福建省天然氣汽車加氣技術(shù)路線的探討

摘 要

摘要：根據(jù)福建省的氣源情況，結(jié)合國內(nèi)天然氣汽車加氣技術(shù)路線的現(xiàn)狀，對(duì)CNG汽車加氣技術(shù)路線與LNG汽車加氣技術(shù)路線在可靠性、經(jīng)濟(jì)性、能耗等方面進(jìn)行比較，探討福建省的天然氣汽車
摘要：根據(jù)福建省的氣源情況，結(jié)合國內(nèi)天然氣汽車加氣技術(shù)路線的現(xiàn)狀，對(duì)CNG汽車加氣技術(shù)路線與LNG汽車加氣技術(shù)路線在可靠性、經(jīng)濟(jì)性、能耗等方面進(jìn)行比較，探討福建省的天然氣汽車加氣技術(shù)路線，建議采用LNG汽車加氣技術(shù)路線。
關(guān)鍵詞：天然氣汽車；CNG汽車加氣技術(shù)；LNG汽車加氣技術(shù)；技術(shù)路線
Discussion on Technical Ways for Natural Gas Vehicle Filling in Fujian Province
ZH0U Chun
Abstract：According to the gas source situation in Fujian Province，and combined with the domestic actuality of technical ways for natural gas，the technical ways for CNG and LNG vehicle filling are compared in terms of reliability，economic efficiency，energy consumption etc. The technical ways for natural gas vehicle filling in Fujian Province are discussed，and it is suggested to adopt the technical way for LNG vehicle filling.
Key words：natural gas vehicle；CNG vehicle filling technology；LNG vehicle filling technology；technical way
    福建省于2002年開始實(shí)施福建省液化天然氣(LNG)項(xiàng)目，通過引進(jìn)印尼的LNG，滿足福建經(jīng)濟(jì)對(duì)優(yōu)質(zhì)、高效、清潔能源的需求，調(diào)整能源結(jié)構(gòu)，保護(hù)和改善生態(tài)環(huán)境，實(shí)現(xiàn)能源供應(yīng)多樣化。該項(xiàng)目一期年接收能力為260×104t，二期為500×104t，項(xiàng)目保證了福建省LNG的可靠氣源，為福建省天然氣清潔汽車的發(fā)展提供了契機(jī)。
    發(fā)展天然氣清潔汽車可以大大減輕對(duì)環(huán)境的污染，減輕汽車對(duì)石油產(chǎn)品的依賴，降低用車企業(yè)的燃料成本，減輕政府的財(cái)政負(fù)擔(dān)[1]。因此，福建省發(fā)展天然氣清潔汽車具備了主觀和客觀的條件，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。
1 福建省的氣源
1.1 福建省液化天然氣項(xiàng)目概況
    福建省液化天然氣項(xiàng)目包括LNG站線工程、與之配套的3個(gè)新建燃?xì)怆姀S項(xiàng)目(莆田燃?xì)怆姀S、晉江燃?xì)怆姀S及廈門燃?xì)怆姀S)和福州、莆田、泉州、廈門、漳州5個(gè)城市的液化天然氣利用工程項(xiàng)目。其中，LNG站線工程由LNG接收站、LNG專用船碼頭及輸氣干線3個(gè)部分組成。
