編者按：9月14日，第五屆未來能源大會舉辦氫能技術與應用發展專題論壇，聚焦于氫能領域的前沿技術和應用發展。本次論壇由中國能源研究會氫能專業委員會秘書長徐文輝主持，與會專家學者從氫能技術的標準、前沿技術研究和應用案例等幾個方面，對氫能產業以及未來能源的可持續發展展開深入探討。

吉利汽車動力總成研究員前瞻技術及戰略中心總監韋虹女士作了《面向碳中和的吉利氫能動力開發》演講。

以下內容根據論壇演講實錄進行整理。

韋虹：各位領導以及行業專家大家早上好，我是來自吉利汽車動力研究院的韋虹，很高興參加本次峰會。碳達峰碳中和已經成為各行各業未來發展中首要考慮的問題，今天看到了各個政府部門尤其是常州政府對發展氫能源這樣一個產業的堅定決心，出臺了一系列的政策來支持產業的發展，也讓企業看到了政府的決心。今天就此話題跟大家分享一下吉利面向碳中和的氫能動力開發。

我的報告從三個方面展開。首先，碳中和背景下的氫能機遇。

眾所周知，大氣中的二氧化碳含量急劇增長帶來了全球氣溫的上升，我們的生存環境日趨惡化，所以在碳中和的大背景下，改善環境是全球各國的訴求，各個國家和地區都已經提出了明確的碳中和的目標，交通行業是碳排放里面非常重要的一環，在改善交通行業的碳排放方案中可以看到，合成燃料目前是行業共同關注的主要方向之一。在眾多的合成燃料方案里面，氫的改善效果是最引人注目的。從圖中可以看到，氫氣還有氫基最豐富的氨，最低能夠降到96%到97%，所以氫和富氫的燃料未來具有極大的價值。

因此氫能的生態和應用研究已經在產學研各個方面廣泛開展，在道路交通、船舶、航空、工業、電力以及供熱領域都已經有多項的示范運營。全球主要國家都已經出臺了氫能發展政策。在2020年基本上就已經確立了氫能的戰略地位，我們國家也在2022年發布了氫能產業發展中長期規劃，明確了國家發展氫能的決心。

國家發展氫能的決心也給氫內燃機帶來的機遇，今年8月份國家6部委把氫內燃機納入了氫能源產業發展規劃當中，為氫內燃機的應用出臺了基礎標準，氫能在交通、航空、船舶都有廣闊的應用前景，當下也迎來了一個關鍵的轉折點。氫內燃機的結構特性，跟現在的氣柴油非常相近，極具產品成本的優勢。氫內燃機可以沿用當前內燃機的產業鏈，零部件的通用化程度很高。另外氫內燃機是可以吃“粗糧”的，對氫氣的純度要求不高，不需要深度提純，現有的灰氫都可以使用，所以在應用端的優勢非常明顯，未來氫能在交通領域的應用應該是一個非常重要的方向。2020年雙碳目標發布以后，吉利的前瞻技術就著手進行了氫氣內燃機的開發。

相較于傳統的內燃機，氫內燃機主要的變化點就是燃料、噴射還有燃燒方式，我們在開發過程中識別到了以下幾個難點，分別是增壓的匹配、早燃控制、爆壓提升、噴射策略和噴嘴泄露。

首先是增壓匹配方面，由于氫稀薄燃燒排氣溫度低，進氣需求大，運行轉速范圍寬，行業內還沒有此類增壓器匹配的經驗，我們是通過仿真和驗證的多輪迭代優化，自主設計了最佳的增壓器MAP，完成了氫氣專用增壓器的開發，從而實現了有效熱效率提升1%。

第二個難點是燃燒方面，因為氫極易燃燒，缸內的熱點極易引發早燃，進而引發機體破壞。所以我們通過稀薄燃燒、優化點火及噴射策略，并且使用冷型火花塞技術方案，將早燃次數從原來的10到100次降低到了0，攻克了氫氣早燃的難題。

第三個難點是高爆壓的控制。氫氣燃燒的速度很快，缸內壓力升高快的話，氫氣產生的最大爆壓一般會比原來的高出60bar，容易引發機體的損壞，也限制了熱效率的提升。我們的解決措施是在不增加摩擦損失的前提下，通過優化結構來滿足氫氣的爆壓需求，通過稀燃、噴射和點火策略來控制爆壓，使得整機的抗壓能力從90bar提升至150bar，滿足最優熱效率達成時的爆壓需求。

