1.氢发动机是什么
氢气发动机本质上是发动机的一种,是指把氢气作为燃料的新型发动机;氢气不含有碳,燃烧后不产生CO2。氢气可以通过太阳能、风能等可再生能源获得,被认为是理想的能源或能源载体。氢气作为内燃机燃料时,极易实现稀薄燃烧,排放污染物少,热效率高。
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2.氢发动机的优点
(1)比燃油发动机:优点:氢气是可再生能源,相对绿色环保,在双碳政策下有所优势,且拥有相对成熟的技术和制造基础,无需大规模投资。
(2)相比燃料电池系统:优点:1)价格便宜,市场接受度高。重卡燃料电池系统目前价格在100万左右,依赖国家补贴,氢气发动机相对性价比更高;2)对氢气纯度要求低于燃料电池。工业副产品制氢(70%纯度)即可,甲烷等杂质对氢气发动机无影响。而燃料电池要求纯氢。所以氢气发动机是燃料电池发展成熟之前的过渡方案,可以促进上游氢供给产业的发展。
(3)
对比动力电池:1)应用场景不同,纯电动主要用于乘用车,在重卡等领域扮演辅助角色。中重型商用车作为生产工具,对载重量要求极高,电池过重会影响载货量。所以重卡方向适合以氢气发动机作为过度,以燃料电池作为终极目标。2)纯电动重卡可采用换电模式,用于特定区域及封闭场景,如矿山、港口等区域。
3.氢发动机的技术难点
(1)降压供气系统壁垒
氢气发动机需将油箱改成氢罐,当前氢罐主流为35MPa以上,趋势为70MPa;常规液体发动机的油泵是升压泵,作为雾状喷射到发动机里面。氢气发动机是降压泵,需要把高压的纯度高的氢气泄压到缸内。
(2)安全性问题
氢气易燃易爆。燃料电池不涉及到燃烧环节,相对安全;但氢气发动机会发生氢气燃烧,燃烧过程中存在安全性问题,所以不能让氢气反向逆火。
(3)氢气化学属性活泼带来的氢脆问题
氢气化学属性活泼,易与大部分金属产生化学反应,即“氢脆”现象。氢气与钢接触无需加热加压便可直接产生氢脆现象。所以发动机气道、燃烧室、活塞、气门等金属均需要做强化设计,比如采用特种合金等形式,以保证发动机维持生命周期正常运行。
(4)氢气燃烧控制精确控制问题
发动机希望做到精确控制,但氢气热值高,燃烧速度快,温度高,燃烧控制很难做到精确。
(5)热效率低且提升难度大
提高发动机热效率的方法主要为提高压缩比,常规发动机热效率为40-50%,而氢气发动机热效率在30%左右。氢气易燃易爆,提高压缩比容易自发燃烧,控制难度极大。
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