氨內(nèi)燃機(jī)的機(jī)遇與挑戰(zhàn)

近期，多家企業(yè)推出了以氨為原料的內(nèi)燃機(jī)：6月，一汽解放氨氫融合直噴零碳內(nèi)燃機(jī)成功點(diǎn)火；廣汽發(fā)布全球首款乘用車氨發(fā)動(dòng)機(jī)；3月，東風(fēng)與清華大學(xué)聯(lián)合研發(fā)的國(guó)內(nèi)首臺(tái)氨柴車用重型發(fā)動(dòng)機(jī)成功點(diǎn)火。另在去年6月，玉柴發(fā)布?xì)浒被烊純?nèi)燃機(jī)。

在“雙碳”目標(biāo)背景下，這些內(nèi)燃機(jī)與整車企業(yè)為何相繼開(kāi)發(fā)氨內(nèi)燃機(jī)及適配車型？氨內(nèi)燃機(jī)的發(fā)展前景如何，會(huì)遇到哪些機(jī)遇與挑戰(zhàn)？

氨內(nèi)燃機(jī)并不簡(jiǎn)單

對(duì)于安全儲(chǔ)運(yùn)來(lái)說(shuō)，氨不容易燃燒是一個(gè)優(yōu)點(diǎn)。但是，如果將氨直接作為燃料使用，因?yàn)榘钡臒嶂当忍烊粴狻涞榷家停c(diǎn)火比較困難。而且氨的燃燒速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于氫，不太容易實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定燃燒。如何讓氨穩(wěn)定地?zé)饋?lái)，對(duì)于內(nèi)燃機(jī)企業(yè)是一個(gè)技術(shù)挑戰(zhàn)。

由于氨的燃燒特性、噴霧特性、排放特性與天然氣、柴油等都有顯著差異，同時(shí)氨還有動(dòng)力性低的問(wèn)題，所以將氨直接作為燃料應(yīng)用在內(nèi)燃機(jī)上并不容易。內(nèi)燃機(jī)企業(yè)為了讓氨在發(fā)動(dòng)機(jī)里實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定燃燒，采取了很多辦法，包括對(duì)內(nèi)燃機(jī)進(jìn)行重新研發(fā)設(shè)計(jì)、將氨與易燃燃料混合使用等。

以廣汽新推出的乘用車氨發(fā)動(dòng)機(jī)為例，據(jù)業(yè)內(nèi)人士介紹，該發(fā)動(dòng)機(jī)主要以液態(tài)氨作為燃料，通過(guò)預(yù)燃室射流點(diǎn)火、雙噴射系統(tǒng)、超高壓縮比等技術(shù)實(shí)現(xiàn)氨混合氣在氣缸內(nèi)穩(wěn)定燃燒，功率達(dá)到120kW。為了能夠讓氨提供持久的動(dòng)力輸出，這款氨發(fā)動(dòng)機(jī)在噴油嘴、點(diǎn)火系統(tǒng)和預(yù)燃燒室等部位都進(jìn)行了改進(jìn)設(shè)計(jì)，其中一些技術(shù)方案在高端豪華車上才能看到。

而東風(fēng)的氨柴車用重型發(fā)動(dòng)機(jī)，為了點(diǎn)燃氨氣，提升氨的燃速，使其能夠爆發(fā)出更強(qiáng)的動(dòng)力，該發(fā)動(dòng)機(jī)采取雙燃料工作模式，加入引燃、助燃的柴油用以維持發(fā)動(dòng)機(jī)工作。由于車輛在不同路況、不同裝載，甚至不同駕駛員的操作習(xí)慣等情況下，發(fā)動(dòng)機(jī)的工況隨時(shí)可能發(fā)生改變，因此這款發(fā)動(dòng)機(jī)在柴油、氨氣的配比與燃燒控制等方面都進(jìn)行了技術(shù)研發(fā)。

從以上情況不難發(fā)現(xiàn)，雖然氨發(fā)動(dòng)機(jī)在技術(shù)層面與傳統(tǒng)燃油發(fā)動(dòng)機(jī)有著非常大的相似性，但要想要將氨直接作為燃料使用，也不是一件易事。企業(yè)之所以紛紛將氨發(fā)動(dòng)機(jī)作為一個(gè)重要的研發(fā)方向，也是因?yàn)樵?ldquo;雙碳”目標(biāo)指引下，尋找綠色動(dòng)力解決方案已成為當(dāng)務(wù)之急。對(duì)于他們而言，潛心研發(fā)、順應(yīng)發(fā)展趨勢(shì)是其持續(xù)保持生命力的重要路徑。

