溫永剛 陳運(yùn)文 樊栓獅 安成名 徐文東

（1．深圳市燃?xì)饧瘓F(tuán)股份有限公司 2．華南理工大學(xué)傳熱強(qiáng)化與過程節(jié)能教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室）

隨著世界能源危機(jī)和環(huán)境污染問題的日益突出，汽車工業(yè)面臨著嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。一方面，石油資源短缺，逐年激增的汽車保有量加劇了能源稀缺的矛盾；另一方面，汽車的大量使用則加劇了環(huán)境污染，加速推廣和發(fā)展以天然氣汽車為代表的新能源汽車勢(shì)在必行。當(dāng)前已經(jīng)投入應(yīng)用的天然氣汽車按照天然氣使用形態(tài)的不同，可分為壓縮天然氣（Compressed Natural Gas，簡(jiǎn)稱CNG）汽車與液化天然氣（Liquefied Natural Gas，簡(jiǎn)稱 LNG）汽車。相比CNG汽 車［1］，LNG 汽 車 所 具 有 的 優(yōu) 勢(shì) 主 要 包括［2－3］：儲(chǔ)能密度大，車輛續(xù)駛里程長(zhǎng)、燃料加注時(shí)間短、車用瓶布置簡(jiǎn)單；存儲(chǔ)壓力低，更安全；甲烷含量高，更純凈，燃燒更清潔；溫度更低，發(fā)動(dòng)機(jī)充氣效率更高，冷能可循環(huán)利用；加氣站投入少，運(yùn)營(yíng)成本低。

目前以LNG為燃料的汽車一般分三種形式：一種是完全以LNG為燃料的純LNG汽車，一種是LNG與柴油混合使用的雙燃料LNG汽車，一種是LNG與汽油替換使用的兩用燃料汽車［4］。這幾種LNG汽車的燃?xì)庀到y(tǒng)基本相同，都是將LNG儲(chǔ)存在低溫絕熱的車用LNG儲(chǔ)罐內(nèi)，通過汽化裝置將其汽化為0．15MPa左右的氣體供給發(fā)動(dòng)機(jī)，其主要構(gòu)成包括LNG儲(chǔ)罐、汽化器、減壓調(diào)壓閥、混合器和控制系統(tǒng)等［5］。

作為一種清潔、高效的能源，LNG密度為標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下甲烷的600多倍，體積能量密度為汽油的72%，具有熱值大、性能高等特點(diǎn)，因此很多國(guó)家都將LNG列為首選燃料。大力推廣并實(shí)現(xiàn)LNG汽車的應(yīng)用對(duì)于改善能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)，降低環(huán)境污染都具有重要的作用和意義。

1 LNG汽車國(guó)內(nèi)外技術(shù)現(xiàn)狀

將燃?xì)庾鳛槠嚾剂显诎l(fā)達(dá)國(guó)家已相當(dāng)普遍，是先進(jìn)國(guó)家落實(shí)環(huán)保能源政策的重要措施之一。目前世界上已有一百多萬輛汽車使用天然氣，根據(jù)國(guó)際天然氣汽車協(xié)會(huì)（IANGV）預(yù)測(cè)，到2020年，若天然氣汽車的年增長(zhǎng)率能保持在相對(duì)保守的18%左右，屆時(shí)天然氣汽車的保有量將達(dá)到6 500萬輛，約為世界汽車保有量的近9%。

當(dāng)前，隨著人們對(duì)石油危機(jī)和環(huán)境污染的日益關(guān)注，天然氣汽車面臨著新的開發(fā)環(huán)境，并研發(fā)出更先進(jìn)的閉環(huán)電子控制系統(tǒng)、單點(diǎn)與多點(diǎn)電噴系統(tǒng)、高壓直噴技術(shù)、稀燃技術(shù)等，使車用天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性和排放性都有極大的改善，天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)在技術(shù)上的不斷完善更有利于其未來的發(fā)展［6－8］。

