汽车代用燃料及能源

汽车代用燃料及能源


石油燃料是汽车的主要能源,据统计全世界的石油产品约46%为汽车所消耗。随着汽车用量的增加,汽车对环境污染也日趋严重。而石油储量逐渐减少,能源危机日益加剧。
根据有关资料预测,石油资源只能供给全世界使用到2040~2050年。因此,如何降低油耗和开发新的能源已成为汽车技术发展的重要课题。
汽车环保燃料(或称新型环保能源)的选择标准有:热值高、能量大,只需携带少量燃料就有足够的行驶里程,保证有足够的承载质量;安全、无毒,对空气的污染少;价格便宜,来源广,容易获得;携带、储存和使用方便。此外,最好能与现在汽车的供油系兼容,或只需进行简单的改装即可使用。
目前,正在开发和已经应用的代用燃料主要品种有醇类、天然气、液化石油气、电能、氢、太阳能和合成燃料等。这些代用燃料,有的可单独使用,有的则可与汽油、柴油等混合使用。
       (一)醇类燃料
醇类燃料主要是甲醇和乙醇。
1.甲醇
甲醇是一种无色易挥发的燃料,有毒,饮用后能致人失明。甲醇自燃点为464℃,热值较汽油低,辛烷值较高。甲醇作为汽车燃料可单独使用,也可与汽油混合使用。
如果单独使用,需要对发动机做某些改进,用提高压缩比的方法来提高发动机的性能,混合使用时,甲醇可占15%~20%,发动机无须做大的改动。
2.乙醇
乙醇俗称酒精,常温下是液体,很容易挥发燃烧。乙醇相对密度为0.789,自燃点为423℃,热值较汽油低,辛烷值较高。乙醇的使用方法与甲醇类似。
醇类燃料的特点是来源广泛,价格较低,甲醇与乙醇均可由植物发酵得到,甲醇还可以从天然气和煤中制取;辛烷值高,抗爆性好;醇类燃料热值较低,但配置成的混合气与汽油混合气的热值差不多;醇类燃料汽化潜热大,进气管温度较低,易使混合气雾化不良,发动机启动困难;冰点低,使用安全;燃烧速度快,排气污染小;与汽油混合易分层,对发动机腐蚀作用大,发动机磨损较严重,因为醇类易吸水,破坏发动机润滑。
       (二)车用压缩天然气
天然气主要来源于油田,是地表下岩石储集层中自然存在的,以轻质碳氢化合物为主体的可燃气体,它无色、无味、无毒、无腐蚀性,其主要成分是甲烷(CH₄)。天然气作为汽车代用燃料,具有辛烷值高,与空气混合均匀,气缸积炭少,排放污染小,不稀释润滑油等优点,而且供气简单,发动机无须做较大的改进,因而是较为理想的汽车燃料,也是世界公认的“环保燃料”,受到越来越多国家的重视。但天然气不易液化,通常是经压缩后使用,也称为压缩天然气(Compressed Natural Gas,简称CNG),因携带量少,行驶里程短,需要建立许多充气站,只适用于短途运输。

1.车用压缩天然气的特点

(1)抗爆性能好

天然气中甲烷马达辛烷值(MON)为140,大多数天然气的MON值为115~130,因此具有很强的抗爆性。

(2)燃烧完全

天然气本身是气态,燃烧完全,不结炭,可提高热效率10%以上。

(3)对环境污染小

汽车中使用天然气作燃料与使用汽油作燃料相比,一氧化碳减少97%,碳氢化合物减少72%,氮氧化物减少39%,二氧化碳减少24%,二氧化硫减少90%,苯、铅等粉尘减少100%,噪声降低40%。

(4)资源丰富

我国天然气地质资源量估计超过55万亿m³,预测天然气可采资源量为12万亿m³,储量非常丰富,可采100年以上,因此,应用前景十分广阔。

(5)经济性好 

用天然气作发动机燃料,其燃料费用是汽油的2/3,由于天然气的着火极限较汽油宽,有利于燃烧气混合,可提高使用天然气汽车的燃料经济性。加上燃料燃烧完全,无结炭、无爆燃,大大延长了汽车的使用寿命,其维修费用仅为汽油车的70%。

