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行业巨变!氢能和燃料电池“掐架”,受伤的是内燃机?一线权威专家解读来了

2021-04-23 19:50 来源: e公司官微 作者: 黄翔
e公司官微 黄翔 2021-04-23 19:50

“碳达峰、碳中和”目标在前,新能源领域风起云涌,作为传统动力源的内燃机行业备受冲击,当下,该行业前景几何?是落寞,还是孕育着新的变革?

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4月22日,由中国内燃机学会主办的第二届世界内燃机大会在中国山东济南开幕。三年一届的世界内燃机大会是内燃机行业最具权威性的综合技术交流平台之一,证券时报记者在大会中与多方业内人士接触交流,倾听了来自行业权威以及一线的声音。

万钢:氢能和燃料电池发动机是重要发展方向

大会首日,全国政协副主席、中国科学技术协会主席万钢通过视频祝贺,同时也传递了来自高层的声音。

万钢指出,在动力系统电动化、工业生产智能化、经济发展低碳化的大趋势下,传统内燃机产业面临着前所未有的挑战,也蕴藏着转型发展的机遇。他认为,今后一段时间,氢能和燃料电池发动机将是发展的重要方向。

“在动力系统电动化、工业生产智能化、经济发展低碳化的大趋势下,传统内燃机的产业首先要助力能源交通领域的双碳目标的实现。”万钢表示,新一代内燃机技术是先进燃烧技术、智能控制技术和电气化技术的结合,在提高热效率、降低碳排放方面达到了新的里程碑。高效率带来低能耗,是节能和降低碳排放最现实的手段。

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其次,要积极应动新旧动能转换的压力与挑战。在动力系统电动化浪潮来临之际,传统内燃机产业要以发展的眼光和创新的思维研究制定动力技术以及产业转型升级的长远发展战略,坚持创新驱动发展,着力推进产业转型升级。要积极地推动内燃机与电驱动技术的融合发展,加大与新技术、新材料、新工艺的嵌和力度,针对新的混合动力驱动系统的需求,融合智能化的技术,推动内燃机的产业转型升级,开创新的天地。

“目前,我国一些汽车和内燃机企业已经应用自主研发的基础技术,推动内燃机与电动化、智能化趋势的深度融合,助力内燃机的稳态、高效、低排放的运行,研发了新型插电、增程式混合动力系统,实现了高效和低碳目的,产品取得了显著的市场成效。”万钢说。

最后,要主动拥抱百年未遇之大变革。自2018年首界世界内燃机大会的召开以来,领军企业率先投入燃料电池发动机的研究开发和产业化,这将对内燃机产业和燃料电池发动机的可持续发展起到重要的促进作用。

“今后一段时间,氢能和燃料电池发动机将是我们发展的重要方向,要深入研究燃料电池发动机与传统内燃机在原理、结构、工程和技术等方面的差异性和相似性,结合燃料电池发动机的需求,提高燃料电池发动机的研发质量和产业应用水平。”万钢说道。

当前的内燃机产业链正来到一个十字路口,从路径上看,内燃机虽历经几十年的研究,技术层面却仍未达到止境,而在眼前的路口上,面临来自多面的冲击,行业如何继续前行亦或寻找出口,成为各界关注焦点。

谭旭光:B10寿命将达到300万公里

以时间换空间,围绕提升内燃机的研发从未停止。大会中,中国内燃机学会副理事长、内燃机可靠性国家重点实验室主任、第二届世界内燃机大会共同主席谭旭光作题为《内燃机可靠性技术》的主旨报告。报告指出:根据制定的可靠性提升目标,预计2030年我国重型商用车B10寿命将达到300万公里。

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通常而言,B10寿命长短反应产品的可靠性程度,B10寿命达300万公里也就是说届时重型商用车有90%的概率可以正常工作到300万公里,而当前此数值为180万公里。换句话说,“可靠”也意味着“高效”,这也是减碳的重要途径。

而在这方面,涉及到工艺、材料、结构等多个领域,既有基础性技术研究,也有与大数据、智能网联相融合的前沿技术探索,牵扯到一整个体系的协同创新。谭旭光指出,目前,在多个关键技术方面,内燃机可靠性国家重点实验室已经取得了多项突破。“未来,可靠性技术的发展,也将为智能化、清洁化、电气化、低碳化、轻量化、多元化的内燃机新技术推广应用奠定基础。”谭旭光说。

