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数控机床的历史、 数控机床的历史、现状及其发展趋势前言在工程训练中心的两周实习， 经过对各项工种的体验， 我深深体会 到了科技的力量。在钳工和车工实习时，劳累三天，就只做出来那么 几件不是很合格的产品；可是在数控车间，一两个小时内，通过编程 可以轻松的做出很多高精度的产品。 这使我对数控机床产生了浓厚兴 趣，所以开始上网浏览关于数控机床的前世今生，增加我对数控机床 的了解。一、数控机床数控机床是数字控制机床 （Computer numerical control machine tools）的简称，是一种装有程序控制系统的自动化机床。该控制系 统能够逻辑地处理具有控制编码或其他符号指令规定的程序， 并将其 译码，从而使机床动作。过去的数控机床经历了一个由单一向多元转 换的一个过程，数控机床的快速发展是整个世界经济、科技发展的重 要体现。数控机床在现代工业中占据着不可替代的位置，与我们生活 的各个方面都有直接或间接的关系。 未来数控机床将会有一个前所未 有的发展， 世界上主要工业发达国家都十分重视数控加工技术的研究 和发展.二、数控机床的历史2.1 第一台数控机床的诞生 1948 年，美国帕森斯公司接受美国空军委托，研制飞机螺旋桨 叶片轮廓样板的加工设备。由于样板形状复杂多样，精度要求高，一 般加工设备难以适应，于是提出计算机控制机床的设想。1949 年， 该公司在美国麻省理工学院伺服机构研究室的协助下， 开始数控机床 研究，并于 1952 年试制成功第一台由大型立式仿形铣床改装而成的 三坐标数控铣床，不久即开始正式生产。 2.2 早期的发展历史 1965 年，出现了第三代的集成电路数控装置，不仅体积小，功 率消耗少，且可靠性提高，价格进一步下降，促进了数控机床品种和产量的发展。60 年代末，先后出现了由一台计算机直接控制多台机 床的直接数控系统(简称 DNC)，又称群控系统；采用小型计算机控制 的计算机数控系统(简称 CNC),使数控装置进入了以小型计算机化为 特征的第四代。 1974 年，研制成功使用微处理器和半导体存贮器的 微型计算机数控装置(简称 MNC)，这是第五代数控系统。第五代与第 三代相比， 数控装置的功能扩大了一倍， 而体积则缩小为原来的 1/20， 价格降低了 3/4，可靠性也得到极大的提高。80 年代初，随着计算机 软、硬件技术的发展，出现了能进行人机对话式自动编制程序的数控 装置；数控装置愈趋小型化，可以直接安装在机床上；数控机床的自 动化程度进一步提高，具有自动监控刀具破损和自动检测工件等功 能。三、数控机床的现状3.1 高速化 随着汽车、国防、航空、航天等工业的高速发展以及铝合金等新 材料的应用，对数控机床加工的高速化要求越来越高。 （1）主轴转速：机床采用电主轴（内装式主轴电机），主轴最高转 速达 200000r/min； （2）进给率：在分辨率为 0.01μm 时，最大进给率达到 240m/min 且 可获得复杂型面的精确加工； （3）运算速度：微处理器的迅速发展为数控系统向高速、高精度方 向发展提供了保障， 开发出 CPU 已发展到 32 位以及 64 位的数控系统， 频率提高到几百兆赫、上千兆赫。由于运算速度的极大提高，使得当 分辨率为 0.1μm、0.01μm 时仍能获得高达 24～240m/min 的进给速 度； （4）换刀速度：目前国外先进加工中心的刀具交换时间普遍已在 1s 左右，高的已达 0.5s。德国 Chiron 公司将刀库设计成篮子样式，以 主轴为轴心，刀具在圆周布置，其刀到刀的换刀时间仅 0.9s。 3.2 高精度化 数控机床精度的要求现在已经不局限于静态的几何精度， 机床的 运动精度、热变形以及对振动的监测和补偿越来越获得重视。（1）提高 CNC 系统控制精度：采用高速插补技术，以微小程序段实 现连续进给， CNC 控制单位精细化， 使 并采用高分辨率位置检测装置， 提高位置检测精度（日本已开发装有 106 脉冲/转的内藏位置检测器 的交流伺服电机，其位置检测精度可达到 0.01μm/脉冲），位置伺 服系统采用前馈控制与非线性控制等方法； （2）采用误差补偿技术：采用反向间隙补偿、丝杆螺距误差补偿和 刀具误差补偿等技术，对设备的热变形误差和空间误差进行综合补 偿。 研究结果表明， 综合误差补偿技术的应用可将加工误差减少 60%～ 80%； （3）采用网格解码器检查和提高加工中心的运动轨迹精度，并通过 仿真预测机床的加工精度，以保证机床的定位精度和重复定位精度， 使其性能长期稳定，能够在不同运行条件下完成多种加工任务，并保 证零件的加工质量。 3.3 功能复合化 复合机床的含义是指在一台机床上实现或尽可能完成从毛坯至成 品的多种要素加工。 根据其结构特点可分为工艺复合型和工序复合型 两类。工艺复合型机床如镗铣钻复合——加工中心、车铣复合——车 削中心、铣镗钻车复合——复合加工中心等；工序复合型机床如多面 多轴联动加工的复合机床和双主轴车削中心等。 采用复合机床进行加 工，减少了工件装卸、更换和调整刀具的辅助时间以及中间过程中产 生的误差，提高了零件加工精度，缩短了产品制造周期，提高了生产 效率和制造商的市场反应能力， 相对于传统的工序分散的生产方法具 有明显的优势。 加工过程的复合化也导致了机床向模块化、 多轴化发展。 德国 Index 公司最新推出的车削加工中心是模块化结构， 该加工中心能够完成车 削、铣削、钻削、滚齿、磨削、激光热处理等多种工序，可完成复杂 零件的全部加工。随着现代机械加工要求的不断提高，大量的多轴联 动数控机床越来越受到各大企业的欢迎。 在 2005 年中国国际机床展览会（CIMT2005）上，国内外制造商展 出了形式各异的多轴加工机床（包括双主轴、双刀架、9 轴控制等） 以及可实现 4～5 轴联动的五轴高速门式加工中心、五轴联动高速铣 削中心等。3.4 控制智能化 随着人工智能技术的发展，为了满足制造业生产柔性化、制造自 动化的发展需求，数控机床的智能化程度在不断提高。具体体现在以 下几个方面： （1）加工过程自适应控制技术：通过监测加工过程中的切削力、主 轴和进给电机的功率、电流、电压等信息，利用传统的或现代的算法 进行识别，以辩识出刀具的受力、磨损、破损状态及机床加工的稳定 性状态，并根据这些状态实时调整加工参数（主轴转速、进给速度） 和加工指令，使设备处于最佳运行状态，以提高加工精度、降低加工 表面粗糙度并提高设备运行的安全性。 （2）加工参数的智能优化与选择：将工艺专家或技师的经验、零件 加工的一般与特殊规律，用现代智能方法，构造基于专家系统或基于 模型的“加工参数的智能优化与选择器”， 利用它获得优化的加工参 数，从而达到提高编程效率和加工工艺水平、缩短生产准备时间的目 的。 （3）智能故障自诊断与自修复技术：根据已有的故障信息，应用现 代智能方法实现故障的快速准确定位。 （4）智能故障回放和故障仿真技术：能够完整记录系统的各种信息， 对数控机床发生的各种错误和事故进行回放和仿真， 用以确定错误引 起的原因，找出解决问题的办法，积累生产经验。 （5）智能化交流伺服驱动装置：能自动识别负载，并自动调整参数 的智能化伺服系统， 包括智能主轴交流驱动装置和智能化进给伺服装 置。这种驱动装置能自动识别电机及负载的转动惯量，并自动对控制 系统参数进行优化和调整，使驱动系统获得最佳运行。 （6）智能 4M 数控系统：在制造过程中，加工、检测一体化是实现快 速制造、快速检测和快速响应的有效途径，将测量（Measurement）、 建模 （Modelling） 加工 、 （Manufacturing） 机器操作 、 （Manipulator） 四者（即 4M）融合在一个系统中，实现信息共享，促进测量、建模、 加工、装夹、操作的一体化。 3.5 体系开放化（1）向未来技术开放：由于软硬件接口都遵循公认的标准协议，只 需少量的重新设计和调整， 新一代的通用软硬件资源就可能被现有系 统所采纳、吸收和兼容，这就意味着系统的开发费用将大大降低而系 统性能与可靠性将不断改善并处于长生命周期； （2）向用户特殊要求开放：更新产品、扩充功能、提供硬软件产品 的各种组合以满足特殊应用要求； （3）数控标准的建立：国际上正在研究和制定一种新的 CNC 系统标 准 ISO14649 （STEP-NC） ，以提供一种不依赖于具体系统的中性机制， 能够描述产品整个生命周期内的统一数据模型， 从而实现整个制造过 程乃至各个工业领域产品信息的标准化。标准化的编程语言，既方便 用户使用，又降低了和操作效率直接有关的劳动消耗。 3.6 驱动并联化 并联运动机床克服了传统机床串联机构移动部件质量大、 系统刚度 低、刀具只能沿固定导轨进给、作业自由度偏低、设备加工灵活性和 机动性不够等固有缺陷，在机床主轴（一般为动平台）与机座（一般 为静平台）之间采用多杆并联联接机构驱动，通过控制杆系中杆的长 度使杆系支撑的平台获得相应自由度的运动， 可实现多坐标联动数控 加工、装配和测量多种功能，更能满足复杂特种零件的加工，具有现 代机器人的模块化程度高、重量轻和速度快等优点。 并联机床作为一种新型的加工设备， 已成为当前机床技术的一个重 要研究方向，受到了国际机床行业的高度重视，被认为是“自发明数 控技术以来在机床行业中最有意义的进步”和“21 世纪新一代数控 加工设备”。 极端化(大型化和微型化) 3.7 极端化(大型化和微型化) 国防、航空、航天事业的发展和能源等基础产业装备的大型化需要 大型且性能良好的数控机床的支撑。 而超精密加工技术和微纳米技术 是 21 世纪的战略技术，需发展能适应微小型尺寸和微纳米加工精度 的新型制造工艺和装备，所以微型机床包括微切削加工(车、铣、磨) 机床、微电加工机床、微激光加工机床和微型压力机等的需求量正在 逐渐增大。 3.8 信息交互网络化对于面临激烈竞争的企业来说，使数控机床具有双向、高速的联网 通讯功能，以保证信息流在车间各个部门间畅通无阻是非常重要的。 既可以实现网络资源共享，又能实现数控机床的远程监视、控制、培 训、教学、管理，还可实现数控装备的数字化服务(数控机床故障的 远程诊断、维护等)。例如，日本 Mazak 公司推出新一代的加工中心 配备了一个称为信息塔(e-Tower)的外部设备，包括计算机、手机、 机外和机内摄像头等，能够实现语音、图形、视像和文本的通信故障 报警显示、在线帮助排除故障等功能，是独立的、自主管理的制造单 元。 