2023中国氢能产业-氢应用环节深度研究第4期：氢内燃机技术

上一期我们说到氢能在交通领域的应用环节，主要由氢燃料电池与氢内燃机共同助力完成，这一期我们将介绍氢内燃机的技术构成、研发进度、应用场景。

氢内燃机是实现汽车低碳化发展的重要技术路径之一，过去20年来在燃料电池、内燃机以及混合动力总成的技术进步，使得氢内燃机可以充分利用现有产业基础，促进其在车用动力中的应用。与其他内燃机相比，氢燃料内燃机具备的成本优势，有助于提高氢气的使用需求，推动氢基础设施的建设。

氢内燃机，是指将传统内燃机中的汽油、柴油、天然气、甲醇等燃料更换成为氢气，氢气在气缸内燃烧推动活塞做功从而产生动能，原理与普通天然气发动机类似，增加了氢气喷射系统，按照吸气——压缩——做功——排气4个冲程来完成化学能向机械能的转化。

与氢燃料电池相比，氢内燃机对氢的纯度要求不高，具有点火能量低、火焰传播速度快、单位热值高、燃烧不含碳合物等特性，适合高负荷运行，因此适用于重卡、客车等。

氢内燃机的技术研发，建立在过往燃料电池、混合动力总成的基础之上，我国氢发动机的研究始于20世纪80年代初，近两年研发落地提速。

2022年国内企业争相推出重型商用车领域的氢内燃机，其中，比较突出的包括玉柴排量最大，潍柴联合重汽率先实现商业化应用，解放热效率突破55%。

2022年国内车企氢内燃机研发突破（图来源：云点道林《2023中国氢能产业-氢应用环节深度研究报告》）

综合成本、性能、可靠性等因素，氢内燃机在中长期相较于其他燃料电池更具优势。

○氢内燃机可沿用现有内燃机工业体系进行开发，大部分零部件与现有汽油发动机、天然气发动机等成熟内燃机产品通用，保留了传统内燃机的主要架构和系统，不需要重新构建产业链，可极大缩短开发周期，降低技术难度和成本投入，对产业化转化更为有利；

○氢内燃机在后处理等系统取消或简化的情况下，能够满足严苛排放法规，产品成本优势显著，此外，氢内燃机具有加氢快、无里程焦虑等优点，在商用车有更高的全领域应用潜能；

○氢内燃机采用传统燃烧做功模式，对氢气燃料纯度要求较低，在承担货物的中重卡高负荷类车型有更高的综合效率，是更经济且更高效的选择。此外，氢内燃机具有多种燃料适应性，可以使用纯氢为燃料，也可以和甲醇掺烧，有效降低对石油依赖，座位落实“双碳”目标的重要手段之一。

氢内燃机的应用领域主要包括重卡和船舶，由于甲醇重整制氢、用氢发电路线已用于船舶产业化，并逐渐进入量产阶段，我们留到下期单独介绍，本期只介绍重卡应用场景。

在重卡应用中，对于长途运输场景，通过核算并对比分析，纯氢内燃机机和燃料电池技术路线最具竞争力，纯氢内燃机成本回收周期2025年左右和柴油车“打平”，燃料电池2030年之后较柴油车具有经济优势。纯电动、插电混技术在一定时间与柴油车相对有竞争力，但是越往后发展，较氢内燃机及燃料电池技术路线的竞争力越弱。

因此，从长期发展路径来看，长途运输场景未来技术路线在2030年以前是以柴油和天然气为主、氢内燃机技术为辅，在2030-2040年是多技术路线并存发展的阶段，2040年后将以燃料电池及氢内燃机为主、天然气及柴油少量并存。

（本文内容为笔者对云点道林《2023中国氢能产业-氢应用环节深度研究报告》报告的部分摘录以及笔者阅读过程中的个人观点，欢迎大家批评指正。）