上海市在用新能源公交車發(fā)展現(xiàn)狀及節(jié)能減排效益分析

摘 要：隨著城市化高速發(fā)展，機(jī)動(dòng)車保有量的快速增長，汽車尾氣污染物也隨之不斷增長由此造成了全球能源日趨緊張，生態(tài)環(huán)境日益惡化，環(huán)境保護(hù)問題日益突出。在“低碳、環(huán)?！币呀?jīng)成為全球共識(shí)的背景下，世界各國汽車制造企業(yè)紛紛將未來研發(fā)的主要方向轉(zhuǎn)到新能源汽車領(lǐng)域，技術(shù)研發(fā)和推廣普及已成為競(jìng)爭(zhēng)的關(guān)鍵。文章主要介紹應(yīng)用于上海市在用公交車的新能源技術(shù)，包括CNG（天然氣）、二甲醚、油電混合動(dòng)力、超級(jí)電容等技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀以及與傳統(tǒng)柴油發(fā)動(dòng)機(jī)公交車的節(jié)能效益分析對(duì)比。

關(guān)鍵詞：新能源公交車；天然氣；二甲醚

大力發(fā)展節(jié)能與新能源汽車是國際社會(huì)應(yīng)對(duì)能源短缺、環(huán)境污染和氣候變暖問題在交通領(lǐng)域采取的共同措施。世界各國依據(jù)各自資源條件和產(chǎn)業(yè)技術(shù)狀況，采取、制定并實(shí)施了相關(guān)的國家交通能源發(fā)展戰(zhàn)略?？傮w而言，各國實(shí)施計(jì)劃的共同特點(diǎn)是政府直接介入，組織能源、交通、制造等多部門聯(lián)動(dòng)（研發(fā)投入、產(chǎn)業(yè)布局、政策優(yōu)惠等），促進(jìn)新能源汽車和相關(guān)配套產(chǎn)業(yè)的交叉融合與綜合發(fā)展，從而減少對(duì)石油的依賴，降低能源消耗，實(shí)現(xiàn)交通能源轉(zhuǎn)型，打造新興戰(zhàn)略產(chǎn)業(yè)鏈。

歐盟從2000年起開始推進(jìn)汽車新能源發(fā)展且車用能源發(fā)展戰(zhàn)略主要體現(xiàn)在兩個(gè)方面：第一，堅(jiān)定不移地實(shí)施柴油化戰(zhàn)略，同時(shí)加強(qiáng)柴油混合動(dòng)力技術(shù)研究，以獲得更加理想的節(jié)能效果；第二，積極推進(jìn)車用能源多元化，重視發(fā)展氫、天然氣和生物燃料。

美國的車用能源發(fā)展戰(zhàn)略是從以往重點(diǎn)進(jìn)行燃料電池技術(shù)研發(fā)的單一化發(fā)展格局向氫燃料電池、混合動(dòng)力、生物乙醇、生物柴油等多種技術(shù)路線共同發(fā)展的多元化格局轉(zhuǎn)變。

日本是一個(gè)資源匱乏的國家，多年來高度重視節(jié)能與替代燃料技術(shù)的研究與應(yīng)用，在汽車節(jié)能技術(shù)及新能源汽車發(fā)展方面處于世界領(lǐng)先地位。為了加快發(fā)展新能源汽車，日本政府近些年來相繼發(fā)布了多項(xiàng)國家計(jì)劃，如低公害汽車普及計(jì)劃，下一代汽車及燃料計(jì)劃、WE-NET計(jì)劃等等，形成了主要以純電動(dòng)汽車、混合動(dòng)力車、清潔柴油車研發(fā)的車用能源發(fā)展戰(zhàn)略。

“十二五”期間，我國新能源汽車將正式邁入產(chǎn)業(yè)化發(fā)展階段。我國汽車發(fā)展總體上將采用一種過渡戰(zhàn)略和轉(zhuǎn)型戰(zhàn)略，并將采取內(nèi)燃機(jī)汽車和新能源汽車兩者共同發(fā)展，良性互助的發(fā)展戰(zhàn)略。

世界各國新能源扶持政策及規(guī)劃（詳見表1-1）

1 上海市在用新能源公交車種類及特點(diǎn)

