燃料电池、氢气和甲醇发动机正在为可持续发电和非公路交通铺平道路。

驱动技术和发电是否需要绿色已经不再是一个问题,因为除非做到这一点,否则《巴黎气候协议》(Paris Climate Accord)的目标——将全球变暖限制在远低于2摄氏度(理想情况下为1.5摄氏度)——将不可能实现。现在全世界正在讨论的唯一问题是“怎么做”。没有明确的答案。内燃机将扮演什么角色?燃料电池有什么潜力?哪些燃料是关键?

如今,想要为渡轮、挖掘机或发电机组提供动力的人通常会选择柴油发动机。

然而,在短短几年的时间内,选择范围将扩大,当这种情况发生时,运营商将面临一个选择:电池还是燃料电池?或者,不再使用传统化石柴油,而是使用可再生电子燃料(如氢、甲醇或柴油)的内燃机呢?

罗尔斯·罗伊斯电力系统部技术战略和监管事务主任丹尼尔·查特吉博士说:“改变非公路交通的关键在于燃料。”。由于现代的Power-to-X工艺利用电解将绿色电力转化为氢气,然后再转化为电子甲烷、电子甲醇或电子柴油,一系列全新的驱动电源技术很快就会出现。beplay 行业的标杆

仅适用于特殊应用的电池

所有绿色燃料的基础是由可再生能源产生的电力。

最明显的解决方案是将其直接储存在电池中,并用于为电动机供电——这可能很快将成为乘用车的标准做法。但是,长途运输的船舶或运输大量货物的自卸卡车需要庞大的电池。运行一台2000千瓦的柴油发动机8小时需要100公吨左右的电池。

当风能或太阳能被储存在电池中,其中70%到90%可以用于推进。另一方面,如果先将电转化为电子燃料,可使用的原始能源只有40%,其余的都被生产和运输消耗了。换句话说,需要五倍以上的能量输入来产生最后的推进动力。但计算中缺少一个重要参数:能量密度。一台输出功率为2000千瓦的发动机运行8小时需要100多吨电池或大约2吨柴油的输入。柴油的能量密度是无与伦比的。

劳斯莱斯动力系统动力实验室副总裁Peter Riegger博士说:“我们确信,由电池驱动的电动传动系统只会在非公路部分的小众领域发展壮大——换句话说,在最大的非公路车辆领域。”beplay 行业的标杆

另一方面,燃料电池是一个更现实的命题——无论是推进还是发电。严格地说,燃料电池系统也是电力驱动。唯一的区别是,电动机不是由电池驱动的,而是由燃料电池驱动的。在燃料电池内部,氢和氧之间发生了受控的化学反应,产生的电力为电机提供动力。排放几乎不存在——只有水蒸气。只有少量的热量被释放出来,这就是为什么燃料电池堆中发生的事情也被称为“冷燃烧”。

开发燃料电池系统准备上市

“几年后,我们将提供燃料电池解决方案,”Riegger说。它们承诺了我们所有人都需要的绿色未来:零碳流动和零碳发电。与内燃机相比,燃料电池的另一个主要优点是,它们具有可扩展性,在应用中用途极其广泛,这意味着如果需要更多的功率,可以添加更多的燃料电池模块。

这也发生在运行中:迄今为止,推进动力——例如在船舶上——主要是由柴油发动机产生的,其额定功率必须符合船舶的最大功率需求。然而,燃料电池,特别是当与电池结合时,开启了新的可能性,允许容器不断调整发电量,以匹配其当前的电力需求,在过程中节省燃料。当需要大量动力时,所有的燃料电池都被使用,但当船在低速时,一些燃料电池可以简单地关闭。

固定电源用燃料电池

但它不仅仅是推进装置,燃料电池是内燃机的真正替代品。发电机组是另一个需要革新的应用程序集。例如,它们可以用于向数据中心和医院提供气候友好型应急电源,替代微电网内的柴油发电机,或者在没有电网连接的地方提供永久性绿色电源。

拖船推进解决方案与燃料电池和电池

使用燃料电池和电池的推进和驱动系统是非常通用的:所产生的功率可以在任何给定时间匹配船舶的功率需求,从而实现燃料节约。当容器模式不需要最大的功率或速度,只需要燃料电池的数量实际打开。当需要最大功率时,所有的燃料电池都被打开,电池中储存的能量也被使用。

早在2021年秋季,我们将在弗里德里希港的工厂投入使用燃料电池供电的备用电源演示设备。

Riegger说:“我们想用这个演示来展示燃料电池在固定电源系统中使用时的多用途——备用电源应用,与电池一起用于不间断电源供应和主要电源供应。”

一个示威者并不是故事的结局。当谈到使用燃料电池的固定电源时,劳斯莱斯动力系统公司正与戴姆勒和沃尔沃的燃料电池合资企业Cellcentric合作,开发一beplay 行业的标杆系列整体解决方案。Riegger说:“我们目前正在开发可扩展的、完全集成的解决方案,输出功率可达2mw,例如用于数据中心。”每个单独的燃料电池模块最初的输出功率为100千瓦。这些将通过智能技术连接和控制。客户的电力需求将决定单个模块的数量,从而决定整个系统的大小。

即将问世的是氢动力内燃机

毫无疑问,随着我们向气候中立的电力输送和发电迈进,燃料电池前景广阔。

但它并不会迎来内燃机的终结。

“内燃机的时代还没有结束。使用合成燃料,如由可再生能源生产的氢,它将继续是一项关键技术,”里格坚定地说。我们的工程师正在研制一种氢发动机。

作为MethQuest研发项目的一部分,他们目前正在单缸试验台上测试该技术。如果试验继续有希望,则应在2021年底前在试验台上测试全配置发动机。Riegger说:“到目前为止,氢发动机主要集中在固定电源应用上,但我们也看到了工业和铁路领域的潜力。”。

MethQuest项目

在MethQuest项目中,我们的工程师正在考虑使用一种创新的大型火花点火发动机,以氢为动力。该发动机用于发电,其目标是在低排放的情况下达到天然气发动机的功率密度。

要成为碳中性,氢也必须是绿色的。

氢作为一种能源,有着广阔的前景。但如果电力输送和发电技术要真正做到气候中性,就必须使用可再生能源。问题是,这种“绿色”氢仍然难以获得,而且价格昂贵。然而,欧盟的绿色协议和国际水资源战略和计划可能很快改变这一状况。目前,世界各地都在建造大规模生产的工厂,这些工厂具有降低成本的作用。

但氢气并不是唯一有潜力“绿色化”世界电力输送和发电技术的燃料。它可以被加工成甲醇之类的东西——一种对航运业特别感兴趣的燃料。它比氢气更容易处理,现有的基础设施可以用来运输它。我们的开发团队也将目光投向了甲醇动力的内燃机。如果这还不够的话:使用重整器,甲醇还可以转化为氢气,然后直接用于燃料电池发电。

绿色能源革命需要大家齐心协力

“我们现在正处在一个令人兴奋的变革中。气候中立的流动性和发电是可能的,将来会到来。从现在起,一切都是团队合作。只有与我们的客户、合作伙伴和政治家共同努力,才能创造出我们能使绿色能源革命成为现实的框架。”彼得·里格尔总结道。

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