馬重芳：節(jié)能汽車助力汽車工業(yè)節(jié)能突圍

　　在這樣一個(gè)以能源和氣候?yàn)樽鸬臅r(shí)代，人們對(duì)新能源汽車給予了前所未有的關(guān)注和投入，但不可否認(rèn)，現(xiàn)在汽車仍主要依賴石油驅(qū)動(dòng)。石油主宰著世界經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，同時(shí)也是地區(qū)爭(zhēng)端的主要誘因。更重要的是，我們所剩的石油已經(jīng)不多了。

　　改造發(fā)動(dòng)機(jī)，把每一滴汽油和柴油的利用率提升到極致、裝上電池用電力來輔助或主導(dǎo)驅(qū)動(dòng)、往內(nèi)燃機(jī)和電池里灌上各種生物燃料乃至液態(tài)氫……傾注了人類百年智慧和激情的汽車正在不斷革新動(dòng)力單元，而不變的關(guān)鍵詞始終如一：節(jié)能、環(huán)保、可持續(xù)。

　　“毋庸置疑，新能源汽車是目前汽車的主流發(fā)展趨勢(shì)，作為新能源汽車的補(bǔ)充，節(jié)能汽車也應(yīng)引起足夠的重視�！北本┕�業(yè)大學(xué)傳熱強(qiáng)化與過程節(jié)能教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室主任馬重芳教授特別強(qiáng)調(diào)“節(jié)能汽車”的概念。近日，在接受《科學(xué)時(shí)報(bào)》記者專訪時(shí)，馬重芳指出，不論未來將是什么在支持我們的汽車前進(jìn)，至少今天，我們沒有理由不關(guān)注傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)對(duì)每一滴石油的燃燒與利用。

　　《科學(xué)時(shí)報(bào)》：什么是節(jié)能汽車？它與新能源汽車有何區(qū)別？

　　馬重芳：新能源汽車主要指純電動(dòng)、油電混合動(dòng)力和燃料電池三種，它們本質(zhì)都是以電化學(xué)蓄能為基礎(chǔ)的。節(jié)能汽車指的是內(nèi)燃機(jī)與余能熱功轉(zhuǎn)換相結(jié)合的混合動(dòng)力汽車、壓縮空氣動(dòng)力汽車等，節(jié)能汽車的本質(zhì)是通過余能回收和物理蓄能實(shí)現(xiàn)內(nèi)燃機(jī)效率的提高，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)汽車節(jié)能。

　　內(nèi)燃機(jī)與排氣余熱回收相結(jié)合的混合動(dòng)力汽車指的是利用內(nèi)燃機(jī)的廢氣余熱，通過朗肯循環(huán)和有機(jī)朗肯循環(huán)，實(shí)現(xiàn)排氣廢熱的熱功轉(zhuǎn)換，從而提高發(fā)動(dòng)機(jī)的功率，降低發(fā)動(dòng)機(jī)的油耗。這是節(jié)能汽車特別是重型卡車的一個(gè)重要發(fā)展方向。

　　由于這種新型混合動(dòng)力裝置以聯(lián)合循環(huán)代替了單一的奧托循環(huán)（汽油機(jī)）或DESEL循環(huán)（柴油機(jī)），實(shí)現(xiàn)了內(nèi)燃機(jī)余能的回收，可以顯著提高汽車的燃油經(jīng)濟(jì)性。這種新型混合動(dòng)力汽車不但在學(xué)術(shù)上具有重要意義，而且將為汽車動(dòng)力的發(fā)展提供了重要戰(zhàn)略方向。

　　節(jié)能汽車的另一個(gè)重要方向——壓縮空氣動(dòng)力汽車，也叫氣動(dòng)汽車，其基本原理是將高壓壓縮空氣注入高壓儲(chǔ)氣罐，壓縮空氣膨脹驅(qū)動(dòng)膨脹機(jī)做功輸出機(jī)械能從而驅(qū)動(dòng)汽車運(yùn)行。

　　壓縮空氣動(dòng)力汽車與其他汽車相比有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)：一是無燃料燃燒，排放的是無污染、低溫的空氣，是真正的“綠色”概念汽車。二是在氣動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)工作過程中高壓氣體膨脹做功后溫度大幅降低，排出的尾氣溫度遠(yuǎn)低于環(huán)境溫度，低溫的尾氣可以作為空氣動(dòng)力汽車制冷空調(diào)的冷源而不需要額外制冷系統(tǒng)，同時(shí)也不必裝備油箱、火花塞和消聲器，可使車生產(chǎn)成本降低20%。三是空氣不可燃，汽車安全性好。四是與傳統(tǒng)汽車相比，其發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)無燃料燃燒過程，所以發(fā)動(dòng)機(jī)對(duì)材料要求低、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、尺寸小、質(zhì)量輕、造價(jià)低、設(shè)計(jì)和制造容易。五是其能量的傳遞快捷，儲(chǔ)存容易，介質(zhì)來源方便、清潔，所需的電力容易獲��；充氣設(shè)備和社會(huì)基礎(chǔ)建設(shè)費(fèi)用不高，較容易建造。整車使用維護(hù)和生產(chǎn)費(fèi)用低，且可利用現(xiàn)有氣動(dòng)技術(shù)、汽車設(shè)計(jì)和制造技術(shù)，研制和開發(fā)周期短。六是壓縮空氣罐廢棄后比電池污染小。七是比電池壽命長(zhǎng)，而且性能不衰退。