目前世界汽車工業(yè)可持續(xù)發(fā)展所面臨的兩大難題是環(huán)境污染、石油匱乏。環(huán)保節(jié)能是21世紀(jì)汽車技術(shù)的一個(gè)重要發(fā)展方向，同時(shí)各國的排放法規(guī)也日趨嚴(yán)格。我國在2009年7月1日起正式實(shí)施了《新能源汽車生產(chǎn)企業(yè)及產(chǎn)品準(zhǔn)入管理規(guī)則》該規(guī)則明確說明：新能源汽車是指采用非常規(guī)的車用燃料作為動(dòng)力來源（或使用常規(guī)的車用燃料、采用新型車載動(dòng)力裝置），綜合車輛的動(dòng)力控制和先進(jìn)的驅(qū)動(dòng)技術(shù)形成的具有新技術(shù)、新結(jié)構(gòu)的汽車。上海市目前在用的新能源公交車種類主要有CNG（天然氣）、二甲醚、油電混合動(dòng)力、超級(jí)電容等車型。

1.1 CNG（天然氣）公交車

CNG（ Compressed Natural Gas）汽車是指以壓縮天然氣替代常規(guī)汽油或柴油作為燃料的汽車。主要由甲烷構(gòu)成的天然氣在25Mpa左右的壓力下儲(chǔ)存在車上的氣瓶內(nèi)用作車用燃料，其發(fā)動(dòng)機(jī)工作原理與多點(diǎn)噴射的電控汽油機(jī)類似。主要工藝過程：在CNG加注站將0.3-0.8Mpa低壓天然氣經(jīng)壓縮機(jī)加壓到25Mpa；并由順序控制盤控制，按高、中、低壓順序儲(chǔ)存到儲(chǔ)氣鋼瓶組，最后通過CNG加氣機(jī)向汽車鋼瓶加注。汽車在行駛過程中CNG通過鋼瓶高壓氣減壓裝置減壓后向發(fā)動(dòng)機(jī)供氣。

上海市目前在用CNG公交車的公交線路有79、99、142、147、222、749、758等7條公交線路，由于該批車型均使用進(jìn)口奔馳發(fā)動(dòng)機(jī)，一旦車輛發(fā)生故障其零配件更換價(jià)格較高、周期較長，且車輛在供氣系統(tǒng)、發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火系統(tǒng)存在故障較多，車輛維修費(fèi)用較高。

1.2 DME（二甲醚）公交車

DME（二甲醚）作為汽車燃料替代柴油，是目前二甲醚工業(yè)應(yīng)用的主要領(lǐng)域。二甲醚具有燃燒充分熱效率高的特點(diǎn)，由于不含C-C分子鏈，在燃燒過程中不會(huì)分解出碳，因此在各種情況下都能實(shí)現(xiàn)無煙燃燒；同時(shí)通過改進(jìn)噴油系統(tǒng)即推遲噴油提前角可以降低CO和NOx的排放。

本市在2010年世博會(huì)舉辦期間投入試運(yùn)營的10輛二甲醚公交車是以上海申沃客車有限公司生產(chǎn)的SWB6116HG型城市公交車為基礎(chǔ)，匹配上海柴油機(jī)股份有限公司研制的SC8DR250Q3型二甲醚發(fā)動(dòng)機(jī)，構(gòu)成了一整套自主研發(fā)的二甲醚動(dòng)力系統(tǒng)。在實(shí)際應(yīng)用過程中，由于二甲醚燃料國家標(biāo)準(zhǔn)、地方標(biāo)準(zhǔn)和企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)體系尚未建立，并且距離中西部主要煤基能源基地較遠(yuǎn)，在車用二甲醚燃料批量不大的情況下，經(jīng)濟(jì)性優(yōu)勢(shì)尚不明顯。同時(shí)二甲醚公交車增壓泵使用壽命較短、價(jià)格昂貴，專用密封件易損壞等因素造成其作為柴油替代燃料仍有待時(shí)日。為了加快和推進(jìn)二甲醚汽車的發(fā)展除了通過舊車改造和制造新車并舉的措施外仍需加大宣傳力度和政策扶持。

1.3 油電混合動(dòng)力公交車

通常所說的混合動(dòng)力汽車一般是指油電混合動(dòng)力汽車，即燃料和電能的混合，且由電動(dòng)馬達(dá)作為發(fā)動(dòng)機(jī)的輔助動(dòng)力驅(qū)動(dòng)汽車。

