1概述

隨著世界汽車工業(yè)的不斷發(fā)展壯大，汽車工業(yè)在世界經(jīng)濟(jì)發(fā)展中的地位越來越突出，汽車工業(yè)已成為現(xiàn)代經(jīng)濟(jì)支柱產(chǎn)業(yè)之一，并對世界經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和社會的進(jìn)步產(chǎn)生巨大的作用和深遠(yuǎn)的影響。

燃料電池發(fā)電是繼水力、火力和核能發(fā)電等之后的新一代發(fā)電技術(shù)。它是一種不經(jīng)過燃燒直接以電化學(xué)反應(yīng)方式將燃料和氧化劑的化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿母咝нB續(xù)發(fā)電裝置。因這種裝置的基本原理是原電池反應(yīng)而不涉及到燃燒，因此其能量轉(zhuǎn)換效率不受“卡諾循環(huán)”的限制，理論效率可達(dá)90%,實際使用效率則是普通內(nèi)燃機(jī)的2～3倍。另外,它還具有燃料多樣性、噪音低、對環(huán)境污染小、可靠性與維修性好等優(yōu)點。燃料電池作為新一代汽車動力源，已被世界各大工業(yè)國視為戰(zhàn)略產(chǎn)品。

氫被稱為“21世紀(jì)的能源”，是今后世界、也是我國解決面臨的能源危機(jī)的一條重要途徑。科學(xué)家和社會學(xué)家預(yù)言，下一次工業(yè)革命將從氫能源開始，現(xiàn)在全世界的科學(xué)家都在積極尋求一種既清潔又無污染的能源，氫是科學(xué)家們看好的最理想的燃料。隨著以氫為主要燃料的燃料電池技術(shù)和產(chǎn)品不斷發(fā)展，并逐步進(jìn)入推廣和應(yīng)用階段。世界各主要國家都已認(rèn)識到氫燃料電池技術(shù)潛在的巨大市場,紛紛斥巨資進(jìn)行技術(shù)開發(fā)，擴(kuò)大應(yīng)用領(lǐng)域，氫燃料電池技術(shù)將給人類社會的建設(shè)和發(fā)展帶來積極影響。

中國對發(fā)展燃料電池汽車產(chǎn)業(yè)高度重視，已出臺了一系列計劃和政策?？萍疾恳褜⑷剂想姵仄嚵腥搿笆濉逼陂g的“863”關(guān)鍵高科技攻關(guān)項目之一。研發(fā)燃料電池汽車，用高新技術(shù)改造傳統(tǒng)汽車工業(yè)，實現(xiàn)我國汽車工業(yè)的跨越發(fā)展，目前已面臨著極佳的機(jī)遇。

2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀

2.1國外發(fā)展?fàn)顩r

20世紀(jì)90年代以來，燃料電池技術(shù)在全球的開發(fā)活動異?；钴S。以日本、美國和歐盟為代表的主要國家和地區(qū)，特別是豐田、寶馬、通用、本田、大眾等主要汽車廠商根據(jù)本國和公司的實際情況，先后采取了不同的

當(dāng)前，世界20多個國家的1000多家公司和機(jī)構(gòu)正投入巨資加緊進(jìn)行燃料電池技術(shù)和產(chǎn)品的研究與商業(yè)化工作。截至2005年12月，已有14500多個燃料電池系統(tǒng)安裝在世界各地，分布于不同的應(yīng)用領(lǐng)域。圖1為《FuelCellToday》網(wǎng)絡(luò)雜志2005年底對全球燃料電池安裝數(shù)量所做的一個調(diào)查結(jié)果。圖2為2005年不同技術(shù)類型的燃料電池安裝數(shù)量比例餅圖。

日本在混合動力汽車方面技術(shù)最為先進(jìn)；美國將新能源汽車"title="新能源汽車">新能源汽車"title="新能源汽車">新能源汽車"title="新能源汽車">新能源汽車"title="新能源汽車">新能源汽車研發(fā)重點放在氫能和燃料電池汽車，同時大力推動生物燃料汽車的產(chǎn)業(yè)化。美國加州已頒布的汽車排放法規(guī)要求在2003年加州出售的所有汽車中，零排放車的數(shù)量必須占到10%;歐洲在混合動力、純電動汽車、氫能和燃料電池汽車方面都有設(shè)計，在產(chǎn)業(yè)化領(lǐng)域也大力推廣生物燃料汽車；巴西在生物燃料汽車應(yīng)用方面處于世界領(lǐng)先水平，是目前最大的乙醇汽油和生物柴油汽車應(yīng)用國家之一；挪威和加拿大積極發(fā)展氫能源,提出了建設(shè)“氫高速公路”計劃，并已經(jīng)取得了重要進(jìn)展。