第四個難點是關于噴射策略的控制。由于氫氣燃料是氣體小分子，很容易擴散，易燃燒，因此噴射策略極其復雜。我們通過氫氣噴嘴噴霧試驗結果來標定了噴霧模型，使用三維模擬仿真軟件進行缸內混合和燃燒仿真，找到了最佳的噴嘴形式以及噴射策略，通過試驗多輪迭代進行驗證，實現了有效熱效率有兩個點以上的提升。

最后一個難點也是目前最大的一個挑戰之一，還是關于噴嘴的泄露控制。因為氫氣是比較容易泄露的，而且它沒有辦法自潤滑，所以很容易產生磨損。我們認為噴嘴泄露是氫內燃機產業化最大的挑戰和難點之一。開發中我們通過了氮氣保壓還有試漏檢測、噴嘴控制技術，將噴嘴的流量進行優化，目前我們將噴嘴的耐久性從原來的20小時提升到了400小時。

基于氫氣這些特性，吉利依靠多年的內燃機研發積累，全新自主設計開發了2.0排量的氫內燃機，通過新型燃燒系統和噴射策略的協同，使得發動機點火時刻的時候就實現了氫氣和氧氣在絕熱空氣層中的高效燃燒，減少了傳熱損失，通過優化壓縮比，實現經濟性和動力性的平衡。通過米勒循環實現了進氣量和爆震的平衡，通過增壓器的匹配優化，實現了進氣量和噴氣損失的最優協同，通過可靠性和強度的優化，實現了摩擦功和爆發壓力的平衡。通過噴嘴流量壓力還有噴射策略的優化，實現效率、排放還有氫瓶利用率的平衡。

未來實現在稀薄條件下穩定高效的燃燒，吉利首創開發了氫氧絕熱層內稀薄燃燒系統，通過精準氣流組織、中置直噴、傘形燃燒室和逆流噴射策略，在氫氣燃燒之前，在缸內先形成了一道絕熱空氣層，從而實現了絕熱層內的高效穩定燃燒，降低了傳熱損失，提升了熱效率，這也是目前吉利能做到行業領先非常重要的一個因素之一。2020年我們就開始了氫內燃機的探索，目前已經成功開發了三代氫內燃機，最高熱效率達到了46.11%，全球領先。我們通過那么多年的技術積累，吉利動力已經形成了完整的產品研發流程還有體系，也正是這樣強大的研發能力以及流程體系的支撐，也促成了在氫內燃機開發層面的領先。

氫能源要繼續推廣，我們認為有以下幾個課題需要克服，因為氫是作為可再生的風、光、熱最直接的可利用能源，擁有非常廣闊的前景。但還是要克服比如易漏易燃的安全課題，需要進一步完善標準體系建設，今天會上很高興看到在標準化領域各個行業以及專家都在推動這方面的政策出臺。需要推進基礎設施的建立，解決像儲運、加注的難題。另外需要進一步降低加氫成本，因為作為生產物資，運營的成本也是非常重要的一項因素。這些挑戰還是需要一些時間，更需要我們行業同仁的共同努力。

在推廣氫能直接應用的同時，甲醇是作為氫的最佳儲運載體，可以用來解決氫能利用的課題，現在也是受到了業界的長期關注。從安全方面，它是可以克服易燃易漏，它的使用成本現在也比汽油低20%，設施方面可以跟現有的汽柴油共用。甲醇的碳排放低，污染也少，吉利在甲醇的實際運營上面也有十幾年了，去年春天碳捕集綠氫甲醇工廠也在安陽啟動，目前直接碳減排達到16萬噸。我們在甲醇汽車上面開發了近18年，歷經了4代升級，目前已經研發了20余款甲醇乘用車型，市場保有量達到3萬余臺，已經具備了研發、制造、銷售全鏈體系能力。

乘用車的甲醇技術在商用車領域現在也得到了迅速的推廣，遠程新能源商用車攜手各生態鏈伙伴，一起構建起了車、醇、站、貨、金融等一體化的綠色甲醇生態。面向碳中和的目標，吉利布局了多元化的動力總成戰略。動力新四化主要包括動力高效化、驅動電氣化、控制智能化、能源多樣化，包括氫氣、甲醇在內的新型能源產品也是吉利動力新四化戰略中重要的一環。

秉承吉利動力新四化的戰略，2021年推出了新一代產品系列“雷神動力”，定位高端，面向全球市場，產品系列就包括了高效發動機平臺，智能變速器，變驅還有智能化軟硬件系統。

未來雷神動力也將加持包括氫、甲醇在內的合成燃料進行動力產品的碳中和布局，我們也要抓住國家現在推動雙碳的時機，化挑戰為機遇，把氫能產業納入可持續發展的軌道。吉利也將致力于與行業內的同仁們合作共贏，為綠色出行以及環境友好共同做出貢獻，謝謝大家。