的過(guò)程，我們?yōu)槟扑]一篇汽車新能源與節(jié)能技術(shù)探討范例，希望它們能助您一臂之力，提升您的閱讀品質(zhì)，帶來(lái)更深刻的閱讀感受。

近年來(lái)，隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和汽車行業(yè)技術(shù)水平的不斷提高，廣大人民群眾的購(gòu)買力顯著增強(qiáng)，汽車已經(jīng)成為普通百姓家的生活必需品。據(jù)有關(guān)部門統(tǒng)計(jì)截止到2021年中國(guó)傳統(tǒng)燃油汽車的保有量已接近3億輛，隨著中國(guó)汽車保有量的持續(xù)上升，導(dǎo)致碳排放量也相應(yīng)上升，導(dǎo)致環(huán)境污染問(wèn)題日益嚴(yán)重，并且成為溫室效應(yīng)、霧霾的主要源頭，最終影響到人們的生存環(huán)境，大大降低廣大居民的生活質(zhì)量。于此同時(shí)，我國(guó)能源安全問(wèn)題也日漸突出，中國(guó)石油消費(fèi)量全球排名第二和石油進(jìn)口量排名第一，2020年數(shù)據(jù)顯示國(guó)內(nèi)原油表觀消費(fèi)量為7.36億噸，石油對(duì)外依存度高達(dá)73%以上，據(jù)國(guó)際能源署發(fā)布的報(bào)告顯示，到2024年中國(guó)石油進(jìn)口量預(yù)計(jì)有可能超過(guò)5億噸，能源供需矛盾日益突出。[1]綠色、低碳也是世界各國(guó)關(guān)注的焦點(diǎn)。2021年10月我國(guó)提出了“3060”雙碳戰(zhàn)略目標(biāo)，我國(guó)汽車產(chǎn)業(yè)將在2028年左右早于國(guó)家碳減排承諾提前達(dá)峰，到2035年碳排放總量將比峰值降低20%以上。[2]因此，在這樣的大背景下只有不斷開(kāi)發(fā)汽車新能源以及節(jié)能技術(shù)，才能解決汽車能源短缺與環(huán)境污染問(wèn)題，才能促進(jìn)汽車產(chǎn)業(yè)獲得可持續(xù)發(fā)展，從而更好的促進(jìn)社會(huì)和經(jīng)濟(jì)更加健康穩(wěn)定的發(fā)展。

1汽車新能源與節(jié)能技術(shù)在汽車行業(yè)應(yīng)用的必要性

1.1減少對(duì)自然環(huán)境的污染、對(duì)人體健康的危害

燃油汽車在行駛過(guò)程中排放的尾氣包含有大量的CO、CO2、CHx、NOx、SO2、顆粒物及合成光化學(xué)煙霧等有害成分，首先會(huì)危害到人體健康，破壞人體呼吸系統(tǒng)、人體造血功能，導(dǎo)致各種慢性疾病的發(fā)生甚至是危及生命。其次，SO2產(chǎn)生的酸雨會(huì)造成地面腐蝕、房屋腐蝕、動(dòng)植物死亡等嚴(yán)重問(wèn)題，使人們的生命和財(cái)產(chǎn)安全受到嚴(yán)重威脅。最后這些排放物不僅會(huì)對(duì)大氣層產(chǎn)生破壞，也會(huì)造成溫室效應(yīng)和霧霾等天氣的出現(xiàn)。石油開(kāi)采過(guò)程非常繁雜，其中的每一個(gè)流程都會(huì)對(duì)周邊環(huán)境產(chǎn)生不可逆的影響，最終導(dǎo)致石油開(kāi)采區(qū)域周邊的自然生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生難以修復(fù)的破壞，人們的生存環(huán)境和發(fā)展空間受到嚴(yán)重影響。[3]汽車新能源與節(jié)能技術(shù)在汽車上的推廣應(yīng)用，不僅可以大大減少汽車排氣污染，也可以減少石油能源的開(kāi)采，從而減少汽車尾氣排放與開(kāi)采過(guò)程對(duì)環(huán)境所造成的污染和對(duì)人體的傷害，促進(jìn)人與自然生態(tài)環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展。

1.2保護(hù)化石能源、節(jié)約資源

把新能源和節(jié)能技術(shù)應(yīng)用于汽車可以大量減少燃油的使用，可以減少石油能源的開(kāi)采保護(hù)不可再生的化石能源，保證未來(lái)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)良性發(fā)展；同時(shí)還可以節(jié)約在石油的開(kāi)采過(guò)程中的大量人力、物力資源，土地、地下水等自然資源。