上海目前在119、799、792等公交線路上使用了油電混合動(dòng)力公交車，該車型為非插電式，無需專設(shè)電站進(jìn)行充電。大扭矩主驅(qū)動(dòng)電機(jī)主要在車輛起步時(shí)啟動(dòng)，ISG電機(jī)負(fù)責(zé)發(fā)電并對(duì)電池組充電；車輛進(jìn)入中高速（經(jīng)濟(jì)車速區(qū)間）后即由發(fā)動(dòng)機(jī)直接驅(qū)動(dòng)，主電機(jī)停止工作，ISG電機(jī)輔助運(yùn)行或發(fā)電，并使車輛在正常行駛中產(chǎn)生強(qiáng)大而平穩(wěn)的動(dòng)力，且燃油經(jīng)濟(jì)性提高；車輛爬坡時(shí)由發(fā)動(dòng)機(jī)、主電機(jī)和ISG電機(jī)共同提供驅(qū)動(dòng)力。車輛在制動(dòng)過程中由電機(jī)負(fù)責(zé)能量回收并對(duì)動(dòng)力電池組進(jìn)行充電。

油電混合動(dòng)力公交車在前期使用過程中，由于國產(chǎn)橡膠件耐腐蝕性不強(qiáng)導(dǎo)致車輛缺防凍液、缺機(jī)油等故障頻發(fā)；同時(shí)起動(dòng)電機(jī)氣壓傳感器故障、電機(jī)斷軸故障，剎車軟管，剎車總泵故障也較多。車輛廠商、配件商針對(duì)車輛在使用過程中所暴露出的問題，通過采取對(duì)零配件材質(zhì)升級(jí)、優(yōu)化設(shè)計(jì)等技術(shù)改良后現(xiàn)已基本排除了此類故障；因此油電混合動(dòng)力公交車作為城市公共交通節(jié)能減排的主力車型必將得到大力推廣與應(yīng)用。

1.4 超級(jí)電容公交車

中國是唯一將超級(jí)電容公交車投入量產(chǎn)的國家，超級(jí)電容公交車作為電車的一種“變異”車型，其驅(qū)動(dòng)力通過車載電容器\"放電\"過程來實(shí)現(xiàn)。

上海目前在11、26路等公交線路上使用了超級(jí)電容公交車，其工作原理主要是車輛到站集電弓與站點(diǎn)受電排接觸，供電線網(wǎng)向車輛輸送電能，車輛控制系統(tǒng)控制充電器將電荷儲(chǔ)存于超級(jí)電容器內(nèi)。車輛行駛時(shí)超級(jí)電容器將儲(chǔ)存的電能經(jīng)變頻器轉(zhuǎn)換后輸送至交流電機(jī)并輸出旋轉(zhuǎn)力矩，經(jīng)傳動(dòng)系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)車輛行駛。車輛減速時(shí)車輪經(jīng)傳動(dòng)系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)交流電機(jī)，通過變頻器控制交流電機(jī)將獲得的旋轉(zhuǎn)動(dòng)能再生成電能，并儲(chǔ)存于超級(jí)電容器內(nèi)循環(huán)利用，車輛在能量轉(zhuǎn)換過程中，逐漸失去動(dòng)能而平穩(wěn)減速。

超級(jí)電容公交車作為城市公交車具有零排放和動(dòng)能回收利用的特點(diǎn)，由于車輛采用電制動(dòng)減速技術(shù)使得機(jī)械制動(dòng)器壽命成倍提高，制動(dòng)器摩擦產(chǎn)生的粉塵和熱量大幅降低但因其續(xù)駛里程較低，宜作為市區(qū)內(nèi)公共交通的首選，不適用于運(yùn)行線路較長、站距較長、客流交替量低的線路。

隨著超級(jí)電容和油電混合動(dòng)力公交車使用的高新技術(shù)不斷成熟，制造成本的進(jìn)一步降低，同時(shí)在政府新能源政策和綠色環(huán)保政策的激勵(lì)下，作為一種新型電氣化城市公共交通運(yùn)行模式在上海地面交通新一輪優(yōu)化發(fā)展進(jìn)程中，必將發(fā)揮出其與城市景觀、環(huán)境、能源間友好和諧的作用。

