液化天然氣汽車應(yīng)用與技術(shù)

上海市節(jié)能減排中心 金 穎

液化天然氣汽車應(yīng)用與技術(shù)

上海市節(jié)能減排中心 金 穎

0 背景

2013年9月，國務(wù)院發(fā)布《大氣污染防治行動(dòng)計(jì)劃》，提出要“大力推廣新能源汽車。公交、環(huán)衛(wèi)等行業(yè)和政府機(jī)關(guān)要率先使用新能源汽車，采取直接上牌、財(cái)政補(bǔ)貼等措施鼓勵(lì)個(gè)人購買。北京、上海、廣州等城市每年新增或更新的公交車中新能源和清潔燃料車的比例達(dá)到60%以上”，在此政策下，各地紛紛研究和出臺(tái)了鼓勵(lì)新能源汽車的相關(guān)政策，在此背景下，LNG作為清潔、安全、環(huán)保燃料，在汽車領(lǐng)域的應(yīng)用將得到更加快速的發(fā)展。

1 我國LNG汽車發(fā)展歷程和現(xiàn)狀

1.1 我國LNG汽車發(fā)展歷程

國內(nèi)LNG汽車的試驗(yàn)研究始于1961年。四川省科委組織相關(guān)單位合作進(jìn)行LNG汽車研究；1971年，國內(nèi)自行設(shè)計(jì)制造了第一臺(tái)LNG汽車容器，并安裝在一輛解放牌4 t卡車上；1987年河南開封利用中原油田伴生氣開始進(jìn)行LNG公交車試驗(yàn)，并自制了100 L的LNG儲(chǔ)罐；20世紀(jì)90年代以來，國家科委、中科院與地方燃?xì)夤?、油氣田合作，研制改裝了LNG汽車，并進(jìn)行了相關(guān)試驗(yàn)；2001年，北京公交總公司與首科中原公司合作，組建了一個(gè)規(guī)模為50輛LNG公交車的示范車隊(duì)，車輛儲(chǔ)罐和加氣站主要采用進(jìn)口設(shè)備。

1.2 我國LNG汽車發(fā)展現(xiàn)狀

隨著我國LNG碼頭的投產(chǎn)和LNG液化工廠的逐步建成，LNG資源越來越寬裕，同時(shí)LNG汽車加氣站設(shè)備和LNG汽車裝置逐步國產(chǎn)化且技術(shù)水平不斷完善和提高，因此近幾年國內(nèi)LNG汽車逐步進(jìn)入商業(yè)化推廣階段。

我國LNG汽車在具備LNG資源的省份得到了快速發(fā)展。新疆廣匯2004年在烏魯木齊建成第一座示范站，并通過驗(yàn)收，目前已建成LNG汽車加氣站100余座，推廣LNG重型卡車3 500余輛，成為全國之首。隨著深圳大鵬灣碼頭投入運(yùn)行，2007年9月，廣東首座LNG加氣站在湛江投產(chǎn)，目前，廣東省各城市均有建設(shè)LNG加氣站的規(guī)劃。借助于福山氣田，海南省的?？?、三亞、瓊海均建有LNG加氣站，LNG公交車保有量為300輛左右。貴陽公交2006年開始進(jìn)行LNG公交車試驗(yàn)，目前已建有4座LNG加氣站，擁有800余輛LNG公交車，成為全球擁有LNG公交車最多的城市。

此外，浙江杭州、山東青島、遼寧大連、云南昆明、湖北武漢、天津?yàn)I海和江蘇張家港等城市均建成投產(chǎn)了1~2座LNG加氣站，擁有30~80輛規(guī)模的LNG汽車，在中海油和中石油等LNG巨頭的大力推廣下，國內(nèi)LNG汽車發(fā)展日新月異。

2 LNG汽車加氣站技術(shù)路線

2.1 LNG汽車加氣站主要形式

LNG汽車加氣站主要有LNG標(biāo)準(zhǔn)站和LNG撬裝站兩種形式。

對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)LNG加氣站，LNG設(shè)備需要現(xiàn)場(chǎng)安裝，站區(qū)占地面積較大，施工周期較長(zhǎng)，城市建成區(qū)內(nèi)布點(diǎn)比較困難，但是LNG儲(chǔ)量較大，服務(wù)車輛較多。