    LNG接收站位于莆田市湄州灣秀嶼島，一期工程建設(shè)2座16×104m3地面全容式混凝土儲(chǔ)罐，二期增加2座16×104m3的儲(chǔ)罐。LNG接收站的主要功能是接收、儲(chǔ)存和氣化LNG，并通過管道向城市和電廠供氣。2006年11月8日，LNG儲(chǔ)罐成功升頂。目前，LNG接收站開始接收來自印尼東固氣田的LNG。
    輸氣干線工程包括1條主干線和3條支干線。主干線線路起自秀嶼首站，分為兩路：一路為莆田秀嶼首站-惠安分輸站-泉州分輸站-晉江分輸站-廈門翔安分輸站-廈門分輸站-漳州末站；另一路為莆田秀嶼首站-莆田分輸站-宏路分輸站-福州末站。支干線有3條，分別為晉江分輸站-晉江電廠末站；廈門翔安分輸站-廈門電廠末站；莆田秀嶼首站-莆田電廠末站。2006年7月5日，中海福建天然氣有限責(zé)任公司舉行了輸氣干線工程開工儀式。2008年2月，輸氣干線工程全部機(jī)械完工，4月具備接收來氣條件。
1.2 福建省的氣源情況
    按照福建省液化天然氣(LNG)項(xiàng)目LNG站線工程的構(gòu)成，LNG經(jīng)過氣化后通過高壓管道輸送至5個(gè)城市，分別為福州、廈門、泉州、莆田和漳州，這5個(gè)城市的主氣源為管輸天然氣。此外，這5個(gè)城市也可以建設(shè)LNG儲(chǔ)配站，接收通過公路從秀嶼LNG接收站運(yùn)來的LNG。南平、三明、龍巖、寧德等4個(gè)城市由于處于福建內(nèi)陸，氣源主要為從秀嶼LNG接收站通過公路運(yùn)輸來的LNG。
1.3 福建省LNG的性質(zhì)
   福建省LNG的性質(zhì)見表1。
表1 福建省LNG的性質(zhì)
序號(hào)
項(xiàng)目
數(shù)值
1
C1的摩爾分?jǐn)?shù)/%
96.299
2
C2的摩爾分?jǐn)?shù)/%
2.585
3
C3的摩爾分?jǐn)?shù)/%
0.489
4
iC4的摩爾分?jǐn)?shù)/%
0.100
5
nC4的摩爾分?jǐn)?shù)/%
0.118
6
iC5的摩爾分?jǐn)?shù)/%
0.003
7
nC5的摩爾分?jǐn)?shù)/%
0.003
8
N2的摩爾分?jǐn)?shù)/%
0.400
9
雜質(zhì)及其他的摩爾分?jǐn)?shù)/%
0.003
10
硫化氫含量/(mg·m-3)
＜5.4
11
總硫含量(以硫計(jì))/(mg·m-3)
25.0
12
相對(duì)分子質(zhì)量
16.69
13
氣化溫度/℃
-162.2
14
-162.2℃下的液相密度/(kg·m-3)
437.7
15
液相熱值/(kJ·kg-1)
54817
16
0℃，101.325kPa下的氣相密度/(kg·m-3)
0.7464
17
液態(tài)/氣態(tài)膨脹系數(shù)
586.4
18
0℃，101.325kPa下的低熱值/(kJ·m-3)
36941
19
0℃，101.325kPa下的高熱值/(kJ·m-3)
40980
20
0℃，101.325kPa下的華白數(shù)/(kJ·m-3)
53986
注：表中第17項(xiàng)液態(tài)/氣態(tài)膨脹系數(shù)是指0℃，101.325kPa下氣相密度與-162.2℃下的液相密度的比。
    就天然氣汽車的發(fā)展歷程來看，發(fā)展天然氣汽車存在著CNG汽車加氣技術(shù)路線和LNG汽車加氣技術(shù)路線這兩種形式。國內(nèi)很多城市選擇CNG汽車加氣技術(shù)路線，原因在于這些城市擁有天然氣氣源。比如四川、重慶、烏魯木齊等省市，這些省市都處于豐富的天然氣資源地區(qū)；再如上海、北京、南京、泰安等城市，這些城市都處于管輸天然氣通過的地
    也有些城市選擇LNG汽車加氣技術(shù)路線，原因在于這些城市擁有LNG氣源。比如深圳市天然氣汽車發(fā)展規(guī)劃采用LNG汽車加氣技術(shù)路線作為公交車的發(fā)展方向，就是因?yàn)樯钲诖簌i灣建設(shè)的廣東LNG項(xiàng)目擁有一期建設(shè)規(guī)模為370×104t/a，二期建設(shè)規(guī)模為660×104t/a的LNG。因此，選擇什么樣的汽車加氣技術(shù)路線首先要考慮的問題是自身的氣源特點(diǎn)。
