天津大學機械工程學院舒歌群教授帶領的研究團隊,首次建立了一種基于內燃機余熱特點的多熱源梯級利用余熱回收系統,研究成果發表于energy, Applied Energy等SCI 刊物上。
從目前內燃機的能量平衡來看,動力輸出功率一般只占燃油燃燒總熱量的30%-45%(柴油機)或20%-30%(汽油機),除了不到10%用于克服摩擦等功率損失之外,其余的余熱能量沒有得到利用,主要通過冷卻回路的散熱以及排氣被排放到大氣中。因此,將內燃機的余熱能回收再利用是提高總能效率、降低油耗的一個有效途徑。國際汽車和內燃機界認為,相比于油電混合動力、汽車輕量化、減少空氣阻力和附件耗能等技術,內燃機余熱能利用具有最大的節能潛力。
針對這一重大需求,舒歌群教授研究小組基于實驗室在內燃機和有機朗肯循環這兩個領域的長期研究積累,建立了針對內燃機余熱特點的有機朗肯循環和溫差發電的余熱回收系統模型以及實驗臺架。研究表明,內燃機余熱回收系統可以將整個發動機的效率提高到50%左右。如果將所有內燃機的轉化效率由35%提高至50%,我國可從內燃機消耗的石油中節約7500萬噸左右。除此之外,還可以大大減少污染物以及二氧化碳的排放。余熱能利用技術是未來內燃機的關鍵技術之一,本項目形成的新理論、新方法和新技術將提升我國內燃機科技的創新水平和能力,為我國內燃機工業的科技進步和自主創新提供理論和技術基礎。
這項科研成果在國內外學術界引起了廣泛討論,目前很多科研單位都投入到了內燃機余熱回收的研究。舒歌群教授課題組所發表的文章被眾多科研機構所參考。值得一提的是,這一方法更適合于較為大型的固定式發電內燃機。余熱回收系統在此類內燃機上的應用,很有望快速得到大規模的商業生產。目前,舒歌群教授課題組已經開始了針對大型燃氣內燃機的余熱回收研究,旨在將發電內燃機余熱回收系統迅速產品化。
五年來,舒歌群授帶領團隊搭建完成了內燃機余熱回收ORC底循環臺架,建立和完善了內燃機余熱回收底循環評價體系,并完成了內燃機多品位、大溫差余熱回收新型有機朗肯循環優化研究和內燃機高溫余熱大溫差回收溫差發電優化研究。課題組取得了豐厚的成果,每年都有十余篇SCI文章的發表,以及多項專利的發明。