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详细解析德日美清洁汽车技术的研发道路,节能

来源:http://www.chuanghui2005.com 作者:金沙澳门官网 时间:2019-09-06 01:55

最近,德国宝马、奔驰和奥迪这些在市场“打”得不可开交的竞争对手,却联手在北京车展期间举办了一次市场推广活动,表现出德国人在海外市场上难得一见的默契与和谐。德国汽车企业在北京推出柴油汽车,与日本的混合动力车和美国的燃料电池车“唱”对台戏,目的就是力图扩大清洁柴油汽车在中国的影响力,让中国消费者和政府有关部门对清洁柴油汽车有一个全新的认识。

能源和环境正在成为影响世界汽车产业发展的两大决定性因素。能源和环境问题正在向常规能源汽车提出严峻的挑战。进入新世纪以来,以混合动力、纯电动、燃料电池等为代表的新一代节能环保汽车正在全球范围内掀起一场汽车技术革命。持续增长的汽车消费、迅速增长的石油消费和日益严峻的环保压力,要求中国汽车产业必须走清洁化和节能化道路。中国制定和实施系统的节能环保汽车的激励政策,具有很强的现实意义。 全球节能环保汽车技术的发展趋势 能源和环境正在成为影响世界汽车产业发展的两大决定性因素。进入新世纪以来,以混合动力、燃料电池、先进柴油、醇类汽车等为代表的新能源汽车技术呈现出突飞猛进的发展态势。各国政府和各主要汽车厂商均不约而同地将新清洁环保汽车技术视为未来全球汽车产业竞争的制高点。 一、未来节能环保汽车技术发展的若干趋势与前景判断 未来相当长的一个时期内(至少到2020年前),全球节能环保汽车的技术格局将呈现出多元化发展、多种技术相互融合、阶段性不均衡发展、强强联合、政府扶持的态势。 一是多元化发展的格局。国际汽车新能源技术的总体格局是不同技术路线(先进柴油、醇类、纯电动、混合动力、燃料电池、生物质能等)呈现多元化发展的“百花齐放”格局。对于国际汽车厂商而言,多元化发展也意味着不会轻易放弃任何一种可能的技术路线。 二是多种技术融合发展。不同技术路线之间并不是绝对的相互排斥,而是一种你中有我,我中有你的融合与互动关系。如汽油与电动的混合动力技术、柴油与电动的混合动力技术、混合动力与燃料电池技术相融合。 三是阶段性不均衡发展。从时间序列来看,短期内,先进柴油技术是技术相对成熟、适合规模化生产的先进适用技术,混合动力处于产业化初始阶段,而燃料电池、纯电动等技术还无法实质性地进入产业化阶段。中期来看,混合动力汽车有望进入大规模商业化阶段,成为产业化条件相对成熟的替代性技术,市场份额会出现较快的增长。长期来看,燃料电池有可能进入规模化生产阶段,但市场化前景仍存在一定的不确定性(主要取决于燃料电池堆和氢存储系统的成本降低方面能否取得突破性进展)。 四是强强联合。强强联合正在成为节能清洁发动机技术发展的一个新趋势。新能源汽车研发投入巨大,如混合动力汽车和燃料电池汽车的研发投入都在10亿美元以上,为了分摊研发成本并提高该项技术上的竞争优势,一些大型的跨国汽车公司开始强强联合,组成新能源汽车研发的技术联盟。 五是政府的大力扶持。政府强有力的推动与扶持也是节能清洁发动机技术发展的重要推动力量。