汽车新能源与节能技术探讨

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近年来，随着我国经济发展和汽车行业技术水平的不断提高，广大人民群众的购买力显著增强，汽车已经成为普通百姓家的生活必需品。据有关部门统计截止到2021年中国传统燃油汽车的保有量已接近3亿辆，随着中国汽车保有量的持续上升，导致碳排放量也相应上升，导致环境污染问题日益严重，并且成为温室效应、雾霾的主要源头，最终影响到人们的生存环境，大大降低广大居民的生活质量。于此同时，我国能源安全问题也日渐突出，中国石油消费量全球排名第二和石油进口量排名第一，2020年数据显示国内原油表观消费量为7.36亿吨，石油对外依存度高达73%以上，据国际能源署发布的报告显示，到2024年中国石油进口量预计有可能超过5亿吨，能源供需矛盾日益突出。[1]绿色、低碳也是世界各国关注的焦点。2021年10月我国提出了“3060”双碳战略目标，我国汽车产业将在2028年左右早于国家碳减排承诺提前达峰，到2035年碳排放总量将比峰值降低20%以上。[2]因此，在这样的大背景下只有不断开发汽车新能源以及节能技术，才能解决汽车能源短缺与环境污染问题，才能促进汽车产业获得可持续发展，从而更好的促进社会和经济更加健康稳定的发展。

1汽车新能源与节能技术在汽车行业应用的必要性

1.1减少对自然环境的污染、对人体健康的危害

燃油汽车在行驶过程中排放的尾气包含有大量的CO、CO2、CHx、NOx、SO2、颗粒物及合成光化学烟雾等有害成分，首先会危害到人体健康，破坏人体呼吸系统、人体造血功能，导致各种慢性疾病的发生甚至是危及生命。其次，SO2产生的酸雨会造成地面腐蚀、房屋腐蚀、动植物死亡等严重问题，使人们的生命和财产安全受到严重威胁。最后这些排放物不仅会对大气层产生破坏，也会造成温室效应和雾霾等天气的出现。石油开采过程非常繁杂，其中的每一个流程都会对周边环境产生不可逆的影响，最终导致石油开采区域周边的自然生态环境产生难以修复的破坏，人们的生存环境和发展空间受到严重影响。[3]汽车新能源与节能技术在汽车上的推广应用，不仅可以大大减少汽车排气污染，也可以减少石油能源的开采，从而减少汽车尾气排放与开采过程对环境所造成的污染和对人体的伤害，促进人与自然生态环境的可持续发展。

1.2保护化石能源、节约资源

把新能源和节能技术应用于汽车可以大量减少燃油的使用，可以减少石油能源的开采保护不可再生的化石能源，保证未来社会经济的可持续良性发展；同时还可以节约在石油的开采过程中的大量人力、物力资源，土地、地下水等自然资源。

1.3维护国家能源安全

大到工业生产、国民经济发展和国防安全，小到每个人的日常生活，处处都和石油有关联。石油是一个国家生存和发展最重要的战略资源，对国民经济、社会发展和国防安全保障发挥着不可估量的作用。我国是一个煤炭丰富、石油短缺、天然气较少的国家，汽车新能源和节能技术的应用可以大量减少燃油的使用，一定程度上可以缓解国家能源供需紧张问题，保障国家能源安全。

2汽车新能源与节能技术的应用

2.1油电混合汽车技术

油电混合汽车技术顾名思义就是燃油驱动技术和电力驱动技术相结合，燃油发动机和电机相互配合做功为汽车行驶提供能量，属于两者优势互补的技术，一般而言主动力源还是燃油发动机，增加电池作为辅助动力源，汽车起步或加速行驶时，电动马达铺助发动机来供给动力，使汽车在起步时速度更快，加速时更平稳，降低油耗。汽车正常行驶时产生强大而平稳的动力，与同样重量的汽车相比，燃油消耗更低，排放污染更少，行驶性能优越。同时有了电池，还可以通过能量回收技术回收制动、下坡、怠速时的多余能量。[5]但是目前混合动力汽车技术的可靠性和制造使用成本高两大难题，一直制约或影响混合动力汽车的发展前景。

