燃料电池汽车动力系统低碳设计方法研究

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随着全球变暖,温室效应也变得越来越严重,导致二氧化碳的排放也受到了越来越多的关注。面对日趋严峻的全球变暖问题,生产更加节能环保的汽车产品己经成为广大汽车企业的共识,同时我国制造业在高速发展的同时,也面临着巨大的碳排放压力。基于生命周期评价的燃料电池汽车动力系统低碳设计,对于提高材料及能源利用率,减少燃料电池汽车全生命周期总成本,提高燃料电池汽车的环境友好性具有十分重要的理论价值。本研究针对当下汽车产品生命周期评价研究成果、节能减排和生命周期碳足迹进行综述,确立了本文的研究目的及意义。选取燃料电池汽车动力系统为研究对象,将生命周期划分为原材料获取阶段、制造装配阶段、包装运输阶段、运行使用阶段和报废回收阶段,并进一步将燃料电池汽车动力系统细分为燃料电池、储能电池、驱动电机、高压储氢瓶和DC/DC转换器五大部分进行SimaPro9软件计算模型的建立。通过文献查阅对所需的相关材料、能源、制造工艺等数据进行收集,得到消耗的矿产资源、化石能源清单,然后采用CML-IA baseline V3.05评价方法和碳足迹计算方法IPCC 2013 GWP 100a V1.03进行数据处理,通过运算得到环境影响排放评价结果,然后针对评价结果结合生命周期成本分析,基于Vague集的多目标设计方法对燃料电池汽车动力系统进行低碳设计,对得到的低碳设计结果解释并进行对比分析,并给出燃料电池汽车动力系统生命周期减少碳排放提出改进措施。研究表明,燃料电池汽车动力系统原材料获取阶段的化石能源消耗及环境排放综合值明显高于生命周期的其他四个阶段(制造装配阶段、包装运输阶段、运行使用阶段、报废回收阶段),并且原材料获取阶段的伴随着大量材料消耗,具备了最大的矿产资源消耗值。在不同燃料电池和储能电池的技术下,碱性燃料电池匹配三元锂电池的燃料电池汽车动力系统资源耗竭和环境影响排放最低,因此在燃料电池汽车绿色设计和零部件匹配时应首选考虑,其次在结合生命周期成本分析对燃料电池汽车动力力系统的六种低碳设计方案进行排序和优选,燃料电池汽车动力系统方案二全生命周期碳排放量虽为最高值,但生命周期成本相对较低,所以在综合考虑资源能源消耗、环境排放影响和生命周期成本等多方面因素,方案二为最佳方案。随后对其进行对比分析并提出应合理优化我国电网结构,并同时减少金属材料的使用、优化金属材料回收的工艺过程等改善措施,从燃料电池汽车动力系统的生产制造技术入手推进全方位绿色生产和制造等建议,这对未来我国燃料电池汽车生命周期节能减排发展将起到关键作用。
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