新能源轿车

在汽车尾气污染空气的同时，高消耗、高污染的破坏型生产方式也在日渐成为一个国家和民族发展的瓶颈，环境、能源和经济需要协调发展。

目前，世界汽车保有量预计到2020年将达到12亿辆，主要增幅来自发展中国家。国际能源机构（IEA）的统计数据预计，到2020年交通用油占全球石油总消耗的62%以上。美国能源部预测，2020年以后，全球石油需求与常规石油供给之间将出现净缺口，2050年的供需缺口几乎相当于2000年世界石油总产量的2倍。与此同时，交通能源消耗也是造成局部环境污染和全球温室气体排放的主要来源之一。为此，全球已达成共识：交通能源转型势在必行。

交通能源动力系统转型

未来20年是我国交通能源动力系统转型期，以替代燃料和混合动力为代表的各种新型汽车能源动力技术迅猛发展，相互竞争，引发了一场新的技术变革，变革的主要趋势是汽车能源多元化、汽车动力电气化和汽车排放洁净化。基于可再生能源的生物燃料对于各种车辆具有良好的适用性，成为各国共同推广的新型燃料；混合动力作为新型汽车能源动力技术共性平台继承了先进内燃机技术，结合高效洁净的电力驱动方式，既充分利用现有燃料基础设施，又能包容各种新型燃料，现已成为新型动力汽车产业化的里程碑；燃料电池作为一种新兴能量转换装置，尽管目前还存在很多需要克服的技术障碍，但其作为新一代汽车能源动力系统的远期解决方案仍然被全球所看好。

汽车能源动力技术的变革是一个比较漫长的过程。混合动力有望在近中期逐步普及；燃料电池汽车的规模商业化大约在2020年以后。面向中长期的汽车技术发展，我国汽车所处的这一技术变革时期为我国交通能源动力系统变革提供了历史机遇。

清华大学汽车安全与节能国家重点实验室  欧阳明高

交通能源动力系统发展的战略选择

基于我国汽车能源动力系统面临的挑战与机遇，我国汽车能源动力系统发展目标应当是立足转型、尽快转型。但是，新型汽车能源动力系统与现有汽车能源动力系统存在着千丝万缕的联系。同时，我国当前汽车产业发展和节能环保问题还要靠现有汽车能源动力技术解决。为此，应当选择一种“过渡”和“转型”并行互动、协调发展的战略。一方面，发展节能汽车解决近期的能源安全问题，另一方面，开展新能源汽车研究，瞄准未来汽车竞争制高点。

1.节能汽车

优化现有以石油和内燃机为基础的车用能源动力系统，发展节能汽车，重点发展直喷式内燃机及其混合动力系统。利用现有液体燃料基础设施，实施汽柴油清洁化战略，逐步与国际燃油规范接轨；大力发展各种合成燃料，尤其是符合中国国情的煤基合成燃料，并与汽柴油混合，形成新型清洁燃料。关键的节能汽车能源动力技术如下：

（1）高效柴油发动机技术

轿车柴油机节能效果与汽油混合动力不相上下。为此应当在我国发展先进的柴油乘用车，但是必须解决好排放控制关键技术问题，主要包括：柴油机电控技术，排气后处理技术和清洁柴油与代用柴油技术；柴油机电控高压燃油喷射系统和智能化发动机电子管理系统是绿色高效柴油机核心关键技术，应当大力发展。柴油机排放控制可采取如下应对策略：EGR（废气再循环）技术成熟，效果显著，应尽快推广使用；DPF（微粒捕捉器）技术2010年前将会在欧洲柴油车普及，我国需加快应用速度；NOx催化转换器技术路线需要慎重选择，深入研究；发展合成柴油和生物柴油对解决柴油的数量和质量都具有重大意义，要大力发展代用柴油技术，力争在2020年，将生产能力提高到1 000万t以上。