3.9 新型功能部件 为了提高数控机床各方面的性能， 具有高精度和高可靠性的新型功 能部件的应用成为必然。具有代表性的新型功能部件包括： 高频电主轴：高频电主轴是高频电动机与主轴部件的集成，具有体积 小、转速高、可无级调速等一系列优点，在各种新型数控机床中已经 获得广泛的应用； 直线电动机： 近年来， 直线电动机的应用日益广泛， 虽然其价格高于传统的伺服系统， 但由于负载变化扰动、 热变形补偿、 隔磁和防护等关键技术的应用，机械传动结构得到简化，机床的动态 性能有了提高。如：西门子公司生产的 1FN1 系列三相交流永磁式同 步直线电动机已开始广泛应用于高速铣床、加工中心、磨床、并联机 床以及动态性能和运动精度要求高的机床等； 德国 EX-CELL-O 公司的 XHC 卧式加工中心三向驱动均采用两个直线电动机；电滚珠丝杆：电 滚珠丝杆是伺服电动机与滚珠丝杆的集成， 可以大大简化数控机床的 结构，具有传动环节少、结构紧凑等一系列优点。总结纵观数控机床的发展之路， 我们可以清晰的认识到数控的发展他 不仅代表着整个制造业的发展，也代表着整个社会的进步。中国是一 个制造业大国，主要依靠资源、劳动力、价格等方面的优势。而在产 品技术研发和自主创新方面与国外的差距还 是很大。 中国是数控产业 不能安于现状， 应抓住就会努力发展。 数控技术是制造业的核心基础， 是国家工业和国防工业现代化的重要手段，我们要加快发展，力争早 日实现由中国制造向中国创造的转变！参考文献： 参考文献： [1]中国机床工具工业协会 行业发展部.CIMT2001 巡礼［J］.世界制 造技术与装备市场，2001(3)：18-20. [2]梁训王宣 周延佑.机床技术发展的新动向［J］.世界制造技术与 装备市场，2001(3)：21-28. [3]《机械设计与制造工程》2001 年第 30 卷第 1 期 [4]王平.《机电新产品导报》 2005 年第 12 期
我国数控机床的现状及发展趋势摘要:论述我国数控机床发展的过程与现状，对数控机床的发展趋势进行了探讨，提出了我国数拉机床发展的对策。关键词:数控机床;发展加工数控机床是数字控制的工作母机的总称，由主机、数控系统和相关配套件组成。其最大优点是提高了机床的自动化。从而减少甚至消除了操作人员对正在加工中的零件的干扰。许多数控机床可以在没人照顾的情况下完成整个加工过程，这样既节省了人力资源又同时带来了诸如减轻操作人员的疲劳度，减少人为错误以及准确的对每个加工件的加工时间进行预侧等优点。因为数控机床在运行的过程中是由程序控制的，所以数控机床对其操作人员的技术水平的要求也相对要低得多。第二大优点是其加工的一致性和精确性。因为一且控制机床的程序得到验证以后，成千上万个-模一样的加工件就可以被准确无误地加工出来。所以由数控机床生产出来的加工件规格都特别精确。第三大优点是其灵活性。要加工不同的加工件，只要通过简单的加载不同的控制程序就可以实现，只要某个加工件的控制程序被脸证过，而且被用来加工过该加工件，那么下次要再加工此加工件时，只要再把该控制程序加载就行了，这样带来的另一个好处是数控机床可以很快的从加工一个加工件转到加工另外一个加工件。我国数据机床历史回顾我国数控机床产业的发展一直受到国家经济状况、数控技术发展水平与国家扶持政策的制定等三大因素的影响，自1958年以来，中国数控机床的发展划分为三个阶段:l、初始阶段。中国的数控机床发展起步于1958年，经历了20余年的初始阶段。到1979年，中国的数控机床发展仍十分缓慢，特别是受到电子技术发展的限制，国产数控系统的可靠性差，使中国的数控机床在20年内难于打开局面，未能形成产业。2、稳步发展阶段一引进、消化吸收、国产化与自行开发阶段。自从1980年以来，中国执行了‘六五”、‘七五”、‘，/又丑，三个五年计划。在这个期间，在改革开发的政策指导下，国家大力支持机床行业，通过引进技术发展数控机床产业。自‘六五”以来，中国有80余家企业通过许可证贸易、合作生产、购进样机、来料加工或合资生产等方式，先后从日本、西德、美国等10多个国家引进与数控机床生产及应用有关的技术，其中引进数控系统和伺服系统20项、数控机床109项、机床电器18项、机床附件U项、数控刀具系统巧项、测量技术10项，总用汇额已超过亿美元。3.曲折发展阶段。1994年至1998年由于东南亚金融危机，我国经济软着陆及国内消费市场疲软等综合因素的影响，事实上，国内机床市场容量呈下降趋势，而且国产机床的市场占有早有所下降，机床工具行业连续五年负增长。1999年3月份，全行业开始恢复性增长，1999年至6月份开始出现两位数增长，其中数控产品增长占主导地位.到2000年一年全行业总产值将已经到320亿元，其中金属切削机床产值达到120亿元，数控金属切削机床产值达到20亿元，出口刨汇达7亿美元。2001年比2000年销舍产值增长2o%，全行业的金属切削机床和锻压设备重点联系企业的产值数控化率从2000年的21.1%提高到2001年的26.2%。2.数据机床发展方向由于计算机技术的飞速发展，推动数控机床技术更快的更新换代‘世界上许多数控系统生产厂家利用PC机丰富的软硬件资源开发开放式体系结构的新一代数控系统，开放式体系结构使数控系统有更好的通用性、柔性、适应性、扩展性，并向智能化、网络化方向大大发。近几年许多国家纷纷研究开发这种系统，如美国科学制造中心(NeMs)与空军共同领导的‘下一代工作站/机床控制器体系结构”ONGC。欧共体的/自动化系统中开放式体系结构00SAC-A，日本的OSEC计划等。开发研究成果已得到应用。如Cincinnati一Mn二ron公司从1995年开始在其生产的加工中心、数控铣床、数控车床等产品中采用了开放式体系结构的A2100系统。新一代数控系统技术水平大大提高，促进了数控机床性能向高精度、高速度、高柔性化方向发展，具体说来表现为以下几个方面:2.1离速、离效、高精度、商可靠性机床向高速化方向发展，可充分发挥现代刀具材料的性能。不但可大幅度提高加工效率!降低加工成本，而且还可提高零件的表面加工质量和精度;要提高加工效率。首先必须提高切削和进给速度，同时，还要缩短加工时间;要确保加工质量，必须提高机床部件运动轨迹的精度.对数控系统的可靠性而言，一般要高于被控设备的可靠性在一个数量级以上，它是高速、高效、高精度的基本保证。但也不是可靠性.越高越好，仍然是适度可靠，因为是商品，受性能价格比的约束。2‘2模块化、钾能化、柔性化和集成化为了适应数控机床多品种、小批量的特点。机床结构模块化，数控功能专门化，机床性价比显著提高并加快优化，个性化是近几年来特别明显的发展趋势;智能化体现在加工效率、加工质量、驱动性能、编程与操作、监控、诊断与维修等。2.3开放性为适应数控进线、联网、普及型个性化、多品种、小批量、柔性化及数控迅速发展的要求，最重要的发展趋势是体系结构的开放性，设计生产开放式的数控系统，例如美国!欧共体及日本发展开放式数控的计划等。当前。国产数控4机床与工业国家的机床产品相比，有一定差距。但差距所在，便是其努力方向及发展动力所在。这也将促使我们在学习掌握和运用高速、高精数控机床的核心技术的同时。积极开发新的现代制造技术。使国产数控机床得到更大发展。从而相应进一步加大对出口市场的开拓力度。参考文献:「l]郝安林，吕安相，中国数控机床的现状及发展趋势[J].安阳大学学报.2004(5)[2]胡娟.数控机床的基本原理[J].安徽电子信息职业技术学院学报.2004(7)[s]赵华蓉.我国数控机床的状况与发展[J].科技与经济.200叹19)
轮机工程技术论文范文篇二 燃气轮机在热电联产工程中的应用状况分析 摘要： 燃气轮机是21世纪乃至更长时间内能源高效转换与洁净利用系统的核心动力装备.介绍了燃气轮机的发展现状及其在热电联产工程中的应用，简述了联合循环和简单循环燃气轮机电厂的基本组合方式，并列举了目前应用在热电联产工程中的几种主要的燃气轮机.阐述了燃气轮机相对于常规火电机组的优点，分析了影响燃气轮机在热电联产工程中推广的因素，并对我国燃气轮机的发展前景进行了展望. 关键词： 燃气轮机; 联合循环电厂; 热电联产 中图分类号： TK 479文献标志码： A Analysis of the application of gas turbines in heat and power cogeneration projects SUN Peifeng， JIANG Zhiqiang (1. China United Engineering Corporation， Hangzhou 310022， China; 2. China Huadian Corporation， Beijing 100031， China) Abstract： The gas turbine is the core equipment of highefficiency clean energy systems in the 21st century and even longer period of time. The current situation of gas turbine development and its application in heat and power cogeneration projects were showed in this paper. Two types of application of gas turbines in heat and power cogeneration projects were briefly introduced， namely， the simple cycle gas turbine power plant and the combined cycle power plant， and gas turbines widely used at present in heat and power cogeneration plants were enumerated. The advantages of the gas turbine plant compared with conventional coalfired power units were described and factors which could influence the application of the gas turbine were analyzed. In addition， the prospects for the development of gas turbines in China were evaluated. Key words： gas turbine; combined cycle power plant; heat and power cogeneration 燃气轮机由压气机、燃烧室、透平、控制系统和辅助设备组成.