新能源汽车发展现状及应用前景

新能源汽车发展现状及 应用前景 李晓丹 （北京节能环保中心，北京 100029） 1 新能源汽车分类及其特点 1.1 清洁替代燃料汽车 清洁替代燃料汽车指使用非石油提炼的液化 天然气、压缩天然气、醇类燃料（甲醇及乙醇）、醚 类燃料（二甲醚）、生物柴油、煤制油及氢气等作 为直接燃料的汽车。 清洁替代燃料汽车的特点是依然使用内燃机 作为驱动装置，汽车在进行技术和结构改装后，使 用性能与普通汽、柴油车相当。使用清洁替代燃料 可以减少对石油的消耗，同时，降低空气污染，减 少一氧化碳、氮氧化物和有害颗粒物的排放，达到 欧Ⅲ或欧Ⅳ排放标准。 1.2 混合动力汽车 混合动力汽车指装有2种动力源，采用复合方 式驱动的汽车。车载动力源有多种:内燃机机组、 蓄电池、燃料电池、太阳能电池等。当前的混合动 摘要:本文对新能源汽车包括清洁替代燃料汽车、混合动力汽车、纯电动汽车的定义、分 类和特点进行了，综述了各类新能源汽车最新技术进展及其性能，通过分析新能源汽车应 用现状，指出纯电动汽车和燃料电池汽车推广应用需解决的问题，对各类新能源汽车的发展前 景进行了展望。 关键词:清洁替代燃料汽车;混合动力汽车;纯电动汽车;技术;现状;应用前景 中图分类号:F407.47 文献标识码:A 文章编号:1003-2355(2009)08-0043-03 doi:10.3969/ j.issn.1003-2355.2009.08.010 Abstract: The paper summarizes the concept, types and characteristics of new energy vehicles, including clean fuel vehicle, hybride vehicle and electric vehicle. It reviews the newest status of technology and perfor- mance of new energy vehicles. By analyzing the status of application, it indicates the problems that should be solved for battery vehicle and fuel cell vehicle. Finally, it prospects the future of all kinds of new energy vehicles. Key words: Clean fuel vehicle; hybride vehicle; electric vehicle; technology; status; application pros- pects 收稿日期:2009-07-04 作者简介:李晓丹（1978-），女，北京节能环保中心研究室副主任，工学博士，现从事能源及节能规划、政策、技术研究工作。 力汽车一般由内燃机和蓄电池共同驱动。 混合动力汽车的特点是实现了内燃机与车载 动力电源的有效互补。由于有发动机的辅助作用， 现阶段蓄电池的性能水平已经可以满足使用要求。 由于将刹车、减速时的能量损耗转化为电能，混合 动力汽车能量利用率由传统汽车的50%～60%提 高到90%左右，节油率可达20%～40%，尾气污 染也减少近一半。　 1.3 电动汽车 1.3.1 纯电动汽车 纯电动汽车是指以车载电源（高性能蓄电池） 为动力，用电机驱动行驶的车辆。目前，车用蓄电 池主要有铅酸电池、镍氢电池、锂离子电池等，锂 离子电池因能量密度大、自放电小、无记忆效应等 优点，是现阶段开发的重点。 纯电动汽车的特点是动能来源广泛，可利用 Research and Approach 研究与探讨 Vol. 31 No. 8 Aug 2009 第31卷 第8期 2009年8月 43 现行常规电源为蓄电池充电，可以实现使用时真 正的零排放和低噪音，即使按所耗电量换算为发 电厂的排放，除硫和微粒外，其他污染物排放量显 著减少，且有利于污染物的集中处理。 1.3.2 燃料电池汽车 燃料电池汽车是指以氢气、甲醇等为燃料，通 过化学反应产生电流，依靠电机驱动的汽车。燃料 电池的种类有碱性燃料电池、质子交换膜燃料电 池、磷酸型燃料电池、熔融碳酸盐燃料电池和固体 氧化物燃料电池等。