科创中国

行业领域

电力、热力、燃气及水生产和供应业

需求背景

基于氢能燃料的内燃发电装备开发的背景需求主要包括以下几个方面：

1. 能源需求：随着全球能源需求的持续增长，清洁、可再生的能源越来越受到关注。氢能作为一种高效、清洁的能源形式，被视为未来能源发展的重要方向。开发基于氢能燃料的内燃发电装备，有助于满足能源需求，缓解能源供应压力。
2. 环境问题：传统化石燃料的使用导致了大量的环境污染和气候变化问题。开发基于氢能的内燃发电装备，可以减少对化石燃料的依赖，降低二氧化碳等温室气体的排放，有助于改善环境质量。
3. 技术进步：随着氢能技术的发展，尤其是高效氢燃料电池的开发，为内燃发电装备的改造和升级提供了可能。这些技术的进步为开发基于氢能燃料的内燃发电装备提供了良好的技术基础。
4. 应用场景：内燃发电装备在许多领域具有广泛的应用，如电力供应、航空航天、交通运输等。在这些领域中，基于氢能燃料的内燃发电装备具有很好的应用前景，可以为这些领域提供更加高效、环保的能源解决方案。

综上所述，基于氢能燃料的内燃发电装备开发的背景需求主要体现在能源需求、环境问题、技术进步和应用场景等方面。开发基于氢能燃料的内燃发电装备，有助于推动能源结构的优化和环境的改善，促进可持续发展。

需解决的主要技术难题

基于氢能燃料的内燃发电装备开发

1. 氢气的存储和运输：由于氢气具有较低的密度和较高的扩散速度，因此需要开发高效、安全的储氢材料和储氢技术，以实现氢气的长期储存和运输。
2. 氢气发动机的开发：氢气发动机的开发需要解决氢气燃烧速度慢、燃烧效率低、易回火等问题，同时需要开发适应氢气燃料的高效、低排放的发动机。
3. 氢气的供应和分配：由于氢气具有较低的密度和较高的扩散速度，因此需要开发高效的氢气供应和分配系统，以确保氢气能够均匀地分配到每个燃烧室中。
4. 氢能发电装备的能效问题：氢能发电装备的能效问题是开发氢能发电装备的重要问题之一。提高氢能发电装备的能效不仅可以降低能源消耗，还可以减少环境污染。
5. 氢能发电装备的安全问题：由于氢气具有易燃易爆的特性，因此开发氢能发电装备时必须考虑其安全性能。需要对氢气储存、运输、使用等环节进行严格的安全评估和检测，确保设备的安全性和稳定性。
6. 设备和系统的防腐蚀问题：由于氢气中含有水分，而氢气中的水分会加速设备的腐蚀，因此开发氢能发电装备时必须考虑设备和系统的防腐蚀问题。需要采取有效的防腐蚀措施，如采用不锈钢材料等，以确保设备和系统的使用寿命。
7. 初始投资成本高：由于氢能发电装备的开发需要大量的资金和技术支持，因此初始投资成本较高，这也是氢能发电装备开发面临的一个重要难题。

期望实现的主要技术目标

氢气的燃烧特性研究是氢气内燃发电机组研发的根本，是一切后续的基础与核心，本项目研究工作将解决省内目前在内燃机氢气燃烧学领域的空白。但目前还存在一系列“卡脖子”技术难题：
①氢气密度很低，常温常压下，氢气的密度只有甲烷的1/9，氢气的热值仅有天然气热值的1/3左右，因此需要3倍以上的进气量，大流量进气会导致燃烧不稳定、NOx排放易超标。而金属材料在含氢介质中长期使用时，会出现由于吸氢或氢渗而造成机械性能严重退化、发生脆断的氢脆现象。
②点火能量很低，尽管氢燃料的自燃点比甲烷、汽油等燃料都要高，但它所需要的点火能量却很低，最小可以低到0.02mJ。氢气的火焰速度要比天然气快一个数量级，同时高温高压条件下，氢气的自燃问题也极为严重。可能导致部件损坏。
③燃烧速度快，氢的燃烧反应按链式反应机理进行，火焰传播速度快(2.91m/s)，是汽油的7倍。
④氢气在空气中的扩散系数很大，氢气的扩散系数是汽油的12倍，同时宽广的爆炸极限使得氢气的利用中安全性很难保证。
技术指标：年可靠运行时间≥8000小时，单机热效率大于42%。

需求解析

解析单位：“科创中国”绿色低碳发展专业科技服务团（国合华夏城市规划研究院有限公司） 解析时间：2023-11-20

丁家健

国合华夏城市规划研究院

研究员

综合评价

此需求描述可能不够清晰，需要进一步详细说明和澄清。原因包括技术细节不明确、产业发展意义未明确阐述和跨行业合作需求未明确。专家可以通过进一步的需求跟进来获取更多的技术细节和规格要求，并明确需求的背景和价值。在技术研发指南中可以修改和补充这些方面的内容。基于氢能燃料的内燃发电装备对产业发展具有重大意义，可以推动可再生能源利用、减少碳排放和促进清洁能源技术发展。对于解决需求，可以考虑技术评估和需求分析、技术研发和优化、安全性和可靠性验证以及产业合作和推广应用等步骤。可能需要跨行业专家的合作来解决相关问题。最终的技术对接方案框架或技术解决路径需要根据实际情况进行进一步研究和讨论。

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