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从能源角度看21世纪内燃机的地位

2011-11-17 20:25| 发布者: 巨车网| 查看: 3670| 评论: 0|来自: 慧聪工程机械网

摘要: 引言  动力是工业的基础,而内燃机则承担着将能源转化为机械功的使命。内燃机不仅使用量大,而且使用范围广、热效率高。人类还没有找到系统热效率高于内燃机的可移动的动力装置。在汽车、农机、工程机械、舰船、机 ...
       引言
  动力是工业的基础,而内燃机则承担着将能源转化为机械功的使命。内燃机不仅使用量大,而且使用范围广、热效率高。人类还没有找到系统热效率高于内燃机的可移动的动力装置。在汽车、农机、工程机械、舰船、机车、坦克装甲车等军用车辆中,内燃机牢牢保持了最佳原动机的地位,占有绝对优势。自从19世纪末期,汽油机和柴油机的问世直到今天,内燃机改变了人类生活的方方面面,成为了推动现代工业文明发展的强大引擎。

  21世纪,人类将面临传统能源逐渐枯竭、用尽的局面,寻找新的能源已经成为亟待解决的世界难题。目前大多新能源汽车及动力装置仍然直接或间接应用传统能源,还依赖于新能源技术的突破。新能源必须具备清洁、可持续这两个条件。第三代太阳能电池和核聚变技术的突破,人类将彻底摆脱能源困境。据预测这两项技术的突破还需要50到100年时间。本世纪内燃机的作用和地位无法替代,而且仍将是人类赖以生存的主要技术。下个百年是新能源的世纪,内燃机也将会是主要的动力装置之一。

  世界石油资源现状

  《世界能源展望》报告中显示,世界能源体系正面临着抉择。保障可靠的、廉价的能源供应,实现向低碳、高效、环保的能源供应体系的迅速转变,是当前面临的两大能源挑战。能否成功解决这两个问题,将决定人类社会未来能否实现繁荣。

  内燃机的主要燃料来源于石油。因此石油资源是内燃机工业赖以存在和发展的基础。目前中国石油进口依赖度已达50%,而中国内燃机的石油消费量占石油总消费量的2/3以上。持续快速增长的石油需求,迫使人们不断探寻现有的石油储量和其他代用能源。

  目前全球原油剩余探明储量近13000亿桶。石油探明储量自1980年以来几乎翻了一番。按照现在的开采速度计算,可供全世界50年左右的石油消耗。由于不断增加的勘探活动以及勘探技术的不断进步,平均每年发现的石油储量自2000年起高于上世纪90年代水平,但是石油产量仍然持续超过新发现的油田储量。这些现象警示人们:石油(和天然气)资源始终是有限的。

  传统能源的现状

  20世纪70年代世界经历了二次石油危机,世界石油消费量却没有丝毫减少的趋势。此后,石油、煤炭所占比例缓慢下降,天然气的比例上升。同时,核能、风能、水力、太阳能等其他形式的新能源逐渐被开发和利用,形成了目前以化石燃料为主和可再生能源、新能源并存的能源结构格局。

  能源按照其形成条件分为二大类:一类是没有经过加工改变其性质和转换的能源,称之为一次能源,包括石油、煤炭、天然气、生物质能。另一类是由一次能源经过加工、转换成另一种形式的能源,称之为二次能源,包括汽油、柴油、电能、氢气等。

  在世界能源消费中,石油是最重要的能源,现在还没有一种能源能取代石油。目前全球原油消费占能源消费的比重为38%。石油的应用技术已非常成熟,但资源有限,而且不可再生。

  煤炭是18世纪以来人类使用的主要能源之一。虽然它的重要位置已被石油所代替,但在今后相当长的一段时间内,由于石油的日渐枯竭,煤炭储量相对较大,加之煤炭汽化、液化等新技术的出现,煤炭已经成为人类生产生活中无法替代的能源之一,中国煤炭消耗中56%用于发电。据BP公司资料显示,煤炭的现有储量可供人类使用120多年。

  天然气不仅在价格,而且在可开采年限方面具有优具有自主知识产权的电控共轨燃油系统势。本世纪将会出现大规模商业化推广应用汽车代用燃料的浪潮,天然气是主要的代用燃料之一。据预测,天然气的现有储量可供人类使用60年以上。

  生物质能,包括厌氧发酵技术、直接燃烧、气化技术等,主要应用于农村。生物质能作为农村的一种补充能源,对于充分利用农、林业的废弃物和改善环境污染等具有积极意义。

  二次能源中汽油应用非常广泛,用于汽车、摩托车、快艇、直升飞机、农用飞机等。柴油的应用也非常广泛,主要用作柴油机的燃料,应用于汽车、装甲车、坦克车等军用车辆以及轮船、机车、农机、发电机、工程机械、火力发电等。煤油也是石油产品之一,主要用于航空、动力及照明。

  二甲醚在汽车上的使用处于研究阶段。作为汽车燃料推广,目前还存在标准问题,由于国内没有对二甲醚车用燃料质量和品质的约束,会影响在汽车上的使用。甲醇一般可通过煤或天然气作原料生产。未来的应用主要取决于汽车对甲醇燃料适用性。

  甲醇和汽油具有一定互换性,可以与90号以上普通汽油交叉使用。甲醇汽车的推广必须和燃料供给设备的普及相适应。乙醇性质接近汽油,辛烷值高,是提高汽油辛烷值的优良添加剂,世界各国都首先在汽油机上应用乙醇燃料。但在乙醇的生产过程中,由于需要消耗能量,故只能在有限范围内减轻对石油的依赖性。

  中国生物燃料,主要是生物柴油,其总体生产规模不大,目前生产能力2~4万吨/年左右,而且发展生物柴油很可能占用其它用地。生物柴油原料有限,其生产(包括采收、贮运)与使用过程中的一些技术问题还要切实解决。

  液化石油气(LPG)汽车尾气中的NOx、PM(固体颗粒)排放低,工作噪音小,且更重要的是LPG建站费用是CNG的1/8~1/6,价格大约是汽油的1/6。因此,LPG曾成为上世纪极受关注的汽车代用燃料。但是,其资源随石油而减少,且常用作炊事民用,故限制了它在汽车上的大量应用。

  电能是一种二次能源,主要是通过消耗煤、石油等一次能源得来。我国燃煤和燃油发电厂的二氧化硫排放占到全国总排放量的50%以上,火力发电用水约占工业用水的40%。烟尘排放量占全国排放量的20%,产生的灰渣占全国的70%。是造成酸雨污染的主要原因之一,造成环境质量下降、建筑物毁坏、农作物减产、影响人体健康。中国二氧化硫的年总排放量已超过2500万吨,造成1/3的国土遭受酸雨污染,每年经济损失达到1000亿元以上,直接威胁13亿人口和18亿亩耕地的安全。

  与石化能源的利用相比,氢在燃烧或在燃料电池产生电能的反应后不会排放导致全球变暖的二氧化碳气体,而只有无污染的水。但是,目前人们主要通过甲烷来获得氢气,利用这种方法在产生氢气的过程中却也向大气排放了二氧化碳;采用电解水的方式获得氢气,仍需要消耗大量化石燃料发出的电力。因此,人类温室效应气体的排放并没有减少,目前的氢能源仍然难以证明完全是清洁、绿色的燃料。
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