内燃机行业顺势而动吹响了向“双碳”目标进军的号角,在“碳达峰”“碳中和”的压力下,内燃机行业如何应对挑战,请看行业大咖怎么说。
自1876年以来,德国人奥拓发明并制成世界第一台实用的内燃机,内燃机的发展已经经历了145年的历程。内燃机作为第二次工业革命的标志性科技成就,现在仍在人类生产生活中发挥着不可替代的作用,而且在未来相当长一段时间,仍将作为陆上交通、船舶运输和工程机械的主流动力,也是目前和今后实现节能减排以及碳减排最具潜力的产品。
国家 “十四五”规划纲要也提出,推动绿色发展,促进人与自然和谐共生,促进经济社会发展全面绿色转型,建设人与自然和谐共生的现代化,这是中国对国际社会的庄严承诺,应对气候变化是全人类的共同事业,关乎人民福祉,关系人类未来,对内燃机行业的未来发展,既是机遇也是挑战。
——国际内燃机学会主席、中国内燃机学会理事长金东寒
潍柴作为内燃机可靠性国家重点实验室的依托单位,始终将可靠性作为产品的核心竞争力之一,强化对应用基础研究和竞争前共性技术研究的高度重视和持续投入,带来了丰硕的科研成果。从荣获国家科技进步一等奖,到发布全球首款发动机本体超过50%热效率的柴油机,潍柴十年磨一剑,心无旁骛攻主业,掌握了一批别人拿不走、全国叫得响、全球立得住的自主可控关键核心技术,实现了在柴油机行业自主创新的跨越式发展。在中国潍坊建立全球唯一、年产销百万台发动机的研发制造基地,并推动实现了商用车动力总成、CVT动力总成、液压动力总成核心技术的突破,补齐了中国在这三大领域的核心技术短板,推动中国柴油机产业链不断向高端迈进。
内燃机可靠性国家重点实验室现已成为我国内燃机行业凝聚培养创新领军人才、开展高水平创新合作、产出重大原创成果的重要科技创新基地。未来,将充分发挥 “产学研”链合创新方面的重要推动作用,携手行业同仁持续攻关内燃机可靠性基础研究和共性技术,不断推动我国和世界内燃机行业高质量发展,为碳达峰、碳中和战略目标的实现贡献更大的力量。
——大会共同主席、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谭旭光
如果简单说内燃机这个行业是夕阳产业,我不赞同这个说法。应该说在碳减排以及零碳排放的道路上不创新者才是夕阳产业。在船用柴油机领域中国跟国际上是同步的,研发水平是同步的,很多像排放治理的技术和装备即将实现产业化,潍柴动力在世界上推出首款热效率突破50%的商业化柴油机,是一个非常了不起的进步。
目前商船95%以上船用动力是柴油机动力,也就是内燃机的一种,主要有这样几个原因:第一,柴油机的性价比比较高,经济性比较好,相比较低的价格、能耗率、全周期的维护成本,另外它特别适合远洋商船持续大功率的输出,操作和维修简单。第二,船用领域需要的功率非常大,小的几千千瓦,大的要几万甚至近10万千瓦,这是目前任何一类其他动力技术在一定时期内难以达到的。
船用动力节能减排有着非常大的技术空间,主要通过几条技术路线来减碳,最终实现零碳和净零排放。当然,零碳一定是全产业链这样一个净零排放,所谓的“碳中和”也是这个概念。我们主要通过这样几条技术路线实现:
首先,本身效率的提高。因为效率的提高本身就是减排,很多的碳排放是由于燃烧不充分,效率不高造成的。船用动力机械来讲,柴油机的效率是最高的,一般能达到40%~45%。其次,实际上很多代用燃料的采用,比如原来柴油的运用,今后用甲醇、氨燃料、LNG气体、氢气等,这些代用燃料本身碳很低,在这些方面我们已经做了很多开发研究。最后就是治理技术,碳已经排出来了,根治还需要一段时间。碳的捕捉,二氧化碳的捕捉以及封存技术,也就是CCS技术也要进行研究。
在船用动力节能减排方面,我们要做的工作还有很多,空间也很大。
——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