撬裝式LNG加氣站占地面積較小，設(shè)備集成安裝，施工周期較短，生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)靈活，是促進(jìn)天然氣汽車快速布局和規(guī)?；l(fā)展的良好手段。

此外，LCNG加氣站將LNG和CNG(壓縮天然氣)加氣工藝有機(jī)組合，既可為L(zhǎng)NG汽車加氣，又可為CNG汽車加氣，從而使得加氣站功能多樣化。

2.2 加氣流程

LNG汽車加氣站的主要設(shè)備有LNG專用儲(chǔ)罐、LNG低溫泵、LNG售氣機(jī)和控制系統(tǒng)，具體流程如圖1。

圖1 LNG汽車加氣站流程

LNG加氣站主要有四大流程，即卸車流程、汽車加氣流程、調(diào)溫調(diào)壓流程和泄壓流程。

(1)卸車流程。卸車流程為：LNG槽車—密閉接頭—LNG泵—LNG儲(chǔ)罐。LNG從液化工廠或碼頭通過船運(yùn)或槽車運(yùn)輸至加氣站后，先后經(jīng)過密閉接頭、LNG泵及相應(yīng)管路后卸至加氣站儲(chǔ)罐。

(2)汽車加氣流程。汽車加氣流程為：LNG儲(chǔ)罐－LNG泵—LNG加氣機(jī)－LNG汽車。汽車加氣時(shí)現(xiàn)將LNG汽車與LNG加氣機(jī)項(xiàng)鏈，然后LNG從儲(chǔ)罐進(jìn)入LNG泵增壓后既可加氣，在加氣過程中進(jìn)行直接計(jì)量。

(3)調(diào)溫調(diào)壓流程。如果儲(chǔ)罐內(nèi)的LNG溫度過低，則需要進(jìn)行調(diào)溫調(diào)壓，流程為：LNG儲(chǔ)罐－LNG泵－LNG汽化器－LNG儲(chǔ)罐。部分LNG經(jīng)過LNG泵進(jìn)入LNG汽化器進(jìn)行熱交換，從而提高LNG的溫度和壓力。

(4)泄壓流程。當(dāng)儲(chǔ)罐內(nèi)LNG壓力過高，將啟動(dòng)泄壓流程，即安全閥自動(dòng)開啟，進(jìn)行泄壓。

LCNG加氣站是在LNG汽車加氣站基礎(chǔ)上增設(shè)一套汽化系統(tǒng)而成，主要包括高壓LNG泵、高壓汽化器、CNG高壓儲(chǔ)氣瓶組和CNG加氣機(jī)。

圖2 LCNG加氣站工藝流程

2.3 不同形式的LNG加氣站比較

標(biāo)準(zhǔn)站、撬裝站及LCNG加氣站的比較見表1。

表1 不同形式LNG加氣站比較表

從上表可看出，標(biāo)準(zhǔn)站的規(guī)模比撬裝站和LCNG加氣站大，成本也較高，而撬裝和LCNG站則更為靈活。

3 LNG汽車的經(jīng)濟(jì)效益分析

LNG汽車生命周期內(nèi)費(fèi)用主要由購置費(fèi)用、運(yùn)營(yíng)費(fèi)用和維修費(fèi)用構(gòu)成。

3.1 購置費(fèi)用

目前國內(nèi)LNG汽車的價(jià)格普遍高于同類型的燃油汽車，主要原因在于天然氣系統(tǒng)造價(jià)較高、發(fā)動(dòng)機(jī)價(jià)格高于燃油發(fā)動(dòng)機(jī)，大致高2~5萬元。

3.2 運(yùn)營(yíng)費(fèi)用

LNG汽車運(yùn)營(yíng)費(fèi)用的主要影響因素為L(zhǎng)NG汽車的氣耗和LNG的銷售價(jià)格。前者同發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)和車輛技術(shù)密切相關(guān)，后者隨區(qū)域不同而變化。各種燃料的熱值和價(jià)格比較見表2。

