氫內(nèi)燃機技術路線百花齊放

　　國內(nèi)對氫內(nèi)燃機領域的探索正悄然興起。

　　近期，國內(nèi)多家商用車和零部件企業(yè)相繼發(fā)布氫內(nèi)燃機研發(fā)成果。諸如，一汽解放自主設計開發(fā)的國內(nèi)首款重型商用車缸內(nèi)直噴氫氣發(fā)動機已實現(xiàn)平穩(wěn)運行;中國重汽、濰柴動力聯(lián)合發(fā)布全國首款配裝13L氫內(nèi)燃機的重卡車型。除此之外，玉柴YCK16H燃氫發(fā)動機、上海新動力首臺直噴式氫氣發(fā)動機也已成功點火。縱觀全球市場，今年5月，康明斯對外展示了一款15L氫內(nèi)燃機產(chǎn)品，并隨后宣布加入氫能發(fā)動機聯(lián)盟。據(jù)悉，該聯(lián)盟成員還有博世、戴姆勒卡車和卡爾斯魯厄理工學院等。

　　短短幾個月內(nèi)，氫內(nèi)燃機產(chǎn)品密集發(fā)布，它為何突然就火了?

　　氫內(nèi)燃機何以大火

　　事實上，氫內(nèi)燃機并不是一個新鮮事物，早在上世紀70年代，就有大批汽車企業(yè)和科研機構投入到相關研究中，經(jīng)過幾十年的努力，雖取得了一定成果，但并沒有一款氫能發(fā)動機量產(chǎn)上市。沉寂許久后，氫內(nèi)燃機于近兩年才逐漸回歸到各大車企的視野之中。

　　在業(yè)內(nèi)人士看來，在純電動、燃料電池技術大行其道的當下，商用車和內(nèi)燃機企業(yè)重新將注意力轉(zhuǎn)向氫內(nèi)燃機的研發(fā)，這與全球性碳中和目標緊密相關。

　　在全球節(jié)能減排的大趨勢下，汽車及交通行業(yè)加快推進減碳、脫碳進程勢在必行。商用車行業(yè)作為助力減碳任務的主戰(zhàn)場，正面臨著新舊動能轉(zhuǎn)換的“大考”。長期來看，電動化無疑是商用車產(chǎn)業(yè)達成“雙碳”目標的核心路徑，但中短期內(nèi)，內(nèi)燃機在道路交通運輸領域，仍具有不可替代的重要作用。在此背景下，傳統(tǒng)車企和內(nèi)燃機企業(yè)積極尋求轉(zhuǎn)型升級，發(fā)展內(nèi)燃機燃料多元化技術路線，推動內(nèi)燃機應用低碳清潔新能源，已成為業(yè)內(nèi)共識。

　　“面對多種技術路線之爭，各大頭部企業(yè)并沒有‘一意孤行’，而是積極在做‘多選題’，這是很好的趨勢，有利于企業(yè)從容應對市場變化，也能最大程度避免產(chǎn)業(yè)發(fā)展方向嚴重偏離。”天津大學教授姚春德指出，氫能是“雙碳”戰(zhàn)略目標下，實現(xiàn)能源轉(zhuǎn)型升級的重要支撐，基于氫能的各種技術路線的研發(fā)，已成為車企和內(nèi)燃機企業(yè)的迫切需求。作為氫能在車用領域發(fā)展的重要路徑，氫內(nèi)燃機既能滿足減排要求，又可以充分利用現(xiàn)有內(nèi)燃機行業(yè)的研發(fā)、制造、供應鏈資源，快速實現(xiàn)量產(chǎn)，并在最終成本上做到與傳統(tǒng)內(nèi)燃機接近，這是其他新能源技術都無法比擬的。

　　“氫內(nèi)燃機最為突出的是成本優(yōu)勢和推廣優(yōu)勢。”工信部甲醇汽車推廣應用專家指導委員會秘書長魏安力進一步分析稱，一方面，氫內(nèi)燃機具有多燃料適應性，可以使用純氫為燃料，也可通過與鋰電池配合，形成混動方案，能有效降低對石油的依賴性;另一方面，可以使內(nèi)燃機資源得到最大化利用，延長生產(chǎn)裝備生命周期。氫內(nèi)燃機保留了傳統(tǒng)內(nèi)燃機的主要架構和系統(tǒng)，不需要重新構建產(chǎn)業(yè)鏈，其技術實現(xiàn)的難度和成本投入遠小于燃料電池。

　　此外，從使用角度來看，氫內(nèi)燃機沒那么“嬌貴”，對氫氣的純度要求不高，也不依賴稀有金屬，而且在高負荷區(qū)具有較高的綜合效率，對于承擔貨物運輸?shù)闹兄乜▉碚f，氫內(nèi)燃機是更經(jīng)濟、更高效的選擇。今年全國兩會上，全國人大代表、廣西玉柴機器股份有限公司新品試制裝配工段工段長許燕妮也提出，氫內(nèi)燃機成本低、加氫快，而且無里程焦慮，具有在商用車全領域應用的潛力。

　　濰柴動力技術部門相關負責人表示，在原有內(nèi)燃機產(chǎn)業(yè)鏈基礎上，以氫氣作為燃料來實現(xiàn)“零碳排放”，對于助力實現(xiàn)“雙碳”目標、推動內(nèi)燃機產(chǎn)業(yè)持續(xù)升級，以及推動商用車能源多元化發(fā)展具有重要意義。

　　氫氣缸內(nèi)燃燒技術提升

　　多年前，氫內(nèi)燃機受到冷落，原因是多方面的，比如技術難度大、燃燒效率低、扶持力度小、加氫站建設滯后等。如今，在“雙碳”目標的指引下，沉寂多時的氫內(nèi)燃機正迎來新的發(fā)展機遇。

