摘要：介紹了LNG汽車的工作原理，從國際、國內(nèi)兩方面闡述了車用LNG的發(fā)展現(xiàn)狀。結(jié)合天然氣利用政策、LNG客戶、LNG汽車經(jīng)濟性、安全性、LNG汽車?yán)淠芑厥辗治隽塑囉?span lang="EN-US">LNG的市場前景。

關(guān)鍵詞：LNG汽車；  車用LNG；  燃料經(jīng)濟性；  市場分析

Analysis on Development Status and Market Prospect of LNG Vehicles

Abstract: The working principle of LNG vehicles is introduced．The development status of LNG for vehicles at home and abroad is described．The market prospect of LNG for vehicles is analyzed in terms of natural gas utilization policy，LNG customers，LNG vehicles economy，safety and cold energy recovery in LNG vehicles．

Key words: LNG vehicle；LNG for vehicle；fuel economy；market analysis

隨著我國經(jīng)濟和汽車工業(yè)的迅速發(fā)展，石油資源短缺的形勢更加嚴(yán)峻，與此同時環(huán)境污染也日益加重。研究結(jié)果表明，城市空氣中90％以上的一氧化碳、60％以上的碳氫化合物和30％以上的氮氧化物來自汽車尾氣排放^[1]，降低汽車尾氣排放已經(jīng)成為城市環(huán)保的迫切要求。LNG作為天然氣的一種氣源形式，在其液化生產(chǎn)過程中，除去了更多的雜質(zhì)，天然氣低碳烴含量更高。若將LNG作為汽車燃料，將使汽車尾氣中一氧化碳減少97％，汽車噪聲減少40％，環(huán)保效益相當(dāng)顯著^[2]。

LNG儲存在110 K的低溫下，在氣化過程中將釋放出大量冷能，如果將該冷能回收用于汽車?yán)洳鼗蚱嚳照{(diào)，可以節(jié)約汽車的制造及運營成本。此外，LNG的能量密度較大，同樣容積的LNG車用儲罐裝載的天然氣是CNG汽車儲罐的2．5倍，使得LNG汽車?yán)m(xù)駛里程較長。國家在十二五規(guī)劃中提出節(jié)能與新能源汽車發(fā)展戰(zhàn)略，給LNG汽車及加氣站的應(yīng)用推廣帶來了新的契機。

1 LNG汽車工作原理

LNG汽車的燃氣系統(tǒng)由LNG氣瓶、電控調(diào)壓器、氣化器、液位儀、空氣濾清器、安全裝置(如過流閥、安全閥和防爆片)以及一系列閥件(如充液閥、截止閥和單向閥等)組成。LNG氣瓶是儲存液化天然氣的專用氣瓶，正常工作壓力為0．65～1．59MPa，工作溫度為-162℃。LNG汽車的工作原理^[3]見圖l。

當(dāng)發(fā)動機起動，閥門打開，LNG氣瓶內(nèi)的液化天然氣依靠氣瓶自身的壓力，通過控制閥和燃料限流閥進人氣化器中。氣化器通過發(fā)動機回水來對LNG進行加熱，在氣化器中液化天然氣被氣化成氣態(tài)天然氣。

天然氣發(fā)動機正常運轉(zhuǎn)所需要的天然氣壓力范圍為0．6～0．8 Mpa^[4]，該壓力通過氣化器后供氣管路上的電控調(diào)壓器來控制，確保氣體燃料的壓力不超出發(fā)動機規(guī)定的壓力范圍，安裝時應(yīng)保證電控調(diào)壓器天然氣出口與混合器進氣口距離控制在500mm以內(nèi)。

天然氣與過濾后的空氣在混合器中混合，從而為汽車發(fā)動機提供燃料。為了增加供氣管路上的氣體容量，在發(fā)動機負(fù)荷發(fā)生變化時，保持供氣壓力的相對穩(wěn)定，在LNG汽車的供氣管路上，還裝設(shè)有緩沖器。當(dāng)天然氣燃燒后，燃燒產(chǎn)物經(jīng)過催化轉(zhuǎn)化器排到大氣中，由于有污染的氣體在催化轉(zhuǎn)化器中參與化學(xué)反應(yīng)，使得最終排到大氣中的汽車尾氣污染物大幅減少。

2 車用LNG的發(fā)展現(xiàn)狀

2．1 國際方面

20世紀(jì)70年代，受當(dāng)時能源危機的影響，全球LNG工業(yè)開始發(fā)展。到20世紀(jì)80年代，LNG貿(mào)易增長率達到8％，是世界發(fā)展最快的燃料之一。2000年，世界LNG貿(mào)易增長率為l0．1％，消費量達1 369．6×10⁸ m³，占全球天然氣消費總量的5．7％。

