LCNG加氣站發(fā)展現(xiàn)狀及節(jié)能研究分析

湯云普　趙媛媛

【摘 要】進(jìn)口LNG價(jià)格不斷下降，其成本優(yōu)勢(shì)逐步凸顯出來，使得以管道天然氣為氣源的CNG加氣母子站的價(jià)格優(yōu)勢(shì)喪失。加氣站運(yùn)營企業(yè)紛紛投資新建LCNG加氣站或是在原有加氣站基礎(chǔ)上增設(shè)LCNG設(shè)施。

【關(guān)鍵詞】LCNG加氣站；現(xiàn)狀；節(jié)能；研究分析；建議

0 引言

近年來，由于霧霾天氣的出現(xiàn)，空氣質(zhì)量不斷的惡化，使得人們?cè)谠鰪?qiáng)環(huán)保意識(shí)的同時(shí)更加注重對(duì)清潔能源的利用。天然氣作為一種清潔、高效的綠色能源在我國能源結(jié)構(gòu)調(diào)整、強(qiáng)化大氣污染治理、實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排等方面發(fā)揮著重要作用。據(jù)中國石油《2015年國內(nèi)外油氣行業(yè)發(fā)展報(bào)告》顯示，2016年中國天然氣表觀消費(fèi)量將為2050億立方米，增長7.3%，天然氣在一次能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)中所占比重達(dá)到6.4%。2009-2015年我國天然氣消費(fèi)量由887億方增長至1932億方，天然氣在一次能源消費(fèi)中的比例由3.7%提升至5.9%，但相較于世界平均水平的23.8%，中國在擴(kuò)大天然氣利用，提高天然氣在能源消費(fèi)中的比重仍任重道遠(yuǎn)。

自2014年下半年以來，由于國際原油價(jià)格持續(xù)下跌、北美頁巖氣革命、亞洲天然氣市場(chǎng)需求下降等原因，我國進(jìn)口LNG價(jià)格不斷下降。同時(shí)，我國管道天然氣價(jià)格采用政府指導(dǎo)定價(jià)的原則，使得以管道天然氣為氣源的CNG加氣母子站的售氣價(jià)格優(yōu)勢(shì)喪失，售氣量下滑。在LNG 的成本優(yōu)勢(shì)逐步凸顯的環(huán)境下，加氣站運(yùn)營企業(yè)紛紛投資新建LCNG加氣站或是在原有加氣站基礎(chǔ)上增設(shè)LCNG設(shè)施。伍德麥肯齊公司預(yù)測(cè)，未來5-10年內(nèi)原油價(jià)格和LNG價(jià)格將持續(xù)低迷。預(yù)計(jì)至2020年，全球新增LNG產(chǎn)能高達(dá)5300億立方米，是目前產(chǎn)能的1.65倍，未來LNG價(jià)格下降可能會(huì)擊穿成本線。

1 國內(nèi)汽車加氣站發(fā)展現(xiàn)狀

為有效的降低能源成本的同時(shí)緩解大氣污染壓力，世界各國汽車工業(yè)紛紛調(diào)整汽車燃料結(jié)構(gòu)，研發(fā)清潔能源汽車。其中，以天然氣汽車為代表的清潔能源汽車以其低成本、低排放、抑制溫室效應(yīng)、石油依賴度低等優(yōu)點(diǎn)，成為當(dāng)前世界汽車工業(yè)的一個(gè)重要發(fā)展方向。隨著我國汽車產(chǎn)業(yè)的進(jìn)步和汽車保有量的增加，依據(jù)我國的優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)及節(jié)能減排、改善大氣質(zhì)量的能源發(fā)展戰(zhàn)略，發(fā)展高效清潔的天然氣汽車是當(dāng)前最為現(xiàn)實(shí)可行的減少空氣污染的途徑之一。

天然氣汽車包括CNG和LNG兩類，據(jù)中國汽車工程學(xué)會(huì)的統(tǒng)計(jì)，2000-2013年來我國天然氣汽車數(shù)量呈爆發(fā)式增長，由0.6萬輛增至312萬輛，年均增長率為62%；2013-2015年，受國內(nèi)經(jīng)濟(jì)增速換擋、天然氣相對(duì)成品油價(jià)格優(yōu)勢(shì)不突出等因素的影響，中國天然氣汽車保有量增速有所減緩，但仍然保持較快增長，其中改裝車增長較快，新車產(chǎn)量下降明顯，2015年中國天然氣汽車產(chǎn)量20.1萬輛，同比下降27.6%，首次出現(xiàn)負(fù)增長；2015年中國天然氣汽車保有量近500萬輛，其中CNG汽車480萬輛，占比96%，主要為出租車、公交車、私人轎車和商用車，LNG汽車20萬輛，占比4%，主要為重型卡車和公交車。2010-2015年中國CNG汽車保有量詳見圖1。