美國(guó)在LNG汽車的推廣和技術(shù)應(yīng)用方面始終處于領(lǐng)先地位，擁有全球半數(shù)以上的LNG加氣站和LNG汽車。近十幾年來，美國(guó)在開發(fā)LNG汽車方面取得快速的進(jìn)展，各大汽車公司如福特、卡特彼勒、康明斯等公司都已經(jīng)生產(chǎn)出LNG發(fā)動(dòng)機(jī)，并且其尾氣排放量非常低。美國(guó)的MVE公司是目前世界上生產(chǎn)制造LNG設(shè)備主要的廠家之一，生產(chǎn)的設(shè)備主要包括車用LNG氣瓶、LNG加氣站、LNG自動(dòng)加氣機(jī)及大型LNG儲(chǔ)存罐等。此外，日本的鈴木、尼桑等多家汽車公司也已成功開發(fā)出了電控多點(diǎn)噴射式的LNG發(fā)動(dòng)機(jī)，主要面向客車使用。

相對(duì)于國(guó)外，我國(guó)針對(duì)LNG汽車的研究起步較晚。1999年，我國(guó)啟動(dòng)了“空氣凈化工程清潔汽車行動(dòng)”，由國(guó)家13個(gè)部委成立了全國(guó)清潔汽車行動(dòng)協(xié)調(diào)領(lǐng)導(dǎo)小組，并啟動(dòng)了北京、上海、重慶、四川等12個(gè)示范城市和地區(qū)，2005年擴(kuò)展至19個(gè)城市和地區(qū)。2006年，國(guó)家再次啟動(dòng)“節(jié)能與新能源汽車”高科技計(jì)劃，繼續(xù)強(qiáng)力推進(jìn)天然氣汽車發(fā)展的進(jìn)程。中國(guó)的天然氣汽車由此進(jìn)入了快速發(fā)展期［9］。近些年來，許多國(guó)內(nèi)汽車企業(yè)都將目光投向LNG汽車的開發(fā)及相關(guān)技術(shù)的研究上，并取得了較好的成果，LNG汽車技術(shù)不斷進(jìn)步，整車已實(shí)現(xiàn)商品化。以上柴、玉柴、淮柴等發(fā)動(dòng)機(jī)廠家為代表的LNG發(fā)動(dòng)機(jī)的研發(fā)；以宇通、黃海、恒通客車廠家為代表的大型客車的研發(fā)；以陜重、東風(fēng)重卡廠家為代表的重型卡車的研發(fā)，目前已全部商品化并投入運(yùn)營(yíng)。整車性能不斷提高。以貴陽(yáng)公交為代表的國(guó)內(nèi)企業(yè)，不斷探索研發(fā)柴油車改燃LNG。目前，國(guó)內(nèi)有60余家企業(yè)生產(chǎn)整車，360余個(gè)車型獲得新產(chǎn)品公告（含底盤），發(fā)動(dòng)機(jī)功率覆蓋40～250kW；OEM原產(chǎn)車超過6萬輛／年［10］。華晨汽車工程研究院通過在傳統(tǒng)車基礎(chǔ)上的改造，自主研究開發(fā)了LNG汽車車型，在LNG汽車電控系統(tǒng)設(shè)計(jì)、整車結(jié)構(gòu)布局及車載燃料系統(tǒng)設(shè)計(jì)等方面開展了樣車試制和試驗(yàn)驗(yàn)證［11］。我國(guó)的LNG汽車產(chǎn)業(yè)從改裝、引進(jìn)到自主研發(fā)，正在逐步縮小與國(guó)際水平的差距。

目前，我國(guó)有近百座城市正在進(jìn)行天然氣汽車的推廣，為我國(guó)未來LNG汽車的發(fā)展和全面推廣應(yīng)用奠定了良好的基礎(chǔ)［12］。四川、重慶、新疆等地正在組織開展天然氣汽車城際間和區(qū)域化示范。新疆、貴陽(yáng)、湛江、海南等地LNG汽車的示范應(yīng)用也已取得階段性成果。僅示范城市每年的燃油替代量就已超過300×104t，不到汽車總保有量1%的天然氣汽車實(shí)現(xiàn)了超過3%的燃油替代效果，每年節(jié)約燃料費(fèi)近百億元。