    福建省9個(gè)城市具有不同的氣源，因此選擇汽車加氣技術(shù)路線存在2種情況：一是福州、廈門、泉州、莆田、漳州等5個(gè)城市可以選擇CNG汽車加氣技術(shù)路線或LNG汽車加氣技術(shù)路線；二是南平、三明、龍巖、寧德等4個(gè)城市可以選擇LNG汽車加氣技術(shù)路線。
3 天然氣汽車加氣技術(shù)路線的分析
3.1 可靠性分析
    ① CNG汽車加氣技術(shù)路線的可靠性分析
    選擇CNG汽車加氣技術(shù)路線需要在城市門站、儲(chǔ)配站或高-中壓調(diào)壓站內(nèi)建設(shè)CNG加氣母站，將管道天然氣壓縮成CNG，再通過CNG氣瓶車轉(zhuǎn)運(yùn)至CNG加氣子站供汽車加氣使用(本文以此種方式作為討論對(duì)象)。也可利用城市高、中壓管網(wǎng)建設(shè)CNG加氣標(biāo)準(zhǔn)站給汽車加氣。
    早期，上游天然氣氣源既可以滿足城市居民用戶和工商用戶的用氣需求，也可以滿足CNG汽車加氣的用氣需求。但是，隨著城市燃?xì)馐聵I(yè)不斷發(fā)展.城市居民用戶的用氣規(guī)模日益擴(kuò)大，經(jīng)濟(jì)發(fā)展也帶動(dòng)了汽車保有量的飛速增長，汽車加氣項(xiàng)目得到了全面推廣，用氣規(guī)模不斷增長。各類用氣量的增長導(dǎo)致原有的輸配系統(tǒng)負(fù)荷加大，管輸能力時(shí)常不能滿足用氣需求，出現(xiàn)氣源短缺，用氣高峰時(shí)管網(wǎng)壓力降低等情況，引起城市居民用戶和工商用戶的用氣與汽車加氣用氣的矛盾。尤其在冬季，這種矛盾更為突出。
    烏魯木齊、西安、上海、南京等采用CNG汽車加氣技術(shù)路線的城市，在冬季用氣高峰時(shí)，都采取了限制發(fā)展天然氣汽車、加氣站停止供氣或限量供氣等手段，以保證城市居民用戶和工商用戶的用氣。這就制約了CNG汽車市場(chǎng)的進(jìn)一步發(fā)展，降低了CNG汽車加氣技術(shù)路線的可靠性。
   ② LNG汽車加氣技術(shù)路線的可靠性分析
   對(duì)于福建省來說，選擇LNG汽車加氣技術(shù)路線可以直接從秀嶼LNG接收站用LNG槽車將LNG通過公路運(yùn)輸至LNG儲(chǔ)配站，然后再通過LNG槽車運(yùn)至各LNG加氣站，供汽車加氣使用。這樣就不會(huì)出現(xiàn)汽車加氣與城市居民用戶爭(zhēng)氣的矛盾。當(dāng)城市居民用戶用氣規(guī)模的擴(kuò)大可能會(huì)影響到汽車加氣市場(chǎng)時(shí)，相關(guān)部門也可以通過國際期貨、現(xiàn)貨市場(chǎng)采購LNG來解決LNG短缺的問題。因此，LNG汽車加氣技術(shù)路線的可靠性較高。
3.2 經(jīng)濟(jì)性分析
    以福州市近期規(guī)劃的天然氣公交車用氣量為2667.4×104m3/a(日用氣量約為9×104m3/d)為基礎(chǔ)，對(duì)CNG加氣技術(shù)路線和LNG加氣技術(shù)路線進(jìn)行經(jīng)濟(jì)性分析。CNG加氣母站、CNG加氣子站的規(guī)模配置見表2，LNG儲(chǔ)配站、LNG汽車加氣站的規(guī)模配置見表3。
表2 CNG加氣母站、CNG加氣子站的規(guī)模配置
    項(xiàng)目
CNG加氣母站
CNG加氣子站
建設(shè)規(guī)模/(m3·d-1)
 9.0×104
 1.5×104
    工程造價(jià)/元
 1800×104
 500×104
    用地面積/m2
    4000
    1500