2 實(shí)際工況下油電混合動(dòng)力、超級(jí)電容公交車與傳統(tǒng)柴油公交車節(jié)能減排效益對(duì)比

《上海城市交通“十一五”規(guī)劃綱要》中明確指出，上海將積極發(fā)展低能耗、環(huán)保、舒適的新型公交汽電車?！渡虾Ｊ小笆濉苯煌ü?jié)能減排工作總體目標(biāo)》中指出：到2015年交通運(yùn)輸行業(yè)初步形成“結(jié)構(gòu)合理、技術(shù)先進(jìn)、管理高效”的能耗體系框架。其中 “綠色駕駛工程”已列為節(jié)能減排九大工程之一。新能源公交車當(dāng)仁不讓的成為這一工程中的主角，將在上海城市公交領(lǐng)域中發(fā)揮主體作用。

2.1 申沃油電混合動(dòng)力公交車與傳統(tǒng)柴油公交車節(jié)能減排對(duì)比

申沃SWB6127HE2油電混合動(dòng)力城市客車與申沃SWB6120KHV-3柴油公交車在日行駛里程、營運(yùn)線路相同情況下單車年節(jié)能折合標(biāo)準(zhǔn)煤3900Kg，年減少CO2排放量8700Kg，年減少NOx排放量27Kg（詳見表2-1）。上海現(xiàn)有SWB6127HE2油電混合動(dòng)力營運(yùn)城市客車150輛，年節(jié)能折合標(biāo)準(zhǔn)煤585t，年減少CO2排放量1305t，年減少NOx排放量4050Kg。

表2-1為上海浦東新區(qū)楊高公共交通有限公司792路混合動(dòng)力公交車與傳統(tǒng)柴油公交車在相同線路上營運(yùn)的對(duì)比情況。

2.2 申沃超級(jí)電容純電動(dòng)公交車與傳統(tǒng)柴油公交車節(jié)能減排對(duì)比

申沃SWB6121SC超級(jí)電容純電動(dòng)城市客車與申沃SWB6120KHV-3柴油公交車在日行駛里程、營運(yùn)線路相同情況下單車年節(jié)能折合標(biāo)準(zhǔn)煤23.7t，年減少CO2排放量48.6t，年減少NOx排放量129Kg（詳見表2-2）。上海現(xiàn)有SWB6121SC超級(jí)電容純電動(dòng)營運(yùn)城市客車61輛，年節(jié)能折合標(biāo)準(zhǔn)煤1445.7t，年減少CO2排放量2964.6t，年減少NOx排放量7869Kg。

表2-2 申沃超級(jí)電容純電動(dòng)公交車與傳統(tǒng)柴油公交車節(jié)能減排對(duì)比

表2-2為上海巴士新新公共交通有限公司26路超級(jí)電容純電動(dòng)公交車與傳統(tǒng)柴油公交車在相同線路上營運(yùn)的對(duì)比情況。

綜上所述，城市公交車作為市民出行的主要交通工具，通過對(duì)在用新能源公交車與傳統(tǒng)柴油車節(jié)能減排結(jié)果的對(duì)比，新能源公交車的能源消耗、CO2和NOx的排放量較傳統(tǒng)柴油公交車均有不同程度的下降，新能源公交車作為城市綠色交通工具在“十二五”期間必將得到大力推廣與應(yīng)用。

3 結(jié)束語

為應(yīng)對(duì)日益突出的燃油供需矛盾和環(huán)境污染問題，世界主要汽車生產(chǎn)國紛紛加快部署將發(fā)展新能源汽車作為國家戰(zhàn)略，加快推進(jìn)技術(shù)研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化，同時(shí)大力發(fā)展和推廣應(yīng)用汽車節(jié)能技術(shù)。未來10年全球汽車產(chǎn)業(yè)將迎來轉(zhuǎn)型升級(jí)的重要戰(zhàn)略機(jī)遇期，節(jié)能與新能源汽車已成為國際汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展方向。目前我國汽車產(chǎn)銷規(guī)模已居世界首位，預(yù)計(jì)在未來一段時(shí)期內(nèi)仍將持續(xù)增長，我們必須抓住機(jī)遇、抓緊部署，加快培育和發(fā)展節(jié)能與新能源汽車產(chǎn)業(yè)，促進(jìn)汽車產(chǎn)業(yè)優(yōu)化升級(jí)，實(shí)現(xiàn)由汽車工業(yè)大國向汽車工業(yè)強(qiáng)國轉(zhuǎn)變。

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