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魏安力:內燃機應用甲醇 破解能源“不可能三角理論”

發布時間:2022-03-22

導語:

內燃機不需要拯救,更不需要挽救,內燃機唯一需要的是團隊和多邊化合作,以人類探索大自然的無畏精神和智慧,去認知可再生能源-甲醇,將其作為內燃機的新燃料,據此特性優化和完善內燃機,破解能源不可能三角理論,實現新能源內燃機高質量轉型發展。

背景提示:

3月5日,習近平總書記參加十三屆全國人大五次會議內蒙古代表團審議時提出:“綠色轉型是一個過程,不是一蹴而就的事情。要先立后破,而不能夠未立先破。富煤、貧油、少氣是我國的國情,以煤為主的能源結構短期內難以根本改變。實現‘雙碳’目標,必須立足國情,堅持穩中求進、逐步實現,不能脫離實際、急于求成,搞運動式‘降碳’、踩‘急剎車’。不能把手里吃飯的家伙先扔了,結果新的吃飯家伙還沒拿到手,這不行。既要有一個綠色清潔的環境,也要保證我們的生產生活正常進行?!比f物得其本者生,百事得其道者成??倳浱岢觯骸稗k事情一定要掌握這么一個原則,一定要算大賬、算長遠賬、算整體賬、算綜合賬?!?

挑戰目標:

開放宏觀經濟學有一個著名的“不可能三角”理論,即中央銀行貨幣政策獨立性、固定匯率制度和跨境資本自由流動三者不能兼顧。

其實,在能源領域也有一個“不可能三角”理論,指的是能源的清潔、穩定和廉價三者不可能同時兼顧。也就是說,如果一國要尋求清潔與廉價的能源,那么能源的穩定性將難以保證;如果要追求穩定與廉價的能源,那么能源的清潔性將難以保證;如果要求追求穩定與清潔的能源,那么能源的廉價性將難以保證。


 一、去內燃機化不符合能源經濟發展規律 不符合中國國情


進入本世紀,隨著人類環境保護意識的跨越式提升,對交通運輸工具的有害物質排放控制,被推到了跨越式發展的軌道上。電動汽車以自運行零排放(以此被冠以新能源汽車美名),在生產制造和銷售消費環節,獲得政策支持、金融支持、各級財政補貼支持、消費購置綠色通道支持,以及綠色牌照道路行駛特權,由此引導全社會高度關注,引發汽車產業對零排放無限追逐,引發產業和社會諸多新名詞誕生,更是引發一些決策人、業界人和媒體人的“果斷”判斷。當中國研究“停止燃油汽車生產和銷售”的“雙?!甭曇粢话l出,短短兩年里,就誕生了“中國停止燃油車生產和銷售的時間表”建議方案。由此,內燃機是夕陽工業;內燃機沒有任何發展前景;內燃機將在未來的若干年如同蒸汽機車一樣退出歷史舞臺;某些世界工業發達國家和地區,已經開啟了停止燃油車生產銷售的元年等信息接踵而來。一時間,電動汽車將主導世界交通未來的輿論聲音不絕于耳。拋開電動汽車的動力電池“里程焦慮”、實現“雙碳”目標的貢獻率、個人消費者的電池更換成本、市場使用保障體系建設等問題存在,對內燃機簡單粗暴的偏見成為“政治正確”。

近兩個五年計劃期,各個地方密集發布的氫能規劃推動了中國氫能產業轟轟烈烈地大干快上。但筆者認為事實是,由人類對的地質勘探得知,地球有油田、有煤礦,但沒有氫田,更沒有氫礦。氫是二次能源,制取氫能需要耗能。如果我們用一種碳氫能源去制備氫能,所獲得的氫能就不能被認定是符合“碳中和”目標的氫能。

發展電動汽車和發展氫能產業是人類的大目標,也可以稱之為大戰略。但過早和過于片面地將其與內燃機的發展對立起來,以內燃機當下固有的碳和有害物質排放為由,以此作為“去內燃機”的理由,并由此將其邊緣化,就顯得頗有偏失了。

