阮芮彬

（中機(jī)國際工程設(shè)計研究院有限責(zé)任公司，湖南長沙 410007）

1 天然氣汽車的發(fā)展

天然氣汽車始于20 世紀(jì)30 年代，至今已有90 多年的歷史。由于天然氣汽車在環(huán)境保護(hù)、節(jié)能、安全等方面具有顯著的優(yōu)點，同時可以較為靈活地切換使用汽油或柴油（單燒或混燒），在過去的8 年時間里L(fēng)NG（Liquefied Natural Gas，液化天然氣）汽車快速發(fā)展。我國開發(fā)應(yīng)用LNG 加氣市場的雖然起步較晚，但發(fā)展天然氣汽車的潛力空間巨大[1]。數(shù)據(jù)顯示，截至2018 年年底，我國使用天然氣的汽車（Natural Gas Vehicle，NGV）約有670 萬輛，比上一期增加62 萬輛，漲幅為10.20%。其中，2018 年我國使用LNG 的汽車約為44 萬輛，同比增加約4萬輛，漲幅為25.71%；2018 年我國使用CNG（Compressed Natural Gas，壓縮天然氣）的汽車約為626 萬輛，同比增加約41 萬輛，漲幅為9.25%[2]。圖1 為在某展會上展示的LNG 重卡車頭。

圖1 新型LNG 重卡車頭

2 發(fā)展LNG 重卡的必要性

依據(jù)目前我國的能源結(jié)構(gòu)、政策以及國際社會的能源環(huán)境，發(fā)展LNG 重卡是非常必要的，具體情況可從以下4 個方面展開分析。

（1）國家發(fā)展和改革委員會發(fā)布的“天然氣利用政策”中規(guī)定，天然氣汽車加氣項目為第一類優(yōu)先類中的城市燃?xì)獾捻椖款悇e之一，優(yōu)先順序僅次于城鎮(zhèn)居民用氣和公共服務(wù)設(shè)施用氣。

（2）2018 年7 月，國務(wù)院發(fā)布了《打贏藍(lán)天保衛(wèi)戰(zhàn)三年行動計劃》，計劃中要求各大企業(yè)大力推進(jìn)國III 及以下排放標(biāo)準(zhǔn)營運(yùn)柴油重卡提前淘汰更新，確立了LNG 重卡在今后的發(fā)展趨勢。2019 年3 月25 日，國家工業(yè)和信息化部裝備工業(yè)發(fā)展中心發(fā)布《關(guān)于重型燃?xì)廛囕v產(chǎn)品實施國六排放標(biāo)準(zhǔn)的通知》，明確指出LNG 重卡產(chǎn)品將于2019 年7 月1 日執(zhí)行國六a 階段排放要求。此舉意味著國六排放已經(jīng)進(jìn)入落地階段，“高配版”國六b也將逐漸進(jìn)入落地階段。

（3）目前國內(nèi)已建成7 個LNG 接收站和多個天然氣液化工廠，LNG 供應(yīng)充足。在許多城市和高速公路服務(wù)區(qū)均有LNG 加氣站，并且近些年LNG 加氣站項目呈逐年遞增趨勢，為LNG 重卡續(xù)航提供了保障。

（4）國際石油資源緊缺，油價大幅度上漲。據(jù)相關(guān)資料統(tǒng)計，我國2019 年以4.90 億噸來測算，對比2018 年（4.62 億噸），2019 全年原油進(jìn)口增長幅度將達(dá)到8.2%。能源緊缺、油價上漲直接威脅到我國的國家安全，還將影響國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和GDP的增長。通過發(fā)展天然氣汽車，能夠有效緩解燃油供應(yīng)緊張的局面，局部調(diào)整能源結(jié)構(gòu)，同時也可以為汽車運(yùn)輸企業(yè)降低燃料成本，實現(xiàn)能源供應(yīng)的科學(xué)發(fā)展。

3 LNG 重卡與柴油重卡對比

在節(jié)能環(huán)保、運(yùn)行和維護(hù)成本、提升車輛的安全性方面，LNG 重卡均優(yōu)于柴油重卡，但其續(xù)航里程弱于柴油重卡。

3.1 節(jié)能環(huán)保

汽、柴油作為汽車燃料燃燒時，其燃燒產(chǎn)物含有大量的一氧化碳（CO）、氮氧化物（NOx）、碳?xì)浠衔锏扔泻怏w及微小顆粒物（PM2.5），被公認(rèn)為全球性的公害之一[3]。

使用LNG 作為汽車燃料時，與國III 柴油車產(chǎn)生的尾氣相比，其尾氣中的NOx降低約20%～50%，CO 降低80%以上，非甲烷總烴降低85%以上，尾氣中基本上不含鉛、硫化物以及苯類等有害物質(zhì)，不會形成光化學(xué)污染。據(jù)研究，LNG 汽車尾氣中每千米排放的PM2.5顆粒物僅為0.005 g，相比柴油車輛每千米排放0.075 g 而言，能夠有效降低90%以上的PM2.5排放，大大減少空氣中PM2.5的排放量。因此，發(fā)展天然氣汽車是現(xiàn)階段緩解和降低PM2.5顆粒物的最有效、最便捷的途徑.

