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传统内燃机行业向低碳转型 最大马力燃氢发动机下线

发动机排量达15.93升,最大马力达560马力——这是目前我国排量最大、马力最大的燃氢发动机。

近日,广西玉柴机器股份有限公司(以下简称玉柴)YCK16H燃氢发动机在高效节能环保内燃机国家工程研究中心成功点火。

“此次大排量、大马力燃氢发动机点火是我国传统内燃机产业在氢能时代背景下动力转型的又一重要成果,不仅进一步丰富了我国燃氢发动机的产品型谱,而且也标志着我国内燃机行业在掌握大规模、低成本利用氢能的关键技术方面迈出了关键步伐。”中国内燃机工业协会常务副会长兼秘书长邢敏告诉科技日报记者。

燃氢发动机综合比较优势明显

国务院出台的《2030年前碳达峰行动方案》明确要求,在2030年非化石能源的使用比例要达到25%,积极扩大包括氢能在内的清洁能源在交通运输领域的应用。

邢敏介绍,氢能的主要利用方式有燃氢内燃机和燃料电池两种,对于作为交通运输领域节能减排主战场的内燃机系统来说,氢能燃料是一种理想的零碳燃料。同时,内燃机是最早进行氢能利用的动力系统,国外企业和科研机构已经掀起研究热潮,也取得了一定的成果,但受制、储、运的技术和成本限制,氢能在高度商业化的能源市场一直未能成为主角。

除了制、储、运的技术和成本限制外,将氢气用作发动机的燃料还面临着其他方面的技术挑战。比如,氢气燃烧快、扩散快、易点燃的特点带来较高热效率的同时,也带来了回火、早燃、爆震的“顽疾”。同时,燃氢发动机排温相对较低,且含水量大,给后处理系统带来了效率和耐久的挑战。截至目前,燃氢发动机还暂未形成成熟市场,在欧洲也只是处于探索和示范运行阶段。

邢敏表示,即便目前氢能在大规模低成本应用方面依然存在技术瓶颈,但是氢能登上能源市场的舞台已是大势所趋。

他说,相对于燃料电池,燃氢内燃机在制造成本、使用成本和动力性等方面有显著优势,而且可以很大程度沿用现有的零部件和生产制造体系,降低大规模投资带来的商业风险。尤其对中重卡、船机、工程机械等大负荷和高功率密度的应用场景来说,燃氢发动机在提供新的零碳解决方案的同时又能保持自身的高热效率。从用户层面来看,由于外观、声音、工作方式都与大家熟悉的内燃机相似,且可靠性和耐用性可与柴油发动机相媲美,选择装配燃氢发动机的重型商用车或将成为主流方向。

北京理工大学机械与车辆工程学院教授孙柏刚同样看好燃氢发动机的未来前景。“燃氢发动机不仅氢能利用效率高,解决了纯电系统的里程焦虑,而且充氢比燃油车加油的时间还短,一旦技术成熟、基础设施完善,燃氢发动机的推广将迎来爆发式增长。”他说。

加速促进“氢燃料+发动机”市场化

玉柴总工程师林铁坚介绍,此次玉柴点火成功的YCK16H重型缸内直喷燃氢发动机采用了先进的燃料高压共轨、高压缸内直喷技术和双流道增压技术,可以按需求在缸内实现均质燃烧或者分层燃烧,动力性更强、热效率更高、稳定性更好。且该产品对燃料纯度的适应性较高,可以适配灰氢、绿氢、甲醇在线制氢等多种途径制备的燃料,依据用户需求和燃料制、储、运的基础条件,自由组合燃料供给,是一种高适应性、灵活可控的零碳动力解决方案。YCK16H燃氢发动机可用于重型商用车等场景。

YCK16H燃氢发动机并不是玉柴在燃氢技术路线上的第一次探索。在2021年12月,玉柴就推出了我国首台面向城市客车、市政、环卫、物流配送领域的中型燃氢发动机YCK05H。在完成中型燃氢发动机平台、燃料电池系统开发之后,又推出YCK16H重型燃氢发动机。

“氢燃料+发动机”,正在成为商用车低碳多元化技术路线中的重要一员。除了玉柴,解放、潍柴、康明斯、道依茨等企业,也正积极推进氢燃料发动机的研发、应用。如一汽解放(7.890, -0.14, -1.74%)发布的氢气直喷发动机,具备氢气单燃料缸内直喷、氢气单燃料缸内和气道混合喷射、氨气和氢气双燃料喷射能力,可灵活转化成氢气、氨气等零碳燃料产品。

“伴随着整个产业链上制、储、运、用的全方位进步,氢能预计将成为内燃机行业进步的新生动力。2022年,玉柴还将继续加大研发投入,加强专利布局,进一步提升YCK05H、YCK16H燃氢发动机的热效率和动力性,并尝试整车示范运行。我们企业预测,在未来3年,燃氢发动机在热效率方面将会持续突破44%,氮氧化物排放也将会直接满足下一阶段的重型商用车排放法规要求;在未来5年,燃氢发动机将会迈过耐久性、可靠性等产品门槛,实现市场化。”玉柴技术研究院院长王辉博士表示。

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