节能环保汽车技术不仅需要大量投资,而且充满了市场风险,单纯依靠汽车厂商自己的努力是不够的。为此,美国、欧洲、日本等主要汽车生产大国政府都通过各种渠道对于节能环保汽车技术给予大力扶持。 二、对未来节能环保汽车技术应用前景的基本判断 汽车业界普遍认同的一个观点是,燃料电池技术是内燃机技术最好的替代物,代表了汽车未来的发展方向。但如果将发展燃料电池汽车的几个制约因素考虑进来,则会发现燃料电池汽车目前和今后一段时间尚不具备商业化的条件。最乐观的预测,以纯氢为燃料的燃料电池汽车的商业化生产至少还需15年以上的时间,即使在一定程度上实现了商业化,也会是以一种高成本的方式。 在环保意识不断高涨、油价涨多跌少、消费者追求高性价比的大形势下,融合了纯电动汽车和燃油汽车优点的混合动力汽车,较好地满足了汽车低排放、低油耗、高性价比的综合要求,较好地解决了汽车节能与环保问题,因而逐渐成为世界各大汽车生产企业开发的热点。中国能源比较紧缺,环境保护压力很大,而且大城市交通普遍拥堵,汽车必须频繁制动,混合动力车比较适合中国的国情,在中国市场的前景也被看好。但考虑到若干制约因素,特别是成本和价格因素,对尚属于发展中国家的中国来说,混合动力车在中国市场的成长还需要一个时期的培育。 柴油车由于有很好的节油效果,成本和价格也比较适中,在国际上是已经大规模商业化的成熟技术,国内的产业基础也比较好。因此在混合动力汽车和燃料电池汽车无法大规模商业化之前,柴油车将是实现中国汽车节能非常现实的技术选择。即使将来混合动力汽车和燃料电池汽车进入商业化阶段,柴油车仍是中国实现汽车节能的重要途径。 总之,在今后的国内外汽车市场上,纯电动汽车由于造价高、能量低、重量大、体积大、续行里程短、还需要建设地面充电检测设施等缺点,其适用范围十分有限;先进柴油汽车将是混合动力和燃料电池汽车取得优势地位之前的过渡时期的佼佼者,近、中期有很大的增长空间,但并不是最理想的长远解决方案;混合动力汽车将在未来15年左右的时间内逐步呈现出较强的发展势头,但其增长过程将是缓慢而曲折的;燃料电池汽车代表着未来汽车新能源技术的发展方向,但受多种因素影响,15年内难以完全商业化。 三、各国主要汽车厂商的战略和发展方向 世界主要汽车厂商在研究开发清洁节能汽车时普遍采用多项技术兼顾、某项技术有所侧重的发展策略。 美国 在未来节能清洁汽车技术的方向选择上,美国正由以往的注重燃料电池技术的单一化格局向多种技术共进的多元化格局转变。 多年以来,美国节能清洁汽车的发展重点主要在燃料电池汽车上,氢 燃料电池模式是清洁节能汽车的最终解决方案,但燃料电池汽车目前价格太高、氢燃料的存储和运输比较困难,国际汽车界普遍认为2020年以后,燃料电池汽车才能真正得到大规模的商业应用。近些年,美国开始重视混合动力汽车和先进柴油车的发展,目前,美国是最大的混合动力汽车市场。先进柴油车在美国发展也很快,过去3年美国先进柴油车的销售增长了56%。预计在燃料电池汽车大规模商业运行以前,混合动力汽车和先进柴油车会保持较快的发展。 欧洲 欧盟在立足先进柴油技术基础上,近年来开始加大对燃料电池、混合动力、生物柴油等多种节能环保技术的投入力度。 