内燃机新能源技术现状及发展趋势
随着人类城市化进程的加快、人口总量的不断激增和社会分工体系的细化、深化，人类社会对各种资源的需求与日俱增。需求和资源的矛盾所引发的能源危机和环境保护已经成为全球共同面对的重大挑战。实现社会的可持续发展和科技领域的绿色革命成为决定人类历史进程的重要任务。在能源危机和环境保护的双重压力下，开发节能、高效、环保的新能源汽车成为汽车产业的共同命题。
近年来，我国汽车产业蓬勃发展，产销量和保有量迅速增加，已经连续连年成为全球汽车产销量第一的大国，正逐步进入汽车社会。但是，我国汽车工业同时也面临着产业结构调整和可持续发展的压力，存在产业安全和经济安全等问题，形势依然严峻。随着我国汽车保有量的增加，对石油的需求也不断增加，２００８年我国石油对外度存已经达到５２％，接近警戒线水平，石油安全未来将成为我国汽车工业发展的第一制约因素，汽车产业面临严峻的节能、减排和减少碳排放压力。因此，发展节能和新能源汽车是我国汽车产业实现可持续发展的必然选择。
一、新能源汽车的分类和发展趋势
根据我国《汽车产业发展政策》的有关规定，２００７年，国家发展和改革委员会制定了《新能源汽车生产准入管理规则》，《规则》对新能源汽车做出了明确的定义：新能源汽车是指采用非常规的车用燃料作为动力来源（或使用常规的车用燃料而采用新型车载动力装
置），综合车辆的动力控制和驱动方面的先进技术，形成的技术原理先进、具有新技术、新结构的汽车。
广义的新能源汽车包括电动汽车、气体燃料汽车、两用燃料汽车和双燃料汽车。目前发展比较快，也被大家所熟知的主要是电动汽车。
1、气体燃料汽车：主要指以液化石油气、天然气或二甲醚（DME）等气体为燃料的发动机的汽车。国内气体燃料汽车主要为液化气/天然气出租车，液化气/天然气客车、二甲醚客车和天然气卡车，其中以液化石油气汽车和天然气汽车为主。液化石油气汽车燃气供给系统相对简单，易于实现控制，在气体燃料汽车中所占的市场较大。但是液化石油气主要来源于原油炼化过程中的副产品，其价格随原油价格波动而波定在一定程度上影响了其推广应用。天然气汽车燃气供给系统相对复杂，燃气控制要求高，但是价格相对稳定，我国主要在天然气富产区域和西气东输沿线城市应用较广。二甲醚是柴油的替代燃料，其物理性质与液化石油气相近，常温常压下为气态，需要采用类似柴油机的高压共轨系统，控制系统复杂，目前还仅处于研发阶段。
近年来，我国燃气汽车领域不断取得技术进步，但是液化石油气由于低温难以气化的特点，在低温启动和排放控制方面都逐渐面临压力；二甲醚由于燃料易于气化、对非金属材料具有溶胀性等问题，应用技术还不成熟。而且要达到未来排放法规的要求，必须应用新型共轨控制技术；相对而言，天然气汽车技术发展相对较快，在动力性、经济性和排放控制等方面都可以达到下一阶段排放法规的要求。但是压缩天然气汽车压力容器储存的天然气存储质量有限，无法满足整车
正常运营里程的要求，LNG可以有效解决这方面的问题，需要进一步关注。同时，随着天然气加氢技术的不断发展，在改善天然气点火性能和排放性能方面逐渐取得进步，也值得进一步关注。
2、双燃料汽车：双燃料汽车是指具有两套燃料供给系统，一套供给天然气或液化气，另一套供给天然气或液化石油气之外的燃料，两套燃料供给系统按预定的配比向气缸供给燃料，在气缸混合燃烧的汽车。双燃料汽车主要是柴油-压缩天然气双燃料汽车、柴油-液化石油气双燃料汽车。
双燃料系统要兼顾两种燃料的特性，同时满足使用两种燃料时发动机动力性、排放的良好平衡，实现精确控制是比较难得。尤其在柴油双燃料系统中，燃气要求点燃式的工作模式，柴油要求压燃式的工作模式，同时使用两种燃料，在发动机的燃烧控制上有非常高的难度。因此，随着排放法规的进一步严格，双燃料发动机将面临排放控制升级的难题。但是，在一些非道路用或特定要求用的场合，双燃料发动机还是具有较好的发展空间。
3、两用燃料汽车：两用燃料汽车是指具有两套相对独立的供给系统，一套使用天然气或液化石油气，另一套供给天然气或液化石油气之外的燃料，两套燃料供给系统可分别但不可以共同向气缸供给燃料的汽车。国内两用燃料汽车主要是汽油－液化石油气两用燃料汽车和汽油－天然气两用燃料汽车。两用燃料汽车原则上可以根据发动机的工况，实现燃料的切换使用，做到燃料使用的最优化。而且两用燃料独立使用，可以根据各自的特性进行优化控制，容易实现精确控制，未
来的发展潜力比较大。
除以上提到的气体燃料、双燃料和两用燃料汽车以外，使用乙醇、煤基燃料、生物柴油、氢等燃料的汽车也需要关注。而且随着石油能源的日益枯竭，汽车能源的发展正从石油、天然气、煤基燃料向生物质燃料和石化能、核能及可再生能源制氢和发电过渡。替代能源和可再生能源的发展将成为近中期过渡发展的必然选择之一。在未来20~30年，以煤基燃料、生物燃料和天然气为主体的替代能源将得到快速发展。预计到2020年，我国替代能源的总量可能达到3000万吨，占汽车能源消耗的15%~20%。其中，煤基燃料由于资源优势，可能成为发展的重点。
4、电动汽车
电动汽车根据车载能量来源不同分为纯电动汽车、燃料电池汽车和混合动力汽车。
纯电动汽车是指采用动力电池为能量载体，驱动电机为动力输出装置，替代传统发动机的汽车。纯电动汽车出现较早，但由于动力电池技术不成熟，一度退出历史舞台。近年来，由于电池技术不断进步、排放压力不断上升和智能电网技术的发展，纯电动汽车又逐渐得到世界各国的再度重视。尽管纯电动汽车在续驶里程、安全技术和充电技术方面取得明显进步，但是仍无法满足车辆常态化运行的要求。目前国内外纯电动主要应用于乘用车和特定用途的公共事业用车。对比传统车的性能和成本，要满足产业化要求，纯电动汽车除要在电池技术方面取得突破外，还要综合利用增程式和插电式等过渡技术，同时完
善充电设施等运营保障体系。
燃料电池汽车是指采用燃料电池堆产生电能，驱动电机为能量输出装置，替代传统发动机的汽车。燃料电池由于热效率高（达到50%左右），可实现零排放，被认为是未来汽车的发展方向，战略意义非常重大。但是，燃料电池在催化剂、系统成本、可靠性、耐久性方面仍与产业化要求有一定距离，需要多方面取得突破。因此，在相当长的一段时间内燃料电池汽车仅能进行示范应用。
混合动力汽车是指采用传统发动机和驱动电机、动力电池相结合系统，替代传统发动机的汽车。混合动力系统主要是实现发动机工况的优化，在改善动力性的同时降低燃油耗，减少排放。由于是从传统发动机动力系统演化而来，对发动机的依赖度仍然较高，但对动力电池的要求比纯电动汽车要低，实现产业化要求相对容易，目前混合动力汽车已经成为各大汽车公司产业化的重点。从技术发展趋势上看，混合动力系统逐渐呈现混合度不断提高，机械结构集成度提高，耦合方式向混联发展，动力系统向插电式发展，实现向纯电动的过渡的趋势。