质子交换膜燃料电池具有小 型、轻量化的特点,最适合在汽车上应用。 燃料电池汽车不存在续驶里程短的问题，但 需要用少量电池或超级电容器来提高加速性能。 直接以氢气为燃料，燃料电池汽车的排放物是水; 以甲醇为燃料，排放物中有少量的二氧化碳。燃料 电池汽车具有高效、无污染或低污染等特点，应用 范围较为广泛。 2 新能源汽车技术与应用现状 2.1 清洁替代燃料汽车 目前，采用压缩天然气（CNG）和液化石油气 （LPG）的替代燃料汽车从技术角度已经完全满足 使用要求，在世界各国得到了广泛应用。我国上海 80％的出租车使用LPG燃料，北京建成世界上数 量最多的CNG公交车队，在运行的CNG公交车约 有4200辆。 我国煤基甲醇汽车已进入产业化示范和推广阶 段。低比例甲醇掺烧技术（M15:在汽油中掺15% 的甲醇）已经成熟，在动力性、冷启动、腐蚀性、 溶胀性、经济性、尾气排放、安全、油箱清洗、抗 相分离等9个方面与E10（在汽油中掺10%乙醇） 和天然气燃料车辆相比稳定可靠、运行良好。现有 车辆只更换部分零部件就可以使用M15。高比例甲 醇（M85-M100）在毒性、腐蚀性、耐久性方面的 问题已经解决，低温启动、冷机排放方面还需进一 步改善，需对汽车进行一定的结构改装。 甲醇汽车是我国新能源汽车战略的重要组成 部分，山西、陕西、河南等18个省、市、地区开 展了燃料甲醇与甲醇汽车的研发推广工作。国内 奇瑞、华普汽车、重庆长安、东风雪铁龙已经研制 出甲醇汽车;上汽荣威750明确标明:该款汽车适 应M15甲醇汽油;大众公司的燃油系统部件上也 标明适应M15甲醇汽油。 醚类燃料正处于产业化前期阶段。二甲醚汽 车发动机效率和热效率较高，噪声明显低于柴油 机，可实现超低氮氧化物排放、无烟、无硫燃烧和 无可见微粒排放。二甲醚作为车用燃料替代柴油， 还需加强可靠性、耐久性和经济性研究。在欧洲， VOLVO等汽车公司已进行二甲醚客车试车与示范 应用;二甲醚城市客车在我国上海、山东等省市也 有小规模应用。 2.2 混合动力汽车 丰田Prius是混合动力汽车最早实现商业化 的代表,1997年实现批量生产。2003年起使用第 二代混合动力系统THSⅡ，排量为1496ml，采用 最大功率 53kW/4500r/min，以发动机供给动 力为主，蓄电池为辅，采用镍氢电池，串并联控制 方式，平均百公里油耗4L左右。截止2008年底， 丰田混合动力汽车全球销量累计已突破100万，自 2006年1月在中国上市，销售约2500辆。 2005年，我国长春一汽在自主品牌车辆上应 用丰田混合动力系统技术，成为国内首家混合动 力车生产厂商。同年，《国家混合动力汽车标准》正 式实施。2008年，国家发展和改革委员会新车目 录上，有大批混合动力车型获批，包括上海通用君 越、一汽奔腾和长安杰勋，以及东风、北汽福田的 混合动力客车等。2008年12月15日，我国比亚 迪双模电动汽车（电动模式+混合动力模式）投 入市场，其技术水平已达到世界领先水平。该双模 电动汽车使用原料丰富、环保且安全性好的磷酸 铁锂蓄电池为汽车提供动力，以蓄电池供给动力 为主，电力不足时才利用发动机，更加节能环保， 最大输出功率达125kW，相当于3.0L发动机的 动力性能。上汽荣威750混合动力轿车最高时速达 205km/h，最大续驶里程达500km，可实现综合 节油率20％左右，预计2010年底上市。混合动力 汽车在中国已经开始摆脱“概念”阶段。 2.3 电动汽车 2.3.1 纯电动汽车 车用电池的性能指标是影响纯电动汽车发展 的关键因素，早期开发使用的铅酸、镍氢蓄电池， 能量密度较低，使得电动汽车在爬坡、加速和续驶 里程方面难以满足使用要求。近期以锰酸锂、磷酸 铁锂为正极材料的锂离子电池车在提高性能方面 取得了重大进展:车辆一次充电续驶里程最高达到 300km以上（燃油汽车一次加油续驶里程为400～ 500km），最高时速达200km/h，快速充电需20 min左右的时间。我国纯电动汽车与世界先进水 平相近，纯电动客车最大时速可达80km/h，续 研究与探讨 Research and Approach Vol. 31 No. 8 Aug 2009第31卷 第8期 2009年8月 44 驶里程达180km;比亚迪开发纯电动轿车一次充 电续驶里程已达到400km，最高时速160km/h， 可充电2000次，蓄电池寿命预计为8～10年。 