站在企业的角度来看,“低碳高效”是绕不过去的事,而“双碳”时间表下比拼的是热效率。

2020年9月16日,潍柴发布全球首款突破50%热效率的商业化柴油机,这款柴油机能够满足国六/欧Ⅵ排放要求,并具备量产和商业化条件。

以目前46%行业平均热效率水平估算,热效率提升至50%,柴油消耗将降低8%,二氧化碳排放减少8%,按照目前国内重型柴油机市场保有量700万台估算,如果全部替换为50%热效率柴油机,每年大概可节约燃油3332万吨,减少二氧化碳排放10495万吨。

东风汽车公司汽油机专业总工程师张社民向证券时报等媒体表示,内燃机随着热效率持续提升,在相当长时间内应该还是主要动力源。东风在商用车柴油机领域发布了“龙擎”动力总成品牌后,在乘用车领域首次推出“马赫”动力品牌,在高效发动机和混合动力方面继续加大研发。

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张社民透露,目前东风汽车研发的增压直喷发动机热效率已经达到41.07%,下一代发动机热效率目标为45%。为了实现“碳达峰,碳中和”,东风规划在高效发动机方面迭代创新,比如在高效智能的燃烧系统,阿特金森循环、高压缩比、高能点火、主被动预燃室、稀薄燃烧技术、点燃压燃技术、高低压EGR技术、高效增压器技术,还有高效智能的热管理系统,以及深度降摩擦技术等方面我们继续创新和攻克关键技术,争取在2030年实现50%热效率,为汽车行业在2030年前实现碳达峰规划好自己的技术路线。

“通过时间换空间,也可能有颠覆性技术出现,这种技术出现也可能比我们想象的这个效率要高,但是它肯定是个永恒的主题,也是未来降碳的一个重要途径。”天津大学讲席教授、中国内燃机学会常务理事尧命发接受访问时说。

“双碳”目标倒逼产业链加速创新

当前,“双碳”目标犹如倒逼内燃机行业加速创新的“沙漏”,在此背景之下,整个行业创新热情高涨,无论是在主旨演讲和各研讨环节,都是“头脑风暴”,打开了人们的想象空间。

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“我希望将来有一天,大家早上一起床,就能从家里拎起一桶‘油’为车辆加满燃料。”中国工程院院士、上海交通大学副校长、讲席教授黄震分享了内燃机燃料技术的演进之路。他认为在碳达峰碳中和的目标下,中短期内燃机要不断提高热效率,走低碳、清洁发展之路。而从中长期来看,必须依靠变革性的燃料技术,利用可再生燃料使内燃机成为碳中性和零碳动力,为内燃机提供崭新未来。

有专家指出,提高能效、提升电气化水平、应用低碳燃料是交通部门脱碳的主要路径。可再生合成燃料将是发展大趋势,其中,有一条技术路线为二氧化碳转换可再生合成燃料,牛津大学一位教授预测,到2050年,将有42亿吨二氧化碳转化为合成燃料。

参与本次世界内燃机大会,给人最直观的感受就是,整个行业产业链都如发动机般燃烧着创新热情,渴望在当前的“危”中寻“机”。这次大会一共录用近600篇论文,各种技术方案都抢着要在这个内燃机领域最高端的技术和学术交流平台上发声、占位。

证券时报记者参与了多个研讨环节,“低碳”始终是绕不过去的热词。

“碳中和的概念应该以其全生命周期来解读和考量。”浙江大学教授俞小莉在面对《证券时报》等媒体记者时说,内燃机的“高效低碳”要从其设计开发、生产制造、使用维护、再制造,以及回收利用等全生命周期的每一个环节来考量。“我们追求的在发出同样的功率条件下,不仅所消耗的燃料更少,而且生产制造环节所消耗的原材料更少、能耗更少,使用过程的功能和性能稳定性更好、维修维护成本更低,材料的回收利用率更高。”俞小莉说,减排的内涵要进一步挖掘。

节能减排这笔账,要用“全生命周期”算总账,这也是内燃机业界的呼声,在前一日的新闻发布会中,中国船舶集团有限公司第七一一研究所所长董建福对证券时报等媒体记者也表达了相同观点,“说 ‘零碳’,不能简单就一个终端是不是零,一定要从全产业链的角度通盘计算。”