截至2011年年底，我國(guó)共有天然氣汽車（CNG和LNG）148萬輛以上，據(jù)濰柴動(dòng)力股份有限公司的數(shù)據(jù)顯示，截至2012年4月23日，其累計(jì)銷售LNG發(fā)動(dòng)機(jī)30 000臺(tái)，而其2012年的銷售目標(biāo)則為20 000臺(tái)。安迅思息旺能源分析師估計(jì)，按此計(jì)算，目前中國(guó)LNG汽車在40 000輛以上，至2012年底則有望突破70 000輛，增速迅猛［13］。

此外，據(jù)相關(guān)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，我國(guó)目前已擁有LNG固定式加氣站200多座，撬裝式加氣站預(yù)計(jì)超過300座?，F(xiàn)有LNG固定式加氣站多分布在沿海、西北及新疆等地，其中新疆區(qū)域數(shù)量最大，預(yù)計(jì)2012年我國(guó)的LNG固定式加氣站總數(shù)將增至380座。LNG加氣站數(shù)量的不斷增多無疑為L(zhǎng)NG汽車的推廣和應(yīng)用提供了廣闊的市場(chǎng)。

2 LNG汽車經(jīng)濟(jì)性分析

LNG作為汽車燃料，具有能量密度大、運(yùn)輸方便、燃燒更加潔凈、安全性好、建設(shè)投資少、運(yùn)行成本低等優(yōu)點(diǎn)。相比之下，CNG汽車受到的制約因素較多，主要包括：車用高壓鋼瓶自重大，燃料能量密度低，連續(xù)行駛里程短；同時(shí)CNG加氣站建站投資大，占地廣，加氣站不能脫離天然氣管網(wǎng)建設(shè)，難以網(wǎng)絡(luò)化布點(diǎn)。和CNG汽車加以比較，LNG汽車的經(jīng)濟(jì)性主要體現(xiàn)在兩個(gè)方面：一是汽車本身在燃料方面和性能方面的經(jīng)濟(jì)性，另一方面包括加氣站建設(shè)的經(jīng)濟(jì)性。

2．1 燃料經(jīng)濟(jì)性分析

LNG的熱值是柴油的1．23倍，價(jià)格卻只有柴油的1／2，其爆炸極限和著火點(diǎn)均比汽油和柴油高，具有較高的辛烷值和抗爆性，作為燃料使用具有良好的安全性［14］。LNG車輛燃料的經(jīng)濟(jì)性取決于兩個(gè)方面：第一，天然氣與柴油的價(jià)格差；第二，LNG車輛與同功率的柴油車輛百公里燃料消耗量。表1就兩方面數(shù)據(jù)進(jìn)行了對(duì)比分析［15］。

表1 LNG公交車和0＃柴油公交車經(jīng)濟(jì)性比較Table 1 Economy comparison between LNG bus and 0＃ diesel bus

由表1可以看出，將LNG作為汽車燃料，燃料成本下降15%～20%，維修保養(yǎng)成本節(jié)約10%。

2．2 加氣站經(jīng)濟(jì)性分析

在加氣站建設(shè)方面，LNG加氣站較CNG加氣站成本顯著降低，以10 000m3／d天然氣加氣站建設(shè)及運(yùn)行成本為例進(jìn)行估算，其中CNG加氣站建設(shè)成本和運(yùn)行費(fèi)用成本分別為461．3萬元和78．2萬元，而LNG加氣站建設(shè)成本和運(yùn)行費(fèi)用分別為136萬元和25．3萬元，僅僅為CNG加氣站建設(shè)成本和運(yùn)行費(fèi)用的29%和32%，各項(xiàng)費(fèi)用節(jié)省2／3以上。比較情況如表2所示［16］。

表2 10 000 m3／d天然氣加氣站建設(shè)及運(yùn)行成本估算表Table 2 Cost estimation for construction and operation of 10 000 m3／d natural gas station

此外，LNG充裝平均速度為100～180L／min，是CNG充裝速度的3倍，可以大大提高充裝效率，有效減少充裝等待時(shí)間。綜合而言，LNG汽車具有安全性好、經(jīng)濟(jì)效益顯著、性能優(yōu)越、環(huán)保效益顯著等優(yōu)點(diǎn)［17］，值得大力推廣。

3 LNG汽車推廣應(yīng)用及發(fā)展建議

3．1 加快LNG汽車關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)