燃气轮机的设计是基于布莱顿循环.压气机(即压缩机)连续地从大气中吸入空气并将其压缩;压缩后的空气送入燃烧室，与喷入的天然气混合，并点火燃烧;燃烧后产生的高温烟气随即流入燃气透平中膨胀做功，推动透平带动压气机叶轮一起旋转.加热后的高温燃气的做功能力显著提高，因此，透平在带动压气机的同时，还有余功作为燃气轮机的输出功输出. 由于燃气轮机的工质是高温烟气而不是水蒸气，故可省去锅炉、冷凝器、给水处理等大型设备.因此，燃气轮机电厂附属设备较少，系统简单，占地面积较少. 燃气轮机可分为重型燃气轮机、工业型燃气轮机和航改型燃气轮机三类.重型燃气轮机的零件较为厚重，大修周期长，寿命可在10万h以上，主要用于满足城市公用电网需求，例如日立的H25和H80系列燃气轮机、通用电气的F级燃气轮机、西门子的SGT-8000系列燃气轮机、三菱的M701系列燃气轮机和阿尔斯通的GT系列重型燃气轮机等.工业型燃气轮机的结构紧凑，所用材料一般较好，燃气轮机的效率较高，例如索拉的T130燃气轮机和西门子SGT-800燃气轮机，常用于热电联产工程.航改型燃气轮机是由航空发动机改装而成的燃气轮机，在航空领域运用较多，但也有应用于发电及相关工业领域，例如通用电气的 LM 系列航改型燃气轮机等.航改型燃气轮机的结构最紧凑，最轻巧，效率最高，但寿命较短[1-2]. 燃气轮机自上世纪30年代诞生以来发展迅速.当今国际上最新型的G型燃气轮机和H型燃气轮机，单机功率已达到292～334 MW，发电热效率已达到39.5%.其中，由G型燃气轮机组成的联合循环单机功率可达489 MW，发电热效率可达58.7%;由H型燃气轮机组成的联合循环机组的发电热效率可达60%[3-5].H型燃气轮机组成的联合循环机组是目前已掌握的热-功循环效率最高的大规模商业化发电方式.不仅如此，燃气轮机与以煤为燃料的蒸汽轮机相比，它具有重量轻、体积小、效率高、污染少、启停灵活等优点.燃气轮机发电机组能在无外界电源的情况下迅速启动，机动性好.在电网中用它带动尖峰负荷和作为紧急备用电源，还能携带中间负荷，能较好地保障电网的安全运行，所以得到广泛应用[6]. 国内外科技界与产业界已经认识到燃气轮机将是21世纪乃至更长时期内能源高效转换与洁净利用系统的核心动力装备. 1燃气轮机在热电联产工程中的应用方式 燃气轮机在热电联产工程中的应用形式主要有两种：一种是燃气轮机联合循环热电厂;另一种是燃气轮机简单循环热电厂. 燃气轮机联合循环热电厂由燃气轮机、余热锅炉、蒸汽轮机(背压式、抽背式或者抽凝式)和发电机共同组成.燃气轮机排出的做功后的高温烟气通过余热锅炉回收烟气中的热量而得到高温水蒸气，水蒸气注入蒸汽轮机发电.蒸汽轮机的排汽或者部分在蒸汽轮机中做功后的抽汽用于供热，形式有：燃气轮机、蒸汽轮机同轴推动一台发电机的单轴联合循环;燃气轮机、蒸汽轮机推动各自的发电机的多轴联合循环.单轴的燃气轮机联合循环电厂规模较大，例如通用电气的9F系列机组.而多轴的联合循环机组常见于中小型的燃气轮机联合循环电厂.因此，对于电厂规模相对较小的热电联产工程来说，常选择多轴的燃气轮机联合循环机组. 燃气轮机简单循环热电厂由燃气轮机和余热锅炉组成.该类型燃气轮机热电厂不配置蒸汽轮机，通过余热锅炉直接对外供热.因此该类型燃气轮机热电厂发电热效率相对联合循环燃气轮机热电厂较低，约为30%～35%之间;热电比和供热成本的指标方面，简单循环燃气轮机热电厂也低于联合循环燃气轮机热电厂[7]. 由此可见，燃气轮机联合循环可大大提高发电厂整体发电热效率.即使只有燃气轮机和余热锅炉组成的不配置蒸汽轮机的简单循环燃气轮机发电厂，其发电效率也高于常规的小型燃煤热电厂. 2热电联产工程中燃气轮机机型选择 热电联产工程遵循“以热定电”原则，首先满足外界对蒸汽负荷的需求，一般对发电量的需求相对较少.因此，对于热电联产工程来说，大功率的重型燃气轮机使用相对较少，常配置一些中小型的燃气轮机. 世界主要的中小型燃气轮机有：索拉的T130燃气轮机;日立的H25和H80燃气轮机;通用电气的6F和LM系列的航改型燃气轮机;西门子的SGT-800燃气轮机.各机型的主要技术参数如表1(见下页)所示(表中数据来自各个燃气轮机厂家产品宣传手册，且会因计算的天然气热值等参数变化而发生微小的变化). 表1各中小型燃气轮机相关性能参数 Tab.1 Performance parameters of some gas turbines 表1中，H25，H80 和6F为重型燃气轮机;SGT-800和T130为工业型燃气轮机;LM6000为航改型燃气轮机.从表1可知，工业型和航改型燃气轮机单机发电热效率相对重型燃气轮机的单机发电效率明显更高，但燃气轮机的排烟温度相对较低.由于排到余热锅炉的高温烟气所包含的热量相对较少，因此对于整个联合循环热电厂，工业型和航改型燃气轮机联合循环热电厂的整体发电热效率反而低些[8-9].简单循环的燃气轮机热电厂若选择工业型燃气轮机及航改型燃气轮机，其热电厂发电热效率会较高. 对于配置蒸汽轮机的燃气轮机联合循环，重型燃气轮机因其排烟温度较工业型燃气轮机和航改型燃气轮机高，排到余热锅炉的高温烟气所包含的热量相对较多，余热锅炉产出的供蒸汽轮机发电用的高温高压的蒸汽也更多.因此，重型燃气轮机联合循环整体发电热效率比工业型燃气轮机和航改型燃气轮机联合循环的发电热效率高.燃气轮机联合循环热电厂中大多选择重型燃气轮机. 从能量的充分利用和逐级利用角度讲，相比于燃气轮机简单循环热电厂，燃气轮机联合循环热电厂更具有优势.目前我国燃气轮机热电联产工程中，大多选择重型燃气轮机组成的联合循环燃气轮机热电厂，如浙江省的某热电厂，采用6F级燃气轮机匹配余热锅炉和蒸汽轮机组成燃气轮机联合循环机组对外供热供电，燃气轮机联合循环热电厂整体发电热效率约60%. 但是对于某些对占地面积有严格要求的场合，如海上油气平台井等，一般可选择结构紧凑、效率高的工业型燃气轮机或者航改型燃气轮机机. 具体燃气轮机机型的选择可根据各工程的实际情况进行分析、计算、确定，如热电厂的对外供热参数和供热量、装机容量、机组数量、占地面积、整体热效率等. 3燃气轮机联合循环热电联产工程相对于常规火力发电热电联产的优势[10] 相对于常规燃煤的小型火力发电的热电联产电厂，燃气轮机联合循环热电厂的优势主要有： (1) 高效：燃气轮机联合循环的发电热效率已经达到甚至突破60%，这是一般常规火电机组无法比拟的，甚至高于目前最先进的超超临界机组而稳居各类火电机组之首. (2) 单位造价低：燃气轮机联合循环机组单位容量造价约400美元·kW-1，而常规火电机组造价为600～1 000美元·kW-1;若我国国产燃气轮机的制造加工水平进一步提升，燃气轮机联合循环机组单位容量造价还有非常大的下降空间. (3) 低排放：燃气轮机联合循环不排放SO2以及飞灰和灰渣;NOx的排放量也非常低，一般都可以达到49.20 mg·m-3以下，甚至可以根据需要达到小于30.75 mg·m-3的水平，CO2的排放量可以做到11.25 mg·m-3;环保性能居于现有各种火电机组之上. (4) 节水：燃气轮机联合循环机组以燃气轮机发电为主，燃气轮机发电机功率占总容量的70%，联合循环机组所需用水量约为常规燃煤机组的1/3.这在某些缺水的地区显得尤为重要.若选择燃气轮机和余热锅炉配置的简单循环，整个电厂对机组冷却水量的需求相对于常规火电厂的冷却水量更是大幅度减少. (5) 省地：燃气轮机联合循环机组因附属设备较少，无需储煤场、输煤设施，占地面积仅为加脱硫装置的常规火电厂的1/3.这在城市边缘及城区的供热电厂显得尤为重要. (6) 建设工期短：燃气轮机联合循环机组最适合模块化设计，燃气轮机各部件模块可工厂化生产，运至现场吊装，因而大大缩短了燃气轮机电厂的建设工期. (7) 调峰性能好：通过余热锅炉的旁路烟囱，不运行蒸汽轮机及发电机组的情况下，一般在20 min 内就能达到燃气轮机及发电机组的100%负荷，而燃气轮机及其发电机组负荷占整个燃气轮机联合循环电厂额定负荷的70%左右，这保证了燃气轮机联合循环的良好调控性能，实现机组的日启夜停和调峰功能. (8) 操作运行和维护人员少：因为燃气轮机联合循环电厂自动化程度高，采用先进的控制系统，电厂对员工数量的需求大幅下降.一般情况下占同容量常规燃煤电厂人员的20%～25%就足够了. 4影响燃气轮机在热电联产工程中推广的主要因素 燃气轮机联合循环电厂在国外已经得到了普遍发展，近几年已占据美国电力市场的重要地位，欧洲的燃气轮机联合循环电厂也获得了长足的发展.目前我国燃气轮机联合循环电厂能否获得大力推广和发展，主要受制于如下三个因素： (1) 我国能提供多少天然气资源供燃气轮机发电工业使用;当前国内已有部分燃气轮机联合循环电厂因受制于燃料供应，每年运行的时间远远少于常规燃煤机组. 2012年，随着“西气东输”二线最后几条干线的建成投产，整个输气管道实现每年输气300亿m3.未来中国甚至有可能规划修建“四线”或者“五线”，进一步便于西部地区的天然气输送到东部地区开发利用. 另外，海上(东海、南海)天然气的开发、沿海港口城市液化天然气(LNG)的进口，也为联合循环发电扩充了气源供应条件.国内已经探明了华北、东北、西北三大煤层气资源储量，并将逐步开采. 随着天然气来源渠道的扩大，燃气轮机联合循环电厂的应用范围将大大突破西气东输管网和海上天然气所能影响的地区. (2) 如何合理确定天然气价格，使燃气轮机联合循环发电成本能够与严重污染的以煤为燃料的常规火电相竞争. 必须指出，天然气的价格对燃气轮机及联合循环的运行成本有着决定性的影响.在燃气轮机三项发电成本的组成中(设备折旧成本、机组运行维护成本、燃料成本)，燃料成本的比例高达60%～65%，即使在天然气的产地，运输过程费用大为降低，天然气价格相对东南沿海地区更加便宜，其成本占燃气轮机发电成本的比例仍然是非常高的[4].在天然气价格居高不下的今天，燃料成本高已经成为制约燃气轮机发电大力推广的一个关键性因素. 当前，作为工业企业及城市基础设施的重要组成部分的许多中小型燃煤热电厂，通常地处城市之中或者城市郊区，因此不可避免地会对当地大气环境质量产生很大影响.