2.2纯电动汽车技术

纯电动汽车技术是将汽车搭载的动力电池作为唯一动力源给电动机提供电能，用电动机代替传统内燃机驱动车辆行驶，动力电池和电动机就相当于传统燃油车的油箱和内燃机。其优点是可以实现零排放、降低噪声污染、能量转化率高和降低石油资源的消耗，更加的清洁、环保。这就完全符合了当前社会的节能和减排原则要求。纯电动汽车的核心技术主要包括动力电池、电机、电控、能量管理和安全防护系统，在这些核心技术中，最为关键的就是电池的设计、制造技术。但是目前的动力电池还存在能量密度低，使用寿命短，占用安装空间大、总体重量大，充电耗时，电池更换成本比较高，以及配套充电设施不足等问题，这些都极大的阻碍了纯电动汽车的全面推广应用。虽然纯电动汽车技术的使用可以使汽车在使用过程中排放实现零排放，但是就汽车的全生命周期考虑，材料周期碳排放、燃料周期碳排放并不是完全的有害物质零排放，目前火力发电作为我国发电主力占比高达72%，火力发电在消耗大量煤炭资源的同时，产生的有害气体、污水、固态废料、噪声和热污染同样会对周边环境造成污染。同时动力电池的退役后的回收还没有形成成熟的回收体系，还存在环境污染和资源浪费的潜在风险。因此纯电动汽车技术想得到长远的应用，必须不断加强电池技术方面的研究，创新能源结构建成“清洁低碳、安全高效能源体系”。

2.3天然气汽车技术

所谓的天然气汽车技术是在汽油汽车的基础上，经过改装设计，加装一套供气系统，以天然气代替燃油作为燃料给汽车提供行驶动力的汽车技术。具有成本低、安全性好、污染排放少等优点，但行驶里程短、改气后动力下降、怠速居高不下、加气站配套不足等问题影响了他的大面积推广，现阶段主要应用于出租汽车和商用汽车比较多。另外天然气也属于不可再生资源，我国天然气资源不足，国家汽车产业政策导向的调整，都是影响天然气汽车推广应用的主要因素。

2.4汽车轻量化设计

汽车整备质量大小是决定耗油量的一个非常关键因素，在保证汽车安全和性能要求基础上，应用新材料、新技术降低汽车整备质量对传统燃油车和新能源汽车都是节能、减排的有效措施，在整车设计中，采用合金材料、复合材料、工程塑料等新材料、结构优化设计、制造工艺优化实现整车轻量化。除此之外，在设计车身结构和形状时，要充分利用空气动力学，对车身参数优化，流线设计，减少空气阻力，最终达到良好的节能、降耗效果。

3汽车新能源与节能技术的发展方向

3.1氢燃料电池技术

氢燃料电池是将氢作为燃料，送到燃料电池的负极，把空气中的氧供给正极，在电池中催化剂的作用下氢与氧发生电化学反应，直接将燃料的化学能变为电能的能量转换装置，它相当于是一台发电机，输出电能驱动电动机工作，为汽车行驶提供驱动力，同时还有给电池充电的功能。氢燃料电池是实现氢能转换为电能利用的关键载体，汽车使用过程中，只要有氢不断的输入到燃料电池，氢燃料电池就会通过电化学反应源源不断的输出电能。氢能作为可存储废弃能源并推动由传统化石能源向绿色能源转变的清洁能源，其燃烧热值高达142MJ/kg是汽油的3倍、焦炭的4.5倍，被认为是实现未来能源革命的颠覆性技术发展方向。[6]氢燃料电池具有污染少、噪声少、发电效率高、可再生、加氢快、续航长等优点，让其在理论上成为未来实现节能减排的有效途径。但是成本、技术、氢运输、氢储存、安全等多方面问题还没有完全解决，国家能源局在“十四五”发展规划中将氢能及燃料电池技术列为能源技术装备主攻方向和重点任务。研究表明，氢能及氢燃料电池技术有望在汽车等领域得到大规模应用。[7]