按現(xiàn)在的發(fā)展速度看，燃料電池電動汽車批量生產(chǎn)階段越來越近，本世紀(jì)可提前實現(xiàn)燃料電池汽車商業(yè)化。預(yù)計到2010年，燃料電池在價格上將具備與內(nèi)燃機(jī)競爭的能力。屆時美國市場上以燃料電池為動力的機(jī)動車將占美國汽車市場4%的份額,日本和西歐燃料電池汽車將分別占市場份額的15%和17%。到2020年，燃料電池汽車將占世界汽車市場的25%。

2.2國內(nèi)發(fā)展?fàn)顩r

我國新能源汽車總體上起步較晚，與世界先進(jìn)水平存在較大差距，但在部分領(lǐng)域也處于較為先進(jìn)的水平。目前我國在混合動力、氫能和燃料電池汽車方面遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于世界先進(jìn)水平，沒有在關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)領(lǐng)域取得重要突破。在純電動汽車和二甲醚汽車方面，我國已經(jīng)成功研發(fā)一系列轎車和客車產(chǎn)品，并進(jìn)行了示范運(yùn)行和產(chǎn)業(yè)化發(fā)展嘗試，步入了國際領(lǐng)先行列。

我國在產(chǎn)業(yè)政策制定方面起步也較晚，從2001年起，為維護(hù)我國能源安全，改善大氣環(huán)境，提高加入WTO后我國汽車工業(yè)的競爭力，經(jīng)過多方論證和廣泛征求意見，中國科技部在“十五”國家863計劃中啟動了國家、地方和企業(yè)配套資金合計約16億元人民幣的電動汽車重大科技專項。盡管從目前來看中國產(chǎn)業(yè)政策的績效尚難以評估，但是與美國、歐盟和日本等發(fā)達(dá)國家的產(chǎn)業(yè)政策相比較，我國新能源汽車產(chǎn)業(yè)政策仍存在很大的改進(jìn)空間。

3新能源汽車技術(shù)

隨著石油資源逐漸短缺，扭轉(zhuǎn)目前以石油為主的能源利用格局，實現(xiàn)能源多樣化成為未來汽車工業(yè)發(fā)展的趨勢。世界各國政府已清醒地認(rèn)識到這一點，紛紛撥款用于技術(shù)開發(fā)，并制定了相應(yīng)的產(chǎn)業(yè)計劃。各大汽車公司和相關(guān)企業(yè)、科研機(jī)構(gòu)都加大了研發(fā)投入，加緊研究開發(fā)，并紛紛推出了一些具有先進(jìn)技術(shù)的代表車型，其中涉及燃料電池電動汽車混合動力電動汽車以及其他生物能源汽車。尤其是自2004年年初，原油價格的一路狂飆使成品油價格隨之上漲，很多汽車行業(yè)專家紛紛表示，高油價正在為更環(huán)保、更省油的新能源汽車帶來一個千載難逢的發(fā)展契機(jī)，世界汽車工業(yè)有望從此加速擺脫對石油的依賴和對環(huán)境造成的嚴(yán)重污染，從而進(jìn)入一個清潔能源時代。

3.1燃料電池汽車

燃料電池是一種直接將儲存在燃料和氧化劑中的化學(xué)能高效(50%～80%)、環(huán)境友好地轉(zhuǎn)化為電能的發(fā)電裝置。燃料電池具有其他能量發(fā)生裝置不可比擬的優(yōu)越性：能量轉(zhuǎn)換效率高；高可靠性;良好的環(huán)境效益。

燃料電池汽車所使用的燃料包括氫、甲醇、汽油和柴油。通用汽車公司已研制成功使用液氫燃料電池產(chǎn)生動力的零排放概念車“氫動一號”，該車加速快、操作靈活，從0～100km加速僅16秒,最高時速可達(dá)140km，續(xù)馳里程400km?？諝猱a(chǎn)品公司、普拉克斯公司作為領(lǐng)先的液氫供應(yīng)商，其供氫站已經(jīng)可為氫燃料電池汽車供應(yīng)24～34Mpa的液氫。由于氫燃料電池具有零排放等其他燃料不具備的優(yōu)點，目前研究的重點主要是氫燃料電池。

與傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)汽車和混合動力汽車相比，燃料電池汽車具有無污染、“零排放”、高能量效率、低噪音、良好的動力及操控系統(tǒng)等優(yōu)點。

3.2混合動力汽車

經(jīng)過10多年的發(fā)展，混合動力系統(tǒng)已從原來發(fā)動機(jī)與電機(jī)離散結(jié)構(gòu)向發(fā)動機(jī)電機(jī)和變速箱一體化結(jié)構(gòu)發(fā)展，即集成化混合動力總成系統(tǒng)?；旌蟿恿ζ囀莻鹘y(tǒng)內(nèi)燃機(jī)汽車與電動汽車相結(jié)合的產(chǎn)物，它繼承了電動汽車低排放的優(yōu)點，又發(fā)揮了石油燃料高的比能量和比功率的優(yōu)點，顯著改善了傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)汽車的排放和燃油經(jīng)濟(jì)性，增加了電動汽車的續(xù)駛里程，在由內(nèi)燃機(jī)汽車向電動汽車的轉(zhuǎn)變過程中扮演著重要的角色。

電池是混合動力汽車的關(guān)鍵部件之一。目前HEV電池的主流產(chǎn)品是鎳氫電池，主要的生產(chǎn)廠商是日本三洋和松下公司，美國的生產(chǎn)廠商Eobasys,JohnsonControlSAFT等公司也先后加入到鎳氫電池的研發(fā)和銷售。鎳氫電池具有高能量、高功率、長壽命、較好的高低溫性能、比較容易進(jìn)行串并聯(lián)組合等特點，目前大部分商業(yè)化的HEV基本都是采用鎳氫電池。鋰電池目前尚處于研究改進(jìn)和使用階段，其主要優(yōu)勢在于具有較高的比能量，可以使電池做得更小、更輕；具有較好的充放電效率和低的自放電率，可以提高電池的能量效率，具有較大的潛在降價空間。

3.3其他能源汽車

使用醇類作為能源的汽車主要是乙醇汽車，乙醇汽車使用的燃料是乙醇汽油。乙醇汽油是一種由糧食及各種植物纖維加工而成的燃料乙醇和普通汽油按一定比例混配的替代能源。乙醇汽油可有效地改善油品的性能和質(zhì)量，降低一氧化碳、碳?xì)浠衔铩⒌趸锏戎饕廴疚锏呐欧?，而且它對機(jī)動車的行駛性能也沒有影響。

戴姆勒克萊斯勒公司推出的NECAR5汽車堪稱是燃料電池技術(shù)的里程碑。這種燃料電池動力汽車在美國已完成了4831km行車試驗。NECAR5是戴姆勒-克萊斯勒公司開發(fā)的第5代燃料電池汽車，由Ballard燃料電池驅(qū)動系統(tǒng)帶動，該系統(tǒng)包括車載甲醇轉(zhuǎn)化器，轉(zhuǎn)化器從液體甲醇抽取氫氣驅(qū)動燃料電池。在穿越美國的行車試驗中，汽車每行駛48311km，用克萊斯勒分配器配給的甲醇補(bǔ)加一次燃料。

生物柴油是指利用植物油和動物脂肪等可再生的資源與甲醇的進(jìn)行酷交換而形成的長鏈脂肪酸甲脂混合物，是一種可以部分替代石油柴油的新型液體燃料。目前使用的“清潔柴油”是生物柴油與普通(石油)柴油不同比例的混合燃料。生物柴油作為汽車燃料具有可再生性、環(huán)境友好性和優(yōu)良的可替代性等突出優(yōu)勢。

4汽車新能源發(fā)展戰(zhàn)略

4.1國內(nèi)外新能源汽車產(chǎn)業(yè)政策

從技術(shù)上來看，新能源汽車中許多類型已經(jīng)成熟，完全可以進(jìn)行大規(guī)模生產(chǎn)。但新能源汽車產(chǎn)業(yè)化的最大難題通常是成本，由于傳統(tǒng)汽車經(jīng)過長期發(fā)展，具有顯著的規(guī)模經(jīng)濟(jì)和相關(guān)產(chǎn)業(yè)鏈支持，而新能源汽車在其發(fā)展初期面臨著規(guī)模較小、上下游產(chǎn)業(yè)鏈不完整等因素，導(dǎo)致新能源汽車的成本通常都顯著高于傳統(tǒng)汽車。

