Недавно в китайской двигателестроительной отрасли произошло событие мирового уровня. Компания Weichai Power создала первый в мире дизельный генератор с тепловым КПД, превышающим 50%, и нашла коммерческое применение.
Тепловой КПД двигателя не только превышает 50%, но и позволяет легко соответствовать национальным требованиям по выбросам VI/Euro VI и осуществлять крупномасштабное массовое производство. Дизельные двигатели зарубежных гигантов, таких как Mercedes Benz, Volvo и Cummins, с аналогичным уровнем КПД всё ещё находятся на стадии лабораторных исследований и оснащены устройствами рекуперации тепла отходящих газов. Чтобы создать этот двигатель, Weichai инвестировала 5 лет, 4,2 миллиарда долларов и тысячи сотрудников НИОКР. За полтора века, с 1876 года, тепловой КПД основных дизельных двигателей в мире вырос с 26% до 46%. Многие из наших семейных бензиновых автомобилей до сих пор не превысили 40%.
Термический КПД 40% означает, что 40% энергии топлива двигателя преобразуется в работу коленчатого вала. Другими словами, при каждом нажатии на педаль газа около 60% энергии топлива тратится впустую. Эти 60% — неизбежные потери.
Следовательно, чем выше тепловой КПД, тем меньше расход топлива, тем значительнее эффект энергосбережения и снижения выбросов.
Тепловой КПД дизельного двигателя может легко превысить 40% и стремиться к 46%, но это практически предел. В дальнейшем оптимизация на 0,1% требует значительных усилий.
Чтобы создать этот двигатель с тепловым КПД 50,26%, команда НИОКР Weichai перепроектировала 60% из тысяч деталей двигателя.
Иногда команде удаётся повысить тепловой КПД всего на 0,01%, не спав несколько дней. Некоторые исследователи настолько отчаялись, что им потребовалась помощь психолога. Таким образом, команда взяла каждый 0,1 прироста теплового КПД за точку отсчёта, накопила немного и усердно работала. Некоторые говорят, что за прогресс приходится платить такую высокую цену. Имеет ли смысл этот 0,01%? Да, имеет смысл: внешняя зависимость Китая от нефти в 2019 году составляет 70,8%.
Среди них, двигатели внутреннего сгорания (дизель + бензиновый двигатель) потребляют 60% от общего объема потребления нефти в Китае. Исходя из текущего уровня потребления в отрасли в 46%, тепловой КПД может быть увеличен до 50%, а расход дизельного топлива может быть снижен на 8%. В настоящее время китайские мощные дизельные двигатели могут быть модернизированы до 10,42 млн тонн в год, что позволит сэкономить 10,42 млн тонн углекислого газа. 33,32 млн тонн, что эквивалентно одной пятой от общего объема производства дизельного топлива в Китае в 2019 году (166,38 млн тонн).
Время публикации: 27 ноября 2020 г.