表3 LNG儲(chǔ)配站、LNG汽車加氣站的規(guī)模配置
項(xiàng)目
LNG儲(chǔ)配站
LNG汽車加氣站
建設(shè)規(guī)模
4臺(tái)100m3的儲(chǔ)罐
2臺(tái)20m3的儲(chǔ)罐
工程造價(jià)/元
1500×104
550×104
用地面積/m2
3200
1500
   ① CNG汽車加氣技術(shù)路線的經(jīng)濟(jì)性分析
   a. 建站數(shù)量：CNG加氣母站1座，日供氣量為9×104m3/d；CNG加氣子站6座，日供氣量為1.5×104m3/d。
   b. CNG氣瓶車數(shù)量：12輛；CNG加氣子站距CNG加氣母站的平均距離按單程30km，往返60km考慮；往返用時(shí)5.5h/趟，日往返2趟/車。
    c. 主要運(yùn)行費(fèi)用：CNG氣瓶車的運(yùn)行費(fèi)用(包括折舊費(fèi)、燃料費(fèi)、人員工資、檢驗(yàn)維修費(fèi)、養(yǎng)路費(fèi)、保險(xiǎn)費(fèi)、管理費(fèi)等)、站內(nèi)電耗費(fèi)用、設(shè)備的折舊費(fèi)等，共計(jì)約0.367元/m3。
   d. 工程造價(jià)：6000×104元，其中CNG加氣母站造價(jià)為1800×104元，CNG加氣子站造價(jià)為3000×104元，CNG氣瓶車造價(jià)約為1200×104元。
   e. 用地面積：約為13000m2。
   ② LNG汽車加氣技術(shù)路線的經(jīng)濟(jì)性分析
   a. 建站數(shù)量：LNG儲(chǔ)配站1座，規(guī)模為4臺(tái)100m3的儲(chǔ)罐；LNG汽車加氣站3座，規(guī)模為2臺(tái)20m3的儲(chǔ)罐。
   b. LNG槽車數(shù)量：50m3的LNG槽車3輛(LNG儲(chǔ)配站距秀嶼LNG接收站的平均距離按單程200km，往返400km考慮，往返用時(shí)9h/趟，日往返1趟/車)；20m3的LNG槽車3輛(LNG汽車加氣站距LNG儲(chǔ)配站的平均距離按單程30km，往返60km考慮，往返用時(shí)3h/趟，日往返3趟/車)。
    c. 主要運(yùn)行費(fèi)用：LNG槽車運(yùn)行費(fèi)用(包括折舊費(fèi)、燃料費(fèi)、人員工資、檢驗(yàn)維修費(fèi)、養(yǎng)路費(fèi)、保險(xiǎn)費(fèi)、管理費(fèi)等)、電耗費(fèi)用、儲(chǔ)罐釋放氣量費(fèi)用、設(shè)備的折舊費(fèi)等，共計(jì)約0.352元/m3。
    d. 工程造價(jià)：3780×104元，其中LNG儲(chǔ)配站造價(jià)1500×104元；LNG汽車加氣站造價(jià)1650×104元；LNG槽車造價(jià)630×104元(50m3的LNG槽車140×104元/輛，20m3的LNG槽車70×104元/輛)。
   e. 用地面積：約為7700m2。
   ③ 兩種汽車加氣技術(shù)路線的經(jīng)濟(jì)性比較
   CNG與LNG汽車加氣技術(shù)路線的經(jīng)濟(jì)性比較見表4。
表4 CNG與LNG汽車加氣技術(shù)路線的經(jīng)濟(jì)性比較
項(xiàng)目
CNG汽車加氣技術(shù)路線
LNG汽車加氣技術(shù)路線
建站數(shù)量
CNG加氣母站：1座，CNG加氣子站：6座
LNG儲(chǔ)配站：1座，LNG汽車加氣站：3座
工程造價(jià)
CNG加氣母站：1800×104元，CNG加氣子站：3000×104元，CNG氣瓶車：1200×104元
LNG儲(chǔ)配站：1500×104元，LNG汽車加氣站：1650×104元，LNG槽車：630×104元
合計(jì)：6000×104元
合計(jì)：3780×104元
運(yùn)行費(fèi)用/(元·m-3)
0.367