中小型燃煤热电厂改造为燃气轮机联合循环热电厂，对当地环境质量的改善效果非常明显，也最容易得到人民群众的接受和支持. 热电厂的燃料从煤炭改造为天然气，虽然合理调整了能源结构，提高了能源利用效率，减少了煤炭运输环节的损失和浪费，但是对燃气轮机联合循环热电厂来说，燃料成本必然要增加，能源代价必然会提高，因此争取群众和企业的理解和参与，合理分担部分天然气成本因素，是解决天然气市场和成本关系的一条合理途径. 政府在制定燃气轮机联合循环热电厂上网电价和外供蒸汽价格时，应考虑到燃气轮机的环境效益，适当提高上网电价和外供蒸汽价格，这也是对天然气成本过高的一种消化. (3) 从长远的角度看，我国燃气轮机整体行业水平的提高是决定我国燃气轮机及联合循环电厂能否大力推广的一个重要因素. 燃气轮机的发展水平代表着一个国家的重大装备制造业的总体水平.当前我国的燃气轮机技术水平与世界先进水平之间的差距还很大，燃气轮机的核心部件依赖于进口，燃气轮机的每次大修花费很大.若某些燃气轮机的大修只能运回美国等发达国家进行，则其费用更大. 近年来，为了推动燃气轮机工业的发展，按照“市场换技术”的原则，我国对规划批量建设的燃气轮机发电站工程项目采取“打捆”式招标采购模式，由国外先进燃气轮机制造企业与国内制造企业相互结合组成联合体，进行燃气轮机联合循环电站工程项目的竞争投标，以吸收和引进国外先进技术.在这一过程中，我国同时引进了世界三大动力集团(通用电气、西门子、三菱)的F级重型燃气轮机.在实现燃气轮机设备制造本土化和国产燃气轮机技术开发方面都取得了良好的成果.在吸收和引进国外先进燃气轮机技术的基础上，逐步实现了燃气轮机联合循环电站设备研发和制造的国产化、本地化和知识产权自主化[11-12]. 2008年，我国具有完全自主知识产权的110 MW级R0110燃气轮机进行了点火及实验验证，其性能已经接近于目前国际上先进的F级燃气轮机，对我国的燃气轮机设计、制造和加工的整体水平是一个巨大的提升[13-14]. 目前，我国燃气轮机技术水平与国际先进水平之间的差距正在不断缩小，我国的燃气轮机自主研发、生产制造等方面取得了重大进展.2012年9月12日，上海市科委重大专项课题“高温合金叶片制造技术研究”通过专家验收，这标志着我国在燃气轮机核心部件国产化、自主化生产的道路上迈出了坚实的一步. 从制约燃气轮机联合循环电厂发展的三个因素及我国目前的相应情况可知，我国大力发展燃气轮机联合循环的条件已经具备，燃气轮机联合循环电厂的快速发展在近期将成为可能. 5总结 实现节能减排，提高能源利用率是我国能源结构调整的目标.随着我国天然气资源的开发、利用及液化天然气资源的引进，我国燃气轮机联合循环机组将不断增加.燃气轮机联合循环以其高效、清洁和灵活的特点，必将成为我国未来大力发展的电厂类型. 目前可用于热电联产的中小型燃气轮机容量和整个热电厂供热能力与我国广泛使用的蒸汽轮机热电机组的规格十分接近，因而可在不改变外部系统，不增加发电容量和不间断供热、发电的前提下，以较短的时间、较低的投资和较合理的电、热成本实现对热电厂以气代煤的改造.这也是燃气轮机联合循环热电厂可获得大力推广的现实条件. 总之，燃气轮机联合循环机组在我国电力工业中的作用将逐渐增强，发展燃气轮机联合循环热电厂任重而道远，但是前景是非常光明的. 参考文献： [1]李孝堂.燃气轮机的发展及中国的困局[J]，航空发动机，2011，37(3)：1-7. 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行业内主要企业：中国商飞(600615)、航发动力(600893)、中航西飞(000768)、中航沈飞(600760)
本文核心数据：C919复合材料用量、C919双电系统进口依赖
1、大飞机的定义
在航空产业中，“大飞机”(Big Aircraft)并非其原生的专业术语，也不是国际通用称谓。在国内的航空市场，“大飞机”一次源自于2003年国家科技部受国务院委托组件的“大飞机项目论证组”。
经过多年的发展，“大飞机”一词被普遍认可的定义是：起飞汇总量超过100吨的运输类飞机，包括了客运飞机、货运飞机和军用运输机等。
发展至今，我国的大飞机家族包括了民用大飞机C919、大型军用运输机运-20“鲲鹏”和水陆两栖飞机AG-600“鲲龙”。
2、大飞机产业链：产业链长、复杂度高
从产业链整体来看，大飞机行业的产业链结构复杂，涉及行业数量多、种类杂，产业链整体复杂度较高。
聚焦行业中游的制造环节来看，大飞机价值含量最高的是机体部分，价值占比可以达到30%-35%，此外，机载设备与航空发动机的价值占比分别为25%-30%和20%-25%。[x1]
3、航空材料领域
(1)复合材料的广泛应用是发展的整体趋势
随着飞机飞行速度、起飞重量、载客量的不断增加，对于航空材料轻质化、高强度、耐高温、耐腐蚀、抗冲击等特性的需求强度逐步提高。在目前使用的常见航空材料中，钛合金、复合材料凭借其优异的抗腐蚀抗疲劳等特性，对铝合金等传统航空材料形成了挑战，在波音出产的超大型客机B787中，复合材料的用料比例更是超过了50%。复合材料的大量应用是飞机发展的大趋势。
(2)C919复合材料的用量较少，进口依赖程度较高
C919中对于复合材料的大规模应用属于国产飞机在复合材料应用上的首次尝试，因此对比来看，虽然较以往的国产飞机而言，C919在复合材料的用量占比上有较大提升，但横向对比来看，C919的复合材料用量依旧相形见绌。
从进口依赖程度来看，受制于国内精细加工技术水平、原材料等一系列问题，C919约有90%的原材料与零部件从海外进口，数量达到了200多万种，进口依赖问题较为严重。
4、动力系统：国产商用航发处于研发阶段
(1)寡头垄断下的商用航发市场
航空发动机是飞机的动力输出组件，是飞机的核心构成部分，直接影响着飞机的性能、可靠性和燃油经济性能。目前，世界商用航空发动机市场发展成熟，基本由RR、GE、P&W和CFM国际等寡头垄断。根据《Commercial Engines 2021》的数据，2020年全球商用航空发动机行业的CR4高达82.23%。
(2)国产商用航发预计2025年进入市场
我国的C919使用的航空发动机是美国CFM国际的leap-1c型发动机，与波音737MAX和空客A320NEO相同。目前为止，leap-1c型发动机是商用航发市场中最成熟的民用大飞机发动机，性能可靠的同时还有不错的燃油经济性。
由于历史原因，我国对于航空发动机的研发长期以来以军用领域为主，民用航空发动机的研发历史几乎为一片空白，因此目前国内的大部分国产民用飞机装配的发动机均为进口产品。
我国首个民用航空发动机(CJ-1000A)的研发起始于2011年，我由国大型客机发动机重大专项的主承制单位——中航商发与俄罗斯联合研制。2017年，CJ-1000A核心机完成组装，并且在试验之中达到100%转速;2018年，完成CJ-1000A验证机研制和试车工作;2021年，CJ-1000A的发动机叶片正式进入装机测试。根据预测，我国国产的CJ-1000A型发动机预计在2025年完成适航取证，全面进入商业化运行。
5、双电系统：依旧存在进口依赖
——机电系统
飞机机电系统是大飞机中最复杂和庞大的系统之一，包括了燃油系统、机轮刹车系统、防护救生系统、能源系统等。
我国机电系统的发展与国际龙头相比仍旧存在着一定差距，国内的机电生产企业相对分散，规模相对较小，缺少核心竞争力。
——航电系统
航电系统是现代飞机的重要组成部分，主要包括了通信系统、导航系统、显示系统、飞控系统等。这部分系统能够帮助飞行员更好地了解飞行状况、减轻飞行员工作负担。
目前，我国民用航空的航电系统大多以进口品牌为主，国产化进程仍需努力。
6、C919整体对外依赖程度较高
整体来看，我国C919产业链对进口产品的依赖程度较高，特别是航空发动机、机电系统、航空复合材料零部件等关键部分的对外依赖程度均在50%以上。
以上数据参考前瞻产业研究院《中国民用飞机制造行业市场需求预测与战略规划分析报告》
随着人类社会的发展，活塞式发动机由于功率不足、高速性能不好等缺点，越来越不能满足人们的出行和战备需求。第二次世界大战后，活塞式发动机渐渐退出了民航和军机的主要舞台，仅在农林机、无人机、公务机等轻型飞机和直升机上还有应用。随之到来的便是航空发动机的第二个时代——喷气时代。
喷气式发动机是一种直接反作用的推进装置，低速的工质（空气和燃料）经过增压、燃烧后高速喷出，从而直接产生反作用力。与活塞式发动机相比，喷气式发动机在重量和高速性能方面远远优于前者。其实早在1913年，法国工程师雷因·洛兰就获得了世界第一项喷气式发动机专利，其工作原理为：空气由进气道进入，经供油系统后在燃烧室内燃烧，然后从推进喷管喷出产生推力。该原理与当今冲压喷气发动机十分相似，但受当时的材料工艺和制造水平所限而无法生产。
喷气式发动机的工作原理
直到1937~1938年间，英国人惠特尔（Whittle）和德国人奥海因（Ohain）分别在雷因·洛兰设计的发动机的基础上，增加了压气机的设计，实现了对进入进气道的空气进行增压，从而研制出了更加实用而高效的燃气涡轮发动机。这类发动机主要由进气装置、压气机、燃烧室、燃气涡轮和尾喷管组成。其工作原理为：空气自进气装置进入发动机后，经压气机压缩提高压力，之后进入燃烧室与喷入的航空煤油混合后燃烧，形成高温、高压的燃气，然后进入燃气涡轮中膨胀做功，带动涡轮高速旋转并输出驱动压气机和发动机其他附件所需的功率，而由燃气涡轮喷出的燃气则产生发动机的推力。
1939年8月27日，一架He-178装备了由奥海因改进设计的HeS3B发动机，成功进行了人类首次喷气飞行，就此宣告了喷气飞行时代的开始。这款HeS3B发动机是对奥海因最初设计的HeS1型发动机的改良，台架推力从265daN提高到了490daN。
第二次世界大战后，随着科学技术日新月异的发展，在惠特尔和奥海因成功的基础上，航空发动机中的燃气涡轮发动机家族迅速壮大，涡轮螺旋桨发动机、涡轮轴发动机、涡轮风扇发动机和桨扇发动机等相继出现，并凭借其远优于活塞式发动机的性能，至今依旧是推动航空器飞行的主力。另外，除了航空工业外，燃气轮机还被广泛应用于船舶和电力等行业，成为推动社会进步发展的重要引擎。
参考文献
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2. 刘大响, 陈光. 航空发动机:飞机的心脏[M]. 北京: 航空工业出版社, 2003;
3. 刘长福, 邓明. 航空发动机结构分析[M]. 西安: 西北工业大学出版社, 2006.