美國于1975年出臺《能源政策和節(jié)能法令》;1990年美國通過了《空氣清潔法案》；1992年美國制定了《美國國家能源政策法案》；2005年美國國會對《美國國家能源政策法案》進(jìn)行了修訂；2007年美國國會相繼通過了兩項重要法案，即《2007能源促進(jìn)和投資法案》和《2007可再生燃料、消費(fèi)者保護(hù)和能源效率法案》。除法律文件外，美國還制定了各種法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)來促進(jìn)法律的執(zhí)行。

日本經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)省和資源能源廳于2006年5月制定了“新國家能源戰(zhàn)略”。該戰(zhàn)略提出的主要目標(biāo)之一是“到2030年，將目前近50%的石油依賴度進(jìn)一步降低到40%”，具體要實現(xiàn)能源效率比現(xiàn)在提高30%，將運(yùn)輸部門的石油依賴度降低到80%等目標(biāo)。

歐盟從1991年起開始調(diào)整能源政策，強(qiáng)調(diào)節(jié)約能源和使用可再生能源，先后于1993年和1998年出臺能源計劃，1995年發(fā)表了《歐盟能源政策綠皮書》。1997年公布了《歐盟未來能源：可再生能源白皮書》。2001年，歐盟出臺“發(fā)展可再生能源指令”。歐盟委員會于2007年1月公布了“新歐洲能源政策”。

中國在新能源汽車的研究開發(fā)和應(yīng)用方面，早在“八五”期間就組織實施了國家電動汽車關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)項目，“九五”期間又進(jìn)行了示范運(yùn)營嘗試。1999年4月正式啟動國家清潔汽車行動項目，重點開展燃油汽車清潔化，燃?xì)馄囮P(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)及產(chǎn)業(yè)化，并確定了12個清潔汽車示范城市。

2007年3月，國家發(fā)改委公布《新能源汽車生產(chǎn)準(zhǔn)入管理規(guī)則》，該規(guī)則對新能源汽車作出概念界定：所謂新能源汽車是指混合動力電動汽車、純電動汽車、燃料電池電動汽車和其他新能源汽車。

2007年12月18日，國家發(fā)改委發(fā)布《產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整指導(dǎo)目錄》，新能源汽車正式進(jìn)入發(fā)改委的鼓勵產(chǎn)業(yè)目錄。

2008年1月，科技部與國家發(fā)改委研究制定了《可再生能源與新能源國際科技合作計劃》，其指導(dǎo)思想是：在吸引國外先進(jìn)技術(shù)向中國轉(zhuǎn)移的同時推動中國的先進(jìn)技術(shù)走出去，加強(qiáng)與發(fā)展中國家的科技合作；制定可再生能源與新能源國際交流與合作技術(shù)指南，參與國際可再生能源與新能源技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的制定；促進(jìn)可再生能源與新能源技術(shù)的引進(jìn)、消化、吸收和再創(chuàng)新，與國外聯(lián)合建立先進(jìn)技術(shù)應(yīng)用示范項目等。

4.2汽車新能源發(fā)展戰(zhàn)略

按照國家863節(jié)能與新能源汽車重大項目和科技部新能源汽車產(chǎn)業(yè)化的相關(guān)規(guī)劃，未來我國新能源汽車發(fā)展的重點是先進(jìn)內(nèi)燃機(jī)和混合動力汽車、純電動汽車和燃?xì)馀c燃料電池汽車。目前天然氣汽車、生物燃料汽車和純電動汽車已部分進(jìn)入產(chǎn)業(yè)化領(lǐng)域，下一步的技術(shù)研發(fā)將圍繞混合動力汽車、純電動汽車和燃料電池汽車展開，其中混合動力汽車和燃料電池汽車則是重中之重。按照規(guī)劃，混合動力汽車將是短期和中期新能源汽車發(fā)展的主導(dǎo)力量，燃料電池汽車則是長期發(fā)展的重點。