0.352
用地面積
母站：4000m2，子站：9000m2
儲(chǔ)配站：3200m2，加氣站：4500m2
合計(jì)：13000m2
合計(jì)：7700m2
3.3 能耗分析
    以秀嶼LNG接收站的儲(chǔ)罐為起點(diǎn)，經(jīng)過不同的處理工藝和運(yùn)輸方式，CNG汽車加氣技術(shù)路線的配送流程：接收站LNG儲(chǔ)罐→LNG低壓泵→LNG高壓泵→LNG高壓氣化器→高壓管網(wǎng)→城市門站→CNG加氣母站→CNG氣瓶車→CNG加氣子站→CNG汽車。
    LNG汽車加氣技術(shù)路線的配送流程：接收站LNG儲(chǔ)罐→LNG低壓泵→LNG裝車臺(tái)→LNG槽車→LNG槽車城際運(yùn)輸→LNG儲(chǔ)配站→LNG槽車→LNG汽車加氣站→LNG汽車。
    ① CNG汽車加氣技術(shù)路線的能耗
    秀嶼LNG接收站內(nèi)的LNG高壓泵、海水泵及城市門站的熱水爐的物料(液相)輸送量為190t/h，LNG的氣相密度為0.7464kg/m3，則設(shè)備的物料
(氣相)輸送量為25.5×104m3/h。
    CNG加氣母站的規(guī)模為9×104m3/d，日工作時(shí)間為10h，則CNG加氣母站的小時(shí)規(guī)模為9000m3/h。CNG加氣子站的規(guī)模為1.5×104m3/d，日工作時(shí)間為10h，則CNG加氣子站的小時(shí)規(guī)模為1500m3/h。
    CNG加氣子站距CNC加氣母站的平均距離按單程30km，往返60km，CNC氣瓶車的耗油量按0.375L/km考慮(柴油發(fā)動(dòng)機(jī)型號(hào)為東風(fēng)康明斯C-260-20)。CNG氣瓶車往返1趟的有效用氣量
為3600m3，則單位體積的氣體耗油量為0.0063L/m3。CNG汽車加氣技術(shù)路線的能耗分析見表5。
表5 CNG汽車加氣技術(shù)路線的能耗分析
項(xiàng)目
能耗點(diǎn)
能耗形式
能耗設(shè)備
設(shè)備功率/kW
小時(shí)能耗/(kW·h)
設(shè)備物料輸送量/(m3·h-1)
單位能耗/(kW·h·m-3)
秀嶼LNG接收站
LNG液態(tài)加壓
電能
LNG高壓泵
1641
1641
25.5×104
0.0064
LNG氣化海水輸送
電能
海水泵
1150
1150
25.5×104
0.0045
城市門站
天然氣加熱
電能
熱水爐
39
39
25.5×104
0.0002
CNG加氣母站
壓縮、充裝工序
電能
壓縮機(jī)
600
600
9000
0.0667
CNG氣瓶車
運(yùn)輸動(dòng)力
柴油
柴油發(fā)動(dòng)機(jī)
單位氣體耗油量為0.0063L/m3
CNG加氣子站
壓縮、加氣工序
電能
壓縮機(jī)
110
110
1500
0.0733
總計(jì)
電耗/(kW·h·m-3)
0.1511
耗油量/(L·m-3)
0.0063
   ② LNG汽車加氣技術(shù)路線的能耗
   LNG儲(chǔ)配站距秀嶼LNG接收站的平均距離按單程200km，往返400km考慮。50m3的LNG槽車的耗油量按0.45L/km考慮，50m3的LNG槽車往返1趟的有效用氣量為24922m3(使用率按85%計(jì)，LNG的液態(tài)/氣態(tài)膨脹系數(shù)按586.4計(jì))，則單位體積的氣體耗油量為0.0072L/m3。
    LNG汽車加氣站距LNG儲(chǔ)配站的平均距離按單程30km，往返60km考慮。20m3的LNG槽車的耗油量按0.35L/km考慮，20m3的LNG槽車往返1趟的有效用氣量為9969m3(使用率按85%計(jì)，LNG的液態(tài)/氣態(tài)膨脹系數(shù)按586.4計(jì))，則單位體積的氣體耗油量為0.0021L/m3。