柴油发动机是燃烧柴油来获取能量释放的发动机。我为大家整理的柴油发动机新技术论文，希望你们喜欢。 柴油发动机新技术论文篇一 柴油发动机燃烧技术及汽车新能源 摘要：汽车无疑是21世纪发展最为迅速，对人类影响最大的机械。近几十年来，面对地球能源的日益短缺和环境保护的严重形势，人们对车用发动机的燃油经济性更加重视，节能减排受到广泛关注。本文针对近年来柴油发动机燃烧技术以及其他汽车替代燃料的新能源开发应用进行了介绍和评论。最后对柴油发动机燃烧新技术的今后发展进行了展望，指出了汽车科技在21世纪的发展方向，即改善燃烧技术并且研发应用新能源。 关键词：柴油发动机 燃烧技术 燃料 新能源 0 引言 随着机动车保有量的迅速增加，全球石油能源临近枯竭。同时，排放法规日益严格，要求大幅降低汽车尾气中NOx和PM等排放。因此，燃油的经济性、节能减排受到广泛关注。改善燃烧技术，研发汽车新能源渐渐成为一项重要的课题。 汽车的动力来源于发动机气缸内燃料燃烧所放出的热能。传统的汽车发动机根据所用燃料种类区分，可分为柴油发动机和汽油发动机。近年来，由于世界能源短缺和环保低碳的要求，人们开始开发新型清洁燃料，如甲醇、乙醇、液化石油气(LPG)、压缩天然气(CNG)等。现在又大力开发混合动力汽车、电池电动汽车、电容电动汽车和太阳能汽车等。 1 柴油发动机燃烧技术 柴油机汽车因压缩比高，燃油消耗平均比汽油机汽车低30%左右，所以燃油经济性较好、热效率较高。但是传统的柴油机燃烧过程，是采用高压喷射将燃油喷入气缸，形成混合气，并借缸空气的高温自行发火燃烧。如果燃烧不充分，极易产生NOx 、PM。随着排放标准的提高，政府对节约能源与减少排放日益重视。为达到排放法规和降低油耗的要求，应该加强新的燃烧方式的探索，开发出高性能低成本的先进柴油机。近些年应运而生的先进的燃烧技术有：均质充量压缩点燃(HCCI)和低温燃烧(LTC)等。他们与传统的燃烧模式相比有很多自身的优势，有足够的提高效率和降低排放的潜力，但还需要进一步的深入讨论和完善。 1.1 均质充量压缩着火(HCCI)燃烧 自20世纪70年代末，均质充量压缩着火(HCCI)燃烧这一新概念被报道，国际上学术界和工业界一直高度重视这一燃烧技术，是世界内燃机燃烧研究领域中的热点之一。 均质充量压缩着火燃烧，就是柴油机在着火前像汽油机那样形成均质混合气，消除扩散燃烧，采用较高压缩比，压缩可控着火，实现近似等压燃烧;同时要具有良好的化学反应动力学效应，实现低温火焰快速燃烧，燃烧持续期短，燃烧效率高，可以同时保持较高的动力性和燃油经济性，达到高效、低污染的目标。与传统的点燃式发动机相比，它取消了节气门，泵气损失小，混合气多点同时着火，燃烧持续期短，可以得到与压燃式发动机相当的较高的热效率;与传统柴油机相比，由于混合气是均质的，有效的解决了传统均质稀混合气燃烧速度慢的缺点，燃烧反应几乎是同步进行，没有火焰前锋面，燃烧火焰温度低，可以同时降低NOx 和PM排放。另外，实施HCCI燃烧模式可以简化发动机燃烧系统和喷油系统的设计。因为HCCI燃烧的着火和燃烧速率只受燃料氧化反应的化学反应动力学控制，受缸内流场影响较小，同时均质预混的混合气组织也比较简单。HCCI的优点还包括它的燃料灵活性高，它能使用包括汽油、柴油、天然气、液化石油气(LPG)、甲醇、乙醇、二甲醚以及混合燃料等多种燃料。 HCCI这一燃烧方式具有重要的理论意义和广阔的应用前景。目前已在化学反应动力学机理、燃烧控制、负荷拓展等多个方面有了很大的进步。不过，业内多数研究机构认为该技术成熟至少应在2015年后，要想实用化在还技术上还存在很多弊端。这些弊端主要包括：均质混合气的制备;CO和HC排放的降低;低负荷下的燃烧不稳定和失火;高负荷下的燃烧粗暴;着火相位和燃烧速率的控制等。 1.2 低温扩散燃烧 对于柴油机来说，燃烧技术的关键是同时降低微粒和 NOx 排放，基本思想是加速燃油与空气混合，尽量燃烧“均匀”混合气，同时还需要降低燃烧温度，实现“低温”燃烧。柴油机低温燃烧，就是控制缸内燃烧温度低于NOx和碳烟的生成温度，从而有效降低NOx和碳烟排放。均质充量压缩着火(HCCI)燃烧属于低温燃烧，另一种低温燃烧技术是低温扩散燃烧。 与均质充量压缩着火(HCCI)燃烧不同，低温扩散燃烧的着火仍是由燃油喷射来控制。着火时，缸内存在燃空当量比大于1的区域，因此也就存在扩散火焰，燃烧速率受控于燃油空气混合速率，其较低的燃烧温度是通过采用相当大的冷却EGR率、低压缩比以及推迟喷射定时等措施来实现的。 1.3 富氧燃烧技术 发动机气缸内燃料的燃烧是靠空气中的氧气来助燃的， 因此改善发动机燃烧技术可以从进入发动机气缸助燃的空气入手。发动机富氧燃烧就是用比通常空气(含氧21%)含氧浓度高的富氧空气为发动机进气的燃烧。富氧燃烧可增加发动机的功率密度，提高柴油机的动力性和经济性，降低碳烟、CO和HC的排放，它是一项高效节能的燃烧技术。 早在 20世纪60年代末Karim等就已经开始了对柴油机富氧进气燃烧的研究[2]。我国于80年代中期开始富氧技术的研究。从20世纪90年代开始，通过研究人员的大量研究，富氧燃烧技术取得了一系列实质性进展。 由于富氧燃烧提高了柴油机的燃烧速率，优化了燃烧过程，提高了燃料能量释放率，所以使柴油机具有更好的动力性和经济性。富氧燃烧降低了碳烟、CO和HC的排放， 却增加了NO的排放。近年来研究人员提出了更为先进的燃烧技术――膜法富氧燃烧， 膜法富氧技术其基本原理主要是扩散和溶解，利用供应的气体分离膜两边的压力差以及各气体组分对于特定高分子膜的相对通过率不一样，而实现渗透和分离，获得某种高浓度气体[3]。 对于柴油发动机来说，膜法富氧不但可以提高发动机动力性能，最重要的是能够降低NOx和碳烟，达到降低排放的目的。膜法富氧技术被称为“资源的创造性技术”。 1.4 当量比燃烧 最近几年，为了适应更加苛刻的环保法规，柴油机产品上都使用了尾气后处理器，使柴油机的成本增加，也降低了可靠性。为降低后处理成本，Reitz等人[4]-[6]开展了柴油机当量比燃烧的研究，以便使用三元催化器。在一台单缸机上进行了试验。研究发现，在一定条件下，柴油机当量比燃烧可以实现极低的NOx和碳烟排放，二者都在0.2g/(kWh)以下。柴油机当量比燃烧研究的开展是最近几年才开始的，已经显示出很好的低NOX和PM排放性能。如果能够改善经济性，当量比燃烧在柴油机上的应用奖充满期望。 2 汽车新能源 随着汽车工业的不断发展，柴油、汽油等燃料的需求也越来越大，导致的最直接的后果就是石油日益枯竭，柴油、汽油等价格上涨。同时汽车尾气污染也日趋严重，在不可再生能源的日益枯竭和价格的不断上涨以及环保要求的双重压力下，寻找新能源将是今后汽车行业的主要任务。 2.1 燃气汽车 燃气汽车主要有液化石油气汽车和压缩天然气汽车。燃气汽车由于其排放性能好，运行成本低、技术成熟、安全可靠，被世界各国公认为当前最理想的替代品。天然气作为一种储量丰富干净可靠的清洁燃料，兼备汽油柴油的优点，具有抗爆性好、自燃温度高、排放特性好等特点，非常适合作为内燃机的代用燃料使用。与柴油相比，颗粒物和NOx排放非常少，而与汽油相比，HC、NOx和CO2排放较少。因此，加强对燃气汽车的研究，对缓解石油能源危机，改善环境具有重要意义，对于保障国民经济的持续发展也具有重大的战略意义。 2.2 电动汽车 电动汽车是指以车载电源为动力，用电机驱动车轮行驶，符合道路交通、安全法规各项要求的车辆。电动汽车最大的优点是只要有电力供应的地方都能够充电。但是蓄电池单位重量储存的能量太少，还因电动车的电池较贵，又没形成经济规模，故购买价格较贵。目前电动汽车上应用最广泛的电源是铅酸蓄电池，但随着电动汽车技术的发展，铅酸蓄电池由于比能量较低，充电速度较慢，寿命较短，逐渐被其他蓄电池所取代。正在发展的电源主要有镍镉电池、钠硫电池、燃料电池、锂电池、飞轮电池等，这些新型电源的应用对环境影响相对传统汽车较小，其前景被广泛看好，但当前技术尚不成熟。 2.3 混合动力汽车 混合动力是指在原有的汽油发动机和柴油发动机基础上，同时配以电动机来改善低速动力输出和燃油消耗的车型。混合动力主要以发动机驱动行驶，利用电动马达所具有的再启动时产生强大动力的特征，在汽车起步、加速等发动机燃油消耗较大时，用电动马达辅助驱动的方式来降低发动机的油耗。混合动力汽车最大的优点就是“零”排放，而且采用混合动力后可按平均需用的功率来确定内燃机的最大功率。 2.4 甲醇HCCI燃烧 均质压燃的燃烧方式本身具有热效率高、NOx 排放低和几乎零PM排放的优点。甲醇来源广泛，着火界限宽，其气化速度快和易于形成混合气的特点，能更好地适应HCCI稀薄燃烧及分布式多点着火的工作方式。具有较高的抗爆性能，可以提高发动机的压缩比和热效率。将HCCI燃烧技术运用到甲醇车用发机上可满足节能减排的要求，但是目前还未能满足实际运用的要求，如对甲醇发动机HCCI燃烧过程的进行控制、拓展其负荷范围的方法等。 由此可见，汽车科技在21世纪的发展方向就是改善燃烧技术并且研发应用新能源。在大力改善燃烧技术的同时，积极降低替代燃料的生产成本、使用价格，使新能源发展为汽车产业的可持续发展带来光明的前景。 参考文献： [1]Karim G A.Ward G.The examination of the cnmhustion processes in a compression-ignition engine by changing the partial pressure of oxygen in the intake charge[C].SAE Paper 680767. [2]李胜琴，关强，张文会等.汽油发动机富氧燃烧分析[J].内燃机，2007(1)：51-52. [3]SangsukLee，ManuelA.GonzalezD.andRolfD.Re-itz.Stoichi-ometriccombustioninaHSDIdieselenginetoallowuseofathree-wayexhaustcatalyst[C].SAE Paper 2006-01-1148. [4]Lee，S.，GonzalezD.，M.A.，Reitz，R.D.Effectsofengineoperatingparametersonnearstoichiometricdieselcombustioncharacteristics[C].SAE Paper 2007-01-0121. [5]Chase，S.，Nevin，R.，Winsor，R.，Baumgard，K.，StoichiometricCompressionIgnition(SCI)Engine[C].SAE Paper2007-01-4224. [6]黄喜鸣.浅谈汽油机稀燃层燃技术[J].装备制造技术，2006(4)：174-175. 柴油发动机新技术论文篇二 现代柴油发动机节能减排新技术 摘要：文章主要对传统柴油发动机与汽油发动机的优缺点、现状及存在的问题进行了分析和阐述，从高压电控共轨技术、冷却式EGR技术等几方面介绍了现代柴油机为了更好地适应社会发展所采用的一系列节能减排的新技术，以提高柴油机的综合性能。 