車用生物柴油在山西省的發(fā)展現(xiàn)狀與前景

宋 捷 ，張 沖

（1.山西機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院 汽車工程系，山西 長治 046000）

隨著汽車工業(yè)的快速發(fā)展，我國的汽車保有量迅速上升，巨大的汽車保有量在促進(jìn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的同時(shí)，也帶來了石油消耗量增大、能源告急、環(huán)境惡化等問題。而作為柴油替代能源的生物柴油，以其較為優(yōu)越的車輛使用性能和環(huán)保性能受到了世界各國研究人員的重視。

許多國家制定了生物能源發(fā)展規(guī)劃，如美國“生物技術(shù)路線圖”提出，到2020年生物燃料占總?cè)剂系?0%；歐盟計(jì)劃到2020年生物燃料占總?cè)剂系?0%。此外，日本、印度、巴西也分別制定 “陽光計(jì)劃”、“綠色能源工程計(jì)劃”、“酒精能源計(jì)劃”等。中國政府已將“節(jié)能減排”提升到國家戰(zhàn)略的高度，規(guī)劃在2020年時(shí)，可再生能源占能源總消耗的8%，汽車替代能源比例達(dá)20%。國家“十一五”863計(jì)劃中，《生物柴油汽車適應(yīng)性研究》等課題（2007～2008）已完成。山西省在轉(zhuǎn)型跨越發(fā)展的背景下，生物柴油是繼天然氣和乙醇之后的最有可能大規(guī)模應(yīng)用的車用替代燃料；若要實(shí)現(xiàn)2020年替代能源的目標(biāo)，必須盡早考慮生物柴油的應(yīng)用。

1 生物柴油車用特性

1.1 生物柴油的排放性

生物柴油是一種可再生燃料資源，它是以植物油脂或動物脂肪油、廢棄食用油等為原料，與醇類(甲醇、乙醇)經(jīng)酯交換反應(yīng)獲得高級脂肪酸的低碳烷基酯混合物，其物化性能與礦物柴油相似。

經(jīng)過前期的研究，對豆油、菜籽油、動物油脂三種生物柴油混合燃料在柴油發(fā)動機(jī)上的排放性能進(jìn)行了研究。圖1和圖2所示是課題組與英國巴斯大學(xué)動力與車輛研究中心課題合作中的部分試驗(yàn)結(jié)果，該結(jié)果表明不同混合比例和不同種源的生物柴油混合燃料燃用于發(fā)動機(jī)時(shí)，發(fā)動機(jī)排放性能有較大的差別；但從圖中可以明顯看出隨著生物柴油在生物柴油混合燃料中比例的上升，CO排放量顯著下降，NOx排放量有所上升。通過前期文獻(xiàn)的閱讀，燃用生物柴油的柴油發(fā)動機(jī)CO、

圖1 CO排放改變情況

CH、碳煙的排放都有顯著的下降，且沒有S02等硫的化合物

的排放，但NOx排放量小有上升。總體來說生物柴油的使用使得柴油發(fā)動機(jī)的排放有較大的改善，對環(huán)境的污染變小。通過前期文獻(xiàn)的閱讀，燃用生物柴油的柴油發(fā)動機(jī)CO、

CH、碳煙的排放都有顯著的下降，且沒有S02等硫的化合物的排放，但NOx排放量小有上升。總體來說生物柴油的使用

使得柴油發(fā)動機(jī)的排放有較大的改善，對環(huán)境的污染變小。

圖2 NOx排放改變情況

1.2 生物柴油的噴油特性

根據(jù)前期試驗(yàn)及文獻(xiàn)研究，燃用發(fā)動機(jī)在轉(zhuǎn)速和負(fù)荷相同的情況下：噴油提前角增大。隨著混合燃料中生物柴油含量的增加，噴油提前角變大。在發(fā)動機(jī)供油系統(tǒng)未做任何改動和調(diào)整，在相同的供油提前角下，由于噴油延遲期的不同導(dǎo)致噴油提前角發(fā)生變化。生物柴油的密度比柴油大，因此隨著燃料中生物柴油含量的增加，燃油的密度增大。燃料的密度越大，可壓縮性越小，壓力波在燃料中的傳播速度增加，由出油閥端傳播到噴油器端所需的時(shí)問縮短，導(dǎo)致燃料的噴油延遲期減小，噴油提前角增大。而噴油提前角增大，使燃燒始點(diǎn)提前，導(dǎo)致燃燒室的最大壓力和最高溫度變大。

最高噴油壓力增大。生物柴油高壓油管最大噴油壓力高于礦物柴油，在相位上先于礦物柴油達(dá)到最大值。這是因?yàn)?，與礦物柴油相比，生物柴油密度大，柱塞壓油行程相同時(shí)密度較大的生物柴油會產(chǎn)生更高的燃油壓力，導(dǎo)致噴油壓力增高。隨著燃料中生物柴油含量的增加，高壓油管最高噴油壓力增大。在低速負(fù)荷特性也可發(fā)現(xiàn)此規(guī)律，且隨著負(fù)荷的增加，噴油壓力增加的趨勢更加明顯。生物柴油含量越多的混合燃料，在相位上越先達(dá)到最高噴油壓力，且隨著發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速的增加，這種趨勢更加明顯。較高的噴油壓力有利于燃油霧化，縮短滯燃期和降低排氣污染。

