新能源汽车的发展前景和能效分析

徐洪流

【摘 要】目前由于工业革命给地球带来了极大的负荷，全球能源和环境系统面临着巨大的调整。汽车作为石油消耗和二氧化碳排放大户，亟需进行调整与改革，新能源汽车的出现则很好地填补了这一空白，新能源汽车的主要发展方向主要包括纯电动和燃料电池技术两种，但是由于目前新能源技术尚不完善，所以目前新能源汽车多是采用油电混合、插电式混合动力作为汽车能源。

【关键词】新能源汽车；发展前景；能效

中图分类号： U469.7 文献标识码： A 文章编号： 2095-2457（2018）36-0187-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2018.36.079

1 我国新能源汽车发展现状及趋势

早在2010年我国就已经成为了第一大汽车市场，而随着汽车数量的增多，随之而来的能源消耗与空气污染问题也日益严重，所以发展更清洁高效的能源是十分迫切的。相信未来几年或者几十年传统燃油汽车将逐渐被新能源汽车所取代，新能源汽车将成为汽车的主体。

在国家政策方面，我国近些年不断出台新能源汽车扶持政策，对我国新能源汽车业的发展起到了强有力的推进作用，电动汽车的质量不断趋于完好，销售量也得到了极大的提高。这就使得我国在2015年就成为了全球第一大新能源电动汽车市场。同时我国大力发展新能源汽车建设则指出，在下一个5年，即2020年，全国电动汽车保有量将成长为现在的十倍以上，同时配套搭建好充电基础设施，逐步形成新能源网络。同时加大了政府对新能源汽车的补贴。

随着氢燃料电池技术的不断研发，氢燃料电池汽车以及加氢站等基础设施已经在一些国家中开始进行建设了，与传统电动汽车相比，氢燃料电动汽车具有更强的优越性，较于传统电动汽车电池会对环境造成一定危害，氢燃料电池对于环境造成的污染几乎为0，续航能力更强、充电速度更快。

基于以上氢燃料汽车的优点，各国都在纷纷开展推进氢燃料汽车的计划，例如，日本作为推行氢燃料电池技术的先锋，已经在发展发行了许多氢燃料汽车。我国在氢燃料的推动上也是十分重视，在北京、上海等大型一线城市已经开始建设氢燃料补充站，未来发展倾向就是增大投资大力发展氢燃料汽车，使其具有与传统汽车、电动汽车相同的竞争能力。同时不断完善制氢、加氢等配套基础设施，使得氢燃料汽车可以实现真正意义上的上路行駛。此外政府有关部门及地方政府的推动也是功不可没，例如一些地市推出氢燃料公交车、有轨电车等的试运行，为氢燃料车辆的发展起到了强有力的推动作用。

2 天然气发电和制氢用于汽车的前景

2.1 发展新能源汽车需要稳定的动力来源

汽车的运行需要有能源的补充才能够完成，电动汽车需要电源、氢燃料汽车需要氢能源。发电、制氢可以通过不可再生资源：煤、石油、天然气等来获取；也可以通过可再生资源：风能、水能、太阳能来制取。目前的科技发展水平，天然气的运用具有高能效、小排放的等优势，就使得天然气变成了现阶段新能源汽车动力源的主要原材料。

近年来随着我国经济的快速发展和天然气开发技术的不断提高，天然气产业已经进入了快速发展时期，我国天然气市场规模逐渐扩大，已经成为了亚洲第一大，位居世界第三大天然气消费国。随着天然气消费量逐年上升，新能源汽车的不断推广，将天然气作为新能源汽车的供应源，是一个很好的方式。

2.2 天然气发电用于电动汽车的发展前景

目前我国的发电产业仍是以煤炭发电为主，天然气发电只占相当小一部分。与其他国家相比，与世界平均水平相比，我国天然气发电比例较低。利用煤炭进行发电会不可避免的产生许多污染物：氮氧化物、二氧化硫、粉尘等，还会产生许多煤渣，造成处理困难多消耗许多资金，从而降低企业盈利。二氧化硫的排放也会造成全球气温升高等温室效应，对环境造成极大的破坏。但是较成本来说天然气发电的成本较煤炭发电来说较高，大约为煤炭发电的两倍以上。但是天然气发电有其自身多种优势：第一，发电效率高达57%，远高于煤炭发电效率；第二，利用天然气进行发电所产生二氧化碳排放量极低，仅有煤炭发电的一半甚至更低，氮氧化物的排放量更是只有煤炭电厂的20%，而且几乎不派发二氧化硫及烟尘。总体来说，利用天然气发电虽然成本高一些，但是从综合方面考虑，从可持续发展方面考虑，其收益还是比煤炭发电大很多的。

所以我国近些年在大力发展天然气发电以取代传统的煤炭发电模式。我国连续发布了几条利于气电发展的政策，这都有利于天然气发电的发展。例如在2012年10月31日发布的《天然气利用政策》，文件指出天然气发电项目属于允许类，改变了以往被定义为限制类的情况。2015年1月14日国家印发《关于规范天然气发电上网电价管理有关问题的通知》将天然气发电电价上调高于煤炭发电电价，同时积极鼓励地方政府采取对天然气发电进行财政补贴，气价优惠等政策，以此来鼓励推动天然气发电产业的发展。