关键词：柴油机;节能减排;冷却式EGR技术;高压电控共轨技术 中图分类号：U464 文献标识码：A 文章编号：1009-2374(2012)20-0135-03 近几年来，随着发达国家柴油轿车在全部轿车中所占份额的不断增加，电控汽车柴油机开始异军突起，技术也有所突破，特别是出现了改变传统燃油喷射系统的组成和结构特征的高压共轨系统，并且为了符合国际的排放标准及节能标准出现了各种各样 的节能减排技术，使得柴油机的发展越来越好。 1柴油发动机的优缺点 1.1 柴油机的优点 柴油机与汽油机相比，主要有三大优点： (1)扭矩大。相同排量下，柴油机力气更大，扭矩更大。 (2)省油。首先柴油的能量密度含量比汽油高;其次柴油机的热效率高。一般柴油机的油耗要比汽油机的低30%～40%。 (3)环保。由于柴油机的富氧燃烧，所以柴油机的CO、HC和CO2排量相对于汽油机较低。 1.2 柴油机存在的问题 柴油机的性能虽然在很多方面比汽油机更有优势，但是也存在着很多关键性的问题需要解决。 (1)尾气排放问题。虽然较汽油机来说，柴油机的CO、HC和CO2排量较低，但是颗粒和NOX的排放比较难控制。 (2)油耗问题。虽然柴油机的油耗要比汽油机的低，但是为了实现社会发展的需要，进一步降低油耗也成为柴油发动机所要克服的问题之一。 (3)升功率问题。柴油发动机本身的质量和体积也影响了其各方面的性能，所以为了使得柴油机进一步得到社会的认可，如何提高柴油发动机的升功率也成为了柴油机发展过程中的问题。 (4)比质量问题。柴油机由于采用压燃的方式，所以其材料要求较高，且其压缩比较大，也使得 柴油机相对于汽油机在同等排量的情况下其质量较大。 2现代柴油机新技术 2.1高压电控共轨技术 高压电控共轨式燃油喷射系统的出现，基本上改变了传统柴油机燃油喷射系统的组成和结构特征。高压电控共轨系统的最大特征就是燃油压力的形成和燃油量的计量在时间上、在系统中的部位和功能方面都是分开的。燃油压力的形成和燃油量的输送基本上与喷油过程无关。根据电控单元的指令控制每个喷油器，使得每个喷油器可按所要求的精确的喷油正式从共轨中“调出”具有所要求的精确压力和精确循环的燃油。改善了燃烧过程，提高了燃烧效率，降低了燃烧噪声和排放。该项技术已普遍在柴油车上使用。 2.2 冷却式EGR技术 采用冷却式EGR系统，在EGR气体流动管上安装冷却装置，当EGR气体进入进气管前先降低其温度，故燃烧温度比一般的EGR系统明显降低，且因进气密度高，进入燃烧室的气体量多，使得燃烧更完全，故也可减少PM的排放。 2.3均质燃烧技术(HCCI) 在均质燃烧方式下，柴油和空气在燃烧开始前已充分混合，形成均质预混合气。混合气被活塞压缩并发生自燃，并呈分布均匀、稀混合的低温、快速燃烧，从根本上消除了产生NOx的局部高温区和产生PM的过浓混合区，从而能大大降低NOx和PM的排放。 2.4NOx排放控制技术 (1)AR(吸附还原催化剂)。在稀燃阶段将NOx吸附储存起来，而在短暂的富燃阶段，NOx释放并被排气中的HC还原。 (2)SCR催化转化器。它是一种剂量系统，系统将还原剂(尿素)导入排气中，混合后再经过催化，可减少NOx的排放。 (3)NSCR。它是在去氮催化器中，用碳氢化合物作还原剂，将废气中的NO3还原。 (4)采用碳素纤维加载低电压技术。碳素纤维具有催化活性，能促进废气中的NO与C或HC进行氧化还原反应，随着电压的升高，可使NOx排放明显降低。 2.5颗粒排放控制技术 (1)颗粒捕捉器。颗粒(PM)是柴油机尾气主要成分之一，对人体的危害也非常大。颗粒捕捉器能够将尾气中的颗粒物过滤掉，可以达到90%以上的净化效果。 (2)氧化催化器。氧化催化器是利用催化器中的催化剂来降低废气中的HC、CO和颗粒中的可溶有机成分的活化性能，使这些成分能与废气中的O2在较低的温度下发生反应，从而降低柴油机的有害物质排放量。 2.6多气门技术 多气门发动机是指每一个气缸的气门数目超过两个，即两个进气门和一个排气门的三气门式;两个进气门和两个排气门的四气门式;三个进气门和两个排气门的五气门式。气门布置在气缸燃烧室中心两侧倾斜的位置上，是为了尽量扩大气门头的直径，加大气流通过面积，改善换气性能，形成一个火花塞位于中心的紧凑型燃烧室，有利于混合气的迅速燃烧，提高柴油机的经济性。 2.7增压中冷技术 增压就是增加进入柴油机汽缸内的空气密度，中冷则是将压缩后的空气的温度降低。最终是提高进入气缸内的空气量，能够在不改变发动机排量的基础上提高柴油机输出功率，降低其升功率。 2.8轻质量设计技术 在柴油机设计上，由于轻质量技术的应用以及材料和制造水平的提高，使得柴油机的比质量也有所下降，由汽油机派生出来的柴油机总质量约为汽油机的110%。 3柴油机技术发展趋势 从当今世界各主要汽车与发动机公司开发的新一代柴油机的技术变化看来，尽管柴油机各有特点，但大体上反映了以下发展趋势： 3.1优化结构设计 优化结构设计，减少摩擦与附件功率损失，提高机械效率。柴油机的有效效率等于指示效率与机械效率的乘积，因此，柴油机的燃油消耗率也直接受到机械效率的影响，国外在致力于完善缸内工作过程的同时，也十分重视减少摩擦损失和提高机械效率的研究。此外，以德国MTU公司为代表的可变排量技术也是一种有效手段。 3.2发展各种代用燃料 代用燃料大多是二次能源，常用的有植物油、天然气、醇类燃料、氢和燃料电池等。各种代用燃料一般都有降低环境污染的效果，并且都有较为可靠的来源。 3.3降污的柴油添加剂 研究节能降污的柴油添加剂，改善燃料的燃烧性能，对已投入使用的车辆来说，是较佳的技术处理方法之一。 4结语 先进柴油机技术的应用使柴油机的综合性能有了极大的提高，因此柴油机在市场上的占有量正逐步提高。特别是在欧洲，柴油轿车的销售量已占轿车总销量的1/3以上，并且这一数字仍在不断增长。在我国，先进技术的柴油机汽车将得到广泛的采用。 参考文献 [1]何林华.车用柴油发动机的发展趋势[J].客车技术与研究， 2004，(3). [2]李棠， 李理光.柴油机HCCI燃烧的均质混合气制备 [J].汽车技术，2004，(5). [3]周玉明. 减少柴油机NOx排放的机外措施[J].柴油机，2001，(1). [4]邓元望，朱梅林，向东.柴油机微粒排放控制方法评述 [J].柴油机，2001，(5). [5]廖梓珺， 陈国需， 陈淑莲.柴油机排放控制技术的研究进展[J]. 拖拉机与农用运输车，2009，(5). 作者简介：王晓慧，女，浙江工贸职业技术学院助理讲师，硕士，研究方向：载运工具运用工程。 看了“柴油发动机新技术论文”的人还看： 1. 柴油机新技术论文 2. 柴油机共轨新技术论文 3. 电力机车新技术论文 4. 农业机械技术论文 5. 关于机械化的论文
楼主你好！很高兴能回答你的问题！国际油价破百之后，新能源再次被人们关注。然而，新能源在缓解能源危机这个大舞台上，到底能发挥多大的作用？哪些新能源又值得消费者期待呢？ 面对高油价和潜在的石油供应危机，各国政府都把解决能源问题作为维护国家安全的战略问题提到议事日程中来。中国工程院博士冀星说，摆在各国政府面前的有两条道路：一是开源节流，寻求更多的石油供应渠道，并提高石油的使用效率；二是开发新能源。 为了促进新能源的开发利用，2006年1月1日，我国正式颁布实施了《可再生能源法》。该法将可再生能源的范围进行了限定，即风能、太阳能、水能、生物质能、地热能、海洋能等非化石能源。国家还出台了一系列政策和措施，旨在推动以秸秆、甘蔗、玉米等农林产品以及畜牧业生产废弃物等为代表的生物能源发展。 2007年，国家发改委发布的《能源发展“十一五”规划》，描绘出一幅未来5年我国能发展的蓝图。 乙醇汽油推广范围逐渐扩大 在众多新能源中，目前我国唯有乙醇汽油真正得到了推广，并且范围逐渐扩大。现在吉林、辽宁、黑龙江、河南、安徽五省及湖北、山东、江苏、河北、广西五省的部分地区都在使用乙醇汽油。 乙醇俗称酒精，车用乙醇汽油是把变性燃料乙醇和汽油按一定比例混配形成的一种新型汽车燃料。它基本不影响汽车的行驶性能，还可以减少有害气体的排放量。 虽然乙醇汽油的技术成熟，推广也一直稳步进行，但就在国务院2007年举行的一次关于可再生能源的会议上决定，我国将停止新建的粮食乙醇燃料项目。据了解，出台这一政策是为了保证粮食安全，保证玉米、小麦和其他农产品的种植比例平衡。农业部农村经济研究中心的有关专家认为，由于利用率最高、价格最为低廉，以木薯资源制造酒精前景广阔，我国燃料乙醇由此向非粮乙醇转折。 中国汽车技术研究中心高海洋博士认为，从长远角度讲，推广乙醇汽油是节约能源，提高环保质量的有力举措，但就试点情况来看，在全国范围推广则要在成本、价格、政策等方面加以规范，这需要整个供求市场的磨合，而不是一朝一夕的事。 生物柴油三年后进入正规加油站 生物柴油作为传统柴油的替代能源已经得到世界各国的重视，我国的中国石油、中国石化、中国海洋石油和中粮集团都设立了专门的机构研究生物柴油。有关方面预测，三年后生物柴油能进入正规加油站。 生物柴油是以动植物油脂为原料的可再生能源，与传统石化柴油相比，生物柴油具有润滑性能好，使用安全等优势，目前全球生物柴油的主要应用领域是为汽车提供动力燃料。使用生物柴油车辆无需改装，只要与普通柴油按照一定比例调和即可。 2006年，国家颁布《中华人民共和国可再生资源法》。虽然已有法规确定生物柴油的合法地位，但广大消费者近两年内还很难在正规加油站购买到。 据了解，国家对成品油的监管非常严格，而目前生物柴油的质量参差不齐，如果在加油站销售，质量无法保证。另外，产量太小也是制约生物柴油走进正规加油站的重要原因。国家发改委对生物柴油今后的推广已经有初步的计划，就是按照乙醇汽油的推广方式来分区域封闭式推广。 中国工程院博士冀星透露，根据国家发改委的整体规划和四大集团研究实验进度，预计三年后生物柴油才能进入正规加油站。 氢能源应用在车上有待时日 与生物质能源相比，氢能源的发展势头略显弱势，但世界各国的研究机构和汽车制造企业在研究开发氢技术方面都取得了一些成绩。美国的通用汽车公司把远期目标定位在氢能源车，“雪佛兰Sequel”是该公司最新一代的氢能源概念车。 氢能源是一种二次能源，目前主要的来源是利用水资源制取的。我国氢的来源极为丰富，制造提取的技术水平也有了一定的基础，水电解制氢、生物质气化制氢等制氢方法都已形成规模。 虽然氢能源来源广泛，但作为新能源在车辆上推广还有一定难度。首先，提取氢能源的成本极高；第二，需要对车辆进行较大改造；第三，大量提取氢能源的难度较大；第四，需要广泛建造氢加注站点。业内专家认为，获得大量廉价的氢，是实现氢能利用的根本。 太阳能汽车的美好前景 1999年，巴西圣保罗大学的科研人员设计出一款新型太阳能汽车，这种汽车全部使用太阳能作为能源，发动机和车轮之间没有传输装置，最高时速超过100公里。这是世界上有报道的第一款真正意义上的太阳能汽车。 2003年，由日本大学生制造的氢(hydrogen)和太阳能汽车成功穿越澳洲。该车从柏斯穿越沙漠行驶到悉尼，行程4084公里。