LNG汽車涉及到多項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，如燃料供給技術(shù)、燃料儲(chǔ)存技術(shù)、燃料加注技術(shù)、燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)等，其中發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)為L(zhǎng)NG汽車的核心技術(shù)之一，其關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)包括電子控制技術(shù)、空燃比控制技術(shù)、優(yōu)化燃燒技術(shù)及先進(jìn)的后處理技術(shù)等。此外，由于歐IV排放法規(guī)，不僅要求限制天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)非甲烷碳?xì)洌∟MHC）的排放，而且還要求控制總碳?xì)渑欧牛═HC）。先進(jìn)的氧化型后處理技術(shù)如何成功地運(yùn)用于氣體發(fā)動(dòng)機(jī)也是關(guān)鍵的技術(shù)之一，具有很高的研究?jī)r(jià)值。

3．2 重視LNG加氣站基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)

影響LNG汽車推廣和發(fā)展的一個(gè)重要因素是加氣站的建設(shè)，加氣站規(guī)劃和建設(shè)也是天然氣汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展最重要的環(huán)節(jié)和瓶頸問題之一，亟需加強(qiáng)LNG加氣站建設(shè)，改善供氣能力，加快LNG加氣站基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)。天然氣汽車的發(fā)展要有計(jì)劃有步驟地作好發(fā)展規(guī)劃，逐步實(shí)施。各大城市，特別是有條件建設(shè)的城市應(yīng)將天然氣汽車加氣站的建設(shè)列入城市的發(fā)展規(guī)劃中，并盡早投入經(jīng)費(fèi)建立天然氣的供氣系統(tǒng)。

3．3 加強(qiáng)政府引導(dǎo)和政策支持

政府的經(jīng)濟(jì)政策是影響燃?xì)馄嚢l(fā)展的另一個(gè)最重要因素。在LNG汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展中，堅(jiān)持“政府引導(dǎo)、技術(shù)先行、應(yīng)用示范、產(chǎn)業(yè)發(fā)展”的思路，對(duì)于帶動(dòng)天然氣汽車的推廣應(yīng)用、技術(shù)進(jìn)步及產(chǎn)業(yè)發(fā)展將會(huì)產(chǎn)生良好的促進(jìn)作用。我國(guó)政府應(yīng)結(jié)合實(shí)際情況，積極發(fā)揮引導(dǎo)、支撐和排障的作用，如在法律方面予以保障，在燃?xì)馄嚿a(chǎn)、改裝、零部件生產(chǎn)、加氣站建設(shè)、燃?xì)馄囐?gòu)買和使用等環(huán)節(jié)給予稅收、資金等方面的優(yōu)惠政策。

3．4 完善標(biāo)準(zhǔn)化編制工作

建立和健全標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范體系是天然氣汽車行業(yè)安全、健康發(fā)展的有力保障。2011年新頒布了兩項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)包括國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB／T 26980－2011《液化天然氣（LNG）車輛燃料加注系統(tǒng)規(guī)范》和由國(guó)家能源局牽頭制訂的NB／T 1001－2011《液化天然氣（LNG）汽車加氣站技術(shù)規(guī)范》，上述兩項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)的頒布和實(shí)施，在一定程度上大大推進(jìn)了國(guó)內(nèi)LNG燃料汽車的發(fā)展，加快了國(guó)內(nèi)配套LNG加氣站的建設(shè)速度。

4 結(jié) 語(yǔ)

基于與燃油汽車及加氣站建設(shè)等方面的經(jīng)濟(jì)比較分析，可以看出在我國(guó)推廣LNG汽車具有良好的可行性和經(jīng)濟(jì)性，是改善我國(guó)當(dāng)前能源結(jié)構(gòu)、解決能源危機(jī)和汽車排放污染的最佳路徑。天然氣作為汽車燃料的優(yōu)勢(shì)將會(huì)在未來十年內(nèi)被大力開發(fā)和利用，LNG汽車替代CNG汽車和LPG汽車是未來天然氣汽車發(fā)展的必然趨勢(shì)。我國(guó)LNG汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展應(yīng)在關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)的基礎(chǔ)上，加強(qiáng)LNG基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，在政府支持和引導(dǎo)下，完善LNG汽車體系中各項(xiàng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的編制工作并頒布執(zhí)行，以推動(dòng)我國(guó)液化天然氣汽車事業(yè)的快速發(fā)展。

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