2.我国天然气汽车的发展现状

我国的天然气汽车起步于20世纪50年代,“气囊车”是那个时代的一大特征。1986年以后,由于能源紧张,我国再次出现发展天然气汽车的势头。1988年,四川南充建成我国第一座充气站。之后,随着我国对环境保护的日益重视,天然气汽车发展迅速,1998年,我国由国家科技部牵头启动了“空气净化工程——清洁汽车行动”,北京、上海、重庆、西安等12个城市被列为首批试点和示范城市,天然气汽车被列为首选。随后又将清洁汽车重点推广应用城市(地区)扩大到16个,目前我国的各大中城市已普遍建立了CNG加气站。

       (三)车用液化石油气  液化石油气(Liquefied Petroleum Gas,简称LPG)是从石油的开采和加工中得到的可燃气体,主要由丙烷、丁烷以及其他气体混合而成。石油气通常经加压使其液化后贮存在高压容器中使用,以液化石油气为主要燃料的汽车称为液化石油气汽车。液化石油气作为车用燃料具有以下一些优点:(1)抗爆性能好
液化石油气(LPG)的辛烷值在110左右,而汽油则在90~98之间,所以LPG具有较好的抗爆燃性能。

(2)对环境污染小

液化石油气中氢含量大,硫、氮等杂质少,不含芳香烃。
(3)延长发动机使用寿命
汽车使用汽油作为燃料时,因汽油不能完全汽化而形成液膜,液态汽油稀释并冲刷了运动部件的润滑油。
(4)低温启动性好
液化石油气中主要成分丙烷的沸点为-42℃,试验证明,在环境温度为-30℃时,LPG汽车无须采用特别措施仍可顺利启动。

(四)电能

以电能为动力的汽车称为电动汽车。电能是二次能源,它可以来源于风能、水能、核能、热能、太阳能等多种方式。

1.电动汽车的特点

电动汽车的电动机相当于原来的发动机,蓄电池相当于原来的油箱,因此,电动汽车无须再用内燃机,是非常有发展前景的替代能源汽车。电动汽车具有噪声低、无废气排放以及操作方便等优点。

2.电动汽车蓄电池

电动汽车常用的蓄电池主要有铅酸电池、镉镍电池、氢镍电池、锂电池及燃料电池等。其中,由于铅酸电池技术比较成熟,比功率较大,寿命在800~1000次,成本也较低,因此是目前电动汽车使用最广泛的电池。大约有90%的电动汽车使用这种电池,在未来几年中铅酸电池仍然是电动汽车的主流电池。

3.电动汽车电动机

汽车的电动机应该具有良好的调速性能,能实现直流电向交流电的转换以及电池与电机之间电压的变换等特性。

4.电动汽车在使用中存在的问题

(1)比能低

目前,电动汽车最经济实用的电池是铅酸电池,它的比能为35~40W·h/kg,与汽油相比小得多(汽油的比能约为11000W·h/kg)。为了保证必要的行驶里程,就需要装备庞大、笨重的电池组,既占空间,又影响有效装载。若减少电池组,必然会使行驶里程缩短,同时还会影响动力性。

(2)成本高

世界各国研制的电动汽车成本都较高,比内燃机汽车高几十倍甚至上百倍。

(3)充电时间长

内燃机汽车加油时间大约几分钟,电动汽车电池的充电时间却相对较长,一般铅酸电池常规充电大约需要6h。

       (五)氢燃料
氢可以燃烧,而且它在地球上的蕴藏量极为丰富,是一种极有前途的能源。氢用作汽车燃料具有热值高、热效率高、排气污染小、发动机磨损小等特点。用氢气作燃料存在的主要问题是生产成本极高,而且携带和储存非常困难。因此,目前氢尚难以作汽车代用燃料,仅是一种未来可用的燃料。
       (六)其他燃料

除上面介绍的几种环保燃料以外,还有太阳能、沼气、乳化燃料等。