汽车的排放物包括纯净水，悉尼市长特恩布尔在汽车抵达悉尼后，将水一饮而尽。 南京理工大学车辆工程系吴小平教授分析说，太阳能汽车进入商业时代，至少还要30-50年，但太阳能在汽车上的局部应用，10年之内应可见到。比如随着汽车上空调、多媒体等大量需要耗用发动机动力供电的电器设备的使用，燃油发动机已经越来越难以满足需要，那么用太阳能电池替代发动机的部分功能，就既可减少汽车尾气排放量，又可提高发动机工作效率。另外，高尔夫球场、风景区等对环保要求较高，而对动力要求不高的场所，可能会使用太阳能小车做工作车或游览车。 神秘的“可燃冰” 在全世界寻找替代能源的努力中，一种神秘的物质逐渐浮出水面，它就是深藏在海底的比石油、煤燃烧值高数倍，被称为后石油时代能源的“可燃冰”。 这种天然气水合物的晶体叫“可燃冰”，学名为“天然气水合物”，它透明无色，形似笼状的独特的冰结晶体，点火即燃烧，常温下分解出天然气，所以又叫“气冰”、“固体瓦斯”，是一种高能量的能源。我国在西海北部已经发现可燃冰的存在。 目前，很多国家都只是证明其在某一地区内含有“可燃冰”这种资源，但却很难说出具体的可采储量。由于“可燃冰”分布于海底，因此勘探起来有很大难度，至少现阶段世界各国都不能像探测石油、天然气一样，通过分析地质构造和进一步勘探确认“可燃冰”的探明可采储量。 “采集实物样本还具有一定的难度，‘可燃冰’的开发利用就更是难上加难。”专业人士指出，开发“可燃冰”非常危险，由于水化物是在低温高压下形成的。且开采时还有可能导致海床崩塌使甲烷大量释放，释放过程中一旦失控，难免酿成灾难。因此业界认为“可燃冰”成为新能源只是人类的一个希望。 电动汽车蓄势待发 电能汽车也称电动汽车，其工作原理是依靠蓄电池的电力使汽车发动机运转，使电能转化为机械能，从而驱动汽车。 电能汽车可以有效解决传统汽车燃油的污染问题，很多国家和机构都在研究电能汽车，而电能汽车的主要问题是蓄电池的蓄电能力大小，它直接影响着汽车的行驶速度和行驶距离。 现在，国内外各知名汽车厂商都开始下大力气开发电能汽车。 比亚迪首款电动汽车F3e使用电能驱动，没有排放，没有污染，甚至没有汽缸发动机的噪音，充足电以后以140－150公里／小时的速度可行驶570公里，这种环保汽车的远景变得越来越清晰。 电能汽车的发展将有效缓解能源危机，成为新能源动力车的重要组成部分。 编后 石油仍是当前最廉价的车用能源 除了燃料乙醇、生物柴油和氢能源以外，风能、太阳能、水能等都可以作为替代能源用于车辆，但目前它们还停留在概念的范畴，石油仍是当前最廉价的车用能源。 石油价格上涨已经变成了不可逆转的趋势。除非找到真正具有市场实用价值的替代能源，否则整个世界都将不可避免地沦为“石油的奴隶”。 寻找新能源的意义不在于最终完成了什么样的研发，而在于它给我们提供了一种全新的思路、一种可能。 希望我能够帮到你！呵呵~
行业主要上市公司：美锦能源(000723);厚普股份(300471);中国石化(600028);卫星化学(002648);嘉化能源(600273);亿华通(688339)等
本文核心数据：氢能源板块上市公司研发费用;氢能源相关论文发表数量
全文统计口径说明：1)论文发表数量统计以“hydrogen energy”为关键词，选择“中国”、“论文”筛选。2)统计时间截至2022年8月17日。3)若有特殊统计口径会在图表下方备注。
氢能技术概况
1、氢能源的界定及分类
(1)氢能源的界定
氢能是氢在物理与化学变化过程中释放的能量。氢能是氢的化学能，氢在是宇宙中分布最广泛的物质，它构成了宇宙质量的75%，储量丰富。氢能被视为21世纪最具发展潜力的清洁能源，随着世界范围内对绿色经济发展重视程度的提升，氢能源的需求和应用领域不断扩展。
(2)氢能源的分类
按照氢气的来源，通常将氢能源分为三类，即灰氢、蓝氢和绿氢。
2、技术全景图：四大环节构成
氢能产业主要由制氢、储氢、运氢、加氢和用氢四大环节构成。为发挥氢能重要能源载体作用，需大力推动氢能产业每个环节的技术发展。其中电解水制氢、液态/固态储氢、液态有机储氢、氢燃料电池等先进技术研究对氢能产业规模化应用具有重要意义。
氢能产业技术发展历程：始于上世纪50年代
中国的氢能与燃料电池技术研究始于上世纪50年代。20世纪80年代以来，相继启动了863计划和973计划，加速以研究为基础的技术商业化项目，氢能和燃料电池均被纳入其中。“十三五”期间，氢能与燃料电池开始步入快车道。2016年以来相继发布《能源技术革命创新行动计划(2016-2030年)》、《节能与新能源汽车产业发展规划(2012-2020年)》、《中国制造2025》等顶层规划。2019年两会期间，氢能首次写入政府工作报告。2020年4月，氢能被写入《中华人民共和国能源法》(征求意见稿)。2021年，“十四五”规划指出要在氢能与储能等前沿科技和产业变革领域，组织实施未来产业孵化与加速计划，谋划布局一批未来产业。2022年发布第一个氢能源专项规划——《氢能产业发展中长期规划(2021-2035 年)》，为中国氢能源产业发展作为指引。
氢能产业技术政策背景：政策加持技术水平提升
近些年来，我国提出了一系列氢能产业技术发展相关政策，包括氢气制备、储运、应用和燃料电池等关键技术，使得氢能产业技术水平稳步提升。
氢能产业技术发展现状
1、氢能产业技术科研投入现状
(1)国家重点专项
为推进氢能技术发展及产业化，国家重点研发计划启动实施“氢能技术”重点专项。2018-2022年，“氢能技术”重点专项数量逐年增加。2018年仅9项技术专项，到2022年，“氢能技术”重点专项围绕氢能绿色制取与规模转存体系、氢能安全存储与快速输配体系、氢能便捷改质与高效动力系统及“氢能万家”综合示范4个技术方向，拟启动24项重点专项。
(2)A股上市企业研发费用
目前，中国氢能市场正处于发展初期，行业整体研发投入水平不算太高。从A股市场来看，2017-2021年，我国氢能源板块上市公司研发总费用逐年增长，2022年第一季度，氢能源板块上市公司研发总费用约158.69亿元。
2、氢能产业技术科研创新成果
(1)论文发表数量
从氢能相关论文发表数量来看，2010年至今我国氢能相关论文发表数量呈现逐年递增的趋势，可见氢能科研热度持续走高。截至2022年8月，我国已有80825篇氢能相关论文发表。
注：统计时间截至2022年8月。
(2)技术创新热点
通过创新词云可以了解氢能产业技术领域内最热门的技术主题词，分析该技术领域内最新重点研发的主题。通过智慧芽提取该技术领域中最近5000条专利中最常见的关键词，其中，催化剂、燃料电池、制氢系统、电解水、电解槽等关键词涉及的专利数量较多，说明氢能领域近期的研发和创新重点集中于燃料电池和制氢等领域。
(3)专利聚焦领域
从氢能专利聚焦的领域看，目前氢能产业专利聚焦领域较明显，其主要聚焦于催化剂、燃料电池、制氢系统、电解水、电解槽等。
注：图中格子数量表示每家公司的专利覆盖率，每个格子代表相同数量的专利。
主要氢能产业环节技术分析
1、前端制氢环节：可再生能源电解制氢是氢源终极方案
制氢环节技术主要包括化石能源制氢和可再生能源制氢。其中，利用化石能源制氢并未摆脱能源对石油、煤炭和天然气的依赖，仍会产生大量碳排放;即使是加上CCUS捕集制备的蓝氢，一旦甲烷在制备过程中发生泄漏，对气候的影响比碳排放更大。而利用可再生能源进行电解水制氢，生产过程基本不会产生温室气体。
2、中端储运氢环节：固态储运安全性更好
储运氢气的方式主要分为气态储运、液态储运和固态储运。相比于气氢储运和液氢储运，固态储运在安全性方面优势明显。
3、后端加氢及氢燃料电池
(1)加氢：站内制氢成本优势大
加氢基础设施是氢能利用和发展的中枢环节，是氢能产业发展的核心配套设施。根据氢气来源不同，加氢站可分为外供氢加氢站和站内制氢加氢站。相较于外供氢而言，站内制氢能够大幅减小氢气的运输成本。
(2)氢燃料电池：质子交换膜燃料电池是主流发展方向
按电解质的种类不同，燃料电池可分为碱性燃料电池、质子交换膜燃料电池、硝酸型燃料电池、碳酸型燃料电池、固体氧化物燃料电池等。其中，质子交换膜燃料电池是当前燃料电池的主流技术发展方向。
氢能产业技术发展痛点及突破
1、氢能产业技术发展痛点
(1)高成本是制约氢能大规模发展的关键
当前，经济性为氢能产业发展最大的挑战因素，即使是成本相对较低的氢气($0.5/kg)，除了转化成氨用作肥料以外，绝大多数氢能应用场景都比现有化石能源技术昂贵。解决氢能产业在绿氢制备、储运氢、加氢站建设、燃料电池电堆等关键环节的经济性问题，是未来氢能大规模发展必须要攻克的一道难题。
(2)制氢技术：先进电解技术发展不成熟
目前国内电解水制氢的成熟技术为碱性电解水制氢技术，碱性水电解槽难以响应瞬态负载，因而难以与波动大的可再生电力配合。另外，PEM电解水制氢技术也面临着匹配可再生能源电力而进行的电解槽设计、控制技术以及电源系统设计等尚不成熟的局面。
2、氢能产业技术发展突破
(1)先进电解技术：PEM电解槽设计改进突破
PEM电解槽设计改进策略方向包括更轻更稳定的端板和双极板、经济且耐腐蚀的集电器等。据Yagya N Regmi博士的研究小组研究发现，PEM电解中发生不含铂族金属催化的析氧反应在短期内是无法实现的，因此，尽可能使铱的质量活性最大化才是目前的可行策略。
(2)氢能储运：固态储氢和潜液式液氢泵突破储运氢技术瓶颈
氢能储运技术突破在于提高储氢密度和安全性，以及降低运输成本。固态储氢是利用物理或化学吸附将氢气储存在固体材料之中。固态储氢具有体积储氢密度高、安全性更好的优势，因此是一种有前景的储氢方式。因此，固态储氢得到了越来越多的研究和关注，主要工作集中在储氢材料的研发与改性等方面。以氢枫能源的镁基固态储氢为例，镁基固态储氢具有资源、性能及技术优势。
液氢泵为液氢储运的重要部件，用于对液体氢气进行传输分配。从氢能全产业链来看，氢气输配成本和初始资本支出为降本的最主要环节。潜液式液氢泵取代了外置泵，减少了氢蒸发，去掉了气氢压缩机;且用液氢的冷源省去制冷系统。此外，潜液式液氢泵大流量液氢泵直接加注，不用高压储罐，去除级联储存;最终的结果是减少初始投资和运行成本，使氢气的售价与汽油、柴油比肩。
氢能产业技术发展方向及趋势：氢能各环节技术加快突破
氢能供应体系发展路径以实现绿色经济高效便捷的氢能供应体系为目标，中国将在氢的制储运加各环节上逐渐突破。从长远看，随着用氢需求的扩大，结合可再生能源的分布式制氢加氢一体站、经济高效的集中式制氢、液氢等多种储运路径并行的方案将会是主要的发展方向。
「前瞻碳中和战略研究院」聚焦碳中和领域的政策、技术、产品等开展研究，瞄准国际科技前沿，服务国家重大战略需求，围绕“碳中和”开展有组织、有规划科研攻关，促进碳中和技术成果转化和推广应用，为企业创新找到技术突破口，为各级政府提供碳达峰、碳中和的战略路径管理咨询和技术咨询。院长徐文强博士毕业于美国加州大学伯克利分校，二十余年来一直深耕于低碳清洁能源和绿色材料领域的基础研究、产品开发和产业化，拥有55项专利、33篇论文，并已将30多种产品推向市场，创造商业价值50+亿元，专注于氢能、太阳能、储能等清洁能源研究。
