新能源交通工具的节能研究

新能源交通工具的节能研究

作者：刘圆

来源：《文艺生活·文海艺苑》2013年第10期

摘要：新能源技术使得传统交通工具向着新能源交通工具转型，通过对现有新能源交通工具的发展现状及节能效果分析，分析了新能源汽车在节能减排方面的表现及前景。同时，对未来新能源交通工具在节能方面的设计趋势进行了研究。

关键词：新能源车；交通工具；节能；发展趋势

中图分类号：J05 文献标识码：A 文章编号：1005-5312（2013）30-0265-02

一、交通工具的新能源时代即将来临

2012年4月23 日，全球汽车业的盛会第十一届北京国际车展成功举行。而在汇集了全球所有的最顶尖的新车靓车中，95 辆新能源车的出现吸引了现场所有人的眼球。人们不禁开始揣测，传统汽车工业是否已经走到了末路，未来的交通工具会向什么方向发展。

“节能减排”是近年来面对全球性的生态环境恶化、石油匮乏、温室气体等问题提出的议题。“节能”是指节约能源，“减排”指的是较少碳排放量。新能源则是可再生的绿色能源，主要包括太阳能、风能、生物能、潮汐能等等。

全球的石油资源在急速消耗，而普通以汽油为燃料的轻型汽车内燃机的热效率却不足35%，这意味着传统汽车将石油资源大部分能量都浪费了。同时，数目庞大的交通工具向大气中排放了大量的二氧化碳、二氧化硫等污染物。新能源交通工具主要依靠各类电池提供动力，能够节约石油资源，利用可再生能源，因此给人们留下了“绿色、无污染的”的印象。但是，这样的评价是否过高了呢？

目前，我国新能源交通工具遍地开花，今年7月出台的《节能与新能源汽车产业发展规划（2012～2020）》指出，争取到2015年，纯电动汽车和插电式混合动力汽车累计产销量达到50万辆，到2020年超过500万辆。面对如此火热的发展形势，新能源车究竟如何真正地做到节能减排，仍需要进一步的探讨。

二、新能源交通工具发展现状

新能源汽车是指采用除汽油、柴油之外的燃料作为动力来源的交通工具。主要是纯电动汽车和混合动力汽车。

插电式纯电动车通过与电网连接直接从电网中获取电能，并储存在动力蓄电池组中。其动力全部来自车辆底盘电池组。插电式纯电动汽车上有AC/DC充电机，可以直接将220V电压

转换成充电电压接入车身充电，也可以在公用充电设备上进行快速充电。由于目前锂离子电池的能量密度比较低，纯电动汽车一般续航能力差，平均续航里程不到200公里，因此要求配套的充电设施完善。

混合动力车一般指的是插电式的混合动力车，车上有两个及两个以上动力来源，一个来自内燃机发动机，其余由电发动机提供。电池组可以包括蓄电池、太阳能电池、燃料电池。目前的混合动力车一般是由内燃机发动机和蓄电池共同提供动力。

燃料电池车是纯电动汽车中的一种，以氢气和氧气进行化学反应产生电力直接驱动引擎行驶的车辆。

太阳能汽车是依靠太阳能光电板将太阳能转变成电能提供动力的汽车。有蓄电池的太阳能车能够在能量供给充足的情况下，将富余电能储存在蓄电池中以后再用。

目前，插电式纯电动汽车的技术相对成熟，电动汽车较内燃机汽车结构简单，运转和传动部件少，维修保养工作量小，易操纵。在安全性方面，插电式纯电动车相较氢动力燃料电池车更为可靠。另外，插电式纯电动汽车只要有在有电力供应的地点就可以进行充电，使用起来相较其他类型的新能源车更方便，是我国政府扶持推广的主要新能源车型。

三、新能源交通工具的节能效果

（一）新能源车使用阶段的节能效果分析

纯电动车的底盘主要由电动机、电池组、驱动力传动系统、电控系统等组成。电池技术是纯电动车最难解决的关键技术。纯电动车依靠蓄电池存储电能，电池的能量密度决定了电池存储电能能力大小。电池的能量密度太小意味着电池的体积将会过大，也就会造成电池质量太大而增加车辆的能源消耗。