1.3維護(hù)國(guó)家能源安全

大到工業(yè)生產(chǎn)、國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展和國(guó)防安全，小到每個(gè)人的日常生活，處處都和石油有關(guān)聯(lián)。石油是一個(gè)國(guó)家生存和發(fā)展最重要的戰(zhàn)略資源，對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)、社會(huì)發(fā)展和國(guó)防安全保障發(fā)揮著不可估量的作用。我國(guó)是一個(gè)煤炭豐富、石油短缺、天然氣較少的國(guó)家，汽車新能源和節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用可以大量減少燃油的使用，一定程度上可以緩解國(guó)家能源供需緊張問(wèn)題，保障國(guó)家能源安全。

2汽車新能源與節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用

2.1油電混合汽車技術(shù)

油電混合汽車技術(shù)顧名思義就是燃油驅(qū)動(dòng)技術(shù)和電力驅(qū)動(dòng)技術(shù)相結(jié)合，燃油發(fā)動(dòng)機(jī)和電機(jī)相互配合做功為汽車行駛提供能量，屬于兩者優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)的技術(shù)，一般而言主動(dòng)力源還是燃油發(fā)動(dòng)機(jī)，增加電池作為輔助動(dòng)力源，汽車起步或加速行駛時(shí)，電動(dòng)馬達(dá)鋪助發(fā)動(dòng)機(jī)來(lái)供給動(dòng)力，使汽車在起步時(shí)速度更快，加速時(shí)更平穩(wěn)，降低油耗。汽車正常行駛時(shí)產(chǎn)生強(qiáng)大而平穩(wěn)的動(dòng)力，與同樣重量的汽車相比，燃油消耗更低，排放污染更少，行駛性能優(yōu)越。同時(shí)有了電池，還可以通過(guò)能量回收技術(shù)回收制動(dòng)、下坡、怠速時(shí)的多余能量。[5]但是目前混合動(dòng)力汽車技術(shù)的可靠性和制造使用成本高兩大難題，一直制約或影響混合動(dòng)力汽車的發(fā)展前景。

2.2純電動(dòng)汽車技術(shù)

純電動(dòng)汽車技術(shù)是將汽車搭載的動(dòng)力電池作為唯一動(dòng)力源給電動(dòng)機(jī)提供電能，用電動(dòng)機(jī)代替?zhèn)鹘y(tǒng)內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動(dòng)車輛行駛，動(dòng)力電池和電動(dòng)機(jī)就相當(dāng)于傳統(tǒng)燃油車的油箱和內(nèi)燃機(jī)。其優(yōu)點(diǎn)是可以實(shí)現(xiàn)零排放、降低噪聲污染、能量轉(zhuǎn)化率高和降低石油資源的消耗，更加的清潔、環(huán)保。這就完全符合了當(dāng)前社會(huì)的節(jié)能和減排原則要求。純電動(dòng)汽車的核心技術(shù)主要包括動(dòng)力電池、電機(jī)、電控、能量管理和安全防護(hù)系統(tǒng)，在這些核心技術(shù)中，最為關(guān)鍵的就是電池的設(shè)計(jì)、制造技術(shù)。但是目前的動(dòng)力電池還存在能量密度低，使用壽命短，占用安裝空間大、總體重量大，充電耗時(shí)，電池更換成本比較高，以及配套充電設(shè)施不足等問(wèn)題，這些都極大的阻礙了純電動(dòng)汽車的全面推廣應(yīng)用。雖然純電動(dòng)汽車技術(shù)的使用可以使汽車在使用過(guò)程中排放實(shí)現(xiàn)零排放，但是就汽車的全生命周期考慮，材料周期碳排放、燃料周期碳排放并不是完全的有害物質(zhì)零排放，目前火力發(fā)電作為我國(guó)發(fā)電主力占比高達(dá)72%，火力發(fā)電在消耗大量煤炭資源的同時(shí)，產(chǎn)生的有害氣體、污水、固態(tài)廢料、噪聲和熱污染同樣會(huì)對(duì)周邊環(huán)境造成污染。同時(shí)動(dòng)力電池的退役后的回收還沒(méi)有形成成熟的回收體系，還存在環(huán)境污染和資源浪費(fèi)的潛在風(fēng)險(xiǎn)。因此純電動(dòng)汽車技術(shù)想得到長(zhǎng)遠(yuǎn)的應(yīng)用，必須不斷加強(qiáng)電池技術(shù)方面的研究，創(chuàng)新能源結(jié)構(gòu)建成“清潔低碳、安全高效能源體系”。

2.3天然氣汽車技術(shù)