西安交通大学黄佐华教授认为,“双碳”目标对于内燃机企业的发展有不利的一面,但也应该辩证地看,是挑战更是机遇。

黄佐华认为,首先,内燃机在未来很长一段时期内仍将是部分陆上交通、船舶运输以及工程机械的主要动力,尤其是在新能源暂时无法替代的领域。因此,在“双碳”目标达成的过程中,首先要解决的就是内燃机的碳减排问题,即通过提高内燃机的热效率,降低燃油的消耗率,内燃机并不会被淘汰。

其次,内燃机要拥抱电气化,再次,用低碳燃料逐渐替代汽油、柴油等高碳燃料。

黄佐华以乙醇举例,巴西因为没有石油,就以乙醇来驱动内燃机。巴西有大量的热带雨林,他们种植了大量的甘蔗,通过甘蔗来提炼出乙醇作为燃料,燃烧后排出的二氧化碳又被大量的植物所吸附,从而实现了碳中和的目的。“这就是一个碳中和的案例,乙醇就是我们号称的碳中和燃料。这也是内燃机技术的一个发展方向。”

此外,氢能也被与会专家多次提及。黄佐华教授他认为,未来社会很可能向氢能社会发展,氢能的最大好处就是高效、清洁、可持续。俞小莉教授则表示,当前氢能内燃机是她重点研究的课题之一,该领域在国内已有所突破。

减碳道路上不创新者才是夕阳产业

在本次世界内燃机大会开幕之前,4月21日的新闻发布会上,有记者抛出了一个“直白”的问题:“‘双碳’目标下,有声音说内燃机或将退出历史舞台,内燃机已成为‘夕阳产业’,对此该如何看待?”

中国内燃机学会党委书记兼副理事长、中国船舶集团有限公司第七一一研究所所长董建福对这个问题的回答是:“内燃机行业不是夕阳产业,那些在碳减排以及零碳排放的道路上不进行创新的,才是夕阳产业。”

当前,内燃机在船用及特种装备上的应用仍是无法取代的。

“船用柴油机由于其较好的经济性、操作简单以及远航需要持续的功率输出等原因,在船用动力中占据主要地位,约95%以上的动力是柴油机。”董建福说,“船用机需要较大的功率输出,特别是远洋船舶,这是目前甚至未来十年其他动力很难取代的。船用动力系统目前也有采用电力推动的,但其电力来源还是主要来自于柴油发电机组。”董建福直言,在船用大功率驱动领域,目前其他任何动力技术都难以达到柴油机的效果。

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天津大学讲席教授、中国内燃机学会常务理事尧命发列举的数据显示,2018年,中国的公路货运共完成了全社会76.9%的货运,中国高速发展20年,很大程度主要是靠公路运输的增长实现的。中国去年重卡的销量是160万辆,就说明卡车在运输业还是要担当重任的。国际能源署2019年预计,到2040年,全球重型卡车能耗将增长65%。

事实上,当前,广泛应用于道路交通及非道路移动机械领域的内燃机,也是交通运输、工程机械、农业机械、特种装备等领域最重要的动力来源,内燃机仍是各类机械的主动力并占据着较大的市场份额。据国家统计局内燃机工业575家独立核算的规模以上企业的汇总数据,2020年1~12月内燃机工业经济运行情况逐月向好,主营业务收入、利润总额实现了连续8个月、6个月的正增长。去年全年,内燃机行业主营业务收入4344.52亿元,同比增长13.81%,利润总额393.86亿元,同比增长7.15%。

面对悬于头顶的“双碳”利剑,行业、产业链革新是必走之路。“未来,业界还会开展船用内燃机低碳零碳技术研究,如大功率的船用气体发动机、甲醇发动机、氨燃料发动机以及氢发动机的关键技术研究,从低碳内燃机逐步过渡到零碳内燃机,在船用发动机领域实现碳达峰、碳中和。”董建福说。

4月22日,中国内燃机学会联合中国汽车工程学会、中国船舶工业行业协会、中国船级社、潍柴集团、七一一研究所、清华大学、天津大学、上海交通大学、一汽、东风、中石化、中石油等20家发动机产业链核心单位组成强强联合体,共同发起成立了“中国发动机碳中和创新联盟”,为更好地履行发动机动力技术发展使命,在实现我国“两碳战略”目标中贡献力量。

中国内燃机学会表示,创新联盟将积极响应国家号召,共同研究探讨发动机减碳控碳技术路线,系统梳理关键技术难题,组织上中下游优势力量,实现自主创新技术突破,创建绿色动力规范标准,促进构建产业发展体系,共同创造我国绿色动力产业链。

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