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行業(yè)巨變！氫能和燃料電池“掐架”，受傷的是內(nèi)燃機？一線權(quán)威專家解讀來了
“碳達峰、碳中和”目標在前，新能源領(lǐng)域風(fēng)起云涌，作為傳統(tǒng)動力源的內(nèi)燃機行業(yè)備受沖擊，當(dāng)下，該行業(yè)前景幾何？是落寞，還是孕育著新的變革？
4月22日，由中國內(nèi)燃機學(xué)會主辦的第二屆世界內(nèi)燃機大會在中國山東濟南開幕。三年一屆的世界內(nèi)燃機大會是內(nèi)燃機行業(yè)最具權(quán)威性的綜合技術(shù)交流平臺之一，證券時報記者在大會中與多方業(yè)內(nèi)人士接觸交流，傾聽了來自行業(yè)權(quán)威以及一線的聲音。
萬鋼：氫能和燃料電池發(fā)動機是重要發(fā)展方向
大會首日，全國政協(xié)副主席、中國科學(xué)技術(shù)協(xié)會主席萬鋼通過視頻祝賀，同時也傳遞了來自高層的聲音。
萬鋼指出，在動力系統(tǒng)電動化、工業(yè)生產(chǎn)智能化、經(jīng)濟發(fā)展低碳化的大趨勢下，傳統(tǒng)內(nèi)燃機產(chǎn)業(yè)面臨著前所未有的挑戰(zhàn)，也蘊藏著轉(zhuǎn)型發(fā)展的機遇。他認為，今后一段時間，氫能和燃料電池發(fā)動機將是發(fā)展的重要方向。
“在動力系統(tǒng)電動化、工業(yè)生產(chǎn)智能化、經(jīng)濟發(fā)展低碳化的大趨勢下，傳統(tǒng)內(nèi)燃機的產(chǎn)業(yè)首先要助力能源交通領(lǐng)域的雙碳目標的實現(xiàn)。”萬鋼表示，新一代內(nèi)燃機技術(shù)是先進燃燒技術(shù)、智能控制技術(shù)和電氣化技術(shù)的結(jié)合，在提高熱效率、降低碳排放方面達到了新的里程碑。高效率帶來低能耗，是節(jié)能和降低碳排放最現(xiàn)實的手段。
其次，要積極應(yīng)動新舊動能轉(zhuǎn)換的壓力與挑戰(zhàn)。在動力系統(tǒng)電動化浪潮來臨之際，傳統(tǒng)內(nèi)燃機產(chǎn)業(yè)要以發(fā)展的眼光和創(chuàng)新的思維研究制定動力技術(shù)以及產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級的長遠發(fā)展戰(zhàn)略，堅持創(chuàng)新驅(qū)動發(fā)展，著力推進產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級。要積極地推動內(nèi)燃機與電驅(qū)動技術(shù)的融合發(fā)展，加大與新技術(shù)、新材料、新工藝的嵌和力度，針對新的混合動力驅(qū)動系統(tǒng)的需求，融合智能化的技術(shù)，推動內(nèi)燃機的產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級，開創(chuàng)新的天地。
“目前，我國一些汽車和內(nèi)燃機企業(yè)已經(jīng)應(yīng)用自主研發(fā)的基礎(chǔ)技術(shù)，推動內(nèi)燃機與電動化、智能化趨勢的深度融合，助力內(nèi)燃機的穩(wěn)態(tài)、高效、低排放的運行，研發(fā)了新型插電、增程式混合動力系統(tǒng)，實現(xiàn)了高效和低碳目的，產(chǎn)品取得了顯著的市場成效。”萬鋼說。
最后，要主動擁抱百年未遇之大變革。自2018年首界世界內(nèi)燃機大會的召開以來，領(lǐng)軍企業(yè)率先投入燃料電池發(fā)動機的研究開發(fā)和產(chǎn)業(yè)化，這將對內(nèi)燃機產(chǎn)業(yè)和燃料電池發(fā)動機的可持續(xù)發(fā)展起到重要的促進作用。
“今后一段時間，氫能和燃料電池發(fā)動機將是我們發(fā)展的重要方向，要深入研究燃料電池發(fā)動機與傳統(tǒng)內(nèi)燃機在原理、結(jié)構(gòu)、工程和技術(shù)等方面的差異性和相似性，結(jié)合燃料電池發(fā)動機的需求，提高燃料電池發(fā)動機的研發(fā)質(zhì)量和產(chǎn)業(yè)應(yīng)用水平。”萬鋼說道。
