전문가에게 물어보세요: 새로운 자동차 에너지 기술의 개발 상태를 간략하게 분석하는 논문을 작성하는 방법은 무엇인가요?

Lizhi 자동차 제조 네트워크 세계 에너지 위기와 환경 보호 문제가 점점 더 부각되면서 자동차 산업은 심각한 도전에 직면해 있습니다. 한편, 석유자원이 부족하고, 자동차는 연료를 많이 소비하는 기관이다. 또한, 현재 내연기관의 열효율은 낮으며, 연료 연소에 의해 발생되는 열에너지는 약 35~40%에 불과하다. 반면에 자동차의 증가는 이러한 모순을 심화시켰으며, 한편으로는 자동차의 광범위한 사용으로 인해 CO는 82%, NOx는 48%, HC는 58% 증가했습니다. 도시 대기 중 미세먼지의 8%는 자동차 배기가스에서 발생합니다. 또한, 자동차에서 배출되는 다량의 CO2는 온실효과를 심화시키며, 자동차 소음은 환경에 영향을 미치는 주요 원인 중 하나입니다. 석유 수입국이자 두 번째로 큰 석유 소비국인 우리나라는 세계 은행이 파악한 가장 오염된 도시 20개 중 16개가 중국에 있습니다. 국내 자동차 제품의 수준은 외국과 매우 다릅니다. 평균 연료 소비량은 10~30배이고 배출량은 약 15~20배에 달합니다.

지난 세기 말부터 전 세계 국가와 주요 자동차 기업은 물론 국내 주요 과학연구기관과 대학 등이 청정에너지 절약형 자동차, 신에너지 개발에 힘써왔다. 차량은 상당한 발전을 이루었습니다. 가솔린과 디젤은 전통적인 내연기관 차량의 에너지원입니다. 다른 에너지원을 사용하여 증기 동력을 제공하는 차량을 신에너지 차량이라고 할 수 있습니다. 현재 개발되고 있는 새로운 에너지원에는 천연가스, 액화석유가스, 알코올, 디메틸에테르, 수소, 합성 연료, 바이오가스, 공기 및 충전 연료 전지가 포함됩니다.

이 기사에서는 신에너지 자동차 기술의 개발 개요를 소개하고 개발 전망에 대한 의견을 제시합니다.

1 신에너지 자동차의 종류와 특징

1.1 천연가스 자동차 및 액화석유가스 자동차

천연가스 자동차는 '블루파워' 자동차라고도 불리며, 주로 압축천연가스(CNG), 액화천연가스(LNG), 흡착천연가스(ANG)를 연료로 사용하며, 가장 널리 사용되는 차량은 압축천연가스차량(CNGV)입니다. 액화석유가스 차량(LPGV)은 액화석유가스(LPG)를 연료로 사용합니다. CNG와 LPG는 이상적인 점화 엔진 연료이며, 가스 구성은 순도가 높고, 공기와 고르게 혼합되어 있으며, 연소 온도가 낮아서 NOx 배출이 적습니다. 우수한 희박 연소 특성과 저온 작동 성능이 좋습니다. 단점은 액체연료에 비해 저장 및 운송 성능이 나쁘고, 엔진의 체적 효율이 낮으며, 점화 지연 기간이 길다는 점이다. 이 두 가지 유형의 자동차는 주로 이중 연료 시스템, 즉 가솔린 또는 디젤 연료 시스템과 압축 천연 가스 또는 액화석유가스 시스템을 사용합니다. 자동차는 두 시스템 중 하나로 구동할 수 있으며 한 시스템에서 다른 시스템으로 쉽게 전환할 수 있습니다. . 커민스와 미국 에너지부는 "ARES(Advanced Reciprocating Engine System)"라고 불리는 차세대 천연가스 엔진을 개발하기 위해 협력하고 있습니다. 개발 목표에 따르면 엔진의 열효율은 50%(80% 이상)입니다. 열병합), NOx 배출량 0.1g/km 이하, 제조원가는 400,450달러/kW, 유지비용은 0.01달러/kWh 미만으로 이러한 목표를 달성하면서 엔진의 신뢰성이 높습니다.

