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[组图]汽车能源新方向:富氢动力总成研发及产业化的研究-金沙贵宾会线路检测

文章来源:本站原创  点击数:1012  更新时间:2017-4-19 8:55:50

 -澳门金沙娱乐场无需申请即送25元按照目前国家政策层面上对新能源汽车的界定,主要分为三大类:纯电动汽车、插电式(含增程式)混合动力汽车、燃料电池汽车,其主要特征是纯电驱动。这是中国较为明确的新能源汽车发展布局。无论哪类新能源汽车,都涉及电驱动。本文介绍的富氢动力总成不仅可以用于新能源电动汽车,同时也可用于传统汽车的改造升级,其产业化对政治和经济意义非凡。
 
一、富氢及富氢动力总成的基本含义
发展新能源和清洁能源汽车的主要目的在于环保的意义。氢燃料电池汽车被认为是新能源汽车的终结模式,甲醇是最理想的替代清洁能源。

理论上,甲醇可以直接供内燃机燃烧,可以制造纯混合气体,供内燃机燃烧,可以制造出纯氢供燃料电池发电。甲醇的来源不是问题,尤其是甲醇可以制纯氢,其制造技术已经很成熟了。其难点在纯氢(99.99%)如何上车?目前的基本途径有三:一是纯氢压缩装瓶上车;二是将氢气注入中间载体(液态);三是车载甲醇制氢。

目前三种途径各有其缺陷,第一种纯氢压缩装瓶上车,其安全性保障措施成本极高,纯氢的存储、运输、加注的技术难度极大;第二种途径将氢气注入中间载体,由于氢气于的比重非常轻,注入车载中间液体选择也是非常有难度;车载甲醇制氢在提纯工艺要求的条件上,基本没有实现的可能。

根据现有的条件,目前最具有产业化可能途径是车载甲醇制富氢,而非甲醇制纯氢的技术。

所谓富氢是以氢气(H2)为主要成分和一氧化碳(CO)及甲烷(CH4)的混合气体。富氢可以直接供内燃机燃烧做功发电,或者供汽车发动机燃烧做功。如果富氢动力总成技术研发成功,其产业化经济效益,不可想象。

车载甲醇制富氢有如下实现条件:
(1)甲醇在运输、储存、加注没有难度,车载甲醇制富氢的成功探索将为甲醇用于汽车燃料开辟一条新路。
(2)多年甲醇直接注入车载内燃机(发动机)技术,虽然没有取得产业化突破,但是有大量的技术沉淀和经验积累,有迁移至车载甲醇制富氢的可能。
富氢动力总成研发的基本原理基于内燃机(发动机)的燃烧的基本特性,摒弃纯甲醇(纯氢)直接注入车载内燃机(发动机)技术路线的不足,利用其优点,在富氢的生产和富氢燃烧上下功夫,攻克其核心技术、掌握其关键技术,培育其支撑技术。
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二、富氢动力总成研发的三大基本原理
(1)甲醇制氢气原理:热力学甲醇裂解是一个吸热反应过程,甲醇(CH3OH)在催化剂和一定温度作用下(吸热过程反应)产生C-H和C-O键的催化活性及C-C键的偶联反应,实现甲醇裂解变成为氢气(H2)和一氧化碳(C0)(反应式:CH3OH→CO+2H2)。
说明:甲醇制气出来的不是纯氢气,是含一氧化碳(C0)以及伴生的甲烷(CH4)成分的富氢。这种富氢必须提纯至99.99%后,才能满足燃料电池模块发电的要求。技术上可以实现车上提纯氢气的要求,但一氧化碳(C0)以及伴生的甲烷(CH4)在车上如何处理是一个难题。因为富氢中的氢气(H2)、一氧化碳 (C0)以及伴生的甲烷(CH4)这三种成分都是可以燃烧的气体燃料。按照这一原理的实践结果如下:
①液态甲醇用工厂化生产技术,可以生产出纯氢(99.99%),是很成熟的技术;
②内燃机可以直接燃烧甲醇或氢气来做功,但目前技术不成熟,还达不到汽车对动力的要求。
③燃料电池发电要求的是纯氢(99.99%),车载甲醇制气是富氢,所要解决的难点是车上如何提纯和一氧化碳(C0)以及伴生的甲烷(CH4)的处理问题。

(2)富氢比能量提升原理
众所周知,车载内燃机(发动机)所产生的热量中,1/3用于做功,1/3用于制冷降温、1/3因燃烧不充分而通过废气排放到外部。这1/3的外排能量能不能用来提高甲醇热值?
我们知道常规技术下,甲醇热值较低(仅为汽油的40%),其直接燃烧较汽油消耗量增加60%,经济价值让其没有推广意义。
而利用内燃机(发动机)将这部分热废气能量来裂解甲醇生产出富氢,既利用了废气能量,又提高了比能量。运用这一原理研发富氢动力总成装车后,经权威检测机构的检测表明:
①甲醇利用废气裂解后比不用热废气直接裂解热值提高了27%以上;
②燃烧富氢,其效果明显优于单一纯氢气或者单一甲醇直接燃料;
③间接地提高甲醇的比能量,接近汽油比能量,具有产业化推广的技术基础。