过去15年欧盟节能环保汽车的发展重点在先进柴油车上,并且获得了成功,不仅在技术上获得了突破,使柴油车的气体污染物排放大为减少,而且由于先进柴油车价格明显低于相对其他节能环保车,先进柴油车在市场上也获得了很大的扩展,2004年欧盟新增商用车中几乎100%是柴油车,新增轿车中50%是柴油车。从欧盟下一步的发展方向上看,一方面继续提高柴油车的技术水平,使其满足更加严格排放标准。另一方面积极开拓其他的节能环保汽车领域,包括:采用新型技术,提高汽油汽车的效率,比如通过采用汽油直喷技术,将普通汽油汽车的效率提高10%~15%;研发混合动力和燃料电池汽车;积极发展可再生能源,特别是生物柴油,现今德国生物柴油的年产量为200万吨,欧盟计划到2010年将可再生能源占能源的总消耗比例提高到12%。2004年欧洲新增轿车中有一半是先进柴油车,同时,欧洲的汽车厂商并没有忽视其他清洁节能技术的研究开发工作。 日本 日本多年来始终在节能环保汽车的研发与产业化方面处于世界先进水平,在技术路线的选择上也呈现出多种技术共同发展的态势,但其在混合动力技术的产业化进程上取得的成就更加突出。 特别是日本丰田公司和本田公司在混合动力汽车的技术研发和国际市场的推广上处于领先位置。以日本国内市场为例,由于日本国土面积狭小,居民以公共交通为主,家用轿车的年行驶里程较短,混合动力汽车经济激励弱的特点更为明显。根据丰田公司的估计,普通的家用轿车大体上需要10年的时间才能够收回增加的购车成本。所以尽管日本的混合动力技术比较先进,但混合动力汽车在本国市场上表现平平,每年销售混合动力汽车不及日本汽车市场的1%。尽管目前的市场表现不是太好,但混合动力汽车技术相对成熟,使用传统燃料,技术的进一步成熟以及市场份额扩大带来的规模效益会逐渐减低混合动力汽车的成本,混合动力发展的潜力还很大。 中国节能环保汽车的发展趋势及影响评估 发展节能环保汽车是中国汽车产业可持续发展的核心内容,先进柴油车、混合动力汽车和燃料电池汽车都应该在其中扮演重要的角色。情景分析表明,高速情景下2020年当年发展节能环保汽车能够节省3991万吨原油,节油量相当于当年中国石油总需求的8.9%,汽车用油的14.3%,石油进口的16.0%,节油效果非常显着。另外,在高速情景下发展节能环保汽车还可以减少二氧化碳排放6450万吨,相当于将当年汽车排放的二氧化碳削减10%。 一、主要节能环保汽车的基本特点 先进柴油车、混合动力汽车、燃料电池汽车是三大节能环保汽车技术,在性能、价格和商业化程度上各具特点。 1.先进柴油车:先进柴油车以先进柴油机为动力。与目前的汽油车相比,先进柴油汽车具有燃油消耗低20%~30%、动力性强等特点,虽然尾气排放中的颗粒物和氮氧化物含量高于先进汽油车,但与上世纪90年代初传统柴油车相比已减少了90%以上。先进柴油轿车的价格明显低于混合动力汽车和燃料电池汽车,仅高出同类汽油车10%左右。目前先进柴油轿车已处于成熟的商业运行阶段,2004年欧盟新增乘用车中46.3%为柴油车,法国、意大利、德国柴油轿车的比重分别为72%、66%、43%。 2.混合动力汽车:混合动力汽车由内燃机和电动机共同驱动。与目前的汽油车相比,混合动力汽车能够节省25%~40%的燃油,尾气排放也比汽油车和先进柴油车更为清洁。混合动力汽车价格较高,在当前的技术条件下,其成本比同类汽油车高30%左右。