【干货】分布式能源系统燃气内燃机国产化现状及应用

3 燃气内燃机国产化分析

3.1 研究背景

国务院以国发〔2015〕28 号印发的《中国制造2025》中提出，制造业是国民经济的主体，是立国之本、兴国之器、强国之基。打造具有国际竞争力的制造业，是我国提升综合国力、保障国家安全、建设世界强国的必由之路。大力推动电力装备、高档数控机床和机器人等10个重点领域。

目前我国燃气内燃机的功率范围主要集中在200 ～ 800 kW，800 kW 特别是1 000 kW 以上的燃气内燃机几乎全部依赖进口，并且市场需求很大。由于燃气冷热电联供系统在国内尚属于发展阶段，出于设备质量与系统安全性的考虑，对于800 kW 以下的燃气内燃机也是主要采购卡特彼勒、颜巴赫等国外厂家的产品，这种现状限制了国内燃气内燃机制造技术的创新与发展。

目前燃气内燃机尚未得到大规模应用，使燃气内燃机开发难度大，成本高，产量小，加之国内从事研究开发的科研院所和生产制造的企业相对较少，导致燃气内燃机的发展受到了很大的制约。

国内分布式能源项目的动力设备大多靠进口，价格贵一倍以上，而且气价居高不下，运行成本偏高，业主投资不容易下定决心，这也间接限制了分布式能源的发展。根据国家的分布式能源规划，燃气内燃机需求量将会大幅度增加，设备国产化是降低造价的重要环节，正在开始的设备国产化进程必须加快。因此，了解国内燃气内燃机的厂家分布、制造水平、运行情况，掌握准确的国内技术水平，进一步推广国产设备成为当务之急。

3.2 技术现状

我国轻型与重型燃气内燃机制造已有一定基础，余热锅炉、溴化锂制冷机和燃气轮机早已国产化批量生产。根据国内企业调研了解的情况，国内燃气内燃机制造的功率主要在1 000 kW 以下，有一定的设备制造工艺经验，技术来源主要分为在原有柴油机基础上自行研制开发、与国外公司合作研制开发、采用进口硬件与自主产权控制系统相结合等，使国产设备在性能、燃料多样化、自控和点火能量等几个方面得到提升。

① 技术提升

a． 采用国际先进的燃气外部混合方式，即燃气与空气的混合方式采用增压前预混模式，实现了可燃混合气的高品质要求。同时，采用了增压中冷技术，提高了整机经济性能。

b． 采用国际上先进的电控空燃比可调稀薄燃烧技术，在空燃比的补偿自动调控技术应用方面有较大的进展。

c． 采用磁电机点火或数字点火、电子调速的高能量点火系统。

d． 采用具有联网与通信功能的程控器，实现全面自诊断，使设备运行更安全。

以上关键技术，国内的制造厂家已逐步掌握，并在沼气、油田伴生气、焦炉煤气等领域有所应用，充分验证了国产内燃机在动力性、经济性、可靠性和安全性方面有了大幅度提高，部分主要性能指标达到了国际先进水平。

② 技术不足

a．长寿命周期原材料: 燃气内燃机的燃料特性以及燃烧特性会产生爆震、热负荷大、零件腐蚀磨损加快等问题，国外对使用不同气体燃料的内燃机都开发有专用的材料及零部件，使其可靠性得到较好的保证。

b．机械精密加工技术: 在曲轴、气缸及活塞的核心加工技术与进口设备存在差距，加工精度和加工材料结构性能的不足，还导致燃烧温度与国外机组有一定差距。

c． 涡轮增压技术: 国内与国外同规格的燃气内燃机相比，功率相差较大，增压技术是关键。国内燃气内燃机多用柴油的增压器改制匹配，缺乏针对性，效率不高，压气机易喘振等，匹配适用性差。应针对不同的气体燃料特性，进行可变几何涡轮增压器( VGT) 以及高增压( 米勒循环) 增压器燃气内燃机的开发。

d．同一系列产品气源变化适应性: 由于气体燃料受生产原料、生产过程、地域气候等多种因素的影响，组成经常发生变化，使机器运转受到影响，目前从国内外的资料分析，闭环( 或开环) 电控缸内喷射技术被认为是最好的方式，可以使同一系列产品普及到所有气体燃料，但零部件价格高，国内外生产厂家少，难以推广应用。机械控制缸外喷射以及各种预混合技术价格适宜，但控制精度低，对不同气体燃料适应程度较低。

3.3 制约因素

① 缺少国家层面的统一规划

燃气内燃机属技术、资金、人才密集领域，是研发周期长、生命周期长的战略产业。目前中国缺少可持续的统一规划，并且投资力度小。目前，能源装备遵循市场经济规律，市场需要成熟产品，而新研制产品在这种情况下，如果没有国家的政策支持，以纯粹市场模式，与资金雄厚、先于中国发展几十年的国外大公司同台竞争，中国的自主品牌成长为有竞争力的产品的艰难性和周期是可想而知的。《中国制造2025》一文中提出了建设制造强国的战略支撑与保障措施，需要相关部门加快落实各项政策支撑与保障措施的细则。

② 基础技术薄弱

西方国家内燃机已经积累了丰富的研制、使用和管理经验。先进技术的预先研究无疑是内燃机提高性能与可靠性和缩短研制周期的保证。比如，稀薄燃烧技术在美欧等国家几十年前就开始研究，现在已经成熟应用，而中国在这方面的研究却不多; 在长寿命材料、精密机加工、先进能量梯级利用技术等方面，中国与国外相比同样存在一定差距，这些明显制约了内燃机的快速发展。

③ 产品研发与应用存在矛盾

市场需要的是成熟产品，而刚研发出来的产品未经考核不成熟。国外内燃机研发公司都有自己的新产品考核工厂，而中国没有对这种考核工厂提供良好配套政策和环境，致使新研制产品无处考核与鉴定，无法进入市场应用。

④ 引进技术消化不足

采用进口硬件或合作开发的企业，对内燃机核心部件的技术引进吸收和研究消化不足。目前，这些企业在核心技术上严重依赖制造厂家，使得内燃机企业在售后服务合作中处于被动地位。

3.4 推进国产化意义

根据已有分布式能源项目的投资情况，动力设备造价约占设备总造价的50%，选用国产燃气内燃机组造价约为2 200 元/kW，进口机组造价约为3 800 元/kW，国产设备价格具有明显优势，可大幅度减少项目造价。经过初步计算，国产设备运行费约0.08 元/( kW˙h) ，而进口设备运行费约0.10元/( kW˙h) ，同样，国产设备的维护费用及维护周期也具有一定优势。

推进国产化工作不仅可以降低造价，方便项目运行，还可以带动原材料及余热利用设备等制造产业的发展，更能够促进我国机械制造业的升级及高端装备制造业的发展，具有深远意义。