截至2007年底，已建立北京、上海、武汉、 天津等7个电动汽车商业化示范城市。北京研发生 产的4种车型、近40辆电动公交客车和旅游客车 于2005年6月投入示范区运营，至2008年底已累 计可靠运行超过100万km。北京奥运会期间，由 50辆纯电动客车组成的世界上规模最大的锂离子 无障碍电动客车车队在奥运中心区顺利运营，累 计运行12万km，载客14万人。 纯电动汽车普及还需解决的问题主要有:（1） 动力电池的性能，包括提高容量、充放电次数，缩 短充电时间，以及提高各种环境下的适应性和安全 性。（2）电池成本，开发出性能优越又价格便宜的 动力电池，降低整车价格。（3）配套充电基础设施， 建立比较方便快捷的充电网络或电池租赁体系。 2.3.2 燃料电池汽车 通用和奔驰汽车公司的燃料电池汽车技术比 较先进。奔驰氢燃料电池轿车已批量生产60辆，在 欧洲、日本、新加坡和美国等地进行运行试验，该 车采用质子交换膜氢燃料电池，应用65kW异步电 动机加以驱动，时速最高可至140km/h，行程达 162km。 在我国，由清华大学为主承担的“燃料电池城 市客车整车技术”等有关研究课题，已研制出12辆 16座中巴燃料电池轻型客车样车投入运行，该车额 定功率18kW，驱动电机额定功率35kW，最高车速 80km/h，最大爬坡度15%，0～40km/h的加速 时间不大于15s，一次加氢续驶里程大于165km。 2007年，我国第四代燃料电池轿车研制成功，该车 最高时速达150km/h，最大续驶里程319km。奥 运会期间，上海大众制造的20辆帕萨特领驭氢燃 料电池轿车，作为公务用车在奥运中心区投入示 范运营，成功完成了运送任务。 燃料电池汽车要实现推广应用，还需解决下 列问题:（1）氢气来源与安全储运，成本适中、安 全性好的制氢、储氢技术还在研发中。（2）降低燃 料电池成本，开发廉价的催化剂替代价格高涨的 铂催化剂。（3）加氢装置及加氢站建设，开发高 效、安全的加氢装置，建立加氢站。（4）提高燃料 电池使用寿命和可靠性。目前，燃料电池堆寿命约 为2000h;北京市示范运行的燃料电池公共汽车平 均完好率为92%，而柴油车达到99.16%。 3 新能源汽车应用前景 3.1 清洁替代燃料汽车——燃料供应丰富地 区理想的汽车解决 清洁替代燃料汽车技术已经趋于成熟，进入 商业化推广阶段。甲醇是汽油较好的替代品，二甲 醚是柴油较好的替代品。清洁替代燃料存在区域 性特征，稳定的供应来源是发展替代燃料汽车的 首要条件。未来一段时间内，我国在甲醇、生物乙 醇、二甲醚等燃料资源比较丰富的地区，如山西、 河南、陕西、黑龙江，将会迎来替代燃料汽车较大 规模的应用与发展。 3.2 混合动力汽车——现阶段节能环保汽车 较现实的解决方案 混合动力汽车已开始步入产业化阶段，是解决 环保与能源问题较为切实可行的方案。未来10年, 混合动力汽车将会迅速发展,逐渐成为汽车行业的主 导产品之一。据《Auto Mfg＆Production》报道， 世界汽车市场上，混合动力汽车2010年将达100万 辆，2015年将占15％的份额，2020年将占25％。 3.3 电动汽车——未来真正的节能环保汽车 解决方案 纯电动汽车适合在市内旅游、公交、市政服务 如环卫、邮递等部门优先使用，未来具有广阔的发 展前景，预计2020年左右会大面积普及。纯电动 汽车节能环保效益显著:如果全国30%的公交车和 10%的轿车实现电动化，每年用电量约101亿kWh， 可替代柴油212万t、汽油182万t，可减排二氧化 碳、一氧化碳、碳氢化合物分别为1249万t、8.4 万t、1.2万t。 燃料电池汽车适合于在公交系统上率先应用， 其普及预计会在2020年以后，未来发展前景良好。 据预测:2020年，燃料电池汽车将在美国、日本、 西欧汽车市场上分别占4%、4.5% 和3.7%的份 额;2030年，将占世界汽车市场份额25%左右。 比较项目 所处阶段 尾气排放 动力来源 能量转化率 成本与传统 汽车相比 替代燃料车 商品化实用 低于传统汽车 较广 略高于传统汽车 略高于传统汽车 混合动力车 初级产业化 传统汽车的 1/2左右 广 较高 1.5～2倍 纯电动车 示范应用 使用时 零排放 广 高 2倍及以上 燃料电池车 研发试用 零排放或 超低排放 较窄 高 10倍及以上 表1 新能源汽车基本情况比较 注:成本一栏为大概比较，不同车型成本可能会与表中数据不同。 （下转第18页） Research and Approach 研究与探讨 Vol. 31 No. 8 Aug 2009 第31卷 第8期 2009年8月 45 度的7.6%预期调整为7.9%。沿用第1季度的基 本方法，将GDP增长率和用电量增长率分别分解 到第一产业、第二产业（尤其是重工业和轻工业）、 城乡居民（见表2），之后根据各产业用电量与能 源消耗的关系，进一步预测各种一次能源品种需 求量。而供应量则是根据我国各能源品种的产能 作出预测。最终能源供需结果见表3。其中，石油 和天然气的供应和需求增长较为平稳，趋势容易 把握，石油的对外依存度在几个季度中基本维持 过半，而天然气需求虽然潜力较大，但是受到气源 和管网基础设施的限制，所以其需求增长和供应 能力的提升是一个渐进的过程，增长更为稳定。煤 炭需求和一次电力需求预测受各行业经济景气性 影响最强，其中煤炭和用电下游行业火力发电、钢 铁、有色金属、建材、化工等是主要的，尤其是电 煤的恢复性增长是煤炭第3季度、第4季度增长的 关键因素;第1季度、第2季度一次电力中水电出 力一直远远领先于火电，第3季度开始火电的设备 利用小时数将逐步恢复增长，因而，对煤炭的需求 会增大。从数据看，7月份全国发电量同比增速达 到4.21%，全国发电量达到3484.95亿kWh，达 到了今年以来的最高点，其中从增速的绝对值看， 钢铁、有色金属产能恢复用电同比增速大。 3.2 未来能源供求关系仍将宽松，煤炭价 格总体上仍将平稳 尽管全球经济开始回暖，我国经济已开始全 面恢复，能源需求开始逐步上升，但由于金融危机 前后我国能源产能相对过剩，加上能源库存一直 在相对高位徘徊，所以我国第3季度、第4季度能 源供求关系仍将总体上保持宽松态势（不考虑个 别地区、个别燃料可能存在时段性吃紧），在全球 经济缓慢复苏的大背景下，受煤炭下游行业复苏 速度缓慢以及国际煤炭市场供求关系整体宽松影 响，国内煤炭市场整体仍将保持基本稳定的态势 （尽管电煤需求从第3季度开始将明显增加），煤炭 价格仍将不会有大的起伏（见图3）。 保持第1季度分析的判断，我国原油价 格完全与国际市场接轨，成品油价格则是根据国 际原油价格变动而实时作出调整，根据第1季度、 第2季度国际石油市场情况看，全球经济尽管在 复苏，但由于复苏速度缓慢，所以，国际石油市 场在第3季度、第4季度在没有突发事件的条件 下，石油市场将会总体上保持平稳，因而，国内 石油市场也将保持基本平稳，但是由于国际石化 市场总体仍不景气，所以国内石化产品价格回升 还需时日，第3季度不会有大的改变。金融危机 对我国当前政府指导下的天然气定价体系构成的 国内天然气市场没有影响。随着部分电煤的 不断落实，电煤在第3季度、第4季度供应也不 会有太大的问题，在这种情况下，以各地区标杆 电价为依据的电价调整在第3季度、第4季度也 基本不会发生。 参考文献: 国家发展和改革委员会 .新能源汽车生产准入管理规则[S] , 2007,72号文件. 杨妙梁 .世界燃料电池车发展动向 (三 ) [ J ] .汽车与配件 , 2005,(5):34-37. 徐汉章 ,罗慧超 .混合动力技术进展及相关建议[ J ] .交通节 能与环保,2007,1:15-17. 杨妙梁.国外车用锂离子蓄电池的应用与发展动向(二) [ J ] . 新能源汽车,2008,52(4):46-48. 车用锂离子蓄电池的发展前景[ J ] .产业经济报道, 2 0 0 8 , 4 2 (10):48-51. 王伟.电动汽车催生能源消费新模式[ J] .国家电网, 20 0 7 ,4 0 (4):40-43. 曹秉刚 .中国电动汽车技术新进展 [ J ] .西安交通大学学报 , 2007,41(1):114-118. [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] （上接第45页） 专家分析 Expert Analysis Vol. 31 No. 8 Aug 2009第31卷 第8期 2009年8月 18