趋势｜燃气发动机兴起推动机油解决方案创新

为评估当前市场及其近期前景，总部位于伦敦的咨询公司The Strategy Works对美国和欧洲燃气发动机行业的10家公司进行了深入采访调研。这项研究的共识是，往复式燃气发动机作为热电联产装置的原动机，在区域供热等应用中，以及作为不稳定的电力来源，如风能和太阳能，显然有着广阔的发展前景。

一场完美的风暴是由市场力量的合力驱动的。首先，向可再生能源稳步推进的势头已经形成。新冠大流行过后，投资者的情绪转向可再生能源，政府的刺激计划正在推动新项目向前发展。西方的私营公用事业公司正在抑制燃煤发电厂的发展，为燃气发动机注入新的活力。当然，随着燃气发动机的兴起，对燃气发动机机油的需求也随之增加。

电力供应的平衡

在《巴黎气候协议》规划的2050年实现温室气体净零排放的道路上，天然气发动机越来越被视为备用电机提供支持的重要桥梁。

“这绝对是我们进行容量市场安装的驱动力之一，”英国克拉克能源公司（Clarke Energy）的集团服务支持总监大卫•伯克（David Burke）证实，克拉克能源公司是颜巴赫公司（Jenbacher）的一家附属公司，负责供应、安装和维护燃气发动机能源工厂。在容量市场中，除了实际生产的能源外，发电厂还可以根据其容量或将来某个时候可能提供的电力进行补偿。

可再生能源的备用电机被认为是颜巴赫公司（Jenbacher）容量市场装置背后的主要驱动力，该装置通常由10-15台1.5兆瓦的发动机组成，每台发动机处于备用状态，以支持可再生能源的波动供应。

可再生能源依赖于阳光或风，用于在发电厂平衡能源供应。正如发动机制造商瓦锡兰（Wartsila）能源部门美洲增长与发展主管朱西•海基宁（Jussi Heikkinen）所解释的，“你不能只拥有可再生能源。你需要第三个要素来提供灵活性，并且在未来更具价值，即网格的弹性。”

合成润滑油制造商Wipa Chemicals International NV业务发展总监格里特•范•韦恩贝格（Griet Van Waeyenberge）“采用一个大型发电厂作为备用太贵了。因此，你必须使用这些小型燃气发动机，功率从1兆瓦到10兆瓦不等，这些发动机必须在冬季或风力不足或太阳能不足的情况下使用。”

一个能在短时间内快速启动的电源更适合于满足能源需求的高峰和低谷的机动设备需求。因此，突然间，灵活的燃气发动机被视为脱碳道路上解决方案的一部分，而不是问题的一部分。

即使在传统上被视为落后于欧洲的美国，人们对可再生能源的态度也在改变。瓦锡兰（Wartsila）的海基宁（Jussi Heikkinen）说：“美国的电力业务是针对州一级的。在美国所有的州中，我认为有13或14个州会说，我们将为公用事业系统设定99%或100%的可再生能源目标，或无碳目标”。

热电联产系统是未来能源供应的一个组成部分，为新的城市基础设施提供分散的地方电力，以减少对单一中央能源的依赖。它们被认为更环保，因此鼓励在大学和医院等关键设施中使用。

推动天然气发动机发展的另一个领域是电池储能，尤其是在美国。位于佛罗里达州的天然气发动机维护提供商2G Energy的项目经理托尼•道森（Tony Dawson）表示，他的公司目前正在接洽推进，将储能和太阳能集成与热电联产结合起来，行业内这一发展势头正在增强。

瓦锡兰（Wartsila）的海基宁（Jussi Heikkinen）说：这无疑是目前全球增长最快的能源领域之一。尤其是在美国，这一数字正逐年成倍增长。”

电池储能系统是美国独立发电商青睐的一项投资，它使运营商能够规划峰值需求，并将其与供应相匹配，而不是达到峰值产量，然后随着需求缓解而回落。

这将创建一个更高级别的输出，对电网网格更有利，这一过程称为移位。非高峰需求期间产生的多余能量可以存储在电池系统中。

还有一种趋势是建造微型电网，将热电、太阳能和电池储存结合起来。微电网是一个自给自足的能源系统，服务于一小块区域，例如大学校园或社区。托尼•道森（Tony Dawson）评论说：“微电网与热电联产的整合是实实在在的。我们的系统与太阳能、电能和热能的储存一起被用于多个项目。”

发动机保养

相对于燃气发动机的使用寿命来说，原始设备制造商的保修期通常很短。12个月后，维护责任移交给服务承包商，然后服务承包商与最终客户签订长期协议，通常为10年或更长，更接近设备的预期寿命。道托尼•道森（Tony Dawson）说：“合同期限从5年到25年不等。我们的目标是成为设备终身服务提供商。”