LNG 組成穩(wěn)定，不含硫化物、灰塵等雜質(zhì)，空燃比穩(wěn)定，可以確保發(fā)動機(jī)平穩(wěn)有效地運(yùn)轉(zhuǎn)。另外，汽缸與燃燒室內(nèi)不會發(fā)生金屬腐蝕、積碳等現(xiàn)象，也減少了噪聲污染。

3.2 降低成本

與柴油相比，LNG 的經(jīng)濟(jì)性主要體現(xiàn)在價格差上。通過對LNG 重卡和柴油重卡在8 年全壽命期內(nèi)的總成本比較，說明LNG 作為汽車燃料在經(jīng)濟(jì)性上的優(yōu)勢。根據(jù)從天然氣汽車生產(chǎn)廠家了解的情況，某一規(guī)格的LNG 重卡的價格約為40 萬元/輛，同功率、同車型的柴油重卡價格約為32 萬元/輛。重卡的日行駛里程按300 km 考慮。目前0#柴油的零售價格6.3 元/L，每千克LNG 的熱值相當(dāng)于1.33 L 柴油，以每千克LNG 熱值作為計算標(biāo)準(zhǔn)得出同等熱值的柴油價格為8.38 元。目前天然氣單價為4.5 元/m3，1 kg LNG≈1.4 m3天然氣，得出LNG 價格為5.98 元/kg。柴油重卡百公里消耗柴油按32 L 考慮。LNG 的主要成分為甲烷，在氣化器中轉(zhuǎn)化成氣態(tài)進(jìn)入發(fā)動機(jī)燃燒，相比于柴油（C10～C22 的混合物）液態(tài)燃燒得更加充分。所以燃?xì)獍l(fā)動機(jī)比柴油發(fā)動機(jī)有更高的熱效率，但因各個廠家生產(chǎn)的發(fā)動機(jī)型號差別較大，熱效率也不同，所以本次計算將燃?xì)獍l(fā)動機(jī)和柴油發(fā)動機(jī)的熱效率視為一樣。計算得出LNG 重卡與柴油重卡使用成本對比見表1。

表1 LNG 重卡與柴油重卡使用成本對比

由表1 可知，LNG 重卡比柴油重卡每日燃料費節(jié)省132.2元，一年按300 d 計算，則每年可節(jié)省燃料費約4 萬元?？紤]購車成本以及維修折舊費用，則LNG 重卡與柴油重卡的經(jīng)濟(jì)性分析數(shù)據(jù)如表2 所示。

表2 LNG 重卡與柴油重卡經(jīng)濟(jì)性分析數(shù)據(jù)

由表2 可知，在8 年的全壽命期內(nèi)，LNG 重卡的總成本費用比柴油重卡的總成本費用節(jié)省40 萬元，平均每年節(jié)省5 萬元，8 萬元的購車差價收靜態(tài)回年限僅為19 個月。重卡的日行駛里程越長，節(jié)省燃料成本的效果越明顯。

但是目前大部分生產(chǎn)企業(yè)的運(yùn)輸車隊均為柴油重卡，如果通過購買新車的方式將可正常使用期內(nèi)的柴油重卡進(jìn)行更換勢必會造成企業(yè)資金的緊張和回收期過長（約10 年靜態(tài)回收期）。隨著時代的進(jìn)步，柴油重卡可以直接進(jìn)行LNG 摻燒（混燒）改裝，改裝費用大約6 萬元左右，這大大降低了企業(yè)更換LNG 重卡資金的壓力，也將10 年的靜態(tài)投資回收期提升到了1.5 年。

3.3 提升車輛的安全性

與柴油相比，LNG 的安全性主要體現(xiàn)在比重、爆炸極限、自燃溫度等方面（表3）。

表3 LNG 與柴油的性能參數(shù)

通過表3 可知：①天然氣的自燃溫度比柴油的自燃溫度高出約390 ℃，因此天然氣不容易發(fā)生自燃；②天然氣的氣體密度比空氣小，柴油蒸汽密度比空氣大，發(fā)生泄漏時天然氣會上浮并很快在空氣中散發(fā)、不會積聚，所以天然氣泄漏很難形成爆炸環(huán)境。

3.4 續(xù)航里程稍有欠缺

LNG 重卡通常配置一個水容積為450 L 的LNG 車載鋼瓶，一次充足后能使用的的天然氣約為243 m3（充裝系數(shù)按90%計，LNG 的液態(tài)/氣態(tài)膨脹系數(shù)按600 m3/m3計），充滿一次LNG 可以行駛約700 km。柴油重卡通常配置一個容積為300 L的油箱，加滿一次柴油可以駛約940 km，所以LNG 重卡在行駛過程中加氣頻率比柴油重卡高。

4 柴油重卡改裝成LNG 重卡實例分析

某縣城水泥生產(chǎn)企業(yè)有水泥運(yùn)輸車（柴油重卡）300 輛，詳情見表4。

一年按300 d 計算，則天然氣重卡與柴油重卡的使用成本對比結(jié)果如表5 所示。

表4 某水泥生產(chǎn)企業(yè)運(yùn)輸車輛分類

表5 該企業(yè)天然氣重卡與柴油重卡的使用成本對比

該企業(yè)通過將柴油重卡改裝成LNG 重卡每年可以節(jié)省燃料費1381.32 萬元，經(jīng)濟(jì)效益可觀，值得各大生產(chǎn)企業(yè)借鑒。

5 結(jié)論

（1）大力發(fā)展LNG 重卡符合目前國家政策，在石油資源日漸緊缺的今天將促進(jìn)國家能源結(jié)構(gòu)的調(diào)整。

（2）國內(nèi)LNG 供應(yīng)充足和LNG 加氣站的大力建設(shè)為發(fā)展LNG 重卡提供了保障。

（3）LNG 重卡相比于柴油重卡具有節(jié)能環(huán)保、運(yùn)行和維護(hù)成本低和安全性高等優(yōu)勢。

（4）某水泥生產(chǎn)企業(yè)改裝LNG 重卡經(jīng)濟(jì)效益明顯，值得各大生產(chǎn)企業(yè)借鑒。