我國新能源汽車技術(shù)的發(fā)展?fàn)顩r與國際水平相比，存在一定的優(yōu)勢和劣勢。目前我國在二甲醚汽車技術(shù)方面處于世界領(lǐng)先地位，純電動汽車也達(dá)到了世界先進(jìn)水平，不過在太陽能、風(fēng)能、核能等發(fā)電技術(shù)上我國還存在一定的差距。天然氣汽車、生物燃料汽車與世界先進(jìn)水平相比存在一定差距，但差距很小。油電混合動力的技術(shù)水平相對落后，但目前正被迅速縮小，隨著國家863計劃的實施和企業(yè)投入的增加，我國在油電混合動力汽車技術(shù)方面正迅速接近世界先進(jìn)水平。插電式混合動力、氫燃料電池和氫動力汽車技術(shù)方面與世界先進(jìn)水平差距明顯，目前尚未在關(guān)鍵技術(shù)上取得重要突破。

從我國的發(fā)電結(jié)構(gòu)來看，純電動汽車所需要的電能在短期內(nèi)仍然主要由煤炭、水電轉(zhuǎn)化而來，二者之和所占的比重超過90%，在成本上煤炭、水電相比其他發(fā)電方式仍然具有較為明顯的成本優(yōu)勢,因此短期內(nèi)我國純電動汽車所需要的能源主要仍由煤電和水電來提供，核電可以作為煤電和水電的補(bǔ)充。

由于生物質(zhì)能源的缺乏，我國在生物燃料方面應(yīng)當(dāng)積極拓展多元化的非糧食原料生物燃料，發(fā)展的區(qū)域也主要集中在自然生物質(zhì)能源相對豐富的省市，如云南、廣西等。通過煤炭制取二甲醚在技術(shù)上已經(jīng)相對成熟，可以成為替代燃料的補(bǔ)充，但應(yīng)當(dāng)注意控制制取過程中的污染問題。

從短期來看，液化天然氣可成為短期發(fā)展目標(biāo)。因為液化天然氣有助于解決汽車尾氣的嚴(yán)重污染問題，并且有助于解決目前的石油緊張問題。我國的天然氣儲量較石油豐富，而且天然氣的探明儲量在不斷增加。此外，使用液化天然氣不受天然氣管網(wǎng)限制，可充分利用世界天然氣資源，這對于我國的能源安全有利；但是，天然氣資源是不可再生資源，長期過量開發(fā)與使用將會導(dǎo)致與石油資源一樣的命運(yùn)。

從中期來看，混合動力和純電動將成為主要的新能源汽車技術(shù)。插電式混合動力在改進(jìn)型混合動力的基礎(chǔ)上。主要使用電動模式，與純電動汽車一樣需要清潔的電能。

從長期來看，氫能源汽車開發(fā)，涉及許多技術(shù)領(lǐng)域。發(fā)展氫經(jīng)濟(jì)對確保中國能源安全、實現(xiàn)真正可持續(xù)發(fā)展的交通體系也有著至關(guān)重要的作用。

中國汽車行業(yè)不必像發(fā)達(dá)國家那樣經(jīng)歷石油燃料時代發(fā)展的全過程，而正處在大力發(fā)展未來能源的黃金時機(jī)，并將在推動全球氫經(jīng)濟(jì)發(fā)展的進(jìn)程中占據(jù)特殊地位。

在電能獲得方面，由于這一階段利用清潔一次能源如核能、太陽能、風(fēng)能和潮汐能等發(fā)電的技術(shù)將會逐步成熟，因此能源發(fā)展的中心仍然是大規(guī)模推廣利用核能、太陽能、風(fēng)能和潮汐能等清潔一次能源來發(fā)電。

從我國的實際情況來看，政府對國內(nèi)能源廠商和汽車廠商具有較高的影響力和控制力，在政府主導(dǎo)下發(fā)展多種主體共同參與的新能源汽車產(chǎn)業(yè)化發(fā)展戰(zhàn)略聯(lián)盟能夠有效降低各方面臨的市場風(fēng)險，對新能源汽車產(chǎn)業(yè)化發(fā)展將起到非常重要的作用。

5結(jié)論

本文從整個產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系的發(fā)展戰(zhàn)略角度出發(fā)，分析國內(nèi)外研究現(xiàn)狀和現(xiàn)有的汽車各種替代能源的優(yōu)缺點，提出實施汽車新能源的發(fā)展戰(zhàn)略。本研究方向?qū)ξ覈鴮崿F(xiàn)產(chǎn)業(yè)技術(shù)的跨越發(fā)展具有十分重要的現(xiàn)實意義。