　　氣動(dòng)汽車能夠滿足空氣污染嚴(yán)重城市對(duì)低排放、零排放汽車的迫切需要，可替代部分城市和室內(nèi)交通工具，如城市公交車、觀光游船、運(yùn)動(dòng)小車及室內(nèi)搬運(yùn)工具車等，具有很好的市場(chǎng)應(yīng)用前景，可以獲得降低城市污染的良好社會(huì)、環(huán)境效益。

　　《科學(xué)時(shí)報(bào)》：為何在新能源汽車之外需要特別強(qiáng)調(diào)節(jié)能汽車的概念？以純電動(dòng)車為產(chǎn)業(yè)方向的新能源汽車的發(fā)展是否將擠壓節(jié)能汽車的發(fā)展空間？

　　馬重芳：之所以在新能源汽車概念之外特別強(qiáng)調(diào)節(jié)能汽車的概念，主要是基于我國(guó)節(jié)能減排的現(xiàn)實(shí)需求。

　　據(jù)公開數(shù)據(jù)顯示，2009年我國(guó)生產(chǎn)內(nèi)燃機(jī)約6700萬臺(tái)，其中1379萬臺(tái)為汽車配套，總功率達(dá)11.3億千瓦，比2008年增長(zhǎng)10%左右。

　　11億千瓦，這是怎樣一個(gè)概念？截至2009年底，我國(guó)電力裝機(jī)總?cè)萘?.74億千瓦，按規(guī)劃，未來5年，平均每年的裝機(jī)容量增加約1億千瓦。兩者相比，內(nèi)燃機(jī)在中國(guó)工業(yè)發(fā)展中的地位一目了然。

　　可以肯定，在可以預(yù)見的未來，內(nèi)燃機(jī)的作用仍將不可替代。而與此同時(shí)，內(nèi)燃機(jī)發(fā)展面臨節(jié)能減排的巨大挑戰(zhàn)。2009年我國(guó)石油進(jìn)口依存度達(dá)51%，而內(nèi)燃機(jī)石油消耗量約占全國(guó)總消耗量的2/3，是名副其實(shí)的用油大戶。排放方面，內(nèi)燃機(jī)廢氣污染占我國(guó)絕大多數(shù)城市非供暖季大氣污染的50%以上，是城市最主要的大氣污染源。

　　機(jī)械工業(yè)是整個(gè)工業(yè)的基礎(chǔ)，內(nèi)燃機(jī)又是機(jī)械工業(yè)的基礎(chǔ)，但是，越基礎(chǔ)的東西往往越容易被忽視。以汽車與內(nèi)燃機(jī)為例，雖然動(dòng)力總成是汽車的核心，但人們對(duì)整車的關(guān)注度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于內(nèi)燃機(jī)。2009年國(guó)家出臺(tái)的10大產(chǎn)業(yè)振興規(guī)劃中，汽車、裝備制造、船舶都與內(nèi)燃機(jī)有關(guān)，但是每個(gè)振興規(guī)劃中，內(nèi)燃機(jī)并未受到足夠重視。在方興未艾的新能源汽車產(chǎn)業(yè)中，傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)節(jié)能技術(shù)也常常遇冷，遠(yuǎn)比不上電動(dòng)車的“熱力十足”。

　　當(dāng)前，國(guó)家高度重視新能源汽車發(fā)展。由于新能源汽車與傳統(tǒng)汽車相比，最根本的變化體現(xiàn)在動(dòng)力系統(tǒng)。因此，有觀點(diǎn)認(rèn)為新能源汽車將擠壓內(nèi)燃機(jī)的發(fā)展空間。

　　對(duì)此我認(rèn)為，新能源汽車是傳統(tǒng)汽車技術(shù)的傳承，是汽車技術(shù)的主流發(fā)展趨勢(shì)，發(fā)展新能源汽車是國(guó)家長(zhǎng)期戰(zhàn)略選擇，是汽車工業(yè)尋求可持續(xù)發(fā)展能源環(huán)境的必然選擇。但新能源汽車技術(shù)難度大，需要一個(gè)比較長(zhǎng)的研發(fā)與推廣周期，在未來20年，內(nèi)燃機(jī)汽車仍然是主流汽車，新能源汽車對(duì)國(guó)家節(jié)能減排并不能起到立竿見影的效果。因此在大力發(fā)展新能源汽車的同時(shí)，國(guó)家應(yīng)積極發(fā)展節(jié)能汽車，節(jié)能汽車可能是未來20年內(nèi)汽車工業(yè)節(jié)能減排的最主要手段。

　　《科學(xué)時(shí)報(bào)》：節(jié)能汽車到底有多大的節(jié)能潛力？

　　馬重芳：在世界的石油能源消耗結(jié)構(gòu)中，內(nèi)燃機(jī)所占的份額很大，2006年和2007年我國(guó)內(nèi)燃機(jī)所消耗的燃油約為1.9億噸和2億噸，在當(dāng)年全國(guó)原油消耗總量3.23億噸和3.46億噸中所占比例均接近60％。

　　從目前汽車所用發(fā)動(dòng)機(jī)的熱平衡看，用于動(dòng)力輸出功率一般只占燃油燃燒總熱量的30％～45％（柴油機(jī)）或20％～30％（汽油機(jī)），以廢熱形式排出車外的能量占燃燒總能量的55％～70％（柴油機(jī)）或70%~80%（汽油機(jī)），主要包括循環(huán)冷卻水帶走的熱量和尾氣帶走的熱量。因此內(nèi)燃機(jī)余熱回收是降低內(nèi)燃機(jī)能耗的關(guān)鍵技術(shù)措施之一。