根據(jù)英國石油公司(BP)2012年發(fā)布的《BP Energy Outlook 2030》，到2030年，預(yù)計LNG供應(yīng)量將年均增長4．5％，超過全球總產(chǎn)氣量增幅(年均2．1％)的2倍。它在全球天然氣供應(yīng)量中的份額將從2010年的9％增加到2030年的l5％。LNG貿(mào)易的增長量是全球天然氣產(chǎn)量增長量的2倍。

隨著世界范圍內(nèi)LNG工業(yè)的規(guī)?；l(fā)展和推廣速度的加快，美國、加拿大、德國、日本等國家加大了對LNG汽車的研究力度，并于20世紀(jì)90年代初開始小規(guī)模推廣。美國在1996年制定了第一個LNG車用燃料系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)NFPA57《液化天然氣(LNG)車輛燃料系統(tǒng)》。截至2011年，美國大約有3 000余輛LNG汽車在運行^[5]。根據(jù)歐洲天然氣汽車工業(yè)協(xié)會2011年的數(shù)據(jù)，全球天然氣汽車保有量達到了l4 518 200輛，部分國家天然氣汽車及CNG、LNG加氣站數(shù)量統(tǒng)計見表1。

由表l可以看出，伊朗、巴基斯坦、阿根廷、巴西、印度和意大利等幾個國家的天然氣汽車擁有量接近世界天然氣汽車總量的80％，且全部采用CNG汽車。通過表l中CNG加氣站與LNG加氣站數(shù)量對比，可以判斷，世界范圍內(nèi)LNG汽車數(shù)量遠遠小于CNG汽車數(shù)量，車用LNG處于起步階段。

2．2 國內(nèi)方面

20世紀(jì)90年代初，我國開始發(fā)展LNG工業(yè)。2001年9月，國內(nèi)首座商業(yè)化運行的LNG工廠——河南中原液化天然氣工廠試投產(chǎn)運行，生產(chǎn)規(guī)模為15×10⁴ m³／d，LNG年產(chǎn)量達到4×10⁴ t／a。近年來，我國LNG工廠發(fā)展迅速。目前，LNG的生產(chǎn)總規(guī)模近1 000×10⁴ m³／d，年產(chǎn)量超過260×10⁴ t。另外，在建和擬建設(shè)的LNG液化項目還有30個左右，近1～2 a陸續(xù)投入運行，而且規(guī)模有增大的趨勢，為200×10⁴～300×10⁴ m³／d^[6]。

但是，與其他國家相比，我國燃氣汽車的比例很低。據(jù)國家統(tǒng)計局發(fā)布的2011年國民經(jīng)濟和社會發(fā)展統(tǒng)計公報，2011年末我國民用汽車保有量達到10 578×10⁴輛，而天然氣汽車數(shù)量為60×10⁴輛左右(主要是CNG汽車)，占汽車總量的0．6％。

截至2010年，國內(nèi)有近6 000輛LNG汽車，推廣使用LNG汽車的城市主要有北京、貴陽、長沙、烏魯木齊等，均以LNG公交車為主。表2為近幾年來我國LNG汽車的發(fā)展情況^[6]。

LNG加氣站建設(shè)數(shù)量與LNG汽車產(chǎn)業(yè)化發(fā)展是密不可分的，據(jù)中國國際液化天然氣大會的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，截至2011年5月，全國共建設(shè)LNG加氣站101座，其中79座在新疆。

3市場前景分析

3.1 天然氣利用政策分析

目前，我國已征收燃油稅，這使得汽油、柴油的零售價格與天然氣的價格差進一步擴大，因此，汽車使用天然氣作為燃料將會發(fā)揮更好的經(jīng)濟效益，可以調(diào)動經(jīng)營者和使用者雙方的積極性。同時，國家從汽車的生產(chǎn)環(huán)節(jié)入手，采取停止生產(chǎn)采用簡單化油器型發(fā)動機的汽車等措施，解決汽車尾氣問題，這樣更推動了汽車生產(chǎn)商開發(fā)生產(chǎn)清潔能源汽車^[7]。

另外，十幾年的實踐證明，天然氣汽車的環(huán)保性和經(jīng)濟性得到了人們廣泛的了解和認(rèn)可，在技術(shù)、設(shè)備、專業(yè)隊伍、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、基礎(chǔ)配套設(shè)施等方面打下了較好的基礎(chǔ)，如國家工業(yè)和信息化部公布的《節(jié)能與新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃(2011-2020)》、國家能源局發(fā)布并于2011年11月1日開始實施的《液化天然氣(LNG)汽車加氣站技術(shù)規(guī)范》等。此外，一些地方政府研究制定了如LNG、燃料電池等清潔能源汽車的發(fā)展規(guī)劃，并頒布了支持天然氣汽車發(fā)展的優(yōu)惠政策，這些都為天然氣汽車的大規(guī)模發(fā)展創(chuàng)造了條件。