噴油量增加。發(fā)動機(jī)燃用不同比例生物柴油混合燃料時(shí)，隨著混合燃料中生物柴油含量的增加，噴油持續(xù)期變長。與柴油相比，較高的噴油壓力和較長的噴油持續(xù)期使得生物柴油具有更多的循環(huán)噴油量。這個(gè)結(jié)論與發(fā)動機(jī)燃油消耗量的測量數(shù)據(jù)吻合。隨著混合燃料中生物柴油含量的增加，循環(huán)噴油量明顯增加?？梢?，即使在全負(fù)荷柱寨行程相同的條件下，由于燃油性質(zhì)的不同，導(dǎo)致生物柴油的循環(huán)噴油量增加。

1.3 生物柴油的動力性

生物柴油的十六烷值普遍在50~60之間，發(fā)火性較好，本身的質(zhì)量熱值比礦物柴油要小，但生物柴油的密度一般比礦物柴油要大，這樣生物柴油的體積熱值基本與礦物柴油相當(dāng)，在與礦物柴油體積相同時(shí)，燃用生物柴油的發(fā)動機(jī)的動力性還是會有一定的下降，隨著生物柴油混合燃料中生物柴油比例的上升，下降的趨勢越明顯。

2 生物柴油在山西省的發(fā)展形勢

2.1 山西省生物柴油發(fā)展的現(xiàn)狀

山西省作為成品油純消費(fèi)省份，主要依靠外調(diào)保證需求。為緩解我省油品全部依靠外援的被動局面，面對石油資源嚴(yán)峻形勢，及配合新能源的開發(fā)，應(yīng)當(dāng)力求自給一部分，這才是上上策。當(dāng)前能源緊張的是柴油，而且我省義是柴油消費(fèi)大戶。雖然我省通過煤煉油及二甲醚生產(chǎn)，可以解決部分柴油或其替代品，但仍滿足不了省內(nèi)需求，燃料多元化還要加強(qiáng)。生物柴油是繼天然氣和乙醇之后的最有可能大規(guī)模應(yīng)用的車用替代燃料。

我國現(xiàn)有生物柴油生產(chǎn)企業(yè)中，產(chǎn)能在3萬噸/年以上的有30余家，10萬噸/年以上的有6家。 而在山西省目前僅有兩個(gè)設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力為年產(chǎn)5萬噸/年的生物采用項(xiàng)目，分別由永濟(jì)市宏遠(yuǎn)化工公司和山西恒宏再生能源有限責(zé)任公司建設(shè)和經(jīng)營。兩個(gè)項(xiàng)目投產(chǎn)以來出現(xiàn)了產(chǎn)量低、產(chǎn)能利用率低、銷量少、虧損經(jīng)營、停產(chǎn)等問題。

2.2 山西省生物柴油發(fā)展的前景分析

針對以上山西生物柴油的發(fā)展現(xiàn)狀，我省生物柴油產(chǎn)業(yè)要進(jìn)一步跨越發(fā)展，需注意以下幾點(diǎn)問題：①加大政策支持。通過政府政令和法案，支持生物柴油的生產(chǎn)和消費(fèi)，并采取補(bǔ)貼、免稅等措施使生物柴油產(chǎn)業(yè)迅速的發(fā)展起來。②加大宣傳力度，先在公共交通領(lǐng)域車輛推廣生物柴油混合燃料。通過媒體等渠道，宣傳生物柴油的基本知識，并在我省的公共交通領(lǐng)域車輛首先利用B5（含生物柴油5%的石化柴油）生物柴油混合燃料，逐步向全市柴油車輛推廣。

3 結(jié)語

經(jīng)實(shí)驗(yàn)論證，作為一種可部分或完全替代石化柴油的產(chǎn)品,生物柴油在環(huán)保、可再生、安全等方面所表現(xiàn)出來的優(yōu)點(diǎn)毋容置疑，且在低比例生物柴油混合燃料的使用中，無需對車用發(fā)動機(jī)進(jìn)行任何改動。山西省在轉(zhuǎn)型跨越發(fā)展的大背景下，應(yīng)盡快制定完善相應(yīng)的生物柴油發(fā)展配套政策，整合全省的生物柴油資源，大力推廣汽車對生物柴油的使用。必將對山西省的經(jīng)濟(jì)綠色循環(huán)發(fā)展，能源安全和環(huán)境保護(hù)產(chǎn)生較大的推動作用。

[1]S.Kent Hoekman．Biofuels in the U.S.Challenges and Opportuni ties[J]．Renewable Energy,2008,（4）．

[2]宋捷.生物柴油混合燃料混合比車載檢測方法研究.吉林大學(xué)碩士論文，2009.

[3]趙校偉，韓秀坤等.生物柴油噴霧特性試驗(yàn)研究[J].內(nèi)燃機(jī)工程，2008，(29).