1.2 알코올 기반 자동차

알코올 기반 자동차는 메탄올, 에탄올 및 기타 알코올 물질을 연료로 사용하는 자동차입니다. 가장 널리 사용되는 것은 에탄올이며, 이는 다양한 종류를 가지고 있습니다. 셀룰로오스 원료로부터 에탄올을 생산하는 최신 기술인 소스 및 성숙한 생산 기술로, 사용 가능한 원료에는 거의 모든 농업 및 임업 폐기물, 도시 유기 폐기물 및 산업 유기 폐기물이 포함됩니다. 현재 알코올 기반 차량은 대부분 에탄올과 휘발유 또는 디젤을 어떤 비율로든 혼합한 유연한 연료로 구동됩니다. 이는 엔진 개조가 필요하지 않으며 에너지 절약 및 오염 감소 효과가 좋습니다. 휘발유나 디젤 못지않은 출력을 내기 위해서는 연료 분사량을 높여야 하며, 알코올 혼합률이 15~20보다 높으면 엔진의 압축비와 점화 전진각을 바꿔야 한다. 에탄올 연료의 이론 공연비가 낮고 엔진 흡기 시스템에 대한 요구 사항이 높지 않으며 자체 점화 성능이 좋지 않고 옥탄가가 높으며 폭발 저항이 높으며 휘발성이 좋고, 혼합물이 고르게 분포되어 열효율이 높으며 자동차 배기가스 오염을 피할 수 있습니다. 30 이상 감소시킵니다.

이러한 유형의 차량은 1980년대 중반에 처음 개발되었습니다. 2003년 말까지 미국에는 230만 대 이상의 에탄올 차량이 있었으며, 그 중 대부분은 Dodge와 Chrysler 밴이었습니다. 2003년에는 233,466대가 판매되었습니다.

1.3 수소 연료 차량

수소는 수소를 연료로 사용하므로 기존 점화 플러그 점화 엔진에 비해 연소 효율이 더 높습니다. 휘발유 및 혼합물은 더 희박할수록 점화 에너지가 덜 필요하므로 연료 절약에 유리합니다. 효율성을 향상시키고 NO2 배출을 줄이기 위해 다른 연료(예: CNG)에 수소를 첨가할 수도 있습니다. 수소는 다양한 연료 중에서 질량 에너지 밀도가 가장 높지만, 부피 에너지 밀도가 가장 낮습니다. 사용 시 가장 큰 장벽은 저장 및 안전 문제입니다. BMW는 그동안 수소엔진 개발에 전념해 왔으며, V12 수소엔진을 탑재한 7시리즈 세단은 세계 최초로 수소와 가솔린을 모두 연료로 사용할 수 있는 엔진이다. .

1.4 디메틸 에테르 차량

디메틸 에테르(DME)는 탁월한 연소 특성, 청정도, 높은 세탄가 및 동적 성능을 갖춘 무색, 무취의 가스로 좋고, 오염이 적으며, 약간의 압력을 가하면 액체가 됩니다. 압축 점화 엔진의 대체 에너지원으로 매우 적합합니다. 이 연료를 사용하는 차량은 미국 캘리포니아의 초저배출 기준을 충족할 수 있습니다. 일본 NKK사는 저품질 석탄에서 디메틸에테르를 생산하는 장비 개발에 성공했고, 1998년 스미토모 금속공업과 함께 디메틸에테르를 자동차 연료로 사용하는 테스트를 완료했다. 디메틸에테르 차량(DMEV)은 흑가스를 배출하지 않고 환경을 오염시킨다. 디젤보다 NOX를 20% 적게 배출합니다.

1.5 공압차

압축공기, 액체공기, 액체질소 등을 매체로 사용하고 흡열팽창을 통해 구동에너지를 공급하는 자동차를 공압차라 한다. 엔진이 타지 않거나 기타 화학 반응으로 인해 오염 물질이 방출되지 않고 공기나 질소가 배출되어 진정한 제로 오염을 달성합니다. 현재 가장 성공적으로 개발된 차량은 압축 공기 구동 차량(APV)입니다. 작동 원리는 피스톤 커넥팅 로드 메커니즘을 구동하는 에너지가 고압 공기에서 나온다는 점을 제외하면 기존 내연 기관 차량의 작동 원리와 유사합니다. APV 미디어는 편리하고 깨끗하며, 사회 기반 시설 구축 비용이 높지 않고 구축이 더 쉽습니다. 연료 연소과정이 없고, 엔진 재료에 대한 요구사항이 낮으며, 구조가 단순하여 기존 내연기관 기술을 학습할 수 있어 연구개발 주기가 짧고, 설계 및 제작이 용이합니다. 그러나 현재 APV의 에너지 밀도와 에너지 전환율은 충분히 높지 않고, 주행거리도 짧다. 1991년 프랑스 엔지니어 Guy Negre가 압축 공기 구동 엔진에 대한 특허를 획득하고 MDI Company에 합류했습니다. 2000년 MDI Company는 질량이 700kg에 불과하고 속도가 35kg에 불과한 APV를 출시했습니다. 시속 120km에 도달할 수 있으며, 압축 공기를 채우면 200km를 이동할 수 있습니다. 인플레이션 비용은 0.3달러에 불과합니다. 시내에서 약 10시간 동안 압축하면 인플레이션이 완료됩니다. 공기 스테이션과 공기 펌프로 3시간.