氨內(nèi)燃機(jī)迎來(lái)重大機(jī)遇

當(dāng)前，能源行業(yè)正從柴油等傳統(tǒng)化石能源逐漸向風(fēng)能、太陽(yáng)能、氫能等新能源轉(zhuǎn)型，在“氨=氫2.0”時(shí)代，氨能產(chǎn)業(yè)將是氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要分支。“氨氫融合”無(wú)碳燃料將有力推動(dòng)我國(guó)內(nèi)燃機(jī)行業(yè)實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)，加速產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)。

過(guò)去以柴油機(jī)為代表的大功率內(nèi)燃機(jī)作為一類具有重要地位的動(dòng)力設(shè)備，在交通運(yùn)輸（如船舶運(yùn)輸）、工程機(jī)械、農(nóng)用機(jī)械、陸用電站等場(chǎng)景有著廣泛的應(yīng)用，對(duì)推動(dòng)經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展貢獻(xiàn)巨大，但作為能源消耗“大戶”，也是二氧化碳排放的主要來(lái)源之一。

若以高效氨燃料發(fā)動(dòng)機(jī)替代現(xiàn)有在上述場(chǎng)景應(yīng)用的大功率內(nèi)燃機(jī)，經(jīng)過(guò)初步估算，平均每年約可減少二氧化碳排放343.6億噸，換算成平均碳交易價(jià)格可達(dá)1.27萬(wàn)億元。

自2022年以來(lái)，我國(guó)的氫氨一體化項(xiàng)目開(kāi)始明顯增多，目前國(guó)內(nèi)在建及規(guī)劃的綠氨項(xiàng)目已超過(guò)20個(gè)，投資額約1500億，年產(chǎn)能合計(jì)超過(guò)480萬(wàn)噸。隨著未來(lái)5到7年內(nèi)項(xiàng)目逐步大面積投產(chǎn)，上游源源不斷的綠氨資源將進(jìn)一步推動(dòng)氨內(nèi)燃機(jī)的發(fā)展。

氨內(nèi)燃機(jī)仍有技術(shù)難點(diǎn)亟待突破

從產(chǎn)業(yè)技術(shù)進(jìn)步的角度看，在氨內(nèi)燃機(jī)路線探索過(guò)程中，效率和經(jīng)濟(jì)性仍是最大挑戰(zhàn)。

當(dāng)前氨內(nèi)燃機(jī)研發(fā)面臨著對(duì)內(nèi)燃機(jī)條件下的氨燃料著火和燃燒穩(wěn)定性機(jī)理的理解尚不充分；現(xiàn)有熱力循環(huán)難以滿足氨燃料高能著火與高效燃燒的需要；缺少適用于氨燃料壓燃應(yīng)用的內(nèi)燃機(jī)結(jié)構(gòu)等。目前氨內(nèi)燃機(jī)的機(jī)器效率還達(dá)不到傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)的效率。

盡管氫氨融合技術(shù)路線的熱度頗高，但由于我國(guó)在該領(lǐng)域起步較晚，在氨發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)、氨燃料加注設(shè)施等方面儲(chǔ)備不足，同時(shí)也缺少較為完善的政策指導(dǎo)，想要真正推廣氨內(nèi)燃機(jī)應(yīng)用，還有諸多難題需要破解。

一位業(yè)內(nèi)人士表示，從實(shí)際應(yīng)用和落地的角度來(lái)看，氫氨融合技術(shù)想要大規(guī)模推廣應(yīng)用，還有很長(zhǎng)的路要走。盡管氨內(nèi)燃機(jī)尚處于研發(fā)摸索階段，但從企業(yè)對(duì)新燃料技術(shù)的迫切追求可以看出，清潔能源的利用和多元化發(fā)展將是大勢(shì)所趨。從國(guó)家能源安全角度來(lái)看，單一燃料會(huì)存在很大風(fēng)險(xiǎn)。因此，未來(lái)氫能源、甲醇、氨等能源應(yīng)用將會(huì)百花齊放。