综合以上各类新能源汽车的分析，纯电动汽车和燃料电池汽车实现产业化还需要时间。混合动力技术由于结合了发动机和电机的特点，实现了动力性、经济性和排放性能的综合优化，而且实现产业化相对容易等特点，后续发展极具潜力。
从国内外新能源汽车的发展轨迹来看，各类新能源汽车的发展，仍然象传统汽车一样，依赖材料、工艺、电子等多个基础行业的发展。
因此，就我国目前汽车行业的总体发展水平而言，要实现在汽车领域的跨越式发展，还要做相当多的努力，也还需要在传统汽车领域继续进行提升。
二、新能源汽车发展过程中内燃机面临的机遇和挑战
内燃机的发展已经有100多年的历史，由于便捷、高效和运行可靠，已经被广泛应用于工农业生产的各个领域。近年来，随着材料、工艺、电子、计算机控制等方面的飞速发展，内燃机技术也呈现日新月异的局面。但是，由于能源形势的变化和新能源技术的发展，采用传统汽、柴油为燃料的内燃机技术逐渐面临新的竞争压力。
1、内燃机技术发展趋势
在环境保护、能源消耗和运行安全等多重需求推动下，内燃机的技术不断取得进步。汽油机增压(GT)、燃油缸内喷射（GDI），柴油机高压共轨(CR)、可变截面涡轮增压器(VNT)、废气再循环（EGR）等新技术不断实现产业化应用，内燃机的效率和排放控制水平不断提高。
随着对内燃机工作过程的研究逐渐深入，内燃机在日益完善的电子精确控制技术的支撑下，预计将在燃烧技术领域、尾气净化领域取得进一步突破。其中，在燃烧技术领域，如果发动机预混合气均质压燃（HCCI）技术的商业化得以实现，将会推动内燃机掀开发展的另一页；在尾气净化领域，实现EGR率控制的机内净化措施和以尾气氧化还原（SCR）或尾气颗粒捕集（DPF）技术等机外净化措施相结合的综合净化措施，将实现内燃机低排放。
2、面对新能源的发展，内燃机所面临的挑战和机遇
纯电动和燃料电池技术是以电化学技术为载体的，在实现更高的热效率（燃料电池热效率可以达到５０％）的同时，也可以实现整车零排放。而内燃机是以燃料的混合燃烧产生热能的方式工作的热机，无法实现零排放，也面临效率提升的瓶颈。因此，面对代表未来电驱动模式的电动车技术，内燃机技术面临被淘汰的巨大挑战。
但是，纯电动技术仍然需要面对动力电池成本、使用寿命、能量密度、生产一致性和精确控制等诸多难题，在相当长的时间内无法达到车辆常态运行的要求；而燃料电池技术在成本、环境适应性、可靠性、耐久性等方面需要解决的技术问题更多也更复杂，实现商业化尚无法预计准确的时间表。而其它新能源技术，包括气体燃料和混合动力，内燃机仍然是动力源。因此，在相当长的一段时间内，在不断提升燃烧技术、尾气净化技术的同时，秉承高可靠性、低成本的内燃机仍然是性价比最高的动力源，仍然是汽车的首要选择。
3、适应新能源发展的要求，内燃机需要开展的工作
尽管汽车界一致认为未来汽车的发展方向是纯电动或燃料电池。但是，国外汽车公司并没有放弃发展传统的内燃机技术。而是结合自身的情况实施“两条腿走路”的策略，即在研发新能源技术的同时，也积极推进内燃机技术的发展。其中，日本汽车企业重点发展以新型内燃机技术为载体的混合动力技术；美国汽车企业在积极推进纯电动增程技术的应用和燃料电池技术开发的同时，重点推进生物乙醇替代燃料技术；欧洲以大众、奔驰、宝马为代表的汽车企业在积极进行纯电动技术开发的同时，也在重点发展高效柴油机技术和生物柴油技
术。
我国汽车产业在新能源发展上基本确立了“纯电驱动”的技术转型方向，以电机、电池和电控技术为重点突破口，推动纯电动汽车、插电式混合动力汽车产业化，近期将以混合动力汽车为重点。结合我国新能源汽车的发展方向和实施策略，内燃机需要在不断提升自身技术的同时，兼顾混合动力和纯电动增程技术的发展要求，开发适合混合动力专用的内燃机（例如，阿特金森循环汽油机）和适合增程式纯电动汽车需求的小型高效集成式内燃机发电机。同时，结合我国的能源形势和资源分布态势，积极响应国家多能源发展战略，合理发展气体燃料技术、煤基燃料和生物质燃料技术。
参考文献：
1、《新能源汽车技术》，崔盛民主编，北京大学出版社，2009年；
2、《2009年新能源汽车行业市场分析及发展预测报告》；
3、《内燃机燃烧技术的研究现状及发展》，唐娟、任东军、张成涛，
内燃机与动力装置，2009年第2期。
4、《当前世界新能源汽车发展现状、趋势和我国的路线选择》，中
国发展观察，2011年。
新能源发展背景，现状，前景，国家政策 新能源行业发展背景 近年来，面对能源危机、金融危机以及人类对气候危机越来越清晰地认识，全球范围内新能源出现超常规发展的态势。各国对新能源的投资大幅度增长，新能源产能也急剧扩大。 可再生能源发电是新能源发展的核心，风电是在技术和成本上最具竞争力的新能源形式。尽管短期内新能源还无法替代传统化石能源，但世界范围内资源的供需紧张以及全球为应对气候变化而对温室气体排放所做的限制为新能源发展铺就了宽广的道路。新能源技术的发展和市场的扩大超乎想象，许多可再生能源资源将逐渐变成商业项目。可以预见，不同能源形式的逐渐替代将改变世界经济和政治版图以及人类的生存和生活方式。 石器时代的结束并不是因为没有石头了，石油时代的结束并不是因为没有石油了。 ——艾哈迈德·扎基·亚马尼（Ahmed Zaki Yamani）新能源行业发展状况分析 （一）太阳能行业发展状况分析 我国的太阳能光热发电行业正在起步，2009年科技部成立“太阳能光热产业技术创新战略联盟”，开始发动一轮光热攻坚战。目前，我国已完成建设的光热发电项目只有少数几个，且装机容量均在1MW以下。但我国在建和拟建项目较多，这意味着我国光热发电产业将呈现突破式增长。据统计，如果所有已公布项目均能实施，2015年前，我国的太阳能热发电装机容量将达3GW左右规模，市场总量达450亿元人民币。 （二）风能行业发展状况分析 2012年，中国（不包括台湾地区）新增安装风电机组7872台，装机容量12960MW，同比下降26.5%；累计安装风电机组53764台，装机容量75324.2MW，同比增长20.8%。2012年，中国海上风电新增装机46台，容量达到127MW，其中潮间带装机量为113MW，占海上风电新增装机总量的89%。