所謂的天然氣汽車技術(shù)是在汽油汽車的基礎(chǔ)上，經(jīng)過(guò)改裝設(shè)計(jì)，加裝一套供氣系統(tǒng)，以天然氣代替燃油作為燃料給汽車提供行駛動(dòng)力的汽車技術(shù)。具有成本低、安全性好、污染排放少等優(yōu)點(diǎn)，但行駛里程短、改氣后動(dòng)力下降、怠速居高不下、加氣站配套不足等問(wèn)題影響了他的大面積推廣，現(xiàn)階段主要應(yīng)用于出租汽車和商用汽車比較多。另外天然氣也屬于不可再生資源，我國(guó)天然氣資源不足，國(guó)家汽車產(chǎn)業(yè)政策導(dǎo)向的調(diào)整，都是影響天然氣汽車推廣應(yīng)用的主要因素。

2.4汽車輕量化設(shè)計(jì)

汽車整備質(zhì)量大小是決定耗油量的一個(gè)非常關(guān)鍵因素，在保證汽車安全和性能要求基礎(chǔ)上，應(yīng)用新材料、新技術(shù)降低汽車整備質(zhì)量對(duì)傳統(tǒng)燃油車和新能源汽車都是節(jié)能、減排的有效措施，在整車設(shè)計(jì)中，采用合金材料、復(fù)合材料、工程塑料等新材料、結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)、制造工藝優(yōu)化實(shí)現(xiàn)整車輕量化。除此之外，在設(shè)計(jì)車身結(jié)構(gòu)和形狀時(shí)，要充分利用空氣動(dòng)力學(xué)，對(duì)車身參數(shù)優(yōu)化，流線設(shè)計(jì)，減少空氣阻力，最終達(dá)到良好的節(jié)能、降耗效果。

3汽車新能源與節(jié)能技術(shù)的發(fā)展方向

3.1氫燃料電池技術(shù)

氫燃料電池是將氫作為燃料，送到燃料電池的負(fù)極，把空氣中的氧供給正極，在電池中催化劑的作用下氫與氧發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)，直接將燃料的化學(xué)能變?yōu)殡娔艿哪芰哭D(zhuǎn)換裝置，它相當(dāng)于是一臺(tái)發(fā)電機(jī)，輸出電能驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)工作，為汽車行駛提供驅(qū)動(dòng)力，同時(shí)還有給電池充電的功能。氫燃料電池是實(shí)現(xiàn)氫能轉(zhuǎn)換為電能利用的關(guān)鍵載體，汽車使用過(guò)程中，只要有氫不斷的輸入到燃料電池，氫燃料電池就會(huì)通過(guò)電化學(xué)反應(yīng)源源不斷的輸出電能。氫能作為可存儲(chǔ)廢棄能源并推動(dòng)由傳統(tǒng)化石能源向綠色能源轉(zhuǎn)變的清潔能源，其燃燒熱值高達(dá)142MJ/kg是汽油的3倍、焦炭的4.5倍，被認(rèn)為是實(shí)現(xiàn)未來(lái)能源革命的顛覆性技術(shù)發(fā)展方向。[6]氫燃料電池具有污染少、噪聲少、發(fā)電效率高、可再生、加氫快、續(xù)航長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，讓其在理論上成為未來(lái)實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排的有效途徑。但是成本、技術(shù)、氫運(yùn)輸、氫儲(chǔ)存、安全等多方面問(wèn)題還沒(méi)有完全解決，國(guó)家能源局在“十四五”發(fā)展規(guī)劃中將氫能及燃料電池技術(shù)列為能源技術(shù)裝備主攻方向和重點(diǎn)任務(wù)。研究表明，氫能及氫燃料電池技術(shù)有望在汽車等領(lǐng)域得到大規(guī)模應(yīng)用。[7]

3.2太陽(yáng)能電池技術(shù)

太陽(yáng)能電池是以半導(dǎo)體為材料把太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為電能，把太陽(yáng)能電池應(yīng)用于汽車上，用其轉(zhuǎn)換的電能來(lái)驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)為汽車行駛提供動(dòng)力，多余的電能還可以自動(dòng)儲(chǔ)存于電池，陽(yáng)光不足的時(shí)候供汽車運(yùn)行，太陽(yáng)能屬于可再生能源，其本身沒(méi)有對(duì)環(huán)境造成污染的物質(zhì)，在太陽(yáng)能向電能轉(zhuǎn)換的過(guò)程中也不產(chǎn)生污染，汽車使用過(guò)程中也不存在尾氣排放，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)污染物的零排放，同時(shí)也降低了汽車對(duì)化石能源等的使用比例。但目前技術(shù)和成本仍然是阻礙太陽(yáng)能電池技術(shù)應(yīng)用于汽車產(chǎn)業(yè)的兩大難題。不過(guò)隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展，太陽(yáng)能電池技術(shù)在汽車領(lǐng)域的推廣應(yīng)用還是非常有前景的。