    秀嶼LNG接收站內(nèi)LNG低溫泵、LNG儲(chǔ)配站內(nèi)LNC低溫泵的物料(液相)輸送量均為1514L/min，LNG液態(tài)/氣態(tài)膨脹系數(shù)按586.4計(jì)，則設(shè)備物料(氣相)輸送量為5.33×104m3/h。LNG汽車加氣站內(nèi)LNG低溫泵的物料(液相)輸送量為340L/min，則設(shè)備物料(氣相)輸送量為1.20×104m3/h。LNG汽車加氣技術(shù)路線的能耗分析見表6。
表6 LNG汽車加氣技術(shù)路線的能耗分析
項(xiàng)目
能耗點(diǎn)
能耗形式
能耗設(shè)備
設(shè)備功率/kW
小時(shí)能耗/(kW·h)
設(shè)備物料輸送量/(m3·h-1)
單位能耗/(kW·h·m-3)
秀嶼LNG接收站
充裝
電能
LNG低溫泵
19
19
5.33×104
0.0004
50m3的LNG槽車
運(yùn)輸動(dòng)力
柴油
柴油發(fā)動(dòng)機(jī)
單位氣體耗油量為0.0072L/m3
LNG儲(chǔ)配站
充裝
電能
LNG低溫泵
19
19
5.33×104
0.0004
20m3的LNG槽車
運(yùn)輸動(dòng)力
柴油
柴油發(fā)動(dòng)機(jī)
單位氣體耗油量為0.0021L/m3
LNG汽車加氣站
卸車
電能
LNG低溫泵
11
11
1.20×104
0.0009
調(diào)飽和
電能
LNG低溫泵
11
11
1.20×104
0.0009
加氣
電能
LNG低溫泵
11
11
1.20×104
0.0009
總計(jì)
電耗/(kW·h·m-3)
0.0035
耗油量/(L·m-3)
0.0093
③ 能耗比較
為了方便進(jìn)行能耗比較，根據(jù)《綜合能耗計(jì)算通則》GB/T 2589—2008，電力的折算標(biāo)準(zhǔn)煤參考系數(shù)為0.1229kg/(kW·h)，柴油的折算標(biāo)準(zhǔn)煤參考系數(shù)為1.4571kg/kg，柴油密度按0.8621kg/L計(jì)算。CNG與LNG汽車加氣技術(shù)路線的能耗比較見表7。
表7 CNG與LNG汽車加氣技術(shù)路線的能耗比較
項(xiàng)目
CNG汽車加氣
 技術(shù)路線
LNG汽車加氣
 技術(shù)路線
日供氣量/(m3·d-1)
9×104
9×104
日電耗/(kW·h·d-1)
13599
315
日運(yùn)輸油耗/(L·d-1)
567
837
折合標(biāo)準(zhǔn)煤/(kg·d-1)
2384
1090
    由表7的能耗分析可以看出，CNG汽車加氣技術(shù)路線與LNG汽車加氣技術(shù)路線相比，日能耗折算為標(biāo)準(zhǔn)煤后，多出1294kg。因此，LNG汽車加氣技術(shù)路線在節(jié)能方面有著明顯的優(yōu)勢(shì)。
4 結(jié)論
    隨著福建省液化天然氣(LNG)項(xiàng)目的正式運(yùn)營，LNG汽車加氣產(chǎn)業(yè)作為LNG下游產(chǎn)業(yè)鏈的重要環(huán)節(jié)之一，其發(fā)展必然非常迅速。本文通過對(duì)福建省9個(gè)城市氣源特點(diǎn)的介紹，并對(duì)CNG汽車加氣技術(shù)路線和LNG汽車加氣技術(shù)路線在可靠性、經(jīng)濟(jì)性和能耗等方面進(jìn)行分析、比較，得出LNG汽車加氣技術(shù)路線在氣源的供應(yīng)保障、建站數(shù)量、工程造價(jià)、能耗等方面具有比較明顯的優(yōu)勢(shì)。因此，福建省天然氣汽車加氣的主要發(fā)展模式宜確定為LNG汽車加氣技術(shù)路線。
參考文獻(xiàn)：
[1] 吳佩英.LNG汽車加氣站設(shè)計(jì)的探討[J].煤氣與熱力，2006，26(9)：7-9.
 
(本文作者：周春 中機(jī)國際工程設(shè)計(jì)研究院江蘇分院 江蘇南京 210001)