随着我国新能源汽车的发展，在未来电动汽车、电动出租车、电动公交车都会慢慢的普及开来，到时用电量将会是一个极其庞大的数字，为了更好地保障新能源汽车的长久发展，需要从现在就做好发电工作，提升发电量，减少因为发电而带来的环境问题，否则新能源汽车的出现将会变得毫无意义。随着电力驱动汽车越来越多，未来的充电量也将是巨大的，尤其是在用电高峰期就会更加凸显出来，在大量车辆进行充电式，就会对电力系统产生很大的冲击，需要从现在起就开始规划建设，增加电能储备以求满足电量需求。例如在充电桩附近建立建设天然气发电系统，来满足电动汽车的用电需求，可以有效缓解电动汽车大量充电对于电力系统的冲击。

2.3 天然气制氢用于氢燃料电池汽车发展前景

推进氢燃料汽车的发展首先需要提供稳定的氢源。最为理想的制氢方式是利用可再生能源制氢，例如：生物方法制氢、太阳能制氢。利用这种制氢法可以有效地降低制氢环节对于环境的污染。但是从目前的科技发展力水平来看，这些方法已经可以应用于实验阶段，但是距离工业化量产还有较长的一段路要走。目前制氢的主要措施还是利用化石能源，也就是不可再生资源，例如：煤炭、石油、天然气制氢。煤炭和石油制氢的造价高，而且利用煤炭与石油进行制氢还会产生大量的废气，对大气造成严重的污染。

分布式中小规模天然气制氢技术的应用还是比较灵活实用的，现在此项技术的运用搭建也较为成熟，中小规模天然气制氢造价比大型天然气制氢成本低，制氢量也可以随着市场需求来进行灵活调配。随着西气东输、川气东送和海气登陆等项目的建设与实施，四通八达的天然气网络正在逐渐完善。我国已逐渐进入天然气大规模发展建设阶段，可以利用现有的天然气管道网络在加氢站附近进行制氢，从而节省一部门运输与储存成本。

3 天然气发电和制氢用于汽车的能效

3.1 天然气发电用于电动汽车的能效

天然气发电用于电动汽车的能效就是将天然气天然气发电效率、电网输配电效率、电池充放电效率以及电动汽车的电动机效率全部乘在一起，得出的结果就是天然气发电用于电动汽车的能效。

3.1.1 天然气发电效率

目前利用天然气发电效率最高的方式，就是采用燃气与整齐联合循环发电。与传统的單纯利用蒸汽发电的模式相比较，燃气与蒸汽混合循环发电具有发电效率高、发电成本低、效益好等优点。燃气与蒸汽联合循环发电的本质就是：利用燃气轮机做工后产生的高温气体排放到余热锅炉中使其产生蒸汽，再将蒸汽运送到蒸汽轮机中做工。分为燃气循环与蒸汽循环，还可以利用蒸汽循环后的低压低温蒸汽进行对外供热。

3.1.2 电网输配电效率

电力在运输过程中不可能做到100%运输电力，即使是最先进的科学技术也无法保障。所以电网在进行电力输配时会产生消耗，大概消耗率在6.5%～7.5%。

3.1.3 电池充放电效率

经过实验研究可知，锂离子电池的充电效率一般近乎100%，但是在放电视会受到电池放电状态、放电功率、电池温度的影响而出现比较大的波动，并不是一直稳定的。一般情况下，当电池组的放电深度小于80%时，电池的放点效率可以达到近乎90%，所以在对天然气发电用于电动汽车的能效进行计算时，可以将电池的充放电效率当做90%进行计算。

3.1.4 电动机效率

电动机的效率也必然是有消耗的，不会达到100%，而影响电动机的发电效率的因素主要有两种：转速和转矩。

3.2 天然气制氢用于氢燃料电池汽车的能效

利用天然气制氢用于氢燃料电池汽车的能效主要包括：天然气制氢效率、氢气输配效率、氢燃料电池效率以及电动机效率四种。

3.2.1 天然气制氢效率

现在普遍使用的天然气制氢方法是采用天然气蒸汽重整制氢法。该方法的主要制氢措施是通过：甲烷与水反应产生一氧化碳和氢气，再利用一氧化碳与水反应生成氢气的模式，进行氢气的获取。用此方法理论上可以使得甲烷的转化率最高，达到85%左右。

3.2.2 氢气输配效率

氢气在高压强下可以储存于压力容器中，通过车辆运输。用于储存运送氢的高压容器一般是用铝合金作为内胆，外面缠绕高强度碳纤维，再通过树脂浸泡、固化处理，从而保证其密封性。一般氢的运输距离不会很远，制氢厂距离加氢站不会很远，所以不会经过长途运输，氢气的储存时间也不会很长，一般当天就回消耗掉。所以在运输储存环节氢的消耗率几乎为0。

3.2.3 氢燃料电池效率

氢气燃烧生成能量的效率并不是很高，在理想状态下效率最多也只是能达到80%，在氢气的实际做功过程中受到膜电极、杂质浓度、催化剂含量、工作温度和湿度等因素影响，其实际的做功效率比理想效率低很多，大概只在45%～60%左右。

4 总结

天然气作为一种现阶段可以直接利用的清洁性能源，以其具有的高效性被广泛运用，随着政府的大力推广和城市官网的不断建设健全，利用天然气进行发电和利用天然气制氢用于氢燃料电池汽车的发展，有着十分美好的未来前景。

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