　　在配套基礎設施方面，近年來，在國家利好政策的助力下，氫能產(chǎn)業(yè)實現(xiàn)了快速發(fā)展，同時也促進了氫能基礎設施建設以及氫能產(chǎn)業(yè)鏈的不斷完善，這為氫內(nèi)燃機的發(fā)展打下了良好基礎。

　　在政策支持層面，去年8月，工信部在對十三屆全國人大四次會議第5736號建議的答復中表示，下一步將積極配合相關部門制定氫能發(fā)展戰(zhàn)略，研究推動將氫內(nèi)燃機納入其中予以支持;工信部印發(fā)的《“十四五”工業(yè)綠色發(fā)展規(guī)劃》中再次提出，發(fā)展氫燃料燃氣輪機。

　　對于氫內(nèi)燃機未來的應用前景，國內(nèi)外企業(yè)都非常看好，并給予了很大的期待。“作為氫燃料電池、動力電池及可再生天然氣動力鏈的有效補充，氫能發(fā)動機項目將為公路運輸行業(yè)實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展，提供更多潛在的技術選擇。”康明斯副總裁、發(fā)動機事業(yè)部總工程師白納川(Jonathon White)說道。

　　據(jù)了解，目前歐洲幾乎所有的主流商用車和零部件企業(yè)都在關注或已開始對氫內(nèi)燃機展開可行性研究。與此同時，我國的氫內(nèi)燃機研發(fā)也取得了較大進展和突破。

　　“從綜合成本、性能、可靠性、耐久性等方面來看，氫內(nèi)燃機相較燃料電池更具優(yōu)勢。但與此同時，由于氫氣點火能量低、燃燒速度快、燃燒溫度高，使得氫內(nèi)燃機容易發(fā)生早燃、回火和爆燃等問題，而且在燃燒效率方面也存在一定劣勢。”姚春德告訴記者，從目前國內(nèi)面世的氫內(nèi)燃機產(chǎn)品公開信息來看，上述的痛點問題很多都已經(jīng)被攻克，并且在熱效率方面也有所突破，相關機型基本都采用高壓共軌噴射、分層燃燒和稀薄燃燒等技術，讓氫氣在氣缸內(nèi)充分燃燒，提高整車的動力性和經(jīng)濟性。

　　具體來看，一汽解放自主研發(fā)的缸內(nèi)直噴氫氣發(fā)動機采用了氫氣分層超稀薄燃燒技術、彌勒循環(huán)滾流氫氣混合技術等，能夠大幅提高熱效率并解決回火問題，保障氫氣發(fā)動機穩(wěn)定高效運轉(zhuǎn)，運轉(zhuǎn)功率超過500馬力(約合368kW)，指示熱效率突破55%;玉柴YCK16H采用了燃料高壓共軌、高壓缸內(nèi)直噴技術和雙流道增壓技術，可按需求在缸內(nèi)實現(xiàn)均質(zhì)燃燒或分層燃燒，動力性更強、熱效率更高、穩(wěn)定性更好;濰柴13L氫內(nèi)燃機有效熱效率達41.8%，采用的多項專有技術有效解決了氫氣異常燃燒難題。

　　業(yè)內(nèi)專家指出，國內(nèi)氫內(nèi)燃機的成功點火，為商用車和內(nèi)燃機行業(yè)釋放了積極信號。各大車企巨頭未雨綢繆、做好技術儲備，既可更好地應對市場和產(chǎn)業(yè)變局，還能占領技術制高點，在競爭激烈的市場中獨占鰲頭。

　　商業(yè)化之路仍很漫長

　　氫內(nèi)燃機作為實現(xiàn)傳統(tǒng)化石能源替代的可行性技術路線，已引起業(yè)內(nèi)的廣泛關注。國內(nèi)外車企和內(nèi)燃機企業(yè)的紛紛布局，也說明氫內(nèi)燃機在商用車領域具有較為廣闊的發(fā)展前景。不過，目前氫內(nèi)燃機產(chǎn)業(yè)仍處于起步階段，想要實現(xiàn)商業(yè)化，還需面臨諸多挑戰(zhàn)。

　　“氫內(nèi)燃機在商業(yè)化推廣上，同樣遇到了氫燃料電池所面臨的問題。比如氫氣的運輸、存儲，以及加氫站成本高昂等制約因素。另外，從效率方面來看，氫內(nèi)燃機的熱效率依然是短板，相關技術有待進一步突破。”姚春德表示，只有技術難題被攻克，基礎設施更完備，氫內(nèi)燃機才有可能實現(xiàn)大規(guī)模推廣應用。

　　在業(yè)內(nèi)專家看來，想要氫內(nèi)燃機實現(xiàn)商業(yè)化落地，需建立完善的產(chǎn)業(yè)生態(tài)，而這并不是一家廠商就能解決的，需要相關部門統(tǒng)籌規(guī)劃，讓制氫、儲氫、運氫成為一個成熟且完善的產(chǎn)業(yè)鏈，以此降低各個環(huán)節(jié)的成本。同時，合理的政策鼓勵和支持是必不可少的推動因素。

　　麥肯錫全球董事合伙人方寅亮也指出，氫內(nèi)燃機技術路線的成熟，僅靠實驗室數(shù)據(jù)是不夠的，離不開商業(yè)化探索，雖然短期氫能在汽車上的應用還要克服諸多問題，但與純電等目前的主流新能源汽車技術路線一樣，都是值得堅持投入的長期事業(yè)。