中国新能源的发展现状与未来趋势The Current Development Situation and the Future Trend of Chinese New Energy 新能源发展趋势、前景 从新能源行业发展总体情况来看,大部分新能源利用方式始于20世纪70年底,并在90年代开始普及应用,虽然部分技术趋向成熟,但无论从市场扩张速度还是成长前景看,新能源行业仍然处于生命发展周期中的成长期,并将在3年左右的时间内陆续进入成熟期。 由于技术的限制,短期内电力行业没有替代品,电力行业生命周期的问题主要研究对象是各种具体的电源类型,比较的是这些电源类型之间的替代和生命周期。新能源由于具有清洁、可持续的特性,因此新能源行业的成熟期持续时间将较长,即使到了行业的饱和衰退期,其衰退速度也将很慢。 具体来看,水电行业历史悠久,技术已经比较成熟,可以看作是步入成熟期的行业;风电产业在20世纪70年代末起始西欧国家,风电设备行业克服了“能量不稳定”、“转换效率低”等弱点,在丹麦、德国、西班牙、荷兰、美国、日本、印度等国家得到广泛应用,风电设备产业在部分国家开始饱和,逐步向外技术输出。从这些特征可以确定,风电设备产业在先发国家已经进入了成熟期,但在中国、印度等新兴国家,风电产业仍处于快速成长期;太阳能发电行业目前在技术研发、试点应用等方面取得了显著成效,已经脱离了幼稚期,但由于成本仍然过高,限制了技术的推广应用,可以看作刚刚进入成长期的朝阳产业。 新能源行业目前投资成本仍然较高,尤其是大型风电基地、核电站的投资规模要求很高,行业存在一定风险,但短期来看,国家新能源发电优先上网的政策对新能源行业盈利水平提供了基本的保障。虽然风电设备、多晶硅等部分潜在产能过剩或存在低水平重复建设的行业竞争趋向激烈,部分企业发展面临困难。但在2020年前,在国家节能减排及能源结构调整的大背景下,新能源行业均将保持在景气区间,行业盈利水平有望持续提高。一、中国能源行业发展历史
汽车发动机的发展史发动机，汽车中最重要的部分，可以说没有发动机的存在，就不存在汽车。发动机的发展即是汽车的发展。 发动机作为汽车的心脏，为汽车的行走提供动力和汽车的动力性、经济性、环保性。简单讲发动机就是一个能量转换机构，即将汽油(柴油)的热能，通过在密封气缸内燃烧气体膨胀时，推动活塞做功，转变为机械能，这是发动机最基本原理。发动机所有结构都是为能量转换服务的，虽然发动机伴随着汽车走过了100多年的历史，无论是在设计上、制造上、工艺上还是在性能上、控制上都有很大的提高，其基本原理仍然未变，这是一个富于创造的时代，那些发动机设计者们，不断地将最新科技与发动机融为一体，把发动机变成一个复杂的机电一体化产品，使发动机性能达到近乎完善的程度，各世界著名汽车厂商也将发动机的性能作为竞争亮点。 所以可以说发动机的发展史即是汽车的发展史。 而发动机的发展也经历了无数人的努力，无数人的智慧与汗水。 发动机是汽车的动力源。汽车发动机大多是热能动力装置，简称热力机。热力机是借助工质的状态变化将燃料燃烧产生的热能转变为机械能。 往复活塞式四冲程汽油机是德国人奥托在大气压力式发动机基础上，于1876 年发明并投入使用的。由于采用了进气、压缩、做功和排气四个冲程，发动机的热效率从大气压力式发动机的11%提高到14%，而发动机的质量却降低了70%。 1892 年德国工程师狄塞尔发明了压燃式发动机(即柴油机)，实现了内燃机历史上的第二次重大突破。由于采用高压缩比和膨胀比，热效率比当时其他发动机又提高了1 倍。1956年，德国人汪克尔发明了转子式发动机，使发动机转速有较大幅度的提高。1964年，德国NSU公司首次将转子式发动机安装在轿车上。 1926 年，瑞士人布希提出了废气涡轮增压理论，利用发动机排出的废气能量来驱动压气机，给发动机增压。50 年代后，废气涡轮增压技术开始在车用内燃机上逐渐得到应用，使发动机性能有很大提高，成为内燃机发展史上的第三次重大突破。 1967 年德国博世公司首次推出由电子计算机控制的汽油喷射系统，开创了电控技术在汽车发动机上应用的历史。经过30年的发展，以电子计算机为核心的发动机管理系统(Engine Management System，EMS)已逐渐成为汽车、特别是轿车发动机上的标准配置。由于电控技术的应用，发动机的污染物排放、噪声和燃油消耗大幅度地降低，改善了动力性能，成为内燃机发展史上第四次重大突破。 1971年，第一台热气发动机——斯特林机的公共汽车已开始运行。1972年，日本本田技研工业在市场售出装有复合涡流控制燃烧的发动机的西维克牌轿车，打响了稀薄气体燃烧发动机的第一炮。这种发动机是在普通发动机燃烧室的顶部加上一个槌状体的副燃烧室，先将这处副燃烧室中较浓
燃机代用燃料的应用研究与发展趋势 前言 近年来, 随着我国经济的快速发展, 石油的需求量持续增长。1993年起我国己成为石油纯进口国,2009年我国原油进口比例已超过52% 。另外, 我国的汽车尾气排放已成为城市大气环境的一个主要污染源。因此, 针对我国自然条件和能源资源特色, 逐步改变汽车能源结构, 发展汽车清洁代用燃料, 在发动机上实现高效、低污染的燃烧, 控制汽车发动机有害排放对我国城市大气质量带来的日趋严重的影响, 已成为我国能源与环境研究中的一个十分重大和紧迫的课题。 据统计, 从现在起全球的石油资源还可以用67年, 天然气的储量也最多可以使用123 年, 所以寻找一种新型替代燃料成为当今社会的一个研究重点。 任何国家的经济发展都与能源问题密切相关，而燃机对燃料的需求，在能源总消耗中占很大比例。当前燃机主要用石油作为燃料，一般工业发达国家消耗在燃机上的燃料约占整个石油消耗量的60%左右。未来石油燃料的产量终将日趋减少，许多世界能源机构及权威人士认为：现已查明易开采的石油可维持50 年左右，1990 年左右世界石油产量达到过一个高峰，而后逐步下降，本世纪将出现石油短缺的现象。到2030 年液体燃料中的40%左右要由煤的合成燃料来满足。因此，为保证未来交通运输以及国民经济的持续发展，研究与开发代用燃 料是势在必行。 1 代用燃料的定义 代用燃料指的是传统发动机燃料(如汽油和柴油)的替代品。《美国能源政策法规》将代用燃料定义为甲醇、非自然乙醇、其它酒精燃料或至少85%的这些燃料与汽油或柴油的混合燃料、CNG、LNG、LPG、氢气、煤炭衍生物的液体燃料以及生物质能源等。 2 代用燃料的分类 燃机燃料是经过一系列演变发展过程的。早在1892 年狄赛尔就曾试图以煤粉作为柴油机的燃料，但未成功。长期以来，燃机是以液体的碳氢化合物系燃料为主的。当燃料中C含量减少，H 含量增加时，燃料为轻质的，并演变为气体燃料。反之，当C含量增加，H 含量减少，就成为重质燃料。 未来燃机燃料将向两极演变，即氢气和煤炭以及由煤炭派生出来的燃料，后者将主要是醇类燃料及人工合成的汽油等。在这种演变过程中，各种混合、乳化燃料，生物能类燃料及宽馏分燃料将在燃机中得到不同程度的应用。由于代用燃料刚处于研究发展阶段，还难以提出完善的分类。从代用燃料的广泛含义来说，应包括： (1) 品质更低劣的传统石油燃料，如过去一般不使用的劣质重油、残渣油； (2) 使用形式变化了的燃料，如各种掺水的乳化燃料、固体粉末和液体混合的燃料； (3) 人工模拟燃料，如将石油气和空气混合模拟成天然气使用； (4) 人工合成燃料，将两种以上元素或生产企业的副产品人工合成可燃的燃料。 3 代用燃料使用的标准 良好的代用燃料应能满足下列要求： (1) 资源丰富，价格适宜； (2) 燃料的热值，尤其是混合气热值能满足燃机动力性能的要求； (3) 能满足车辆起动性能、行驶性能以及加速性能等方面的要求； (4) 能量密度较高、储存运输方便； (5) 发动机的结构变动较小，技术上可行； (6) 现有的燃料储运分配系统能用得上； (7) 对人类健康、环境保护以及安全防火等无有害的影响； (8) 对发动机的寿命以及可靠性没有不良影响。 一种代用燃料要全面良好地满足上述要困难的，但应满足主要要求，并在采取技术措施的情况下，能满足各方面的要求。