從1989年我國首座加氣站（CNG）投產(chǎn)至今，加氣站從當(dāng)初僅有四川、重慶、新疆等少數(shù)幾個(gè)省區(qū)發(fā)展到今天已遍布31個(gè)省、市、自治區(qū)300多個(gè)地級(jí)及其以上行政區(qū)域。中國加氣站數(shù)量及加氣站構(gòu)成分別由圖2、圖3所示。

由圖2和圖3所知2010-2013年，中國加氣站數(shù)量由1800座增長至5134座，年均增長42%；2013-2015年，加氣站由5134座增至7420座，年均增速20%；CNG加氣站5173座，占比70%，LNG加氣站2247座，占比30%。

LNG作為車用燃料，主要是替代柴油，其應(yīng)用范圍主要為重卡和長途客車。但自2014年下半年以來油價(jià)持續(xù)降低，重卡和長途客車改用LNG作燃料的增速減緩。由于LNG存在BOG放散浪費(fèi)的問題，部分LNG加氣站為了增加銷氣量，在站內(nèi)增加L-CNG加氣設(shè)施，該工藝采用LNG槽車運(yùn)輸，用柱塞泵將液體LNG升壓到22MPa左右，通過高壓汽化器氣化為CNG后向出租車、社會(huì)車輛、公交車輛等加氣，隨著管輸氣成本的逐步上漲，LNG 產(chǎn)能的不斷補(bǔ)充，以及 LNG 成本的進(jìn)一步下降，在原有 CNG 母站氣源具有成本優(yōu)勢(shì)的區(qū)域，LNG 的成本優(yōu)勢(shì)逐步凸顯，造就了適宜投資建設(shè)L-CNG加氣站的地區(qū)在不斷增加和擴(kuò)大。

2 研究方向及建議

我國LCNG加氣站起步較晚，針對(duì)LCNG加氣站運(yùn)行及關(guān)鍵設(shè)備等方面需做具體的研究。本文建議以LCNG加氣站設(shè)備配置以及能耗分析為基礎(chǔ)，通過對(duì)LCNG加氣站內(nèi)設(shè)備配置進(jìn)行能耗分析及評(píng)價(jià)，明確影響加氣站能耗的主要環(huán)節(jié)。并對(duì)站內(nèi)能耗較高的主要環(huán)節(jié)進(jìn)行理論分析，確定產(chǎn)生高能耗的主要因素，針對(duì)性的在環(huán)節(jié)內(nèi)工藝及運(yùn)行方面提出合理的節(jié)能方案和具體的改進(jìn)措施，以達(dá)到有效的降低LCNG加氣站運(yùn)行能耗的目的。建議從以下方面進(jìn)行著手研究：

（1）對(duì)實(shí)際加氣站的加氣數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，分析出加氣站的用氣規(guī)律，并根據(jù)用氣規(guī)律以及不同占地面積等因素確定出LCNG加氣站各個(gè)設(shè)備的最佳配置方式，使LCNG加氣站內(nèi)的設(shè)備達(dá)到最優(yōu)的運(yùn)行狀態(tài)；

（2）分析加氣站工藝和設(shè)備的主要能耗表現(xiàn)形式，利用單位銷量綜合能耗分析方法，計(jì)算各種能源消耗量，確定最大能耗環(huán)節(jié)；

（3）針對(duì)加氣站最大節(jié)能點(diǎn)，即增壓系統(tǒng)天然氣損耗，利用不穩(wěn)定流動(dòng)伯努利方程分析LCNG加氣站低溫高壓泵正常吸入時(shí)的必要條件；利用MATLAB對(duì)影響低溫高壓泵NPSHa的各因素進(jìn)行計(jì)算分析；建立NPSHa值的MATLAB GUI分析平臺(tái)，根據(jù)平臺(tái)分析結(jié)果，發(fā)現(xiàn)LCNG加氣站內(nèi)增壓系統(tǒng)效率偏低的主要原因，并提出合理改進(jìn)方案降低運(yùn)行能耗；

（4）對(duì)LCNG加氣站充裝系統(tǒng)的工作過程進(jìn)行計(jì)算和模擬，確定高中低壓儲(chǔ)氣瓶組的合理配比，并分析加氣站內(nèi)不同供氣模式的優(yōu)缺點(diǎn)，根據(jù)低溫高壓泵的運(yùn)行特點(diǎn)，認(rèn)為儲(chǔ)氣瓶組單一供氣模式更適合于LCNG加氣站的節(jié)能運(yùn)行。

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