1.6 전기 자동차

세계 최초의 전기 자동차(EV)는 1890년대 미국인에 의해 제조되었습니다. 전기차는 크게 배터리 전기차(BEV), 연료전지 전기차(FCEV), 하이브리드 전기차(HEV)로 분류된다. 전기 자동차의 독특한 특징은 차량이 모터를 통해 전기로 완전히 또는 부분적으로 구동된다는 것입니다. 이를 통해 배기가스 배출을 낮추거나 제로로 만들 수 있습니다.

배터리 전기차는 가장 먼저 등장한 전기차다. 납축전지를 사용하는 자동차와 기존 내연기관 자동차의 차량 출력과 주행거리 사이에는 큰 격차가 있으며, 고성능 니켈수소 배터리나 리튬 배터리를 사용하면 비용이 크게 증가합니다. JtBEV는 특정 충전 시간과 해당 충전 장비가 필요하며 사용 사례가 제한됩니다. 연료전지는 에너지 이용률이 약 65%에 달하며 배출가스 제로, 저소음 달성이 가능하다. 개발 전망은 매우 좋지만 비용은 산업화의 장애물입니다.

캐나다에서 실시한 실증시험 결과, 연료전기를 사용하는 공공자동차의 제조원가는 120만 캐나다달러인 반면, 디젤엔진을 사용하는 공공자동차의 제조원가는 275,000캐나다달러에 불과한 것으로 나타났다.

하이브리드 전기 자동차는 기존 내연 기관 자동차와 전기 자동차의 장점을 결합하면서 두 가지의 단점을 극복하면서 최근 몇 년간 급속한 발전을 이루며 PRIUS와 INSIGHT의 두 가지 성공을 거두었습니다. 이 하이브리드 자동차의 모습은 사람들에게 하이브리드 기술의 매력과 거대한 시장 잠재력을 보여주었습니다.

1.7 식물성 기름을 연료로 하는 자동차

석유를 대체할 수 있는 새로운 에너지원을 찾기 위해 과학자들도 식물성 기름에 관심을 돌리고 있으며, 콩기름, 옥수수유, 해바라기유 등 유성 내연기관유. 과학자들은 또한 언젠가 디젤 대신 트럭과 선박에서 대량으로 사용될 수 있는 식물성 기름 기반 연료인 바이오디젤을 연구하고 있습니다. 바이오디젤에는 유황이 포함되어 있지 않으므로 환경에 산성비를 위협하지 않습니다. 바이오디젤을 만들기 위해 화학자들은 식물성 기름을 메틸 에스테르 화합물로 에스테르화하여 더 깨끗하게 연소하고 엔진에 잔류물을 덜 남기고 있습니다.

2 우리나라의 신에너지 차량 개발 개요

우리나라의 천연가스 자원은 풍부하고 널리 분포되어 있습니다. 하이난, 베이징, 상하이, 충칭 및 기타 성 및 도시. 압축천연가스차량과 액화석유가스차량은 연료차량을 기반으로 개발, 개조되어 주로 택시, 버스, 대형차량 및 엔지니어링 시설에 사용됩니다. FAW-Volkswagen은 Jetta LPG를 개발했고, Shanghai Jiao Tong University는 LPG 자동차를 개발했으며 Sunward Bus와 개조된 LPG 시내버스를 공동 개발했으며, 베이징은 CNG 시내버스를 개발했습니다.

산시(Shanxi)는 주요 석탄 생산 지역으로, 메탄올 차량 프로젝트가 수년 동안 진행되어 현재 상업 운영 단계에 도달했습니다. 휘발유는 호기성 연료로 사용되며 현재 허베이(Hebei), 흑룡강(黑龍江) 등 지역에서 연료 사용이 촉진되고 있습니다. 동시에, 국가는 에탄올 가솔린 연료에 대한 관련 표준을 제정했습니다. 우리나라 운강자동차회사 대동자동차제조공장에서 메탄올 미니버스를 개발하였습니다.