替代石油新能源的技术发展及趋势研究 1. 世界石油资源形势及发展趋势 1.1世界石油资源形势 20世纪的工业革命利用广泛存在的化石资源推动了经济持续、 高速 地发展，但其引发的相关能源短缺、环境污染、生态恶化等问题也日益 加深，同时化石资源的分布不均匀性导致世界范围内的能源竞争，引发 了一系列的国际政治问题。 目前，全球可采石油储量的38%以上分布于中东，17.3%和16.5%分 布于前苏联 和北美，欧洲不足4%（见图1） ■皿 ! Uta i J 我国化石能源资源在世界已探明储量中，石油仅占 2.7%，天然气 0.9%，煤炭 15%，呈现缺油、少气、多煤”的状况，但其产量占世界总 产量的比例却分别高达 4.2%、1.5%和33.5%。高速发展的经济导致石油 大幅进口，自1993年起我国成为石油净进口国，对外依存度高达 40%, 严重威胁着我国的能源安全。 1.2近年世界石油供需状况 1985-2005年，世界石油需求的年均增长率约为1.7%，目前，全球 十大石油消费 国中有4个在亚太地区，其中中国为世界第二石油消费大 国，日本第三，印度第六，韩国第七。未来20年内，世界石油消费将以 近2%的速度增长，高于过去20年的平均增长水平。未来石油需求呈现稳 定增长态势，亚太地区需求增长最快，供需矛盾突出。 进入20世纪90年代，中国对石油进口的依赖度越来越大，中国原油 消费量以年 均5.77%的速度增加，而同期国内原油供应增速仅为 1.67%， 供需缺口逐年拉大。由表1可知，我国石油消费增长迅速，对石油进口 依赖度越来越大，这已成为我国的一个基本国性。 表1近5年中国原油生产、进口及消费概况 亿吨 门 15, ±印町ft 屯an*诉石 :『m”八碍I
中国新能源的利用现状与趋势 1 引言 随着全球化石能源枯竭供应紧、气候变化形势严峻，世界各国都认识到了发展新能源的重要性，特别是中国长期以来主要依靠煤炭，在一次能源供给中一直保持在2/3以上的比例。而中国的石油进口量连续增长，2009年进口原油约2.04亿吨。据测算，中国石油消费进口依存度已达到50%的“警戒线”。同时随着2000年以来，在国家和地方政府的政策支持下，城镇燃气行业改革加速，燃气行业得到了长足发展，对天然气的需求一直处于高速增长，这种状况将在未来将长时间存在，毕竟中国的人均能源消耗只有的美国的1/11。随着中国的社会经济进一步发展，生活水平的改善意味着人均能源消耗量将有十分巨大的增长，近几年来汽车保量的快速增加即是例证。 随着传统化石燃料，如石油、煤矿、天然气等储存量不断减少，而同时社会经济不断发展，对能源的需求日益增加，以及环境恶化的巨大压力，新能源被提到了更重要的位置。虽然中国还处于工业化、城镇化快速发展的关键阶段，但是仍然在哥本哈根会议上提出努力的方向，“到2020年单位国生产总值二氧化碳排放比2005年下降40％－45％”。新能源是一个有力的工具。 2 新能源的利用现状 2.1 新能源 新能源，是指新的能源利用方式，既包括风电、太阳能、生物质能等，又包括对传统能源进行技术变革所形成的新能源，如煤层气、煤制天然气等。新能源
产业具有资源消耗低、清洁程度高、潜在市场大、带动能力强、综合效益好的优势，正在成为富有活力、最具前景的战略性新兴产业，对推动我国经济社会可持续发展具有重要战略意义。 2.2 太阳能 太阳能利用主要有太阳能的热利用和发电两种途径。热利用以太阳能热水器为代表，主要集中在小城镇和农村地区，由于城市土地紧以及政策、规划和设计等因素，太阳能的热利用在城市属于个案，如位于市龙岗区的振业城是华南第一个大规模应用太阳能技术的社区，整个太阳能中央热水系统采用的是联集式全玻璃真空式太阳能集热器。太阳能板和屋顶结合，与保温水箱分离，这种安装方式达到形式与功能的统一，与建筑较为完美的结合，这些太阳能热水器还设置了电辅助加热设施，即使在阴雨天也可正常使用，能提供适宜身体的水温。而集中利用则较少。 另一种主要的途径就是太阳能光伏发电，虽然近些年来光伏发电技术有了较大的进步，但是与常规发电方式和核发电相比太贵了，经济性不强。 2.3 风能 中国的风能资源丰富和较丰富的地区主要分布在两个大带：一是三北（东北、华北、西北）地区丰富带。风能功率密度在200W/㎡～300W/㎡以上，有的可达500 W/㎡，可利用的小时数在5000h以上，有的可达7000h以上。二是沿海及其岛屿地丰富带。年有效风能功率密度在200W/㎡以上，可利用小时数在7000h～8000h。这一地区特别是东南沿海，由海岸向陆是丘陵连绵，所以风能丰富地区仅在海岸50km之。 《可再生能源法》实施以来，中国的风电产业和风电市场发展十分迅速，截
·1· 第1章 绪论 教学提示：绪论主要使学生概括地认识内燃机。 教学要求：本章主要了解常见的动力装置种类、内燃机的发展简史和应用领域。 1.1 热机 当今，机械设备运行的动力绝大多数来源于热机，热机全称热力发动机，是将热源的部分热能转化为机械能的机器。热源可以是烧煤的蒸汽炉，汽车发动机的燃烧室，也可以是太阳能的蒸汽炉，地热和核反应堆。 根据燃烧器位置的不同，热机分为内燃机和外燃机两类： （1）外燃机是燃料在发动机外部燃烧产生热，热能通过工质带入机内，再转变为机械能，如蒸汽机和汽轮机等，蒸汽机已淘汰，汽轮机用于火电厂与核电站驱动发电机； （2）内燃机是燃料在发动机内部燃烧，工质被加热并膨胀作功，热能转变为机械能，它是移动机械和小型电站的最主要动力。广义上的内燃机包括往复活塞式内燃机、旋转活塞式发动机、自由活塞式发动机和旋转叶轮式的燃气轮机、喷气式发动机等，但通常所说的内燃机是指往复活塞式内燃机，又以其中的汽油机、柴油机应用最为广泛，其保有量大大超过了任何其它种类热机，本书主要介绍汽油机、柴油机的构造。 与其它热机相比，内燃机有如下优点：内燃机的工质在循环中的平均吸热温度高，热效率一般达到30-46%，是热机中效率最高的一种；功率覆盖0.59kW ～4×104kW ，转速范围90r/min ～10000r/min ，故适用范围宽广；结构紧凑，比重量（内燃机重量与其标定功率的 （a ）蒸汽机 (b)蒸汽轮机 锅炉（外热源） 飞轮 滑动阀 汽缸 活塞 水 蒸汽 A B 图1.1 外燃机