目前混合动力汽车初步进入商业化阶段,2005年混合动力汽车在美国销售20.5万辆,占美国汽车总销量的1.2%。 3.燃料电池汽车:燃料电池汽车一般采用氢气作为燃料,利用氢气和氧气的化学反应产生电能作动力。与汽油车相比,燃料电池能够节省50%的能源,且可以不消耗石油,不排放CO2和有害气体。国际汽车界普遍认为燃料电池汽车是节能环保汽车的最终解决方案,但目前燃料电池汽车仅处于研发和运行试验阶段,技术尚未完全成熟,价格过于昂贵,配套设施投入巨大,燃料电池汽车的大规模商业运营应在2020年左右。 二、中国节能环保汽车的发展趋势 未来15年,中国的汽车保有量将高速增长,预计到2020年中国汽车保有量将达到1.45亿辆,其中轿车保有量将达到1亿辆。一方面,汽车的快速发展会引起石油消费、温室气体以及大气污染物排放的激增,威胁石油安全、破坏大气环境;另一方面,汽车是中国的支柱产业,汽车的发展是中国经济增长的重要拉动力量,公众对汽车进入家庭也有强烈的需求,中国在刚刚迈入汽车社会时就面临着汽车工业可持续发展的问题。发展节能、清洁汽车能够在不改变汽车增长态势的情况下减少石油的消耗和环境的破环,是中国汽车工业未来发展,特别是可持续发展的重要组成部分。目前,中国的节能汽车发展刚刚起步,节能环保汽车的比重非常低,从国际经验和各种节能环保汽车技术特点及中国的基本国情来看,未来的中国节能汽车发展会呈现两个趋势。 一是从节能环保未来的市场结构来看,将是一个多种技术共存的局面。从中国的情况来看,与发达国家成熟稳定的汽车市场相比,不仅规模大、增长快,而且地区差异大、需求层次多,加上各种节能环保汽车技术在价格、商业化程度以及性能上的差异性较大,未来中国的节能环保汽车市场将呈现技术多元化的局面,先进柴油车、混合动力汽车包括各种替代燃料汽车都会占有一定的市场份额。 二是从各种节能环保汽车的发展顺序来看,近期内先进柴油车技术比较成熟、价格明显低于混合动力汽车和燃料电池汽车,如果能理顺相关的政策法规并提高柴油品质,先进柴油车在中国将会有快速的发展。从中期来看,混合动力汽车技术将更加成熟,市场规模的扩大以及国产化程度的提高会降低混合动力汽车的价格,中国城市交通拥堵,混合动力汽车的节油性更为明显,因此混合动力汽车、特别是混合动力轿车和混合动力客车在未来的市场中占有一席之地。从长远来看,燃料电池汽车将是最终的解决方案,但目前燃料电池价格过于昂贵、技术尚未完全成熟、配套设施缺乏,燃料电池汽车在中国的大规模商业应用应该在2020年以后。另外,从近期和中期来看,CNG、LNG、LPG及生物燃料等替代燃料汽车也会有所发展。 三、发展节能环保汽车的影响 为了定量评估发展节能环保汽车对中国石油节约、环境保护的作用,下面将对发展先进柴油车、混合动力汽车和燃料电池汽车减少的石油消耗和二氧化碳排放进行自下而上的情景分析。 情景设定及重要参数选取 设定基准情景和低速、中速、高速发展三种情景。在基准情景下,保持在汽车保有量中节能环保汽车比重不变,低速、中速、高速三种发展情景则逐步提高节能环保汽车比重。在设定各种节能环保汽车的发展情景时,对汽车总保有量按车型进行划分,分为乘用车和商用车两个大类,乘用车包括轿车和微型客车,商用车则分为大型、中型、小型客车和重型、中型、轻型、微型以及专用型货车。各种节能环保汽车的情景设定如下。 