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我国节能环保型船用发动机发展战略的思考

发布时间:2012-11-16


 中华游艇网11月15日消息:内燃机广泛用作汽车摩托车、工程建筑机械、农业机械、船舶、铁道内燃机车、内燃发电设备、军用装备、地质和石油钻机,以及旅游运动器械、园林机械和各种通用机械的主导配套动力;内燃机是我国城市和乡镇、公路和铁道、工地和农田、矿区和油井、江河和湖海、高山和边疆不可或缺的动力机械;内燃机在我国交通运输、基础建设、农业现代化、国防现代化以及推动和促进经济发展、提高城乡居民生活水平等方面发挥着重要作用。

内燃机是目前人类所能掌握的热效率最高的移动动力机械。内燃机以优良的动力性、经济性、环保性和可靠性,满足了各种配套机械的需要,对各种配套主机的市场发展具有重大影响。随着科学技术的发展,现代内燃机融合了电子技术、信息技术、环境催化、石油化工、新型材料和精密制造等诸多高新技术,发展成为一种融合多学科技术的高新技术产品。在国家节能减排的经济发展总目标下,内燃机是目前和今后实现节能减排最具潜力、效果最为直观的产品。因此,在未来一段很长的时期中,在道路和非道路作业机械领域,内燃机作为主流动力机械的地位仍然不可动摇。

十二五期间,我国经济将保持稳定增长,同时将以转变经济发展型式和调整经济结构为主线,部署中国经济发展从外需向内需、从高碳向低碳,从强国向富民的三大转型。“十二五”期间,中国内燃机行业将应对国内发展环境的重大变化,保持全行业经济效益的稳定增长,同时坚决履行节能减排的重大社会责任,把握和谐共赢、可持续发展的新机遇,从而开始进入一个新的重大发展和重组调整期。

为满足汽车摩托车、工程建筑机械、农业机械、船舶、铁道内燃机车、内燃发电设备、军用装备、地质和石油钻井,以及旅游、休闲与运动器械、园林机械和各种通用机械等领域的发展需要,实现国家对节能减排更高、更新的发展需求,内燃机行业必须全面展开产业结构调整和产品优化升级;大力推进自主科技创新;综合提高全行业的整体素质及核心竞争力,为国民经济各行业提供先进优质的节能环保型内燃机;为我国从内燃机制造大国走向内燃机制造强国进一步夯实产业基础;为国民经济的平稳持续发展,以及建设资源节约型和环境友好型社会,作出新的、更大的贡献。

 

国际船用发动机技术发展现状

 

据国际海事组织(IMO)的研究报告数据,到2020年,全球航运业CO2排放量将达到14亿t,这给船舶航运节能减排带来了巨大的压力。

受全球气候变暖影响,国际海事组织(IMO)提出了新造船的船舶能耗限制指数(EEDI),要求各成员国自愿执行,2013年将开始强制执行。

200810月,国际海事组织海洋环境保护委员会(IMO MEPC)对IMO负责Ⅵ进行了修订,分别规定了在不同时期和区域NOXSOXPM等排放量的限制值以及对燃油含硫量的规定等。将通过两阶段实现NOX减排目标:201111开始实施IMO TierⅡ限制,201611开始实施更严格的IMO TierⅡ限制。

世界船舶柴油机技术呈现出大功率集成化、结构紧凑模块化、智能自动化、高效节能低排放及安全可靠长寿命的发展趋势,节约能源和减少排放是当今两大热点话题,低排放已成为推动当今船用发动机发展的第一驱动力。世界各国船舶发动机厂商纷纷加大技术研发力度,不断研究和开发船舶发动机新技术和新产品,提高技术创新提高船用发动机节能、环保方面的性能,在改善发动机燃料高效燃烧过程、排放控制及尾气后处理技术、新型替代燃料及船舶动力能量综合利用技术开发与应用等方面,进行了大量的技术创新和改进提高,取得了突破性进展。

面对全球船舶运输节能、环保新形势的变化,世界各国传统发动机制造商和研究机构都在积极开展船用发动机排放控制技术和低排放大功率柴油机的开发研究。

综合分析国外船用柴油机为应对节能、环保新形势的要求,其所采用的主要技术途径:

(1) 改善燃料燃烧过程,提高发动机燃烧效率,如:高增压技术、高压共轨燃油喷射技术及米勒循环技术等。

(2)  实用新型替代清洁燃料,减少燃料中有害物质成分,改变发动机以石油燃料为主的结构,特别是可再生能源的开发利用,如:气体燃料发动机、双燃料发动机及生物燃料发动机等。

(3) 开发排放控制技术和尾气处理系统,减少有害汽油排放,如:机内燃烧过程优化、废弃再循环及选择性催化还原等。

(4)发动机动力系统能量综合利用,进一步提高发动机系统效率、降低有害废气的总排放量,如采用热电联供、联合与热循环WHR、能量储存和混合动力等。

 

我国船用发动机技术发展现状

 

近年来,我国船舶工业取得了快速的发展,在国际地位和竞争实力上都实现了大幅度提高。船舶柴油机主流产品均是国外专利许可证产品,技术发展受制于人,自主知识产权的船舶发动机产品技术水平不高;我国船舶柴油机产品的整体研发水平与国外知名先进柴油机公司还存在较大的差距;我国具备了高、中低速柴油机征集的生产能力,但船舶柴油机技术发展仍存在较多不足之处;基本具备了中速柴油机的自主研发能力;初步形成了船舶柴油机及其配套件的研制生产体系和产业布局;配套件技术水平不能满足船舶柴油机的发展要求,关键配套件仍依赖进口。