·2· ·2· 比值）较小，便于移动；起动迅速，操作简便，机动性强；运行维护比较简便。 但也存在缺点：对燃料要求高，主要燃用汽油或轻柴油，且品质要求高，不能直接燃用劣质燃料和固体燃料；由于间歇换气以及制造上的困难，单机功率的提高受到限制；低速运转时输出转矩较小，往往不能适应被带负荷的转矩特性；不能反转，故在许多场合下需设置离合器和变速机构；一般热力发动机都存在 “公害”，而内燃机的噪声和排气中的有害成分对环境污染尤其突出。 另外，相对于热机中燃料的燃烧，燃料还可直接转换为电能，即燃料电池，再用电动机驱动机械运转，这种方式高效、无污染，但成本很高。 1.2 内燃机发展简史 人类先是利用人力、蓄力、风车、水车等自然力，18世纪后热力发动机才逐步得到大规模工业应用。 1673年，荷兰的惠更斯设计出如图1.3所示的内燃机草图，少量的火药在气缸里燃烧，图1.2 内燃机 (b)三角转子发动机 （a ）柴油机 (c)燃气轮机 燃烧室 (d) 喷气式发动机
2020年中国内燃机行业市场现状及发展趋势中国内燃机行业面临着较大压力 内燃机发展至今，已经有一百多年的历史了。内燃机是一种动力机械，它是通过使燃料在机器内部燃烧，并将其放出的热能直接转换为动力的热力发动机。近年来，新能源汽车的发展给传统内燃机技术带来了巨大挑战，在节能减排政策力度不断加大的背景下，内燃机行业面临着较大的压力。 1、2019年中国内燃机销量首次跌下5000万台 我国是内燃机大国，产销量持续排名全球第一。近年来，随着国家工业现代化进程的深入推进，我国在能源和环境保护等重大战略需求方面也面临着严峻的挑战。而在环保政策趋紧的背景下，我国内燃机市场整体呈下滑趋势。2014-2019年，我国内燃机销量从6038.34万台下降到4712.3万台，2019年首次跌下5000万台。2020年前10个月我国内燃机累计销量达到3696.06万台，同比下降2.66%;同期，内燃机行业累计功率完成204688.28万千瓦，同比增长5.61%。
2、汽油机持续占领市场 分燃料类型来看，长久以来，一直是汽油机占领市场。2019年，在我内燃机销量中，汽油机销量为4173万台，与上年相比有所下滑，占总销量的比重为88.56%;柴油机销量约为536万台，与上年基本持平，占总销量的比重为11.44%。2020年前8个月，汽油机
和柴油机的销量分别为2387万台和400万台，占比分别为85.58%、14.42%。 3、乘用车及摩托车占据过半应用市场 内燃机作为制造业链条上重要的一环，是乘用车、商用车、工程机械、农业机械、发电设备、铁路、船舶等工业领域最为核心的组成部分，其中，乘用车和摩托车是最大的应用领域。2020年前8个月，乘用车用内燃机和摩托车用内燃机销量分别为1046.47万台、941.03万台，分别占总销量的37.5%、33.7%。 内燃机是汽车的核心，19世纪80年代，第一辆内燃机汽车被发明出来，传统意义上的汽车才正式诞生。在随后的百余年里，尽管汽车的样式已经发生了翻天覆地的变化，但汽车的“心脏”依旧是内燃机。
新能源与未来发展趋势研究概况 摘要：通过简单介绍能源的概念与内涵，引出了新能源的内涵及其在国内外的应用。然后又介绍了未来几种新能源的发展和应用趋势，并且对新能源的现状及发展趋势进行了分析，论述了新能源在减少二氧化碳中的地位和作用，最后对新能源提出了未来展望。 关键词：能源；新能源；未来的新能源；新能源发展愿景 一能源概念及内涵 能源亦称能量资源或能源资源。是指可产生各种能量(如热量、电能、光能和机械能等)或可作功的物质的统称；是指能够直接取得或者通过加工、转换而取得有用能的各种资源，包括煤炭、原油、天然气、煤层气、水能、核能、风能、太阳能、地热能、生物质能等一次能源和电力、热力、成品油等二次能源，以及其他新能源和可再生能源。 能源是整个世界发展和经济增长最基本的驱动力，是人类赖以生存的基础。自工业革命以来，能源安全问题就开始出现。在全球经济高速发展的今天，国际能源安全已上升到了国家的高度，各国均制定了以能源供应安全为核心的能源政策。在此后的二十多年里，在能源稳定供应的支持下，世界经济规模取得了较大增长。但是，人类在享受能源带来的经济发展、科技进步等利益的同时，也遇到了一系列无法避免的能源安全挑战，能源短缺、资源争夺以及过度使用能源造成的环境污染等问题正在威胁着人类的生存与发展。 能源种类繁多，而且经过人类不断的开发与研究，更多的新型能源已开始能够满足人类的需求。根据不同的划分方式，能源可分为不同的类型。 1 按能源来源分类 （1）来自地球外部天体的能源(主要是太阳能)。人类所需能量的绝大部分都直接或间接地来自太阳。正是各种植物通过光合作用把太阳能转变成化学能在植物体内贮存下来。煤炭、石油、天然气等化石燃料也是由古代埋在地下的动植物经过漫长的地质年代形成的，它们实质上是由古代生物固定下来的太阳能。此外，水能、风能、波浪能、海流能等也都是由太阳能转换而来。 （2）地球本身蕴藏的能量。温泉和火山爆发喷出的岩浆就是地热的表现。地球可分为地壳、地幔和地核三层，它是一个大热库。地壳就是地球表面的一层，一般厚度为几公里至70km不等。地壳下面是地幔，其大部分为熔融状的岩浆，厚
内燃机的历史与前景及其创新 姓名：荣岑班级：08机自一班学号24081900304 序号：05 提要：现代内燃机是一个技术密集型的产业，在我国现代化建设中发挥了重要的支撑作用。我们必须沿着“自主创新”这条路坚持不懈地走下去。学习和了解内燃机最新的创新技术，提高我国科学技术和工业制造水平，加速造机工业的发展，缩小与国外的差距，应该认真作好国外引进产品的先进技术的消化、吸收、移植和创新的科技研究工作，尽快的赶上国外先进水平。 关键词：发动机动力装置电磁压力调节阀电控技术废气再循环技术科学技术创新改革 内燃机是指燃料直接在机器内部燃烧的发动机，包括复活塞式柴油机、汽油机、燃气轮机和喷气式发动机等。燃料在机器外部燃烧的发动机称为外燃机，包括蒸汽机、蒸汽轮机以及核动力装置等。 19世纪中期，科学家完善了通过燃烧煤气，汽油和柴油等产生的热转化机械动力的理论。这为内燃机的发明奠定了基础。1883年，法国人达木烈尔制成了热管点火的立式汽油机，在当时内燃机的最高转速也不过是200r/min,而他制作的汽油机转速时1000r/min,1887年该机装在汽车上使用。与此同时，法国人奔驰也开始研究高速内燃机。1890年左右，他应用了电火花点火法，使汽油机达到了与今天车用汽油机几乎相同的形式，高速机获得迅速的发展。现在汽油机的转速为4000~5000r/min是很平常的，最高已经达到12000r/min。 在1897年，法国人鲁道夫.狄赛尔最早制成了柴油机。该机在转速为172r/min时，发出了14.7kw，热效率达到26.2%，这是当时最高的热效率了。从此以后，柴油机获得迅猛的发展，1903年首先装在船上，1907年，用于潜艇的正反转的柴油机试验成功。