在碳达峰、碳中和目标下,中短期来说,内燃机仍要不断提高热效率,走低碳、清洁发展之路;中长期来说,变革性技术——可再生合成燃料将使内燃机成为碳中性和零碳动力,为内燃机提供崭新未来。
可再生合成燃料是以太阳能、风能等可再生能源为主要能量供给合成的高能量密度燃料。在电力的零碳化基础上通过P2X(能源转化),实现燃料的零碳化。
当前可再生合成燃料主要有两种技术路线:一种是首先通过光解水获得绿氢,之后将二氧化碳催化加氢生成醇醚燃料。
可再生合成燃料的第二种技术路线是直接用阳光、水、二氧化碳三者通过电催化、光催化的方法直接生成一氧化碳、氢气、乙醇等原料,随后再通过控制生成可再生燃料。
可再生合成燃料解决了可再生能源的储存问题,可再生合成燃料输运和加注方便,可利用目前加油站等基础设施,社会应用成本低,可实现 “源-储-荷”离线可再生能源利用,有望使内燃机燃料取之不尽用之不竭,独立于化石能源,实现碳中和和净零碳排放,是一项极具潜力的变革性技术,将为国家能源战略转型与交通能源可持续发展提供全新的解决方案。
——中国工程院院士、上海交通大学副校长、讲席教授黄震
在 “十四五”期间,针对特种车辆柴油机的节能减排,我们考虑要从三个方面实现这个目标:首先要减少碳排放总量。第二个是加快淘汰老旧落后的特种车辆的柴油机,以降低碳排放存量。第三个是我们要积极推进先进动力技术和新能源动力在特种车辆上的应用研究,以控制未来碳排放的增量。
——中国北方发动机研究所首席科学家、中国内燃机学会副理事长张树勇
随着热效率的持续提升,内燃机在相当长时间内应该还是适量的主要动力源。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,继续引领行业发展。比如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我们自己的技术路线。
——东风汽车公司汽油机专业总工程师、汽油机专业委员会主任张社民
内燃机或者柴油机在过去担当了满足国家重大战略需求的重任。未来它还会担当这种使命。由于对功率的需求、运行环境的要求,目前还没有一种方案能够替代柴油机。提高效率是降低碳排放的一个重大的战略需求,也是必然的选择。潍柴已经实现了商业化柴油机50%热效率的突破,接下来实现55%的突破,也是完全有可能的。传统的石化能源,有降碳的空间,比如氢燃料,低碳燃料像天然气也是降碳的途径。未来更长远的是要燃烧可再生燃料,可再生燃料包括可再生合成燃料,包括甲醇、氨。可再生燃料、氢、电都是未来实现 “碳中和”的重要途径。未来内燃机在整个能源供应体系里面,大有可为。
——天津大学讲席教授、中国内燃机学会常务理事尧命发
近年来,为应对环境和能源挑战,汽车能源动力系统正进行深刻变革,特别是为减缓气候变暖,碳达峰、碳中和的全球共同行动,进一步加快了汽车能源动力系统、电气化、电动化转型的进程。但这也很大程度上造成了汽车界和内燃机界的共同困扰和焦虑,内燃机的生命力还有多久,内燃机的前景在哪里?这种困扰一定程度上也已经影响了行业的科技创新、技术研发甚至人才队伍的建设。这种困扰、困惑本身应该是产业该焦虑的,我简要地分享汽车工程学会组织千余名国内外专家研究制定并于去年年底发布的2.0版节能与新能源汽车路线图的相关认识。
一是汽车能源系统电动化转型是一个渐进化的过程,相当长时间内,内燃机是汽车的主体,是汽车产业节能减排降碳的主要贡献者。路线图认为2030年我国汽车产销的35%以上仍是以内燃机为主体的动力。
二是系统高效化、混合动力化、燃料低碳化,这是内燃机推进创新的重要方向。2030年混合动力将是内燃机的主要形式,基于内燃机的乘用车平均能耗低于自身每百公里,新型的低碳甚至零碳燃料,阳光石油比例将逐步提高。
——中国汽车工程学会常务副理事长兼秘书长张进华