(3)燃烧精准表征控制原理
通过智能控制ECU技术富氢生产过程进行精准表征控制,优化富氢的掺烧比例,实现富氢稀薄燃烧,从而接近汽油机的燃烧水平,排放水平满足国家对发动机排放要求。在确保内燃机动力性(不同工况点)的基础上,提升其经济性,降低了内燃机发动机排放等,确保传统内燃机发动机排放能达到或优于国Ⅴ标准以上。燃烧精准表征控制原理如下:

三、富氢动力总成实际装车后的性能指标
①甲醇热值较裂解前提高了27%以上;
②甲醇裂解气含H2、CO、CH4可燃混合气体,其产气率高达95%及以上;
④汽油掺烧甲醇裂解气发动机动力保持在95%以上;
④用100%甲醇替代汽油,满足节约汽油100%的要求。
 
四、富氢动力总成研发的三大技术
甲醇汽车是世界各国政府一致努力的方向和目标。世界各国(包括中国)政府和企业几乎不约而同地将努力的目标和方向及其实现的技术路径紧紧锁定在汽车应用方面,如氢气汽车(含液氢、压缩氢气、氢气包、氢燃料电池等)、纯甲醇汽车、醇油混合汽车、醇氢汽车、醇油氢(裂解气)汽车等,形成甲醇汽车研发和应用 的“热点”。而要成功开发出富氢动力总成,要求众多技术支撑,归纳起来是“核心技术、关键技术、支撑技术”三大类。

(1)“核心技术”:富氢动力总成微型化
①甲醇裂解制气(包括可燃氢气、一氧化碳、甲烷)装置,必须小型化(微型化)。
②随车制气要达到其汽车实用化标准。主要指标有较高的制气率、供气量充足,且低温裂解、需响应速度快等;
③富氢动力总成必须有稳定、长期工作的能力,必须超越传统发动机的关键指标。

(2)“支撑技术”:发动机动力系统研究
发动机动力关键技术和ECU控制系统及各项动力系统参数标等是开发富氢动力总成的支撑技术。没有动力系统研究技术的支撑,如果仅是利用已经被淘汰的化油器进行虹吸(负压)供给甲醇裂解气,效果与真正的甲醇汽车或者甲醇随车制氢新能源汽车或醇氢汽车相差甚远,甲醇随车制气要得到推广应用,需要对发动机动力系统技术做一步完善。

(3)“关键技术”:自动控制系统(ECU)
汽车“甲醇随车制氢与供氢”控制系统、发动机动力系统控制及其与整车控制系统等有效匹配的综合自动控制系统(ECU)技术,是富氢动力总成的“关键技术”。

五、富氢动力总成是新能源汽车理想增程器
由于动力电池比能量的瓶颈没有解决到位,目前纯电动汽车单次续驶里程难以与传统汽车竞争;氢燃料电池汽车,目前还刚刚开始启动示范,居多技术难题还没有解决,在此暂不讨论;插电式(增程式)混合动力汽车,目前基本上是直接采用小型汽(柴)内燃机做增程器的动力源,其内燃机自己的环保指标并没有达标,而且通过外插充电,虽然间接降低整车油耗,但电能消耗增加。
本研究的结论是,富氢动力总成是新能源汽车插电式(增程)混合动力汽车增程器的最佳选择,富氢动力总成与目前增程器相比,其优势如下:
①节油率可以实现100%,实现了插电式混合动力汽车零排放的目标,比目前政策上要求的指标40%,高出了60%。
②富氢动力总成是发电机的动力源,它可以保持在内燃机的最高效率区做功,与汽车工况变化无关。目前国家推广新能源汽车政策,有利于替换目前插电式混合动力汽车的增程器。
③富氢动力总成替代插电式混合动力汽车的增程器,制造成本下降,车辆的运行费用降低,燃料部分成本降低80%。将提升汽车生产厂家的积极性,其插电式(增程式)电动汽车不仅能享受政府补贴红利,而且赢利空间增加。
总之,富氢增程器出现,对我国新能源汽车推广,尤其插电式(增程)混合电动汽车推广大规模的发展是一个巨大推动,我国新能源汽车的插电式(增程式)混合动力商业车,不仅是电动公交车、电动道路客运客车会大规模增长,而且大、中型电动货车也将会持续增长。
六、富氢动力总成研发成功有利于清洁能源汽车加速推广
甲醇是清洁能源之一,被认为可再生循环的替代石油最可靠的宝贵资源。
①煤炭可以制造出甲醇(氢能),将有效促进煤炭产业转型换代。为陷入困境的我国煤矿煤炭产业带来重大战略发展机遇,走出煤矿煤炭产业的新思路、新出路、新效益,形成新的经济增长点。
②煤炭可以制造纯甲醇,可以有效代替汽油作为汽车等动力设备的清洁能源,可以减少对石油的依赖,减少空气污染。
③富氢动力总成将成为可以再生循环的最清洁能源,“变废为宝”成为清洁能源提高最佳途径。工业生产中产生的甲烷、瓦斯、煤尘等大量废弃物成为甲醇制造的最为廉价和宝贵的生产原料。大气中的二氧化碳(CO2)可以制造合成甲醇,又成为取之不尽的廉价生产材料。

 
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