1912年装在远洋货轮上的柴油机首次远航实验成功。该船载重7000吨，航速11kn,柴油机缸径D=530mm,活塞行程S=780mm,在140r/min时，输出功率Ne=1471kw。 在1926年就有人设计出利用排气能量将进气压缩的废气涡轮增压器。但是由于当时制造工艺不足以制造性能良好增压器而使增压技术多年得不到普及和推广。第二次世界大战后，随着人们对废气涡轮的研究，在耐热材料和压气机方面取得了显著地进展。另一方面，由于生产技术的发展，于是从1950年左右起，才开始在柴油机上采用增压方式。如今的船用柴油机已经达到“无机不增压”的程度，因为增压后，柴油机的功率能提高1~3倍。废气涡轮增压对提高柴油机的性能做出了重大贡献。 其中活塞式内燃机自19世纪60年代问世以来，经过不断改进和发展，已是比较完善的机械。它热效率高、功率和转速范围宽、配套方便、机动性好，所以获得了广泛的应用。全世界各种类型的汽车、拖拉机、农业机械、工程机械、小型移动电站和战车等都以内燃机为动力。海上商船、内河船舶和常规舰艇，以及某些小型飞机也都由内燃机来推进。世界上内燃机的保有量在动力机械中居首位，它在人类活动中占有非常重要的地位。在航空动力方面，燃气轮机和喷气式发动机几乎是唯一的动力装置。但是燃气轮机在水陆方面的应用尚未达到大量的推广。汽油机由于具有升功率高、噪音低、振
中国新能源行业发展分析 发展替代能源是我国经济实现可持续发展的前提。十一五期间，在现有的能源和资源边界的约束下，能源替代这一有助于解决经济可持续发展瓶颈问题的产业，孕育着重大投资机会。 在我国现有能源供给的约束条件下，我国面临着能源供需结构性矛盾，能源自给安全压力以及巨大的环保压力。发展替代能源，实现传统能源之间、传统能源和新能源之间的替代是解决我国能源供需瓶颈，供需结构性矛盾以及减轻环境压力的有效途径。 在我国未来的能源消费格局中，决定不同形式能源的应用及发展前景的决定因素有两点，一是能源使用过程中的内外部成本，二是后继储量以及是否可再生。《国家中长期科学和技术发展规划纲要》指出可再生能源再2020年我国能源消费中的比重将达到16%。 一、各种能源形式发电成本比较 风电是目前最具成本优势的可再生能源，风力资源较好的地区的风力发电成本与燃油发电或燃气发电相比，已经具备成本竞争力。目前我国风力发电装机容量仅占我国可利用风力资源0.1%风电到2020年很可能超越核电，成为我国第三大发电形式。2006年到2015年风机设备市场容量总计达到1000亿元以上，目前我国风机设备的国产化率仅有25%，目前对风电场招标有70%国产化率的要求，本土风机制造商面临巨大市场空间。 太阳能是最丰富的可再生能源形式，是所有化石能源及多种可再生能源的源头。多晶硅价格上涨对于多晶硅太阳能电池行业的影响并非完全负面，行业内不具备竞争优势的厂商的电池片产能和组件产能成为无效产能，避免了电池片和组件价格的恶性竞争，行业优胜劣汰得以更快的实现。高价多晶硅的压力下，优势企业也会有极强的动力削减成本，比如应用更先进的硅片切割技术，提高太阳能电池转换效率等，以求获得成本优势和竞争力。，多晶硅太阳能行业有可能08-09年重新进入黄金发展期。 在我国能源消费新格局中，中国富煤少油的能源禀赋格局决定了煤变
汽车发动机发展史 汽车整体技术日新月异，而作为汽车的心脏——发动机技术的进步显得更受关注。如今介绍一辆汽车的发动机时：可变气门正时技术，双顶置凸轮轴技术，缸内直喷技术，VCM汽缸管理技术，涡轮增压技术，等等都已经运用的相当广泛；在用料上也是往轻量化的方向发展：全铝发动机目前的应用已经非常广泛；汽车的污染也是不可避免，于是新能源技术，包括柴油机的高压共轨，燃料电池，混合动力，纯电动，生物燃料技术也已经有普及的趋向，但回顾一下发动机的历史或许更能理解这一百多年来汽车技术所发生的巨大变革。 十佳发动机VQ35 汽车技术的迅猛发展从我国的汽车教材也能看出端倪：新技术的发展已经让汽车教材难以跟上步伐！如今大部分汽车教材还是以东风汽车的发动机来作为范例，而东风发动机还是带化油器的老式发动机，与如今全电子化的发动机简直就隔了几个世纪。 回到汽车的起步阶段，那时的汽车被马车嘲笑，污染严重，但起步的意义却非同寻常。 汽油机之前的摸索阶段
18世纪中叶，瓦特发明了蒸气机，此后人们开始设想把蒸汽机装到车子上载人。法国的居纽（N.J.Cugnot）是第一个将蒸汽机装到车子上的人。1770年，居纽制作了一辆三轮蒸汽机车。这辆车全长7.23米，时速为3.5公里,是世界上第一辆蒸汽机车。1771年古诺改进了蒸汽汽车，时速可达9.5千米，牵引4-5吨的货物。 蒸汽机汽车 1858年，定居在法国巴黎的里诺发明了煤气发动机，并于1860年申请了专利。发动机用煤气和空气的混合气体取代往复式蒸汽机的蒸汽，使用电池和感应线圈产生电火花，用电火花将混合气点燃爆发。这种发动机有气缸、活塞、连杆、飞轮等。煤气机是内燃机的初级产品，因为煤气发动机的压缩比为零。 N.J.Cugnot 1867年，德国人奥托（Nicolaus August Otto）受里诺研制煤气发动机的启发，对煤气发动机进行了大量的研究，制作了一台卧式气压煤气发动机，后经过改进，于1878年在法国举办的国际展览会上展出了他制作的样品。由于该发动机工作效率高，引起了参观者极大的兴趣。在长期的研究过程中，奥托提出了内燃机的四冲程理论，为内燃机的发明奠定了理论基础。德国人奥姆勒和卡尔·本茨根据奥托发动机的原理，各自研制出具有现代意义的汽油发动机，为汽车的发展铺平了道路。 1892年，德国工程师狄塞尔根据定压热功循环原理，研制出压燃式柴油机，并取得了制造这种发动机的专利权。
内燃机的发展与前景 内燃机的发明，至今已有100多年的历史。如果把蒸汽机的发明认为是第一次动力革命,那么内燃机的问世当之无愧是第二次动力革命。因为它不仅是动力史上的一次大飞跃，而且其应用范围之广、数量之多也是当今任何一种别的动力机械无与伦比的。随着科技的发展,内燃机在经济性、动力性、可靠性等诸多方面取得了惊人的进步，为人类做出了巨大贡献。蒸汽机从初创到完成花去了一个世纪的时间，从完成到极盛又走了一个世纪，从极盛到衰落大约也是一个世纪。内燃机的发明也经历了一个世纪的历程，从那时起，人类又前进了一个世纪，可以说如今内燃机已进入了极盛时期。它的进步和成熟为宇神引擎的发展和广泛使用提供了可靠的物质和技术保障。宇神动力引擎伴同新型内燃机一起在新的世纪一定会再创新的辉煌。内燃机增压技术。从内燃机重要参数(压力、温度、转速)的发展规律来看，可以发现这三个参数在1900年以前随着年代的推移提高得很快。而在1900年以后，尤其是1950年以后，温度、转速提高变慢，而平均有效压力随着年代的增加仍直线上升。实践证明：提高平均有效压力可以大幅度地提高效率，减轻质量。而提高平均有效压力的技术就是提高增压度。