3.2太阳能电池技术

太阳能电池是以半导体为材料把太阳能转化为电能，把太阳能电池应用于汽车上，用其转换的电能来驱动电动机为汽车行驶提供动力，多余的电能还可以自动储存于电池，阳光不足的时候供汽车运行，太阳能属于可再生能源，其本身没有对环境造成污染的物质，在太阳能向电能转换的过程中也不产生污染，汽车使用过程中也不存在尾气排放，进而实现污染物的零排放，同时也降低了汽车对化石能源等的使用比例。但目前技术和成本仍然是阻碍太阳能电池技术应用于汽车产业的两大难题。不过随着现代科学技术的迅速发展，太阳能电池技术在汽车领域的推广应用还是非常有前景的。

3.3可燃冰技术

可燃冰（甲烷气水包合物），是天然气和水分子在0℃和3.03MPa环境条件下生成的一种像冰一样的结晶化合物，它含有80%-99.9%的甲烷，遇火即燃具有极强的燃烧力，相同条件下完全燃烧时释放的能量是传统能源的几十倍，而且它燃烧后几乎不会产生任何污染物。但是可燃冰的开采难度极大，开采成本很高，要实现产业化和商业化开采还不可能，要在汽车行业内广泛运用还不现实。但是经过仿真试验表明可燃冰是一种高效清洁的未来汽车新能源，在节能减排方面能发挥出很高的价值作用。因此只有不断加强对可燃冰开采方法、存放、加注、运输、安全等方面的创新研究，才能更好的保证可燃冰技术在汽车行业上的应用与发展。

3.4汽油发动机压燃技术

自汽车诞生以来，汽油发动机的点火方式主要是利用火花塞跳火引燃混合气的点燃式点火方式，压燃式点火主要应用于柴油发动机，采用火花塞点火的量产汽油发动机最大热效率刚到40%左右，而采用压燃式点火的柴油发动机最大热效率已超过了50%。汽车发动机热效率的高低则会直接决定油耗高低和排放数据。通过实验研究发现汽油发动机如果采用压燃技术可以得到接近甚至超过40%的热效率，将燃油经济性提高20%-30%。

3.5可变排量发动机技术

可变排量汽车技术是指在现有内燃机的基础上，根据汽车实际动力需求，通过电脑发动机排量。其优点是不改变汽车发动机工作容积的前提下，实现不同工况下多余燃料的使用，以达到节能减排的目的。实验表明，同时配备可变排量技术和涡轮增压的汽车，能够实现在低、中、高任何负荷下的最佳运行状态。可变排量汽车技术是现有发动机节能减排的一项很有发展潜力的技术。综上所述为了实现保护自然环境，节约能源，确保国家能源安全，汽车新能源和节能技术在汽车中的应用是迫在眉睫的。虽然我国已经出台了相关政策，鼓励汽车新能源与节能技术的研究发展，而且已经实现的技术也很多，但仍有很多关键技术有待进一步研究，要不断完善技术创新体系，研究和开发更多新节能与能源技术，培养和造就大批创新型高技术人才，汽车新能源和节能技术的研究、开发与应用将会促进汽车产业获得可持续发展，从而更好的促进社会和经济更加健康稳定的发展。

参考文献：

[1]孟顺，王佳.发展新能源汽车保障我国能源安全的路径研究[J].汽车实用技术.2019，（8）：7-9.

[2]工业和信息化部.节能与新能源汽车技术路线图2.0[EB/OL].2020.10.

[3]张佳斌.石油开发对环境的影响与对策研究[J].中小企业管理与科技.2020，（4）：78-79.

[4]张倩文.试论石油企业安全管理存在的问题与措施[J].科技与企业.2014，（24）：19.

[5]廖文杰.浅谈新能源汽车[J].山东工业技术.2018，（23）：22，27.

[6]刘应都，郭红霞，欧阳晓平.氢燃料电池技术发展现状及未来展望[J].中国工程科学.2021，23（4）：10.

[7]国家能源局，能源技术创新“十四五”规划初稿[EB/OL].2021.3.

作者:范利红 刘文龙 陆莲仕 单位:柳州职业技术学院 汽车工程学院