（2）节能汽油发动机技术

当前，我国的轿车基本是汽油轿车，目前采用的轿车汽油发动机还有20％以上的节能潜力。汽油发动机节能技术，如缸内直喷技术、电辅助增压、电动气门、可变压缩比和停缸控制技术等将在今后5年规模产业化。世界各国正在对直喷汽油发动机技术开展深入研究，以日本为代表的非均质直喷技术面临燃烧稳定性和后处理等问题，以欧洲为代表的均质直喷技术正在兴起。电动气门与无凸轮发动机技术也在突破之中。电动气门具有与电控喷射同等重要的意义，它将给发动机空气系统控制和循环过程管理带来一系列节能技术变革，如取消节气门，可变压缩比、部分停缸等。

（3）先进的混合内燃机技术

先进内燃机的发展呈现多重混合化趋势。燃料供应的混合：常规汽柴油与代用燃料混合，以常规汽柴油为主，将各种代用燃料，包括醇醚燃料与汽柴油掺混并进行适当设计将会成为主流燃料技术；燃烧方式的混合：汽油机均质充气与柴油机压燃点燃混合，以燃料混合技术和控制技术为基础，综合汽油机和柴油机两种燃烧方式优点的均质压燃HCCI内燃机技术正在兴起；输出功率的混合：内燃机与电机功率的混合，新型集成化大功率启动电机/发电机一体化装置ISG与新型电源系统技术既是内燃机电控技术的扩展和深化，也是复杂混合动力传动系统的基础模块技术。内燃机的混合化是联结现有汽车节能环保技术与新能源汽车技术之间的桥梁。

2、新能源汽车

先重点发展各种液体代用燃料发动机及其混合动力汽车，逐步过渡到采用生物燃料的混合动力和可充电的混合动力，进一步发展以天然气为主体的气体燃料基础设施，分步建设长期可持续利用的气体燃料供应网络；以天然气发动机为基础，发展各种燃气动力，尤其是天然气/氢气内燃机及其混合动力；发展新一代燃料电池发动机及其混合动力，到2020年，达到规模商业化水平；大力推进动力电池的技术进步，基于我国独具优势的电动自行车产业，发展适合中国国情的纯电动车尤其是微型纯电动个人轿车。以城市公交车辆为重点，以点带面，稳步推进新能源汽车的示范与商业化。

（1）车用能源转型的方向和重点

车用能源转型的方向将从石油、天然气/煤层气、煤基燃料向生物质燃料和化石能、核能及可再生能源制氢和发电过渡。从资源来源看，中长期车用石油替代燃料的主体将来自三方面：煤基燃料、天然气燃料、生物燃料。到2020年，代用燃料（包含电）总量将可达到3 000万t以上，占车用燃料总消费的20％左右，与欧盟的预期目标基本相同。从车辆应用角度看，车用代用燃料主要有三类：含氧燃料（醇/醚/酯）、合成油（BTL/CTL/GTL）、气体燃料（甲烷气/合成气/氢气）。含氧燃料技术成熟，是近期推广应用的重点，一般以掺混使用为宜。合成油与现有车辆技术体系和基础设施完全兼容，而且是一种优质的环保燃料。其技术也还有较大的改进余地。从中长期看，将成为一种主体代用燃料。气体燃料中，甲烷气是近中期的重点，以天然气为例， 2020年，我国天然气供应量可达到1 200亿m3以上，如拿出10％左右用于汽车就可替代1 000t左右汽柴油；合成气是各种一次能源通过气化工艺制成的富氢气体，是各种汽车新型燃料的原料气，也可直接用作车用燃料，在车用能源转型中发挥着关键作用；氢气是一种原料来源广泛、尾气排放为零的环保燃料，是车用能源转型的战略目标之一。根据国家中长期科技发展规划纲要，我国将从基础科学研究、前沿技术创新、工程应用开发等多个层面实施对氢能技术的重点突破。

（2）汽车动力转型与混合动力

汽车动力系统是一个完整的体系，包括燃料、发动机、动力传动系统三个主要层次。根据生命周期循环分析，从油井到车轮的效率来看，源于石油的最佳组合是：汽油/柴油—内燃机—混合动力；源于天然气、煤的氢燃料电池及其混合动力可与合成燃料内燃机及其混合动力竞争。近年来，汽车动力系统最大的突破是混合动力技术，它为汽车动力系统的转型奠定了基础平台。