插电式纯电动车通过与国家电网连接直接从电网中获取电能，并存在在蓄电池组中使用。在我国所有发电方式中，火力发电占78%左右，煤炭的燃烧会释放出大量二氧化碳。仅从这一点来看，电动汽车并非是真正零排放的。但燃煤的能量转换效率比内燃机高很多，因此在使用过程中，电动汽车相较传统汽车的节能效果非常突出。

混合动力车是目前新能源汽车中技术较为成熟的一种，它是传统汽车基础上的创新和升级。混合动力汽车在全球范围内，已经实现了商业化运作。在传统汽车底盘的基础上增加了电动力系统使用的电动力系统中包括高效强化的电动机、发电机和蓄电池，既能保证足够的动力，又可以大大降低碳排放，提高能源利用效率。但据预测，即使到2020年，混合动力车中汽油燃料所占比例仍无法低于50%。

燃料电池车底盘主要由燃料电池组、氢气罐、蓄电池、动力输出系统等构成。据戴克公司对NECAR4 型燃料电池轿车的测试，燃料电池电反应堆的能量转换效率为62%。如果除去燃

料电池发动机辅助系统、电机及其驱动系统的能耗，从蓄电池组到车轮的效率为37.7%，是内燃机效率的两倍以上。

太阳能汽车的技术仍未成熟，受到环境影响很大，如果没有阳光，车辆将处于“瘫痪”状态。另外，车身的造型也需要在电池板面积最大化与空气动力学效果最优及乘坐空间三者之间找到一个平衡点。目前太阳能电池中技术最成熟应用最广泛的是硅太阳能电池。以二氧化硅矿石为原料制取的硅太阳能电池板分为单晶硅和多晶硅。太阳照射的光线中蕴含着巨大的能量，但太阳能电池的光电转化率却很低。单晶硅具电池的能量转换率仅15%，而多晶硅电池的光电转换效率则大概在10%以内。

（二）生产及回收各类车用电池的能耗分析

锂离子电池是目前插电式纯电动汽车最常用的电池类型，生产和回收各类车用动力电池的过程是高能耗、高污染的。以锂离子电池为例，根据2009年“863计划”中“天津力神电池股份有限公司”主持的“电动汽车高性能锂离子动力蓄电池系统研制”调研结果，每生产1吨锂离子电池的综合用电量为2.7876万千瓦时，二氧化碳排放量为23.71吨。平均生产1公斤锂离子电池耗电量达到27.876千瓦时，二氧化碳排量达到23.71公斤。在目前的技术条件下，电动汽车想要在性能上达到与传统汽车相当的水平还有一段距离。若将电动汽车的性能提升到较高水平，那么综合能耗和碳排量都会大幅度增加，新能源交通工具不但没有节能减排，反而成为高能耗、高碳排放的交通工具。

除了锂离子电池，其他各类电池也存在明显的技术难题。太阳能汽车被认为是零能耗零排放的最环保交通工具，但制造太阳能电池板的多晶硅却是高耗能和高污染产品。从生产工业硅到太阳能电池全过程，综合电耗约220万千瓦时/兆瓦。生产过程中的副产品四氯更是一种具有强腐蚀性的有毒有害液体。这种情况实际上是将能源消耗和对环境的污染从汽车产业转移到了处于上游的电池产业。

四、新能源技术对交通工具节能的影响

（一）新能源交通工具的车身设计与节能

未来的交通工具将很难被分类，会出现更多的跨界车型。但总体来看，告别了内燃机的约束，从外观和造型上来说，新能源交通工具将会变得更灵活多变充满灵性。这一优势可以有效地帮助交通工具实现轻量化设计，并且能够更好得利用空气动力学对车辆的影响，提高能耗利用效率。例如，BMW i3就表达出了轻量化的设计理念，内饰大量采用了天然方式制成的原料。仪表盘、车门面料、以及地板部分，均为天然纤维制造，整车内饰中有25%的材料可循环使用。

除了轻量化，新能源交通工具的车身也越来越微型化，空间利用率比传统汽车高出很多。原因除了微型化的车辆在拥堵的城市道路中更为灵活，还有就是新能源汽车的电池组能量密度