우리나라는 석탄 자원이 풍부하고, 정부는 석탄을 원료로 사용하여 자동차 연료를 생산하는 프로젝트를 지원합니다. 석탄을 직접 액화하거나 간접 액화하여 차량 연료를 생산하는 사업이 활발히 진행되고 있습니다. '10차 5개년 계획' 기간 동안 석탄을 원료로 사용하여 석유나 디메틸에테르와 같은 차량 연료를 합성하는 석탄 직접 액화 실증 공장이 윈난성과 산시성에 설립되었습니다. 시안교통대학교와 중국과학원 석탄화학공업연구소는 5년간의 공동 연구 끝에 2000년에 '초저배출 디메틸에테르 차량'을 개발했습니다. TYll00 단일 실린더 디젤 엔진과 대련 디젤 엔진 공장 테스트에서 생산된 CA498 디젤 엔진을 장착한 밴은 상부 연소에 디메틸 에테르를 사용하여 엔진 출력이 10~15% 증가하고 열 효율이 2~3% 증가하며 소음이 발생하는 것으로 나타났습니다. 10~15% 정도 줄일 수 있습니다.

국내에는 연료전지 연구에 종사하는 기관이 20개가 넘는데, 양성자교환막(PEM) 연료전지 기술은 큰 진전을 이루었지만 여전히 외국과의 격차가 크다. 외국에서는 50~50마력의 80kW PEM 연료전지가 자동차에 사용되는 반면, 우리나라 최대 규모의 PEM 연료전지 단일 스택은 5kW급으로 자동차에 사용하기에는 거리가 멀다. 우리나라의 금속연료전지 기술은 이미 세계선진수준에 이르렀습니다.

우리나라의 니켈수소 배터리와 리튬 배터리 기술 수준도 국제 선진 수준에 도달했습니다. 2005년 상하이 모터쇼에 전시된 BYD의 E1 전기 자동차는 이미 매우 우수한 차량 출력 성능을 갖추고 있습니다.

현재 저장대학교는 중국에서 압축 공기 구동 차량에 대한 가장 많은 연구 보고서를 보유하고 있으며 압축 공기 구동 오토바이에 대한 연구 플랫폼을 개발했으며 더 많은 유용한 결론을 수행하고 있습니다. 또한 충칭대학교와 통지대학교에서도 몇 가지 탐색적 연구를 수행했습니다. 중국에서 APV 개발은 이제 막 시작됐다고 할 수 있다.

3 대체 연료 자동차 개발 전망

다양한 대체 자동차 연료 중 LPG와 CNG는 사용이 가장 편리하고 이미 좋은 지원 인프라를 갖추고 있습니다.

높은 배기가스 배출 및 경제적 성능 요구 사항을 충족하지만 평균 전력 성능 요구 사항을 충족하는 대중 교통 분야에서 적용 가능성이 높습니다. 미국에서는 최근 몇 년 동안 천연가스 차량이 새로운 버스 버스의 큰 부분을 차지했습니다. 중국과 같은 대규모 농업 국가, 특히 일부 대규모 농업 지역에서는 에탄올 자원이 풍부하며 에탄올 차량의 응용 전망이 좋습니다. 디메틸에테르와 같은 합성 연료는 우수한 배출 특성을 갖고 있으며 특히 하이브리드 차량용 디젤 대체 연료로서 좋은 응용 전망을 갖고 있습니다. 하이브리드 차량은 의심할 여지 없이 차세대 자동차 파워트레인의 지배적인 형태입니다.

배터리 전기차는 하이브리드 자동차나 연료전지 자동차에 비해 성능이 좋지 않고, 가격도 비싸다. 수소 연료 엔진의 에너지 활용 효율은 수소-산소 연료 전지만큼 좋지 않습니다. 따라서 배터리 전기 자동차와 수소 엔진 자동차의 개발 전망은 그다지 낙관적이지 않습니다. 물론, 태양전지 기술의 발전과 획기적인 발전으로 인해 순수 전기 자동차는 좋은 발전 상황을 맞이하게 될 것입니다. 압축 공기 구동 차량은 오염이 전혀 발생하지 않지만 차량 성능은 기존 차량의 성능과는 거리가 멀고 더 작은 범위 내의 특정 상황에서만 사용할 수 있습니다.