當(dāng)前的內(nèi)燃機產(chǎn)業(yè)鏈正來到一個十字路口，從路徑上看，內(nèi)燃機雖歷經(jīng)幾十年的研究，技術(shù)層面卻仍未達到止境，而在眼前的路口上，面臨來自多面的沖擊，行業(yè)如何繼續(xù)前行亦或?qū)ふ页隹冢蔀楦鹘珀P(guān)注焦點。
譚旭光：B10壽命將達到300萬公里
以時間換空間，圍繞提升內(nèi)燃機的研發(fā)從未停止。大會中，中國內(nèi)燃機學(xué)會副理事長、內(nèi)燃機可靠性國家重點實驗室主任、第二屆世界內(nèi)燃機大會共同主席譚旭光作題為《內(nèi)燃機可靠性技術(shù)》的主旨報告。報告指出：根據(jù)制定的可靠性提升目標，預(yù)計2030年我國重型商用車B10壽命將達到300萬公里。
通常而言，B10壽命長短反應(yīng)產(chǎn)品的可靠性程度，B10壽命達300萬公里也就是說屆時重型商用車有90%的概率可以正常工作到300萬公里，而當(dāng)前此數(shù)值為180萬公里。換句話說，“可靠”也意味著“高效”，這也是減碳的重要途徑。
而在這方面，涉及到工藝、材料、結(jié)構(gòu)等多個領(lǐng)域，既有基礎(chǔ)性技術(shù)研究，也有與大數(shù)據(jù)、智能網(wǎng)聯(lián)相融合的前沿技術(shù)探索，牽扯到一整個體系的協(xié)同創(chuàng)新。譚旭光指出，目前，在多個關(guān)鍵技術(shù)方面，內(nèi)燃機可靠性國家重點實驗室已經(jīng)取得了多項突破。“未來，可靠性技術(shù)的發(fā)展，也將為智能化、清潔化、電氣化、低碳化、輕量化、多元化的內(nèi)燃機新技術(shù)推廣應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。”譚旭光說。
站在企業(yè)的角度來看，“低碳高效”是繞不過去的事，而“雙碳”時間表下比拼的是熱效率。
2020年9月16日，濰柴發(fā)布全球首款突破50%熱效率的商業(yè)化柴油機，這款柴油機能夠滿足國六/歐Ⅵ排放要求，并具備量產(chǎn)和商業(yè)化條件。
以目前46%行業(yè)平均熱效率水平估算，熱效率提升至50%，柴油消耗將降低8%，二氧化碳排放減少8%，按照目前國內(nèi)重型柴油機市場保有量700萬臺估算，如果全部替換為50%熱效率柴油機，每年大概可節(jié)約燃油3332萬噸，減少二氧化碳排放10495萬噸。
東風(fēng)汽車公司汽油機專業(yè)總工程師張社民向證券時報等媒體表示，內(nèi)燃機隨著熱效率持續(xù)提升，在相當(dāng)長時間內(nèi)應(yīng)該還是主要動力源。東風(fēng)在商用車柴油機領(lǐng)域發(fā)布了“龍擎”動力總成品牌后，在乘用車領(lǐng)域首次推出“馬赫”動力品牌，在高效發(fā)動機和混合動力方面繼續(xù)加大研發(fā)。
張社民透露，目前東風(fēng)汽車研發(fā)的增壓直噴發(fā)動機熱效率已經(jīng)達到41.07%，下一代發(fā)動機熱效率目標為45%。為了實現(xiàn)“碳達峰，碳中和”，東風(fēng)規(guī)劃在高效發(fā)動機方面迭代創(chuàng)新，比如在高效智能的燃燒系統(tǒng)，阿特金森循環(huán)、高壓縮比、高能點火、主被動預(yù)燃室、稀薄燃燒技術(shù)、點燃壓燃技術(shù)、高低壓EGR技術(shù)、高效增壓器技術(shù)，還有高效智能的熱管理系統(tǒng)，以及深度降摩擦技術(shù)等方面我們繼續(xù)創(chuàng)新和攻克關(guān)鍵技術(shù)，爭取在2030年實現(xiàn)50%熱效率，為汽車行業(yè)在2030年前實現(xiàn)碳達峰規(guī)劃好自己的技術(shù)路線。
“通過時間換空間，也可能有顛覆性技術(shù)出現(xiàn)，這種技術(shù)出現(xiàn)也可能比我們想象的這個效率要高，但是它肯定是個永恒的主題，也是未來降碳的一個重要途徑。”天津大學(xué)講席教授、中國內(nèi)燃機學(xué)會常務(wù)理事堯命發(fā)接受訪問時說。
“雙碳”目標倒逼產(chǎn)業(yè)鏈加速創(chuàng)新