这些协议的范围从“轻触”到全面服务，可以指定所使用的汽油机油的品牌或类型。一些终端客户抱着从摇篮到坟墓的心态，因为管理发动机不是他们的核心业务。据2G Energy统计，约30%-40%的客户选择自行维护自己的设备。

原始设备制造商与运营和维护公司之间的价值链紧密相连。例如，卡特彼勒与美国东北部的Milton Cat和法国、比利时和波兰的Eneria Cat等经销商建立了完善的全球品牌服务网络。他们还以类似于乘用车经销商的方式为发动机提供服务。

其他公司，如Jenbacher，则通过克拉克能源（clarkeenergy）等附属分销商提供服务。

2G Energy是一家在全球拥有6000家工厂的德国公司，同时作为原始设备制造商和运维公司运营，生产自己的1兆瓦以下发动机，并从美国的卡特彼勒MWM和欧洲的MTU Friedrichshafen或Jenbacher供应更大的发动机。瓦锡兰公司（Wartsila）也作为原始设备制造商和运营维护公司运营，并设有一个单独的部门为自己的发动机提供服务。

所有调查地区使用的矿物油主要品牌为壳牌迈塞拉（Shell Mysella）和埃克森美孚飞马石油（ExxonMobil Pegasus）。但小品牌也有机会。

开发和制造Ecosyn润滑油的Wipa是一家拥有25年历史的比利时公司。与其他润滑油对比，合成油在总成本基础上零售价能够与其他油品的批发价进行竞争。Ecosyn声称：“润滑总成本（欧元/兆瓦时）比矿物润滑油低30%，原因是排油周期延长了两到五倍，油耗降低了50%。”。

润滑油公司正在不断开发新的机油等级，旨在通过改善对常见问题的反应来进一步延长机油的使用寿命，例如在某些气体中存在不同程度的硫化氢的影响。H2S在燃烧过程中形成二氧化硫和硫酸，后者会引起严重腐蚀。

高性能机油对于确保合理的排油周期至关重要，因为推动发动机提高输出功率的发动机会承受更大的热应力，从而导致氧化和润滑剂分解。磨损保护也很重要，因为轴承故障会导致发动机严重损坏。Milton Cat公司能源解决方案服务经理戴夫•托马斯说：“每一种油都是为应用而定义的。

不同的燃气，不同的需求

市场已经看到了燃气发动机燃料从垃圾填埋气的转变。这也被称为沼气，它给运营商带来了可靠性方面的挑战，主要与硅氧烷和硫化氢有关。这些污染物会产生发动机沉积物，从而产生磨损和腐蚀性酸，这些酸会降解发动机机油和设备本身。发动机机油必须能够最大限度地减少沉积物，中和酸并经得起污染。

氢被认为是未来的天然气发动机燃料。每一个主要的原始设备制造商都在开发氢气发动机，要么使用天然气和氢气，要么使用100%氢气。

在2020年第四季度，2G成为第一家提供商业可行系统的公司，该系统使用100%氢气作为燃料。2021年6月，德国制定了一项100亿美元的刺激计划，用于发展氢气产能，以实现国内外的排放目标。

改用氢气将给燃气机油制造商带来一系列挑战。混合气体中氢的百分比越高，气体中的甲烷值越低，这可能导致预点火或爆震。因此，润滑油的选择对避免异常燃烧至关重要。

人们普遍认为，天然气和氢气的双燃料混合物将是向纯氢过渡的第一步。瓦锡兰（Wartsila）的海基宁（Jussi Heikkinen）说：“当我们开始这样做时，更多的是经济驱动。将氢气与天然气混合的成本将低于纯氢气。一旦氢气生产完全由可再生能源提供动力，它将成为一种独立的选择，具有成本效益。”

天然气发动机的中期前景看来是乐观的，但在2030年至2050年的某个时候，这个潮流将停止，因为天然气不是一种长期可持续的燃料。

总部位于荷兰的天然气发动机行业专业顾问雅各布•克里姆斯特拉（Jacob Klimstra）指出：“尽管发动机部门正在致力于大幅减少甲烷排放，但总有一部分天然气不会参与燃烧过程，会逸出到大气中，而且具有相对较高的温室气体效应”。

伦敦工程技术研究所（Institute of Engineering and Technology）的战略参与与政策能源主管卡罗琳•霍尔曼（Caroline Holman）总结道：“我承认，随着低碳技术、混合动力系统和替代燃料的大规模发展，天然气可能在未来10年发挥作用。但我们必须认识到，天然气来源于化石燃料，是有限的资源。”