当前，内燃机混合动力轿车产业化是动力转型的里程碑。采用混联式汽油混合动力系统的轿车城市工况可节油40%左右，优于柴油轿车。混合动力还为汽车排放控制尤其是城市工况条件下的排放控制提供了有效的新途径。鉴于我国私人轿车主要集中在大中城市，因此是世界上最适合使用混合动力轿车的国家。要借鉴我国汽车产业在发动机电控喷射等技术变革中所积累的开发经验和商业模式，并通过税收优惠等激励政策，大力开发和推广混合动力。

今后，混合动力的发展将呈现两大特点：一是轿车混合动力的模块化愈加明显，逐步推进汽车动力的电气化。演化进程表现为：微混合－轻混合－深混合－全混合。随着电功率的比例逐步提高，混合程度也将不断增强，从只具备自动启停、怠速关机功能的“微混合”、以并联式混合动力发动机为主体的“轻混合”和以混联式为特征的“深混合”，最终过渡到可充电式的串联式“全混合”。二是城市客车混合动力系统的平台化趋势。“发电机组+驱动电机+储能装置”构成了混合动力系统的基本技术平台。通过换用不同的发电机组即APU适应从汽、柴油内燃机到氢能燃料电池各种不同的能源动力转化装置，形成油－电、气－电、电－电各种不同混合动力，促进动力系统的平稳过渡与转型。

（3）汽车能源动力转型的关键与瓶颈

能源动力转型的关键与瓶颈是动力蓄电池和氢能燃料电池。

目前，新型动力电池尚不能很好满足汽车使用要求，即使对于已经产业化的国外混合动力轿车用动力电池也还存在初始成本高，使用寿命短等问题。动力蓄电池同时涉及混合动力、纯电动和燃料电池三种电动汽车，因此动力系统的转型将强烈依赖电池技术的突破。尽管混合动力的产业化会大大促进动力电池尤其是高功率型动力电池的技术进步，但是近30年来车用动力电池研发的经验表明其技术进步过程将呈现出长期、稳步和渐变的特征。

氢燃料电池系统是最具效率潜力的车用发动机，并能带来全新的汽车设计概念。据IEA2004年统计，全球能源科技研发公共资金投入中约12％投向了氢能燃料电池。近年来，燃料电池汽车技术得到了快速发展，例如电堆大规模生产成本已降低到100美元/kW。但是，车用燃料电池商业化还面临一系列重大挑战：寿命仍需提高1～2倍，还有储氢、氢源基础设施等重大问题有待解决。以低温膜和碳极板为标志的车用质子交换膜燃料电池技术研发和投资的第一高潮已经过去，以高温膜和低铂催化剂为标志的新一代技术正在兴起。美国能源部2005年8月发布最新技术路线图，美国国会批准继续加大氢能燃料电池投入，全球正在为燃料电池产业化而继续努力，我国在氢能燃料电池技术竞争中处于除日本、加拿大、美国之后的第二行列。

总体上讲，燃料电池是车用动力系统的一个长远解决方案。其中，燃料电池城市大客车可望率先实现商业化。美国正在实施国家计划，目标是到2015年使燃料电池城市客车占到新增城市公交车的10％。相比而言，城市公交在我国更具战略地位，我国大客车产业更具国际竞争力。应当把燃料电池大客车作为燃料电池汽车商业化的突破口。

我国应采取的科技对策

基于节能与新能源汽车“过渡”与“转型”的双重发展战略，我国汽车能源动力系统的科技对策可遵循三条基本技术路线，三管齐下，并行互动：

开发和推广先进内燃机与混合动力汽车，解决紧迫的节能与环保问题并促进自主品牌汽车发展，推进动力系统技术转型；研发和应用气体燃料、煤基燃料和生物燃料等汽车代用燃料，促进交通能源来源多元化，同时有步骤地推动基础设施的扩展和转型；开展燃料电池汽车和纯电动车的研发、示范和产业化，促进新能源电动汽车技术创新与重点跨越。

近年来，国家攻关计划、清洁汽车行动及电动汽车重大科技专项的实施，极大地推动了我国节能和新能源汽车的技术变革。根据国家中长期科技发展规划，今后将进一步加大力度，推进我国汽车能源动力科技创新与产业化，实现环境、能源、经济的协调发展。