“十二五”发展战略

1.     发展战略

“十二五”期间内燃机行业要深入实践科学发展观,走新型工业化道路。首先,应以市场为导向、以改革为动力、以提高经济和社会效益为中心、以节能减排为目标,加快行业结构调整和重组力度,提高全行业的综合实力和整体素质,适应经济全球化和国内外市场竞争。其次,应加快产品结构调整,利用现代高新科技,提升行业的开发创新能力和产品技术水平,为实现全行业持续稳定发展提供必要的技术保障。争取在2020年左右实现由生产大国转变为生产强国的宏伟目标,为实现我国经济转型升级和提高社会生态效益做出积极贡献。

2.     发展思路

夯实基础:夯实可持续发展的基础,夯实改革开放30年来建成的科学研究体系和产业制造体系的基础,以务实的态度解决问题。开展主机和零部件制造体系相互间的协同、协作,缩短新产品开发周期。夯实全行业的储备基础。

3.     发展主题

内燃机产品的节能、高效率、排放控制和高效清洁地利用替代燃料。

4. 发展重点

1)重点发展领域  内燃机以其是目前人类所能掌握的热效率最高的移动动力机械的特色,以及经过长期大量广泛使用所形成的便捷的社会化服务保障供应体系,被公认为在今后相当长的一个时期内,先进的内燃机仍然具备旺盛的生命力。“十二五”期间,根据节能减排的国策要求和各种相关配套机械的市场需求,内燃机行业重点发展的产品领域:①发展为大型船舶配套的低油耗低排放大功率中低速柴油机。②发展为国防工业配套用高功率密度的柴油机。③发展为先进内燃机配套的零部件。④发展用于内燃机设计开发、生产制造和检验测试用的各类先进测试设备和仪表。⑤发展内燃机开发、实验验证、标定匹配和应用管理体系的信息化技术平台。

2)重点发展的产品  ①重点发展天然气、甲醇、生物等代用燃料发动机。②游艇和低空飞行器用高速发动机。③大型船舶用大功率中低速柴油机;内河、湖泊航运、近海捕捞及水上特种作业船用高速柴油机。④电控高压共轨燃油喷射系统、电控组合式单体泵、能承受160MPa以上高动态响应的喷油器总成。⑤满足各种燃用替代燃料的内燃机用燃料供给系统。⑥适用于高性能汽油机和柴油机用高效增压器(系统)。⑦各类先进的排气后处理系统、废弃再循环系统(EGR.⑧满足整车性能需求的高可靠性电子控制系统。⑨各种新型内燃机零件(如缸套、活塞、活塞环、活塞销、曲轴、连杆、轴瓦以及进排气机构和各结合面密封垫片等)。新一代内燃机用滤清器、冷却水泵、机油泵、输油泵、电机电器、换热器等部件系统(特别鼓励支持集成模块化产品)。⑩内燃机及零部件研发、制造、检验检测用测试设备和仪器。11满足现代内燃机排放法规、适应高强化、多种燃料要求的润滑油。

3)重点发展的技术  ①内燃机先进增压技术(可变几何增压、二级增压、机械增压、电动及电辅助增压等)。②内燃机高效应用替代燃料技术。③内燃机排气后处理技术。④废弃再循环(EGR)技术。⑤多点、多参数高可靠性电子控制单元(ECU)技术。⑥柴油机燃油精细过滤及高效水分离技术。⑦内燃机可变进气系统技术内燃机用排气制动技术。⑨内燃机高密封技术,低摩擦技术。⑩内燃机基础零部件新结构、新材料、新工艺技术。11内燃机设计及关键零部件参数数据库。12内燃机测试研发技术。13内燃机再制造技术。

5.发展目标

船用中速柴油机方面,深入开展自主知识产权船用中速柴油机系列化产品的开发研制,全面掌握中速柴油机系列的设计方法,同时加强部分核心部件(高压共轨、增压器、电控单元及轴瓦等)的自主研制,提高关键配套件的国产化率。

船用高速柴油机方面,借鉴和应用自主品牌中速柴油机开发研制的思路、方法和手段,开展自主知识产权船用高速柴油机开发研制,掌握船用高速柴油机总体设计和关键零部件设计。

船用低速柴油机方面,攻克关键零部件制造技术和工艺,进一步提高国产化率,降低制造成本。提高国产化部件质量,提升产品竞争力。加强对低速柴油机专业技术,如经济型、排放、故障诊断、控制系统、智能化控制系统等先进技术进行消化吸收和研究,形成自主研制的能力。听过消化和分析已引进的国外最新一代许可证产品,梳理其设计思想、设计方法和实现途径以及需要突破的关键技术,开展小缸径船用低速柴油机关键设计技术论证和预先研究,为今后低速机的设计开发奠定基础。

重点开展船用发动机高压共轨技术、高增压技术、智能控制技术、高效燃烧技术、排放控制技术、气体发动机技术、能量综合利用技术等研究及开发应用,研究并掌握柴油机智能化控制单元的技术性能和关键技术,具备开发自主知识产权的发动机只能控制系统的能力;开展气体发动机、双燃料发动机及替代清洁燃料发动机设计开发;研究船用发动机排放控制,掌握船舶排放控制机内技术和前后处理技术(EGRSCR、喷水等),以适应越来越严格的船舶排放法规要求;开展船用发动机能量综合利用系统开发,掌握其关键设计技术,进一步提高船舶动力系统的综合效率和减少有害排放物的总排放量,达到节约能源、减少环境污染的目的。

制造工艺装备

“十二五”期间我国内燃机行业在制造工艺和装备方面,将通过有针对性的技术改造,提高内燃机整机和零部件企业总体制造水平。特别是世界内燃机工业中薄壁高强度铸造技术、精密铸造技术、柔性及半柔性加工技术、在线自动检测技术,以及各种先进的零部件制造工艺和装备,确保产业化生产加工过程中产品一致性。