如柴油机增压可大幅度地缩小柴油机进气管尺寸，并使气缸有足够大的充气效率用于提高柴油机的功率，使之能在一个宽广的转速范围内既提高功率又有大的扭矩。一台增压中冷柴油机可以使功率成倍提高，而造价仅提高15%~30%，即每马力造价可平均降低40%。所以增压、高增压、超高增压是当前内燃机重要的发展方向之一。但是这只是问题的一个方面，另一个方面发动机强化和超强化会给零部件带来过大的机械负荷和热负荷，特别是热负荷问题已成为发动机进一步强化的限制；再就是单级高效率、高压比压气机也限制了增压技术的进一步发展，因此，不是增压度越高越好的。内燃机电子控制技术内燃机电子控制技术产生于20世纪60年代后期,通过70年代的发展,80年代趋于成熟。随着电子技术的进一步发展,内燃机电子控制技术将会承担更加重要的任务,其控制面会更宽,控制精度会更高,智能化水平也会更高。诸如燃烧室容积和形状变化的控制、压缩比变化控制、工作状态的机械磨损检测控制等较大难度的内燃机控制将成为现实并得到广泛应用。内燃机电子控制是由单独控制向综合、集中控制方向发展,是由控制的低效率及低精度向控制的高效率及高精度发展的。随着人类进入电子时代,21世纪的内燃机也将步入"内燃机电子时代",其发展情况将与高速发展的电子技术相适应。内燃机电子控制技术是内燃机适应社会发展需求的主要技术依托,也是内燃机保持21世纪辉煌的重要影响因素。内燃机材料技术。内燃机使用的传统材料是钢、铸
新能源汽车发展现状及趋势 新能源汽车是全世界正在进行研究的热点项目，世界汽车大国如中国、日本、美国、 德国等都投入了大量的人力、财力进行相关的研究和推广。在当今社会，汽车已经和每个人的生活息息相关，也是国内外科技实力竞争的一个关键点。发展新能源汽车是解决全球能源和环境系统严峻问题的必由之路，是汽车行业技术和产业革新的必然趋势。 发展新能源汽车对解决能源和环境系统问题以及提高国家的综合能力具有非常重要 的意义。一方面解决能源短缺、环境污染、气候变暖等全球汽车行业面对的共同问题。 近年来，我国汽车产业发展迅速，国内汽车保有量呈递增趋势。预计2015年的汽车保 有量将达到1.5亿辆，2020年中国的汽车保有量更是将达到2亿辆以上。传统汽车在 行驶过程中会产生大量的有害气体，排放的污染物有碳氢化合物、氮氢化合物、一氧化碳、二氧化硫等，对人类健康也有很大的影响。此外，传统汽车主要采用燃油发动机，排放大量的温室气体，影响全球的气候变化。现有的车用内燃机的动力技术的改进处于一种渐进式的状态，进展缓慢，已经不能应对环境、能源系统的挑战，汽车行业亟待一场革命性的技术变革。 另一方面，汽车产业对一个国家的经济发展起到了巨大的作用，带动钢铁、机械加 工、电子等多个行业的发展，容易形成产业集群，是提升一个国家国际竞争实力的重要因素。相对于欧美国家，我国的汽车工业起步较晚，一直采取以市场换技术的方式推动汽车行业的发展，没有形成原始创新的技术，没有形成自己的关键技术。新能源汽车方面，世界各国处于同一起跑线上，我们国家只有大力发展新能源汽车，才能在汽车工业上实现“弯道超车”，才能有机会与西方发达国家在汽车工业上一较高下。 1新能源汽车的定义及种类 根据我国《汽车产业发展政策》的有关规定，国家发展和改革委员会制定了《新能 源汽车生产准入管理规则》（后文简称《规则》），提出了新能源汽车的新概念。实用非常规车用燃料来作为动力源的汽车便是新能源汽车，综合车辆的动力控制和驱动方面的先进技术，汽车拥有先进的理论和技术，结构也较为新颖。《规则》还指出：新能源汽车包括纯电动汽车（BEV，包括太阳能汽车）、混合动力电动汽车（HEV ）、燃料电池电动汽车（FCEV ）、其他新能源（如超级电容器、飞轮等高效储能器）汽车等。新能源汽车出现以来，动力形式主要有混合动力、纯电动、燃料电池三种。这也是当前世界各国主要的研究方向。 混合动力汽车在汽车上配置了两种动力系统，一般是在传统燃料的动力系统基础上 再匹配发电机、电动机等以电能为动力的系统。在混合动力汽车中，电能的来源主要有三种方式，一是采用外部充电，即通过充电桩直接给汽车中的蓄电池充电。二是采用能量回收装置，在车辆运行过程中将制动时、下坡时、怠速时的能量回收，转换为电能存储在蓄电池中。三是采用前述两种方式的组合，既可以直接给蓄电池充电，也配有能量回收装置。 纯电动汽车，从字面就可以看出，该类汽车采用电能为唯一的动力来源，无需内燃机或其它动力装置。纯电动汽车只有电能一种动力来源，在行驶过程中没有尾气排放，也不会形成二次污染，是一种“干净”的汽车。纯电动汽车由于受续航里程、充电桩的数量及位置的影响，目前主
中国新能源的发展现状与未来趋势 胡庭栋 (电力工程及其自动化，电力1106，201101320108) The Current Development Situation and the Future Trend of Chinese New Energy Hu Ting-dong 摘要：我国对电力的需求也不断增大。所依靠的主要电力能源在短期内是不可再生的。同时，开发和利用这些能源环境问题，这也成为经济发展的重要限制因素。正是基于这个背景，我们展开了《中国新能源的发展现状与未来趋势》这个研究来探讨中国新能源的当下与未来。从我国能源形式，并网存在问题着手，研究分布式发电较集中式发电的优势以及新能源发电的未来趋势。 新能源发展趋势、前景 从新能源行业发展总体情况来看，大部分新能源利用方式始于20世纪70年底，并在90年代开始普及应用，虽然部分技术趋向成熟，但无论从市场扩张速度还是成长前景看，新能源行业仍然处于生命发展周期中的成长期，并将在3年左右的时间内陆续进入成熟期。 由于技术的限制，短期内电力行业没有替代品，电力行业生命周期的问题主要研究对象是各种具体的电源类型，比较的是这些电源类型之间的替代和生命周期。新能源由于具有清洁、可持续的特性，因此新能源行业的成熟期持续时间将较长，即使到了行业的饱和衰退期，其衰退速度也将很慢。 具体来看，水电行业历史悠久，技术已经比较成熟，可以看作是步入成熟期的行业；风电产业在20世纪70年代末起始西欧国家，风电设备行业克服了“能量不稳定”、“转换效率低”等弱点，在丹麦、德国、西班牙、荷兰、美国、日本、印度等国家得到广泛应用，风电设备产业在部分国家开始饱和，逐步向外技术输出。从这些特征可以确定，风电设备产业在先发国家已经进入了成熟期，但在中国、印度等新兴国家，风电产业仍处于快速成长期；太阳能发电行业目前在技术研发、试点应用等方面取得了显著成效，已经脱离了幼稚期，但由于成本仍然过高，限制了技术的推广应用，可以看作刚刚进入成长期的朝阳产业。 新能源行业目前投资成本仍然较高，尤其是大型风电基地、核电站的投资规模要求很高，行业存在一定风险，但短期来看，国家新能源发电优先上网的政策对新能源行业盈利水平提供了基本的保障。