2024年3月26日-28日,2024中国商用车论坛在湖北省十堰市举办。本届论坛由中国汽车工业协会主办,以“新步伐•新成效•新提高,助力商用车产业高质量发展”为主题,基于行业高质量发展要求、国家“双碳”目标实现、汽车产业转型和创新需要,以创新促改革、促转型、促发展,助力商用车产业高质量发展。
其中,在3月28日下午举办的“主题论坛六:新产品、新技术助力商用车供应链创新发展”上,广西玉柴机器股份有限公司研发总院副院长盛利发表精彩演讲。
以下内容为现场发言实录:
尊敬的罗秘书长,各位领导,各位同仁下午好。刚刚殷院长讲到商用车有四大痛点,其中两大痛点,我想我这个报告里面可能会有一些解决方案,所以也希望跟大家一起进行探讨和分享。
我的报告一共是三个方面,
第一,商用车动力的挑战。
第二,从法规,政策,包括新能源的挑战和冲击,其实也带来一些机遇。
第三,总结。
从国家的双碳战略来讲,商用车降碳非常重要,因为整个商用车不论是排放还是能耗是占到汽车行业非常大的占比,商用车必须完成绿色转型,全世界中欧美日都在这方面进行持续的发力和竞争。
另外,降污降碳,这个是我们国家目前一个重点目标,如何把有害排放降下来,同时实现油耗的降低,是我们当前的一个重要的任务,也是国家的一个重要的方向。
第三,油耗法规的升级和客户的实际需求。实际上,刚刚讲的,习主席这么注重物流行业,实际上一个是注重效率,第二个是注重成本。中美欧日分别制定了我们相应的油耗法规,目前油耗法规已经正式颁布,2024年底开始认证,2026年底正式实施。
另外,排放法规的要求。美国一直是走在前面的,特别是加州地区,美国下一个阶段的排放法规,氮氧化物降低90%,PM降低50%,二氧化碳降低7%,但是它对氨和PN没有特殊的一些要求,跟美国的地理环境和使用习惯可能有一些要求。
另外,欧七标准这一块,基本上形成一个定论,今天上午的李刚博士也通报了一下,目前来看主要几个变化点。第一个就是增加氨气排放限制,原来的PPM改为质量的控制。第二个是PM粒径从23加严到10纳米,这样对于排放来讲是一个很大的挑战。第三个RDE里面加了CF的因子。第四个,对于短行程增加了新的预算限值。
中国的排放法规,就是在欧六之前,都是参考欧洲和美国来制定,到了国七的法规,中国也是从中国的实际情况做了一些专题的研究,基本上中国国七的排放限值基本上确定了。目标就是氮氧下降值比欧洲更严格,下降74%,同时增加了氧化二氮的限制,因为氧化二氮和二氧化碳,还有甲烷是比较严重的温室气体。同时,粒径也是跟欧洲一样,从23纳米下降到10纳米的一个水平,大家可以看得到,把非甲烷的限值,原来国六的时候是统一的,国七的时候单独加了一个,所以说整个排放的难度相对更大。
再看一下能源发展方向,因为我们是用能源的这么一个装置,包括商用车,最终我们商用车的发展还是要看我们能源的结构怎么变化。根据黄院士2023年内燃机学会的一个报告来看,首先第一就是会实现电力的零碳化,主要是通过风电,光电,再加上水电和核作为补充来实现。电力实现零碳化之后,因为风光电有波峰波谷问题,这样一部分进行储能之外,大部分我们可以转化成为绿氢,如果有绿氢结合二氧化碳生成绿醇,这样合成燃料转化成为能源,这样实现间歇式的能源最后转变可持续能源,可分布式应用的能源,从而高碳变成低碳,最后助力能源行业进行脱碳。
从绿电转变成为低碳燃料之后,特别是醇,在制备过程中,实际上它是吸收二氧化碳的,使用的时候排放二氧化碳,所以最后实际上虽然甲醇分子式有碳,但是产业链来讲率零碳的,零碳的电力和燃料,最终在需求侧使用有三个方向,第一个电力直接用电动车进行使用,充电。第二个就是,电质燃料有两个应用方向,一个是燃料电池,一个是低碳内燃机。燃料电池有好几种,现在目前最普遍就是氢燃料电池,实际上甲醇也是可以做燃料电池的。对于我们内燃机来讲,这个有一个重大的机遇,也就是低碳燃料的发动机开发,因为大家知道现在以柴油机为主,商用车,后续的话,今年已经是以天然气为主,就是牵引车目前天然气的销售占比达到了60%,就是最近几个月。
所以这样就带来一系列的,包括刚刚因为排放的法规,油耗法规,包括要脱碳的政策方向,带来几个方面的技术挑战。首先第一个,国七的法规要求,这样对于排气温度的控制和SCR低温转化效率提出一个比较大的挑战。大家可以看到就是,我们做了一个摸底,如果还是按照国六的技术NOx是非常高的,但是加上我们一系列的,包括热管理,包括紧耦合的双级的SCR技术,我们可以基本上做到跟欧七的限制接近,或者是还低一些。