表2 各種燃料價(jià)格比較

從表2可看出，LNG汽車的單位熱值價(jià)格比汽油及柴油便宜，稍高于CNG。以公交車為例，運(yùn)行費(fèi)用比較見表3。

表3 各種燃料費(fèi)用比較

從表3可看出，LNG汽車單日運(yùn)行費(fèi)用比汽油節(jié)約116.8元，比柴油節(jié)約74.8元，具有較大的經(jīng)濟(jì)效益。

3.3 維修費(fèi)用

一般而言，除供氣系統(tǒng)和發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)外，LNG汽車與燃油汽車的維修費(fèi)用基本一致，由于燃料清潔，燃燒狀態(tài)較好，天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)的維修周期通常長(zhǎng)于燃油發(fā)動(dòng)機(jī)。

3.4 節(jié)能環(huán)保效益

和柴油車相比LNG汽車的百公里NOx排放為1 100 g，相當(dāng)于柴油的70%；顆粒物排放為20.42 g，相當(dāng)于柴油的10%；能耗和CO2排放和柴油相差不大，SO2排放為零。

4 存在的問題

盡管目前全國LNG汽車發(fā)展迅速，但在發(fā)展中仍存在一些問題亟待解決，主要表現(xiàn)在：

(1)加氣站審批手續(xù)繁瑣，建站速度慢。目前辦理LNG加氣站的手續(xù)共二十多項(xiàng)，涉及立項(xiàng)、可研評(píng)審、確定站址、規(guī)劃許可、燃?xì)忭?xiàng)目審批、物價(jià)批復(fù)等，參與部門包括發(fā)改、工商、技監(jiān)、物價(jià)、環(huán)保、燃?xì)?、?guī)土、消防等多個(gè)部門，手續(xù)較為繁瑣。

(2)相關(guān)技術(shù)尚不完善，氣耗較大，經(jīng)濟(jì)性差。對(duì)于由柴油車輛改裝而成的LNG汽車，在各項(xiàng)工況上但很難完全匹配和優(yōu)化，發(fā)揮LNG的優(yōu)勢(shì)。此外，國內(nèi)氣體發(fā)動(dòng)機(jī)功能不完善或技術(shù)落后，導(dǎo)致熱效率較低，導(dǎo)致改造后車輛氣耗較大，經(jīng)濟(jì)型差。

(3)政策扶持不明確。國家政策現(xiàn)在并沒有明確把LNG劃分為新能源給予支持鼓勵(lì)，市場(chǎng)發(fā)展前景并不明朗。在用車改用LNG目前也無相應(yīng)法規(guī)和政策，使LNG汽車在交通運(yùn)輸領(lǐng)域的銷量增長(zhǎng)遲緩。

(4)配套設(shè)施建設(shè)尚不到位。加氣站數(shù)量不足是目前天然氣商用車發(fā)展的最大制約因素。相關(guān)數(shù)據(jù)顯示，截至去年底，我國天然氣汽車生產(chǎn)企業(yè)的數(shù)量超過60家，整車產(chǎn)量超過8萬輛，但目前我國已經(jīng)投產(chǎn)的LNG加氣站僅300多個(gè)。有限的加氣站對(duì)滿足現(xiàn)有天然氣汽車使用已顯得捉襟見肘。

5 結(jié)論和建議

作為以“營(yíng)造生態(tài)宜居的綠色家園，作建設(shè)美麗中國的引領(lǐng)者和實(shí)踐者”為奮斗目標(biāo)的上海市，在當(dāng)前大氣環(huán)境質(zhì)量受到越來越多關(guān)注的形勢(shì)下，正在采取各種手段探索低碳綠色城市的建設(shè)，通過優(yōu)化提升產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、創(chuàng)建高效的低碳能源、交通體系，截至2012年底，上海市已投入140輛LNG公交車。為配合上?！皣H航運(yùn)中心”建設(shè)，集裝箱汽車改造成LNG的潛力巨大，建議政府高度重視本次工作，發(fā)動(dòng)機(jī)廠積極開展研發(fā)，主車廠開發(fā)適應(yīng)車型，各能源公司積極參與推廣，共同推動(dòng)天然氣汽車在上海的應(yīng)用。

遺失聲明：

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