當(dāng)前，“雙碳”目標猶如倒逼內(nèi)燃機行業(yè)加速創(chuàng)新的“沙漏”，在此背景之下，整個行業(yè)創(chuàng)新熱情高漲，無論是在主旨演講和各研討環(huán)節(jié)，都是“頭腦風(fēng)暴”，打開了人們的想象空間。
“我希望將來有一天，大家早上一起床，就能從家里拎起一桶‘油’為車輛加滿燃料。”中國工程院院士、上海交通大學(xué)副校長、講席教授黃震分享了內(nèi)燃機燃料技術(shù)的演進之路。他認為在碳達峰碳中和的目標下，中短期內(nèi)燃機要不斷提高熱效率，走低碳、清潔發(fā)展之路。而從中長期來看，必須依靠變革性的燃料技術(shù)，利用可再生燃料使內(nèi)燃機成為碳中性和零碳動力，為內(nèi)燃機提供嶄新未來。
有專家指出，提高能效、提升電氣化水平、應(yīng)用低碳燃料是交通部門脫碳的主要路徑。可再生合成燃料將是發(fā)展大趨勢，其中，有一條技術(shù)路線為二氧化碳轉(zhuǎn)換可再生合成燃料，牛津大學(xué)一位教授預(yù)測，到2050年，將有42億噸二氧化碳轉(zhuǎn)化為合成燃料。
參與本次世界內(nèi)燃機大會，給人最直觀的感受就是，整個行業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈都如發(fā)動機般燃燒著創(chuàng)新熱情，渴望在當(dāng)前的“危”中尋“機”。這次大會一共錄用近600篇論文，各種技術(shù)方案都搶著要在這個內(nèi)燃機領(lǐng)域最高端的技術(shù)和學(xué)術(shù)交流平臺上發(fā)聲、占位。
證券時報記者參與了多個研討環(huán)節(jié)，“低碳”始終是繞不過去的熱詞。
“碳中和的概念應(yīng)該以其全生命周期來解讀和考量。”浙江大學(xué)教授俞小莉在面對《證券時報》等媒體記者時說，內(nèi)燃機的“高效低碳”要從其設(shè)計開發(fā)、生產(chǎn)制造、使用維護、再制造，以及回收利用等全生命周期的每一個環(huán)節(jié)來考量。“我們追求的在發(fā)出同樣的功率條件下，不僅所消耗的燃料更少，而且生產(chǎn)制造環(huán)節(jié)所消耗的原材料更少、能耗更少，使用過程的功能和性能穩(wěn)定性更好、維修維護成本更低，材料的回收利用率更高。”俞小莉說，減排的內(nèi)涵要進一步挖掘。
節(jié)能減排這筆賬，要用“全生命周期”算總賬，這也是內(nèi)燃機業(yè)界的呼聲，在前一日的新聞發(fā)布會中，中國船舶集團有限公司第七一一研究所所長董建福對證券時報等媒體記者也表達了相同觀點，“說 ‘零碳’，不能簡單就一個終端是不是零，一定要從全產(chǎn)業(yè)鏈的角度通盤計算。”
西安交通大學(xué)黃佐華教授認為，“雙碳”目標對于內(nèi)燃機企業(yè)的發(fā)展有不利的一面，但也應(yīng)該辯證地看，是挑戰(zhàn)更是機遇。
黃佐華認為，首先，內(nèi)燃機在未來很長一段時期內(nèi)仍將是部分陸上交通、船舶運輸以及工程機械的主要動力，尤其是在新能源暫時無法替代的領(lǐng)域。因此，在“雙碳”目標達成的過程中，首先要解決的就是內(nèi)燃機的碳減排問題，即通過提高內(nèi)燃機的熱效率，降低燃油的消耗率，內(nèi)燃機并不會被淘汰。
其次，內(nèi)燃機要擁抱電氣化，再次，用低碳燃料逐漸替代汽油、柴油等高碳燃料。
黃佐華以乙醇舉例，巴西因為沒有石油，就以乙醇來驅(qū)動內(nèi)燃機。巴西有大量的熱帶雨林，他們種植了大量的甘蔗，通過甘蔗來提煉出乙醇作為燃料，燃燒后排出的二氧化碳又被大量的植物所吸附，從而實現(xiàn)了碳中和的目的。“這就是一個碳中和的案例，乙醇就是我們號稱的碳中和燃料。這也是內(nèi)燃機技術(shù)的一個發(fā)展方向。”
此外，氫能也被與會專家多次提及。黃佐華教授他認為，未來社會很可能向氫能社會發(fā)展，氫能的最大好處就是高效、清潔、可持續(xù)。俞小莉教授則表示，當(dāng)前氫能內(nèi)燃機是她重點研究的課題之一，該領(lǐng)域在國內(nèi)已有所突破。
減碳道路上不創(chuàng)新者才是夕陽產(chǎn)業(yè)
在本次世界內(nèi)燃機大會開幕之前，4月21日的新聞發(fā)布會上，有記者拋出了一個“直白”的問題：“‘雙碳’目標下，有聲音說內(nèi)燃機或?qū)⑼顺鰵v史舞臺，內(nèi)燃機已成為‘夕陽產(chǎn)業(yè)’，對此該如何看待？”
