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氫燃料發動機是內燃機的一次絕地反攻、還是垂死前抓住的最后一根稻草??

氫云鏈:氫能和燃料電池產業平臺。微信:chencjn168,申請入群請附名片

2021年業內期盼已久的燃料電池汽車示范城市群終于靴子落地!政策利好驅動下,二級市場燃料電池板塊行情從年初就一路上揚!在“”雙碳“”目標下,如果沒有材料層面的重大突破,鋰電和氫電就各有的擅長,誰也干不死誰,各有各的發展空間。在這個前提下,燃料電池未來就是一馬平川?答案是也未必!近期,沉寂了多年的氫燃料內燃機重新回到人們視野,這意味燃料電池自家兄弟的“同室操戈”大戲馬上要開播了!

近日,豐田汽車官方發布了一臺搭載1.6T氫燃料三缸發動機的豐田GR Yaris H原型車。據了解,豐田從 2017 年起才開始研究氫氣內燃機技術,因此GR Yaris H離量產估計還有相當的距離。雷克薩斯也發布了一款UTV(全地形越野車)車型,搭載了1.0L的氫內燃機,該車很有可能在2025年上市銷售。

圖1 搭載了氫內燃機的豐田GR Yaris H

多年來,豐田一直是氫燃料電池的最大倡導者,為何同時對內燃機路線感興趣?是燃料電池技術不香了嗎?

在第26屆聯合國氣候峰會上,大眾、豐田、寶馬、日產、川崎、雅馬哈、馬自達、斯巴魯等車企集體拒絕簽署《格拉斯哥氣候公約》規定在2040年逐步淘汰使用化石燃料的汽車的。

這些傳統車企以“在基礎設施等方面還沒有做好準備情況下,2040年停掉燃油車不現實”為反對理由,本質上是不想完全放棄“內燃機路線”。

原因是氫內燃機的復出,能夠滿足零碳排放,也能夠延續部分車企和內燃機企業在內燃機方面的技術優勢,甚至保留整條內燃機產業鏈條。這個思路對傳統車企具有普遍的吸引力!除了豐田之外,國際內燃機巨頭康明斯也同時布局了兩條路線:在通過收購水吉能發展燃料電池的同時也在發展氫內燃機。

圖2 康明斯內燃機

國內在積極推動燃料電池技術發展的同時,也同樣沒有放棄對氫內燃機的關注。

在政策方面,2021年8月份,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,研究推動將氫氣內燃機納入其中予以支持;12月3日,工業和信息化部印發《“十四五”工業綠色發展規劃》,再次提出發展氫燃料燃氣輪機。

在企業方面,一汽在今年4月下線了2.0L的氫內燃機,廣汽在今年9月9日也宣布了其首款氫氣發動機正式點火成功。濰柴動力也對外宣稱,早已經做好氫內燃機技術儲備,就等市場時機來了!

圖3 廣汽氫內燃機點火成功

從國內政策看,不分彼此!支持氫氣內燃機路線發展,同樣支持純電動和氫燃料電池汽車。

讓人疑惑的是,在純電動、氫燃料發動機、氫燃料電池這三個路線競爭之下之間,究竟誰才是汽車未來二十年的最好選擇?

氫云鏈認為,從國家的角度看,技術多樣化發展能夠最大程度保障產業發展方向不發生嚴重偏離。但從企業的角度看,毫無疑問要進行痛苦的抉擇,畢竟企業以營利為目的。過去十年,豐田專注燃料電池方向,錯過了國內純電動汽車市場的發展,如今豐田進入國內純電動汽車市場甚至需要借助廣汽和比亞迪的技術。

技術進步速度日新月異,多條路線同時發展,企業的選擇就更加困難。豐田不差錢,多押注一條技術路線,做個多選題,可以有備無患,但其他差錢的企業就不敢輕易下注,只能做單選題了。

氫內燃機路線有何優勢、劣勢?

經過長久的爭論,鋰電與氫電的優劣勢都已經非常清晰。但對于氫內燃機的印象大多還停留在十年前搭載了氫內燃機的寶馬7上。

圖4 氫內燃機寶馬7

據悉,當年寶馬氫內燃機被擱置的原因包括:

(1)技術方面問題眾多。有燃燒,回火,爆震,高負荷時的早燃,部分區域低于著火界限,氫氣逃逸,顆粒物排放,燒機油導致氮氧化物排放等等;
(2)效率問題。氫內燃機的燃燒效率與傳統內燃機相似,約在30%-40%。但這對比彼時的燃料電池可達60%以上的效率略顯偏低。
(3)儲氫導致的續航問題。當年的寶馬7搭載了8公斤的液氫,但續航甚至沒有超過300公里。儲氫已不容易,疊加效率不高,導致氫內燃機汽車“短腿”。
(4)配套問題。當年僅有寶馬孤身奮戰,供應鏈上沒有相應的企業配合,技術迭代難以為繼。

經過了十年時間,由于與天然氣汽車具有相似性,氫內燃機的技術問題、配套問題能夠從天然氣汽車的基礎上得到解決。這讓氫內燃機路線支持者底氣大增。

效率方面,燃料電池與氫內燃機效率分布按60%與40%計算,差距達到了50%,體現在能耗上就是百公里耗氫0.6公斤和0.9公斤的問題(按乘用車考慮)。結合儲氫問題,體現到整車上就成為續航600公里與400公里的問題——盡管加氫速度很快,但每次開個300公里就去加氫,毫無疑問是個非常糟糕的體驗——這相當于寶馬7遭遇的關鍵問題并沒有得到解決。

氫內燃機最突出的是成本優勢。盡管技術上有所變化,但本質上它還是一臺內燃機,成本與傳統內燃機不會有什么差距——僅僅是目前的燃料電池價格的1/10甚至1/20。

而且基于內燃機的基礎,不需要重新構建產業鏈。氫內燃機還可以通過與鋰電池的配合,形成混動方案,一定程度上緩解由于效率偏低造成的續航問題——內燃機的混動方案是非常成熟的。

顯然,氫燃料電池和氫內燃機是自家兄弟“同室操戈”競爭關系,在當下,如果你能接受“低成本且頻繁加氫”就可以選擇氫內燃機試一下啊!

氫云鏈認為,在轟轟烈烈的電氣化浪潮下,氫內燃機可能不僅僅是內燃機產業鏈的救命稻草,甚至可能是救命方舟!至少內燃機還有在零碳排飯要求下進行市場競爭而不是被直接淘汰的可能。無論哪個勝出,收益的都是氫能產業、加氫站運營商。

回到純電動、氫燃料發動機、氫燃料電池這三個路線如何選擇的問題,如果從國家層面技術競爭力的角度看,當初為了避開國內“內燃機和變速箱”技術國內沒有優勢尷尬,才選擇純電動,終于實現逆襲!現在電氣化趨勢確定,難道還需要再走回頭路?

氫云鏈認為,除非燃料電池汽車成本幅度達不到市場要求,純電動汽車充電速度始終解決不了,否則重走內燃機的回頭路的意義不大。

可以確定的是,在燃油內燃機統治了一百年之后,未來新能源汽車很可能進入百家爭鳴的春秋戰國時代,這是中國汽車產業最好的一次搶班奪朝、登上鐵王座的機會!

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