第二个就是PN的挑战,以前按照23纳米来看,粒子数很少,如果10纳米来算大大超过限值要求,同时PN粒径生存有很多影响,特别跟尿素喷射,因为尿素要雾化,带来低粒径的粒子,所以看到尿素的喷射影响非常大。
第三个就是氧化二氮的挑战,因为温室效应比较明显,所以国七法规加了N2O的限值要求,这样对于目前的SCR的涂层技术也要进行全新升级才能进行控制。
针对法规的挑战,目前整个行业都是采用紧耦合的SCR技术加上热管理的方式,从目前来看国六升级到国七,目前技术方案应该来讲还是比较成熟,并且成本增幅不是很大。但是这个方案要根据不同的应用场景进行设定,因为不同应景常用温度控制,喷射量的控制完全不一样的。所以我们之前做了一个,包括和VECC一起合作做了一些技术研究,我们一共做了五条技术路线,通过五条技术路线的对比,从五个方面,污染的潜力,氮氧减排的潜力,PN的控制能力,耐久和成本来讲,方案4是方案5目前是能够满足法规要求,但是到底选哪一个,这个实际上根据不同场景,不同应用来进行选择。
另外,我们针对双碳的目标,并且针对预防严格的油耗,我们进行了低碳,绿色,燃料方面的一个转型升级。目前已经开发的低碳发动机有氢内燃机,有氨气内燃机,有甲醇内燃机,还有醇氢,还有柴油和甲醇双喷的技术,包括点燃式和压燃式的各种发动机。另外国内的同行业在做这方面的一些尝试,今天上午一汽的同事也是展示了他们氢内燃机的研发成果。从整个行业来看,目前整个内燃机行业,短期还是以提高发动机热效率+混动的技术来满足双碳的要求。中期就是以各种低碳燃料为主,长期就是以碳中和碳燃料或零碳燃料为主,包括刚才说的甲醇,氢。
这个是我们玉柴针对技术路线,我们所制定的一个路标。我们可以看一下,具体提高我们柴油机的技术,实际上这个技术行业内也是形成共识的,也就是说目前从我们当前的产品来看,我们已经批产的可以做到50%的有效热效率,然后通过技术的迭代,最终我们可以做到53%的一个有效热效率。
第二个针对法规要求,我们认为在某些细分场景,提高发动机本身热效率不足以满足要求,比如说红色的,主要是针对专用的作业场景,低速,低温的,这个场景是不足以满足油耗的。针对这个要求我们怎么办,我们做了一些油耗摸底,前面那几个通过发动机的升级,整车的滚组和效率的提升,基本上可以满足降的要求。但是后面几个红框是不满足,针对几个不满足的场景,我们目前开发了一系列的混动的方案,从摸底来看,把混动方案叠加之后,绿色的这条我们就可以看到,从红色的,10%的降幅+混动,可以达到20%到40%的降幅不等,这几个场景可以达到法规的要求。
同时,油耗的降低,因为热效率提升带来的就是油耗的一个降低,整个无论是刚才说的五个场景还是别的应用领域,里程越短,车速越低,带来降幅越高,长途牵引加上混动之后,也有一些效果。
另外针对天然气发动机,我们目前也有一个总的技术目标和方案,当前的产品已经达到41%的热效率,这个目前是行业最高的,我们中期会加上低压EGR技术,加上低摩擦技术达到43%,我们后期开展棚顶形燃烧室技术,可以达到45%。
这个是我们目前针对降碳目标,我们所采用的一些技术的组合,包括我们自主的控制器。
这个是采用天然气之后,各个细分场景二氧化碳排放的预测,大家可以看一下,采用天然气之后,实际上虽然没有零碳的燃料那么明显,但是对于柴油来讲,它的天然气的降二氧化碳效果还是不错的。
另外,如果产业有绿氢,绿氨和绿醇效果比较,未来几年绿氨绿醇的产量会持续的提升。
但是,现在目前虽然零碳,特别是绿氢,绿氨比较看好,但是实际上当前产业的成熟度还是不足的,目前我们对技术成熟度,我们定义有分九级,我们认为真正具备商业化的能力要达到八级左右,实际上目前技术成熟度,包括博世,包括国内的厂家目前实际上还不能提供完全商业化的产品,所以这一块我们积极跟高校,跟行业的龙头企业进行合作和开发。
这个是我们目前玉柴开发一款16L柔性燃料平台,这个平台通过更换燃料系统和缸盖,实现不同燃料的运用和组合,基本框架是一样的,这样可以实现燃料的快速切换和应用。同时,还集成了自主的控制系统。
最后总结,在国家的“碳达峰”和“碳中和”指引下,应该讲传统内燃机还是有比较大的潜力,能为减污降碳做一些贡献,特别是低碳燃料的运用。所以就是减污降碳短期来讲提升热效率,混动技术组合为主。长期我们还是要发展零碳低碳的燃料,来实现为整个双碳的战略提供一个产品和技术。
感谢大家。
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