其實,在今天人類認識的能源世界里,不論是電動汽車,或是氫能汽車,還有燃油汽車,都需要不斷地探索,需要深入地在應用領域開拓,需要堅持不懈地去解決科學問題。停了誰發展誰,不是我們當代人的使命,總不能把手里吃飯的家伙先扔了,結果新的吃飯家伙還沒拿到手。處在高質量轉型和發展中的交通運輸裝備領域,沒有必要去冒這個風險。相互融合包容發展,為后人探索發展路徑提供選擇參考,才是我們今天人類的使命。改變內燃機命運和前途應該是團隊的協作、自信的創新和不斷的進取。


 二、交通運輸動力裝備同樣要先立后破,而不能夠未立先破


早在2019年10月,中國工程院原副院長謝克昌院士指出:“要在能源體系框架下進行能源轉型和結構優化,防范不切實際的能源轉型對經濟發展和能源供應造成的傷害?!苯o我們提出了警示。2020年12月,中國科學院副院長張濤院士呼吁:“拆掉能源體系中的一堵堵‘圍墻’,讓各能源品種有機融合,共同擔當起降碳減排重任”。

讀兩位院士的警示和呼吁,認真領會習總書記“要先立后破,不能夠未立先破”的指示。筆者認為:中國今天社會和經濟領域里各行各業的發展,都要堅持“先立后破”的基本原則。不符合“中國國情、資源稟賦、因地制宜、事實求是、獨立思考”而一蹴而就的美好發展意愿,都要進行調整。能源經濟、交通運輸裝備、裝備制造、基礎建設、農業工程都應如此。我們太需要協同與合作了,太需要融合與包容了。

今天,人類維系可持續發展的經濟,既然不可能去內燃機化,也就不存在拯救內燃機之說詞,更不存在挽救內燃機之言論。當下的內燃機行業,唯一需要的是廣大從業人員,在能源轉型和自身轉型的進程中,開展協調協同和多邊合作,堅持不懈地創新、完善和優化。地球只要在太陽系里運轉,它就有無窮無盡的能源,就有滿足當下和未來的常溫常壓液體燃料,內燃機就有無窮無盡的液體和氣體燃料,去內燃機化不以個人意志為基礎,更不是唯物主義所為,因為地球是五彩斑斕的,因為地球是多元化物質組成的。

今天的電動汽車,需要做的是如何在實驗室里,用科學的方法去解決“里程焦慮”,把技術儲備和工程化實踐工作做好。當下,在電動汽車領域, “滲透率”一詞成為新熱點。比如對于“自主品牌批發、零售‘滲透率’,已經逼近、超過40%的大關”的預期,筆者認真地思考,如果當下的電動汽車沒有了“里程焦慮”,又解決了個人消費領域動力電池更換的“價格焦慮”后,那將是道路交通領域低碳發展第一階段值得驕傲的成就!

今天的氫能汽車需要做的是:既不要把高額的制造成本依賴財政補貼,也不要把龐大的制、儲、運、加注基礎設施建設投資轉嫁給企業,更不要把任何環節的安全隱患連帶附加給使用者。

事實上,我們需要的是各負其責,相互融合,共同滿足消費市場不同應用場景的需求。例如,北京沒有必要以停止燃油車銷售,全面推廣電動汽車運行(營),以此實現“雙碳”目標。因為北京根本做不到,既不符合北京市發展,也不符合京津冀經濟帶發展,更不符合中國國情。筆者認為,這是沒有科學基礎、產業基礎和市場需求的“美好愿望”,我們不能再做“不能把手里吃飯的家伙先扔了,結果新的吃飯家伙還沒拿到手”的事了。


三、甲醇燃料-讓能源領域里的“不可能三角”理論成為可能


3月12日,央視財經頻道《對話》欄目播出了《從能源看懂中國經濟》的對話,邀請中國工程院院士、國家能源咨詢專家委員會副主任杜祥琬解讀如何從能源角度看懂中國經濟。在節目最后,杜祥琬院士表示,對能源領域里的“不可能三角”理論,我們要通過幾年、幾十年的努力,提倡高質量發展的能源,實現“可能三角”。