中國內(nèi)燃機學(xué)會黨委書記兼副理事長、中國船舶集團有限公司第七一一研究所所長董建福對這個問題的回答是：“內(nèi)燃機行業(yè)不是夕陽產(chǎn)業(yè)，那些在碳減排以及零碳排放的道路上不進行創(chuàng)新的，才是夕陽產(chǎn)業(yè)。”
當(dāng)前，內(nèi)燃機在船用及特種裝備上的應(yīng)用仍是無法取代的。
“船用柴油機由于其較好的經(jīng)濟性、操作簡單以及遠航需要持續(xù)的功率輸出等原因，在船用動力中占據(jù)主要地位，約95%以上的動力是柴油機。”董建福說，“船用機需要較大的功率輸出，特別是遠洋船舶，這是目前甚至未來十年其他動力很難取代的。船用動力系統(tǒng)目前也有采用電力推動的，但其電力來源還是主要來自于柴油發(fā)電機組。”董建福直言，在船用大功率驅(qū)動領(lǐng)域，目前其他任何動力技術(shù)都難以達到柴油機的效果。
天津大學(xué)講席教授、中國內(nèi)燃機學(xué)會常務(wù)理事堯命發(fā)列舉的數(shù)據(jù)顯示，2018年，中國的公路貨運共完成了全社會76.9%的貨運，中國高速發(fā)展20年，很大程度主要是靠公路運輸?shù)脑鲩L實現(xiàn)的。中國去年重卡的銷量是160萬輛，就說明卡車在運輸業(yè)還是要擔(dān)當(dāng)重任的。國際能源署2019年預(yù)計，到2040年，全球重型卡車能耗將增長65%。
事實上，當(dāng)前，廣泛應(yīng)用于道路交通及非道路移動機械領(lǐng)域的內(nèi)燃機，也是交通運輸、工程機械、農(nóng)業(yè)機械、特種裝備等領(lǐng)域最重要的動力來源，內(nèi)燃機仍是各類機械的主動力并占據(jù)著較大的市場份額。據(jù)國家統(tǒng)計局內(nèi)燃機工業(yè)575家獨立核算的規(guī)模以上企業(yè)的匯總數(shù)據(jù)，2020年1~12月內(nèi)燃機工業(yè)經(jīng)濟運行情況逐月向好，主營業(yè)務(wù)收入、利潤總額實現(xiàn)了連續(xù)8個月、6個月的正增長。去年全年，內(nèi)燃機行業(yè)主營業(yè)務(wù)收入4344.52億元，同比增長13.81%，利潤總額393.86億元，同比增長7.15%。
面對懸于頭頂?shù)摹半p碳”利劍，行業(yè)、產(chǎn)業(yè)鏈革新是必走之路。“未來，業(yè)界還會開展船用內(nèi)燃機低碳零碳技術(shù)研究，如大功率的船用氣體發(fā)動機、甲醇發(fā)動機、氨燃料發(fā)動機以及氫發(fā)動機的關(guān)鍵技術(shù)研究，從低碳內(nèi)燃機逐步過渡到零碳內(nèi)燃機，在船用發(fā)動機領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)碳達峰、碳中和。”董建福說。
4月22日，中國內(nèi)燃機學(xué)會聯(lián)合中國汽車工程學(xué)會、中國船舶工業(yè)行業(yè)協(xié)會、中國船級社、濰柴集團、七一一研究所、清華大學(xué)、天津大學(xué)、上海交通大學(xué)、一汽、東風(fēng)、中石化、中石油等20家發(fā)動機產(chǎn)業(yè)鏈核心單位組成強強聯(lián)合體，共同發(fā)起成立了“中國發(fā)動機碳中和創(chuàng)新聯(lián)盟”，為更好地履行發(fā)動機動力技術(shù)發(fā)展使命，在實現(xiàn)我國“兩碳戰(zhàn)略”目標中貢獻力量。
中國內(nèi)燃機學(xué)會表示，創(chuàng)新聯(lián)盟將積極響應(yīng)國家號召，共同研究探討發(fā)動機減碳控碳技術(shù)路線，系統(tǒng)梳理關(guān)鍵技術(shù)難題，組織上中下游優(yōu)勢力量，實現(xiàn)自主創(chuàng)新技術(shù)突破，創(chuàng)建綠色動力規(guī)范標準，促進構(gòu)建產(chǎn)業(yè)發(fā)展體系，共同創(chuàng)造我國綠色動力產(chǎn)業(yè)鏈。
責(zé)任編輯：彭佳兵
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