1.先进柴油车:低速提升情景下,2020年轿车中柴油车保有量比重将从目前的0.2%逐步提升到2020年的10%,中速情景、高速情景则逐步提高到20%和30%。低速、中速、高速情景下新增轿车中柴油车份额分别为17%、31%、47%,届时三种情景下中国轿车柴油化的程度大体上相当于西欧17国上世纪90年代初、90年代末及2005年的平均水平,其他车型的柴油车比重也有相应提高,详见表1。 2.混合动力车:低速提升情景下,2020年轿车中混合动力车保有量比重将从现有的0%逐步提升到2020年的3%,中速和高速情景则逐步提高到6%和10%。新增轿车中混合动力轿车的份额分别为4.5%、9%、15%,大体上相当于国际汽车界对2020年混合动力汽车占世界汽车市场份额的悲观、中观以及乐观判断,其他车型中混合动力汽车的比重见表2。情景设定中仅提高混合动力汽车轿车和客车中的比重,因为与柴油车相比,混合动力汽车在拥挤的城市道路上行驶节油明显,而在高速公路上行驶燃油经济性并不明显。 3.燃料电池车:由于普遍认为燃料电池汽车大规模商业化运行需要到2020年以后,所以只在最具应用前景的轿车和大客车中设定了发展情景。2020年低速、中速、高速发展情景下,大客车中燃料电池汽车的保有量比重分别为1%、2%、4%,乘用车中燃料电池汽车的保有量分别为1000辆、2万辆、10万辆,2020年高速情景下乘用车在保有量的比重中为0.1%,见表3。 4.计算中其他重要参数的选取如下:2020年中国的汽车保有量为1.45亿辆,其中轿车为1亿辆;先进柴油车节油率为25%,减少CO2排放为20%;混合动力汽车节油率为35%,减少CO2排放为35%;燃料电池汽车节油率为100%,减少CO2排放为100%;原油冶炼为成品油的转化率为0.6。 节油的总体效果 在上述情景和参数设定的情况下,计算结果显示2020年低速、中速、高速情景下发展节能环保汽车当年可减少原油消耗为1281万吨、2582万吨和3991万吨,详见表4。在高速发展的情景下,先进柴油车、混合动力汽车、燃料电池汽车分别节油2837万吨、1042万吨、112万吨。柴油车对整个节能环保汽车节油贡献比较大,其原因是先进柴油车不仅在轿车中有较大的提升空间,而且在中小型的客车和轻微型的货车中有较大的提升空间,后者的节油量也非常可观。 发展节能环保汽车是减少汽车用油的重要途径,在高速情景下,2020年当年节能环保汽车能够节省3991万吨原油,节油量超过2005年中国从沙特和伊朗的石油进口量,即使和2020年的石油消耗相比,节油量相当于当年石油总需求的8.9%,汽车用油的14.3%,石油进口的16.0%,发展节能清洁汽车节油效果非常显着。 CO2减排及其意义 计算结果显示2020年低速、中速、高速情景下发展节能环保汽车减少的CO2排放为2058万吨、4153万吨和6465万吨,详见表5。根据预测2020年汽车排放的CO2排放将达到6.47亿吨。在高速情景下,2020年当年发展节能环保汽车减少CO2排放6465万吨,能够将当年汽车排放的CO2削减10%,见表5。随着汽车保有量的快速增长,汽车排放的CO2占中国未来CO2总排放量的比重不断增加,发展节能环保汽车对于减少中国CO2总排放的影响越来越明显。