筆者認為:中國具有破解能源“不可能三角”理論的技術基礎、能源基礎和市場基礎。甲醇能源、甲醇經濟、甲醇燃料、液態陽光甲醇,完全可以實現低碳清潔、穩定供給和廉價供應。在剛剛閉幕的全國兩會上,涉及液態陽光甲醇制備、甲醇汽車和甲醇燃料應用的提案、議案,構成了今年的熱點話題。說明甲醇能源和甲醇燃料在動力燃燒和熱力燃燒領域里的應用,正在被廣泛地接受和關注。破解能源領域里的“不可能三角”理論,中國有能力、有實力、有基礎、有擔當,毋庸自疑。

常溫常壓的甲醇液體燃料可在傳統能源動力領域應用,以汽、柴油做燃料的應用領域,甲醇燃料都可以做到。甲醇燃料發動機,可以作為道路車輛(乘用車和不同類型的商用車)驅動動力、混合動力單元動力、增程器動力;非道路大型礦山車輛增程器動力;由增程器動力衍生的固定發電動力;船舶和水面作業裝備動力;城市綠化、環衛作業裝備動力;農田作業裝備動力,有特殊要求的動力裝置等。

甲醇在線制氫氣體燃料。由常溫常壓液體甲醇產出,一是規避氫能產業制、儲、運、加注高成本投入痛點問題;二是解決道路車輛攜帶氫能儲備裝置安全保障難點。甲醇在線制氫裝置,既可為氫燃料電池在線提供氫氣,又可為甲醇燃料電池在線提供氫氣,還可為氫燃料發動機在線提供氫氣。作為能源消費端的道路車輛、內河航運船舶、水面船艇、特殊要求的使用裝備(包括固定發電裝備),都可以在燃料電池和氫燃料發動機之間,選擇所需。嚴格碳排放要求的使用場景,成本承受度高的特殊應用場景,可以選擇前者。對成本敏感的特殊應用場景,可以選擇后者。工業化制氫和富產氫的行業(包括產地和產區),可以選擇后者用于發電,以實現循環利用。

2020年10月,北京組織召開了“氫能轉子發動機關鍵技術論證會”,2021年10月,北京組織召開了“氫內燃機系統技術討論會”,2022年3月,廣州組織召開了“碳中和 甲醇氫能 新能源動力 技術交流會”。論證、討論、交流,三個層次三場會議,圍繞甲醇、氫能、在線制氫,給內燃機應用氣體燃料開啟了一個實現多元化發展的新方向。

今天,在動力燃燒和熱力燃燒領域中,仍然存在對甲醇燃料視而不見、聽而不聞和不屑一顧的現象和群體。今天歐洲動蕩局面的警示,給我們提出的是面對能源安全和能源保障的大考。當我們面對疫情防控、面對穩定經濟、面對穩定就業之際,如何認識甲醇已經被公認為是一種低碳清潔能源這一現實?如何認識中國推廣甲醇燃料應用走了近半個世紀的這一成就?現在到了改變觀念和認識的時候了。

只要這個地球還有石油,常溫常壓下的液體化石燃料就會給內燃機源源不斷地提供能源。只要這個地球還在太陽系里,液態陽光甲醇就能持續地給內燃機提供燃料。內燃機根本就不存在消亡的問題,更不存在“雙?!钡膯栴}。在我們破解能源領域“不可能三角”理論成為可能的進程中,內燃機不可或缺。

全球唯一可燒制白陶瓷的甲醇燃燒設備,生產燒制的北京冬奧“冰墩墩”和“雪容融”,已經向世界展示了中國可再生能源甲醇燃料應用的硬科技。(文:中國汽車網作者:魏安力,畢業于原吉林工業大學汽車工程系內燃機專業。)

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