以上数据参考前瞻产业研究院《氢能产业技术趋势前瞻及投资价值战略咨询报告》。
1前言 石油和天然气两种处于自然状态的烃类化合物能源具有不可再生性，随着化石燃料耗量的日益增加，终将要枯竭，这就迫切需要寻找一种不依赖化石燃料、储量丰富的新的能源。氢能 就是这种能源，且氢能的研究同时还迎合了工业化国家日趋严格的环保政策，因而各国对氢能的研究变的日益活跃起来。 氢原子序数为1，常温常压呈气态，超低温、高压下又可成为液态。作为能源， 氢有以下特点： 1）氢是构成了宇宙质量的75％，存储量大。 2）氢的发热值高，是汽油发热值的3倍。 3）氢燃烧性好，点燃快，3％－97％范围内均可燃。 4）氢循环使用性好，燃烧反应生成的水可用来制备氢，循环使用。 5）氢利用形式多，可以产生热能、可用于燃料电池，或转换成固态氢作结构材料。 美国著名石油专家埃克诺米迪斯博士预测：主宰未来世界的能源将是氢能。 2氢能的主要应用领域 2.1二航天 早在M战期间，氢即用作A－2火箭液体推进剂。1970年美国”阿波罗”登月飞船使用的起飞火箭也是用液氢作燃料。 目前科学家们正研究一种”固态氢”宇宙飞船。固态氢既作为飞船的结构材料，又作为飞船的动力燃料，在飞行期间，飞船上所有的非重要零部件都可作为能源消耗掉，飞船就能飞行更长的时间。 2.2交通 在超声速飞机和远程洲际客机上以氢作动力燃料的研究已进行多年，目前已进人样机和试飞阶段。据欧洲空客公司预测，到2004年，欧洲生产的飞机将部分采用液氢为燃料。德国戴姆勒一奔驰航空航天公司以及俄罗斯航天公司从1996年开始试验，其进展证实，在配备有双发动机的喷气机中使用液态氢，其安全性有足够保证。 美、德、法等国采用氢化金属贮氢，而日本则采用液氢作燃料组装的燃料电池示范汽车，已进行了上百万公里的道路运行试验，其经济性、适应性和安全性均较好。美国和加拿大计划从加拿大西部到东部的大铁路上采用液氢和液氧为燃料的机车。 2.3：民用 除了在汽车行业外，燃料电池发电系统在民用方面的应用也很广泛。氢能发电、氢介质储能与输送，以及氢能空调、氢能冰箱等，有的已经实现，有的正在开发，有的尚在探索中。燃料电池发电系统的开发目前也开发的如火如茶：以PEMFC为能量转换装置的小型电站系统和以SOFC为主的大型电站等均在开发中。 2.4：其它 以氢能为原料的燃料电池系统除了在汽车、民用发电等方面的应用外，在军事方面的应用也显得尤为重要，德国、美国均已开发出了以PEMFC为动力系统的核潜艇，该类型潜艇具有续航能力强，隐蔽性好，无噪声等优点，受到各国的青睐。 3 氢能应用的主要问题 3.1：氢气制备 氢气能否广泛使用，制氢工艺是基础，目前主要的制氢工艺主要包括： 1）采用矿物燃料、核能、太阳能、水能、风能及潮汐能等方式电解水制备氢气是目前的主要研究方向，其中以利用太阳能制氢的研究最多也最有前途； 2）热化学循环分解水制氢方法是在水反应系统中加人中间物，经历不同的反应阶段，最终将水分解为氢和氧，且中间物不消耗； 3）光化学制氢是在有光照催化剂作用下，促使水解制得氢气； 4）矿物燃料制氢是利用化学方法将矿物中的氢元素提取出来的方法，如煤的焦化、煤的气化等； 5）生物质制氢是在将生物体中的氢元素通过裂解或者气化的方法提取出来的方法； 6）各种化工过程副产品氢气的回收，如氯碱工业、冶金工业等。水电解制氢、生物质制氢等制氢方法，现已形成规模，其中，低价电解水制氢方法在今后仍将是氢能规模制备的主要方法，目前应用中尚需要降低电耗。 3.2：氢气一运输 工业实际应用中大致有五种贮氢方法，即： (1)常压贮存，如湿式气柜、地下储仓； （2）高压容器，如钢制压力容器和钢瓶； （3）液氢贮存：采用液氢贮存，就必须先制备液氢，生产液氢一般可采用三种液化循环，其中带膨胀机的循环效率最高，在大型氢液化装置上被广泛采用；节流循环，效率不高，但流程简单，运行可靠，所以在小型氢液化装置中应用较多。氦制冷氢液化循环消除了高压氢的危险，运转安全可靠，但氦制冷系统设备复杂，故在氢液化中应用不多。 （4）金属氢化物：当用贮氢合金制成的容器冷却和压人氢时，氢即被储存；加热这一贮存系统或降低其内部压力，氢就会释放出来。 目前金属氢化物合金体系主要有：l）LaNi5系合金；2）MnNi5系合金等；3）TiMn系合金；4）TiMn系合金（ABZ）；5）镁系合金；6）纳米碳等。 （5）除管道输送外，高压容器和液氢槽车也是目前工业上常规应用的氢气输送方法。 3.3金属氢化物贮氢装置的开发 在氢的制备和贮存、输送问题解决后，下一步的研究就是氢化物贮氢装置的开发，目前主要包括以下两类： 3.3.l固定式贮氢装置 固定式贮氢器其服务场合多种多样，容量则以大中型为主。美国开发的以TiFe0.9Mn0.1合金为基体中型固定式贮氢器；日本则用MmNi4.5Mn0.5贮氢合金开发了叠式固定装置；德国用TiMn2型多元合金开发的贮罐是由32个独立贮罐并联而成，容量为目前世界上最大的；我国浙江大学分别用（MmCaCu）（NiA1）5增压型贮氢合金、MINi4. 5 Mn0. 5合金分别开发了两种固定式装置。 3.3.2移动式贮氢装置 移动式贮氢器除了携带运输氢气外，还可用于燃料电池氢燃料的存储。作为移动式装置要兼顾贮存与输送，因此要求重量轻、贮氢量大等问题。其中金属氢化物贮氢器不需附加设备（如裂解及净化系统），安全性高，适于车船方面应用；用常温型合金，质量贮能密度与 15 M Pa高压钢瓶基本相同，但体积可小得多。如德国海军的混合推进系统在潜艇，氧以液氧形式贮存，氢则以TIFe合金贮存。 3.4目前工作的方向 在PEMFC已有技术基础上，除继续加强大功率PEMFC的关键技术研究外，还应注意PEMFC系统工程关键技术开发和系统技术集成，这是PEMFC发电系统走向实用化过程的关键。 在航空领域则要是解决氢能的贮存和生产成本问题，目前的一个研究趋势是开始将传统的机翼设计成为可以容纳更多液态氢的新型构造。 在汽车领域的问题主要是存在贮氢密度小和成本高两大障碍：以储氢合金贮氢为动力的汽车连续行驶的路程受限制，而以液氢为动力的主要是由于液氢供应系统费用过高而受到限制。 氢在航天动力方面已广泛应用，例如大容量镍氢电池等，但氢能的大规模的应用还有待解决以下关键问题：l）廉价的制氢技术；2）安全可靠的贮氢和输氢方法。 4 未来氢能经济社会的特色 随着科学技术的进步和氢能系统技术的全面进展，氢能应用范围必将不断扩大，氢能将深人到人类活动的各个方面，因而我们可以勾勒出未来氢能经济社会的一副大致图画： l）、化石能源（石油、煤炭、天然气）封存，留作化工原料； 2）、建立居家小型电站，取消远距离高压输电，通过管道网，送氢气至千家万户。 3）、各种类型空气一氢燃料电池成为普遍采用的发电工具。 4）、取缔内燃机动力，汽车、火车、飞机改用燃料电池，消灭了一切能源污染隐患和内燃机车噪音源。 5）、每个城市和家庭有能源供应和回收的完善循环系统。 6）取消火力发电，核电站、水利发电站、风力发电站、潮汐发电完成正常的电力供应后，剩余电力用于电解水制氢，作为储备能源。 5 我国发展氢能的对策 氢能的研究和应用是历史不可逆转的潮流，各国政府目前均对此展开了大量的研究，我国在这方面也投入了不少的人力、物力、财力，并取得了一定的成果，但我们也应该看到目前我们与工业化国家的差距，根据我国的国情制定相应的氢能发展战略，个人认为应包括以下的几点： (1)电解水制氢是获取氢源的重要途径，目前因耗电量大、电价高导至氢气成本高，推广使用受到限制，开发新型电解水制氢工艺，降低能耗也是一个重要的议题。 (2)各种新的制氢方法如从HZS制氢、从生物质制氢及用热化学法水分解制氢以及化工产品中副产品氢气的回收等应予以重视； (3)储氢材料的研究国内进行了较多的研究，但是目前很少有实用化的报道，因而开展科技成果的转化以及新型储氢和输氢装置的研究也尤为重要； (4)氢能未来应用的主要领域还是在燃料电池方面，我国开展这方面的研究也已经有一定基础，但主要是集中在研究燃料电池组件方面，对于系统集成等研究报道不多，同时由于资金和技术方面等因素，目前与国外还是有较大的差距，因而应加大投资力度，迎头赶上。 (5)氢能开发最有前景的方式是与太阳能结合，因而对于太阳能电池系统及材料的研究也应当引起足够的重视。 6结语 就环境保护和市场需求而言，洁净和成本是两个关键参数，光有洁净而成本过高就没有市场，因而目前降低氢能的利用成本成为当务之急，各工业化国家对这方面的研究都十分重视，其中美国政府决定今后五年为开发氢能拨款 17亿美元，力争到 2040年以前使每天的石油消耗量减少 1100万桶。世界上40家重要的汽车厂商中，已有25家决定考虑采用氢能，以适应日益严格的环保政策。因而虽然目前困难重重，但在不久的将来我们可以预见氢能的利用一定能够走进我们生活的方方面面。
氢能是未来构建以清洁能源为主的多元能源供给系统的重要载体，其开发与利用已经成为新一轮世界能源技术变革的重要方向。我国是能源消费大国，也是能源短缺国家。与其他能源相比，氢能可再生、零排放，功率密度是汽油、柴油的 3 倍，发电成本也低于光伏、风能、石油等方式。发展氢能有利于保障能源安全，推进能源产业升级。氢能对加快推进我国能源生产和消费革命，加快新时代能源转型发展具有重大意义。我国发展氢能具备丰富的资源和供给能力，氢能应用市场潜力巨大，产业基础和整合发展能力强。经过多年积累，我国氢燃料电池汽车产业初具产业化条件。随着政策的引导、技术的更新突破和产业构建的逐步完善，已基本形成氢能研发、制备、储运、应用等完整产业链，上下游协作意识増强，企业间战略合作行动显著增加。但仍存在关键材料和核心技术尚未自主、基础设施建设不足、商业化推广模式尚未建立等诸多瓶颈。1 前言氢能凭借储量丰富、清洁、高效等特点，正成为能源革命的关注热点。氢经济被认为是 21 世纪世界经济新的转折点，对加快推进我国能源生产和消费革命，加快新时代能源转型发展具有重大意义。根据国际氢能源委员会发布的《氢能源未来发展趋势调研报告》，预计到2030年，全球燃料电池乘用车将达到 1 000 万辆至 1 500 万辆。预计到 2050 年，氢能源需求将是目前的 10 倍。由于市场潜力大，各大企业加大研发，一些国家也加大支持力度，力图通过发展氢能来解决能源安全问题，并抢占国际能源领域的制高点。2018~2019 年，全球氢能市场的规模进一步扩大，尤其在日、美、欧迅速发展。主要国家陆续启动氢能源重大项目，在制氢、储氢、加氢等环节出现了很多创新点，氢能产业链的若干环节上的重大技术取得新突破，在龙头企业带动下形成协同创新发展新格局。2019年,“氢能”首次写入我国政府工作报告。为进一步推动氢能利用与发展，我国不断加大氢经济领域投入力度，在政策、市场、技术等领域予以积极支持。当前，全国氢能产业正蓬勃发展，氢经济规模稳步扩大，
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论文格式说明
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