3.3可燃冰技術(shù)

可燃冰（甲烷氣水包合物），是天然氣和水分子在0℃和3.03MPa環(huán)境條件下生成的一種像冰一樣的結(jié)晶化合物，它含有80%-99.9%的甲烷，遇火即燃具有極強(qiáng)的燃燒力，相同條件下完全燃燒時(shí)釋放的能量是傳統(tǒng)能源的幾十倍，而且它燃燒后幾乎不會(huì)產(chǎn)生任何污染物。但是可燃冰的開(kāi)采難度極大，開(kāi)采成本很高，要實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化和商業(yè)化開(kāi)采還不可能，要在汽車行業(yè)內(nèi)廣泛運(yùn)用還不現(xiàn)實(shí)。但是經(jīng)過(guò)仿真試驗(yàn)表明可燃冰是一種高效清潔的未來(lái)汽車新能源，在節(jié)能減排方面能發(fā)揮出很高的價(jià)值作用。因此只有不斷加強(qiáng)對(duì)可燃冰開(kāi)采方法、存放、加注、運(yùn)輸、安全等方面的創(chuàng)新研究，才能更好的保證可燃冰技術(shù)在汽車行業(yè)上的應(yīng)用與發(fā)展。

3.4汽油發(fā)動(dòng)機(jī)壓燃技術(shù)

自汽車誕生以來(lái)，汽油發(fā)動(dòng)機(jī)的點(diǎn)火方式主要是利用火花塞跳火引燃混合氣的點(diǎn)燃式點(diǎn)火方式，壓燃式點(diǎn)火主要應(yīng)用于柴油發(fā)動(dòng)機(jī)，采用火花塞點(diǎn)火的量產(chǎn)汽油發(fā)動(dòng)機(jī)最大熱效率剛到40%左右，而采用壓燃式點(diǎn)火的柴油發(fā)動(dòng)機(jī)最大熱效率已超過(guò)了50%。汽車發(fā)動(dòng)機(jī)熱效率的高低則會(huì)直接決定油耗高低和排放數(shù)據(jù)。通過(guò)實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)汽油發(fā)動(dòng)機(jī)如果采用壓燃技術(shù)可以得到接近甚至超過(guò)40%的熱效率，將燃油經(jīng)濟(jì)性提高20%-30%。

3.5可變排量發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)

可變排量汽車技術(shù)是指在現(xiàn)有內(nèi)燃機(jī)的基礎(chǔ)上，根據(jù)汽車實(shí)際動(dòng)力需求，通過(guò)電腦發(fā)動(dòng)機(jī)排量。其優(yōu)點(diǎn)是不改變汽車發(fā)動(dòng)機(jī)工作容積的前提下，實(shí)現(xiàn)不同工況下多余燃料的使用，以達(dá)到節(jié)能減排的目的。實(shí)驗(yàn)表明，同時(shí)配備可變排量技術(shù)和渦輪增壓的汽車，能夠?qū)崿F(xiàn)在低、中、高任何負(fù)荷下的最佳運(yùn)行狀態(tài)。可變排量汽車技術(shù)是現(xiàn)有發(fā)動(dòng)機(jī)節(jié)能減排的一項(xiàng)很有發(fā)展?jié)摿Φ募夹g(shù)。綜上所述為了實(shí)現(xiàn)保護(hù)自然環(huán)境，節(jié)約能源，確保國(guó)家能源安全，汽車新能源和節(jié)能技術(shù)在汽車中的應(yīng)用是迫在眉睫的。雖然我國(guó)已經(jīng)出臺(tái)了相關(guān)政策，鼓勵(lì)汽車新能源與節(jié)能技術(shù)的研究發(fā)展，而且已經(jīng)實(shí)現(xiàn)的技術(shù)也很多，但仍有很多關(guān)鍵技術(shù)有待進(jìn)一步研究，要不斷完善技術(shù)創(chuàng)新體系，研究和開(kāi)發(fā)更多新節(jié)能與能源技術(shù)，培養(yǎng)和造就大批創(chuàng)新型高技術(shù)人才，汽車新能源和節(jié)能技術(shù)的研究、開(kāi)發(fā)與應(yīng)用將會(huì)促進(jìn)汽車產(chǎn)業(yè)獲得可持續(xù)發(fā)展，從而更好的促進(jìn)社會(huì)和經(jīng)濟(jì)更加健康穩(wěn)定的發(fā)展。

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[7]國(guó)家能源局，能源技術(shù)創(chuàng)新“十四五”規(guī)劃初稿[EB/OL].2021.3.

作者:范利紅 劉文龍 陸蓮仕 單位:柳州職業(yè)技術(shù)學(xué)院 汽車工程學(xué)院