LNG在汽車上的應(yīng)用主要是城市公交、環(huán)衛(wèi)車輛、出租車、城際大巴、重卡等。

①城區(qū)公交車輛：由于LNG能量儲存密度大，方便儲存和車載，因此，使用LNG作為車用燃料將使公交車?yán)m(xù)駛里程加長，加氣次數(shù)減少，增強運行能力，提高效率。在LNG公交車加氣便捷的情況下，現(xiàn)有CNG公交車更新?lián)Q代或者改裝為LNG車輛的可能性較大，故公交車輛可作為LNG主要客戶之一。

②城區(qū)環(huán)衛(wèi)車輛：環(huán)衛(wèi)車輛主要有灑水車、掃地車和垃圾車等類型，在國內(nèi)一些城市，已經(jīng)開始推廣采用天然氣環(huán)衛(wèi)車輛。隨著環(huán)境保護政策的不斷加強，環(huán)衛(wèi)車輛可作為LNG潛在客戶。

③出租車輛：由于LNG氣瓶一般為雙層金屬真空加多層纏繞超低溫絕熱結(jié)構(gòu)，氣瓶較厚，出租車后備箱體積較小，改裝受到一定限制。但隨著LNG的不斷發(fā)展和市場的培育，出租車可作為LNG潛在客戶。

④城際大巴、重卡車輛：城際大巴和重卡車輛的行駛距離一般較長，若在高速公路沿線布設(shè)LNG加氣站，為其提供燃料補給，這類車輛也將成為LNG主要客戶。

根據(jù)天然氣及燃油的燃燒特性，天然氣的低熱值為35．41 MJ／m³，0號柴油的低熱值為40．2 MJ／kg，0號柴油的密度為0．84 kg／L，按二者熱效率相同考慮，則1 m³天然氣的行駛里程等效于1.05 L的0號柴油。一臺265 kW的重卡每l00 km油耗按50 L計算，一年行駛10×10⁴ km，則需耗油50 000L，相當(dāng)于耗天然氣47 620 m³，如果0號柴油按7．3元/L計算，LNG零售價格按5．5元/ m³計算，則用LNG比用柴油每輛車每年可節(jié)約10×10⁴ 余元燃料費，而一輛原裝LNG重卡的價格比普通汽柴油重卡的價格僅高約10×10⁴元，一輛在用重卡改造為LNG重卡改裝費需8×10⁴元左右。重卡使用LNG作為燃料后，不到一年就可收回高出柴油重卡的成本，之后，使用LNG作燃料比使用柴油作燃料將便宜28％左右。

一輛大巴柴油車改裝成天然氣單燃料車費用為(6～10)×10⁴元。對改裝后的尾氣排放治理的效果和回收改裝費的價值而言，油改氣汽車適用于車況好、運行3 a以內(nèi)的公交車、長途客車，對運行4 a及以上的車，改裝意義不大。

LNG的燃點為650℃，比汽油、柴油和LPG的燃點高；LNG的爆炸極限為5％-l5％，氣化后的密度比空氣小，稍有泄漏便揮發(fā)擴散，因此不容易形成爆炸性混合氣體。而汽油的爆炸極限為1．0％～7．6％，柴油的爆炸極限為0．5％～4．1％，LPG的爆炸極限為2．4％～9．5％，且LPG氣化后的密度比空氣大，泄漏后不易揮發(fā)^[8]。此外，LNG的儲存壓力小于l．6 MPa，遠低于CNG的儲存壓力，其車載氣瓶一般采用耐低溫的特殊材料制造，夾層真空屏蔽，外部設(shè)置相應(yīng)厚度的隔熱保冷層，這樣可以避免CNG因采用高壓氣瓶帶來的潛在危險。

LNG作為汽車燃料具有供冷的優(yōu)勢。LNG在氣化過程中，會釋放出大量冷能，其制冷量為860～883 kJ／kg。如果將這部分冷能回收加以利用，將其用于汽車空調(diào)，或是為冷藏車提高冷量，則不必為汽車專門配備制冷系統(tǒng)，可以節(jié)約汽車制造成本和運輸成本，具有顯著的經(jīng)濟效益。

4 結(jié)論

LNG主要應(yīng)用于城際大巴、重卡、城市公交、環(huán)衛(wèi)車輛、出租車等，與CNG車輛相比，LNG作為車用燃料，將使這些車輛續(xù)駛里程加長，加氣次數(shù)減少，行車效率提高；同時，LNG相比于燃油，具有價格上的優(yōu)勢，其作為車用燃料具有較好的經(jīng)濟效益。

在國家倡導(dǎo)清潔能源的時代背景下，隨著LNG工業(yè)的發(fā)展、車用LNG相關(guān)技術(shù)的不斷成熟，以及政府對車用LNG相關(guān)優(yōu)惠政策的逐步落實，可以預(yù)見，車用LNG產(chǎn)業(yè)將具有廣闊的市場前景。

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本文作者：鐘偉廖長纓 黃小美 彭世尼