연료전지는 현재 기술 여건에서 에너지 활용률이 가장 높은 자동차 에너지원이다. 연료전지의 비에너지는 리튬이온 배터리의 2~3배인 200~350Wh/kg에 도달할 수 있으며, 에너지 변환 효율은 가솔린이나 디젤의 1.5~2배인 60~80에 달합니다. 엔진은 초저공해 또는 제로 공해를 달성할 수 있습니다. 그리고 연료 전지에 사용되는 수소 에너지는 재생 가능합니다. 현재 메탄올 연료전지 기술은 가장 성숙한 기술이다. 외국의 주요 석유회사와 자동차들은 미래 자동차 발전의 교두보를 선점하기 위해 연료전지 자동차 연구개발에 매진하고 있습니다. 1993년부터 2000년까지 다임러-벤츠 자동차 회사는 NecarI-NecarIV와 Nebas 시리즈 FCEV를 차례로 출시했습니다. 2001년 5월 Necar4는 출력 55kW, 최대 속도 145km/h, 적재 범위로 미국에서 테스트되었습니다. 최신 네카 V-FCEV는 메탄올 연료전지를 사용한다. 1997년 발라드파워컴퍼니(Ballard Power Company)와 포드자동차(Ford Motor Company)가 연료전지자동차 개발을 위해 엑셀시스(Xcellsis)를 결성했고, AR-CO, 쉘(Shell), 텍사코(Texaco), 캘리포니아카브(California CARB) 등 미국 석유회사들이 잇달아 합류해 세계에서 가장 강력한 연료전지자동차 개발 동맹을 형성했다. 일본전력중앙연구소는 내열 세라믹을 100% 활용한 연료전지를 개발하고 있다. 배터리는 1000°C의 고온에서 작동하며, 전해질의 출력은 1W/cm2에 이른다. 이는 기존 연료전지의 5배에 해당합니다. EvomR은 알루미늄 및 아연 연료전지 개발에 전념하여 상당한 수준을 달성했습니다.

간단히 말하면, 대체 연료를 종합적으로 평가할 때 연료 비용, 차량 비용, 효과적인 에너지 활용, 배출 오염, , 유통, 급유 시설의 적재 마일리지 및 급유 시간; 이러한 요인을 바탕으로 현재 가장 쉽게 사용할 수 있는 대체 연료는 CNG와 LPG입니다. 전기, 메탄올, 에탄올의 종합평가지수는 모두 휘발유보다 낮다. 에탄올뿐만 아니라 LPG, CNG의 시장점유율도 지속적으로 높아질 것으로 예상된다. 디메틸에테르와 합성 디젤의 시장 점유율은 10년 안에 빠르고 꾸준히 증가할 것입니다. 하이브리드 자동차는 더욱 발전하여 시장 점유율을 빠르게 높일 것입니다. 연료전지자동차는 20년 안에 산업화를 이루며 점차 시장점유율을 높여갈 것이다. 전통적인 가솔린 엔진 차량의 시장 점유율은 20년 후에 크게 감소하기 시작할 것이지만, 디젤 차량은 대형 차량 분야에서 계속해서 높은 시장 점유율을 유지할 것입니다.

4 결론

향후 20년 후에도 휘발유와 경유는 여전히 자동차의 주요 에너지원이지만 휘발유와 경유의 품질 요구 사항은 점점 더 높아지고 있으며, 엔진 기술은 에너지 활용도를 높이기 위해 빠르게 발전할 것입니다. 대체연료의 활용이 급속히 확대되고, 천연가스자동차와 에탄올자동차가 먼저 대규모로 활용되며, 디메틸에테르와 합성연료의 적용도 점차 확대될 것이다.

하이브리드 전력 시스템은 빠르게 개발 및 적용될 것이며, 하이브리드 전기 자동차는 적어도 30년 동안 자동차 산업의 에너지 및 오염 문제를 해결하는 가장 실현 가능한 방법이 될 것입니다.

따라서 하이브리드 차량의 개발을 가속화하고 자동차 기술 개발의 새로운 차원을 확보하려면 자원을 통합해야 합니다.

연료전지는 가장 유망한 자동차 에너지이자 미래 자동차의 주요 에너지원이다. 국내 석유업계와 자동차 업계가 힘을 합쳐 첨단 연료전지 기술을 개발하고 미래 첨단 자동차 기술을 선점해야 한다. !