虽然风电设备、多晶硅等部分潜在产能过剩或存在低水平重复建设的行业竞争趋向激烈，部分企业发展面临困难。但在2020年前，在国家节能减排及能源结构调整的大背景下，新能源行业均将保持在景气区间，行业盈利水平有望持续提高。 一、中国能源行业发展历史 2003年-2012年，我国一次能源消费总量增长率9.5%，其中传统能源增长9.2%，新能源增长14.5%；由此我们可以看到中国的一次能源消费结构正在发生着改变。然而，其改变的进程相对缓慢，中国的能源危机还是愈发的走向了边缘。从下面这组数据中，我们可以看到传统能源占主导地位的一次能源消费 模式已经走到了尽头，新能源的广泛利用才是解决能源危机的出口。众所周知，中国是富煤、缺油、少气的资源条件，然而从2009年起我国从煤炭出口大国变为了净进口国，到2012年煤炭的对外依存度已经高达14%。原油对外依存度更是节节攀升，从2003年的36%到达2012年的56.4%；从2006年开始我国成为天然气净进口国，且净进口量持续增加，国内天然气供不应求，2008-2012年净进口量年均复合增速为129.28%，2012年达到378.6亿立方米，对外依存度高达28%。我国能源消费结构亟待优化，必须改变过于依赖石油和煤炭的现状，加大对天然气、核电和其他新能源的开发使用力度，这不仅有利于节能减排，也是我国经济实现可持续发展的战略选择。 二、中国新能源发展现状 新能源在我国发展至今，主要有如下几种发展形势；
内燃机的热效率和发展方向 发表时间：2014-09-04T16:21:11.903Z 来源：《科学与技术》2014年第7期下供稿作者：李培石[导读] 高压共轨，提供一致的油压，精确供油，使油量进气量和转速匹配，达到节油提高热效率的目的。 李培石 内燃机的可变气门和升程控制技术是根据内燃机转速和供油量，优化进气量，组织气流，调整点火时间，使燃烧充分，使热能充分利用提供热效率。 涡轮增压，提供了平均压力，变相提高压缩比，提高热效率。增压在单位时间，温差，散热面积一定，就是增加排量，散热不变就是增加绝热指数，提高热效率。 喷油调整角，是随转速调整喷油提前角，调整点火时间，使燃烧充分进行，提高热效率。 直喷，提供良好的雾化，缩短燃烧时间，提高热效率。 高压共轨，提供一致的油压，精确供油，使油量进气量和转速匹配，达到节油提高热效率的目的。上述各项措施都为了降低油耗，提高热效率减少大气污染。然而热效率的提高有个门槛不可逾越，那就是由最高燃烧温度和排气温度决定的理想状态下的热效率。此排气温度指排气阀打开时的气体温度。汽油机最高燃烧温度1600K，排气温度1000K，由卡诺循环公式可知，η=﹙T1-T2﹚／T1。代入得出热效率等于0.375，汽油机的排气温度可能还高于1000K，就是现在的汽油机很难以降低排气温度，那么汽油机的热效率只能止步于0.375，现在的汽油机热效率已达0.3，已没有多少提高余地。柴油机的最高燃烧温度2200K，排气温度1000K，代入卡诺循环公式可知，η=﹙T1-T2﹚／T1。柴油机最高热效率0.545，现在柴油机的平均热效率是0.42，最高热效率有报道是0.49，在现在曲轴活塞内燃机的燃烧膨胀工作方式的基础上，热效率已没有多少提高的空间。 上述数据是大众数据作为参考。这两种状态都是在理想绝热，没摩擦的情况下的热效率，考虑现实的摩擦散热，热效率达不到这两个热效率数值。 要降低油耗减少大气污染就要提高热效率，现在的技术结构已到达完美的高度，要大幅提高热效率就要采用新的技术方案。内燃机的理想状态下的热效率是多少，我们要清楚这个目标，明白有多少路可以走，还可以提高多少热效率，方能有的放矢。根据门捷列夫—克拉铂龙绝热曲线方程，T2／T1＝( 1 / 2) 1 V V r ? 以柴油机为例，T1 燃烧温度2200K，压缩比20，空气以氮气为主r 取为1.4，把指标参数代入，计算得出膨胀结束排气温度是663.8K，就是在理想绝热状态下应该是663.8K，由最高温度和最低温度决定的理想状态下的内燃机热效率是多少，根据卡诺循环热效率η=﹙T1－T2﹚／T1，可以得出最高热效率是0.698，再跟据等容加热循环热效率公式η＝1－﹙1／ ?k ?1﹚还以压缩比20 的柴油机为例，绝热指数分别取1.35 和1.4，得出热效率分别是0.65 和0.699，在绝热指数1.4 时，其热效率与卡诺的理想状态非常近似。现在柴油机的混合循环理论最高热效率0.545（指最高燃烧温度2200K，排气温度1000K），据报极限热效率是0.49，就是说摩擦散热最少降低0.055 个热效率，那么等容循环内燃机的现实最高热效率可达0.643。现实与理论为什么有如此大的距离，根源在于排气温度的差异，主要由现在内燃机的曲轴活塞系统结构，燃烧特性，材料性能决定。 材料的性能已没有大的挖掘余地，燃料的燃烧特性很难改变。 如果材料可以承受，有理论的爆燃内燃机，就是近似的等容循环内燃机，可以极大的提高热效率。在现有的技术，活塞在不停运动，不同的燃料有特定的燃烧速度，转速越高，相对燃烧时间越长，等容度降低，燃烧和膨胀同时进行，甚至到做功结束，排气温度升高，热效率大为降低。再根据黄金分割，内燃机的最佳热效率应是0.617，就是最佳的经济制造成本。燃料不能在瞬间释放热量，燃烧伴随膨胀作功同时进行，提高了排气温度，后燃期的时间和油量直接决定排气温度。主燃期应在上止点后35 度结束，后燃期应在上止点后90 度结束，燃烧延迟甚至到作功结束，更是提高了排气温度，当前的内燃机结构不能解决上述问题。 如何降低排气温度，提高热效率，只有让它基本遵循等容循环作功。既然不能瞬间燃烧释放热量，那么燃烧和膨胀就要分离，就是把燃烧独立出来，在循环中作为单独的一段。就是在燃烧阶段实现等容，活塞到达上止点时，静止不动，燃烧室容积不变，活塞做间歇性往复运动，实现等容燃烧加热，燃烧结束膨胀作功，燃烧和膨胀作功分离，由于燃烧有一定的过程时间，只能近似的遵循等容加热循环，但它的排气温度将遵循温度和体积之间相互变化关系。现在的材料，加工技术，结构理论已经能够实现等容燃烧循环。这种结构理论采用非传统的曲轴连杆结构，而是把曲轴连杆的摆线往复运动分解为摆线运动和直线往复运动两个独立运动，不再同时进行。部件主要采用非圆齿轮，行星齿轮和辅助闭环控制件。非圆齿轮包含两端的两个半圆齿轮和中间两段平行的直线齿段，作为行星齿轮的运动轨迹，通过他们之间的相互作用，活塞实现闭环间歇往复直线运动。行星齿轮和非圆齿轮啮合在直线齿段，行星齿轮停止公转，非圆齿轮完成往复直线运动。行星齿轮和非圆齿轮啮合在半圆齿段，行星齿轮公转加自转，非圆齿轮不动，实现摆线运动的换向和活塞的间歇静止。实现等容加热循环的内燃机，将使内燃机的热效率跃上一个新的台阶，降低油耗减少大气污染，同时更经济。固在现有的各项技术的基础上，等容燃烧循环内燃机是未来发展的方向。