国际上已经分成三大路线

通过近些年的发展,德日美这三个国家的汽车厂家对清洁汽车的研发,已经显示出各自不同的特点,走出了三条不同的路线。从目前来看,德国走的是清洁柴油机路线,美国是燃料电池的高科技路线,日本则是混合动力的现实主义路线。

汽车业内专家杜芳慈在接受记者采访时表示,对于不同的汽车企业,走什么样的技术路线,主要是看政府导向、本地区传统和技术成熟度。由于这些条件的不同,德国、美国和日本在未来汽车的研发方面,走出了具有各自特色的发展道路。

金沙澳门官网,在企业研发路线的选择上,杜芳慈评论说,日本汽车企业是最现实的,选择混合动力是最商业化的结果;美国企业则在发展战略上有过人之处,有高屋建瓴的气势,一步到位选择了发展燃料电池;而德国汽车企业则有着浓厚的内燃机情结,对柴油机的研究已经达到了非常高的地步,发展清洁柴油机也是必然的结局。

德国坚持走柴油机路线

一位德国博士在记者采访时表示,目前世界上已经取得突破性进展的未来汽车动力解决方案包括三种:一是清洁柴油机,二是混合动力,三是燃料电池。其中的混合动力和燃料电池由于技术复杂等原因,导致价格昂贵,因此,德国专家认为现阶段最具推广价值的应该是清洁柴油机。

据了解,清洁柴油发动机自1974年被开发以来,历经30多年的历史,其各项技术及性能指标已经日臻成熟。目前,欧洲现有的清洁柴油机轿车已经普遍达到了欧Ⅳ排放标准,并在向欧Ⅴ迈进。在一些欧洲国家中,目前市场上的新车70%为使用柴油燃料的汽车。

日系成为混合动力“老大”

日本汽车企业是混合动力的开拓者,也在这个领域取得了丰硕的成果。目前,在诸多新能源汽车解决方案中,混合动力汽车成功实现了商业化,在市场上批量销售的只有混合动力汽车。

由于丰田、本田等日本汽车公司在混合动力方面的下手早且投入巨大,使其在这方面抢得了市场先机。据统计,在近几年的北美汽车市场上,混合动力汽车基本上是日本车的天下。此外,丰田汽车在中国市场推出了混合动力车普锐斯系列产品。

对于日本企业在混合动力方面取得的成果,业内一直是评价不一,甚至还有一些人认为混合动力不过是一个过渡阶段。记者曾采访过一位有欧美背景的某汽车公司总裁,他就对混合动力表示出了不值一提的态度,认为这个技术不会成为未来的解决方案,仅仅是一个过渡。

杜芳慈对日本企业的做法有着自己的看法。他认为日本汽车企业有着自己的商业战略,一直是比较现实,而混合动力是目前最能实现商业化的项目,如果将成本降下来,那么在现阶段是没有对手的。

美国从长计议研发燃料电池

通用汽车董事长瓦格纳最近表示,在发展汽车工业的同时,也要注意环保和能源问题,最好的长期计划就是燃料电池车。燃料电池不污染,而且效率很高,这是一个潜力非常大的市场。通用汽车看好这一趋势,因此,在新能源车的研发上投下巨资。

美国汽车企业的发展战略是一流的,但燃料电池车的研发投入太大,而且前景不明。记者曾接触到一位通用研发电动车的专家,他有些沮丧地表示,当电动汽车实现市场化的时候,传统内燃机也早就实现了零排放。

中国走哪条道路

在一次采访中,记者了解到欧洲汽车企业对于中国政府在新能源汽车的战略选择上非常关注。他们表示,由于中国新汽车产业政策主要向混合动力方向倾斜,一些人士对柴油机也存在误解,因此,不少城市对柴油汽车实行了各种限制,这对柴油汽车的发展是不利的。

但从发展来看,随着国内对现代柴油机发展水平的认识不断加深,一些地方政府对柴油汽车的限制有所松动,比如北京市将在2007年1月1日,提前开始对轻型柴油车实施国Ⅳ排放标准。与一般人的解读不同,德国专家认为这不是对柴油车的进一步限制,是对柴油汽车一个利好的消息,以柴油机目前的发展水平来讲,达到国Ⅳ并不是一件难事,只要人们使用了柴油轿车后,很快就能体验柴油机节油、环保的优点。

一位业内专家分析说,中国目前不应当急于确定发展方向,无论是混合动力,还是柴油机,特别是燃料电池都应该有所研究。如果过早地定下发展方向,一旦有什么变化,前期的投入都将化为乌有,损失是非常大的。

国际上的汽车企业目前也都是有所兼顾,美国汽车企业在混合动力上也有所研究,欧洲的汽车企业在混合动力和燃料电池上面投入也不小,日本汽车企业在这几个方面也都有所涉及。大家都是在摸索阶段。因此,中国汽车企业应当探索出有中国特色的发展道路。

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