LNG汽车发展的可行性分析

LNG汽车发展的可行性分析前言随着人类居住环境的日益恶化，环境问题开始为越来越多的人所关注。飞速发展的经济带来的不仅仅是更方便、更便捷的生活方式，随之而来的是日益严重的环境污染问题，中国现已成为环境污染比较严重的国家之一。国民经济的快速增长和城镇化、工业化的快速推进，解决环境污染已成为刻不容缓的工作。而伴随着汽车保有量的迅速增长，尾气的排放进一步加剧了环境污染的严重性，这一问题在发达城市表现得更为突出。有鉴于此，国家于1999年实施的“清洁汽车行动”开始大力推行燃气汽车、电动汽车等新型洁净能源汽车，以期能减少燃料油中的有害物质对环境的污染。世界天然气液化技术始于1914年，自1959年美国建造第一艘LNG运输船，并用其向英国输送LNG开始，液化天然气利用业务在世界范围内得到了迅速发展，尤其是在能源匮乏的国家和地区，如日本、韩国等，液化天然气在能源结构中占有重要地位。2001年，全球LNG贸易量为1429.5亿立方米，占世界总贸易量的25.8%。其中，日本进口LNG量为740.7亿立方米，占52%，韩国进口LNG量为218.3亿立方米，占15.3%。由于液化天然气具有体积小、储存效率高和运输方便等优势，可以将其作为民用、工业和城市调峰等，特别是在作为汽车燃料的应用。随着石油等不可再生资源的越来越少，天然气的前景将越来越广阔。一、燃气汽车现状鉴于2004版《汽车产业发展政策》的技术政策更加强调节能和环保，再加上2004年国内外石油价格的不断攀升，燃气汽车再次成为中国汽车业关注的热点。近年来，国内骨干汽车企业陆续开发出单一燃料或双燃料燃气汽车和大型公交车用发动机，并均已具备批量生产能力。国产高性能天然气加气站成套设备不仅部分替代进口，且有批量出口；清洁汽车关键零部件的技术水平和产业化能力明显提高。另外，燃气汽车专用部件、燃油汽车尾气催化转化器、油品质量及其添加剂等4个检测基地也已相继建立。目前，北京、上海等16个城市成为燃气汽车重点推广城市，全国已有燃气汽车20万辆，加气站600余座，年替代石油130万吨，这些示范城市的空气质量均已得到改善，天然气汽车已占到燃气汽车总量的40%以上。其中有近6万辆燃气汽车投入城市公交和出租车行业营运，虽然这些燃气汽车只占城市汽车保有量的10%，但由于集中在城市区域往复行驶，总运行里程却占40%到50%。天然气汽车呈现快速增长势头，预计今后几年将进入大规模推广应用阶段。同时，专家预测，一旦人们热议的燃油税正式实施，燃气汽车有望在税收上得到较大优惠。这将成为燃气汽车与普通汽车竞争的最大优势。LNG(液化天然气)汽车是以LNG工厂生产的低温液态天然气为燃料的新一代天然气汽车，其突出优点是LNG能量密度大(约为CNG的3倍)，气液体积比为625／1，汽车续驶里程长，（可达400km以上)，建站投资少，占地少，无大型动力设备，运行成本低，加气站无噪音，LNG可用专用槽车运输，建站不受天然气管网制约，因此便于规模化推广。更重要的一点是可将LNG用泵升压汽化后转化为CNG，对CNG汽车加气，而不需要提供CNG专用压缩机。二、国内LNG汽车发展情况LNG汽车是随着LNG工业的发展而发展起来的，早在60年代就有人将汽车改为LNG--燃油两用燃料汽车，由于当时LNG工业尚在起步阶段，LNG供应不是十分普遍，因此LNG汽车并不受人们的重视。进入80年代，随着世界范围内LNG工业的规模化发展和燃气汽车推广速度的加快，美国、加拿大、德国和法国等国家开始重视LNG汽车技术的研究。到90年代初开始小规模推广，效果十分理想，其显著的特点是不仅能满足严格的车辆排放法规的要求，更重要的是克服了CNG汽车的主要缺陷，兼有CNG、LPG汽车的优点，能满足长途运输的需要，更具实用性。因而LNG汽车被认为是燃气汽车的发展方向，倍受车队经营者的关注。目前全世界约有3，000辆LNG汽车在运行，数十个加气站投入了使用。其中美国有40多个LNG汽车加气站，1，000余辆LNG汽车，年增长率约60％，表现出强劲的发展势头。墨西哥市也在1999年初建成一座可供数百辆城市中巴加气的LNG汽车加气站，这表明LNG汽车技术已实用化。国内在90年代初注意到LNG汽车的出现并开始LNG汽车研究。1990年，开封深冷仪器厂、国家科委、北京市科委和北京焦化厂在北京建成一套小型LNG试验装置的同时，研制了一台LNG--汽油两用燃料汽车，进行了近4，000km的运行试验；1993年，四川省绵阳市燃气集团公司、吉林油田分别与中科院低温中心联合研制了一台LNG--汽油两用燃料汽车，并进行了一系列的运行试验，均取得了较为理想的运行效果。但由于当时国内LNG工业没有发展起来，本身技术不很完善以及缺乏资金等原因，使得LNG汽车技术无法完善和推广。三、我国发展LNG汽车的可行性探讨3.1、技术可行性3.1.1、LNG汽车以LNG为燃料的汽车称为LNG汽车，一般分三种形式：一种是完全以LNG为燃料的纯LNG汽车，一种为LNG与柴油混合使用的双燃料LNG汽车，一种为LNG与汽油替换使用的两用燃料汽车。这几种LNG汽车的燃气系统基本相同，都是将LNG储存在车用LNG储罐内，通过汽化装置汽化为0．5MPa左右的气体供给发动机，其主要构成有LNG储罐、汽化器、减压调压阀、混合器和控制系统等。车用LNG储罐一般采用双层金属真空加多层缠绕绝热技术，国内外都能生产，国外技术可保证LNG日蒸发率在2％以内(7天之内不产生蒸发损失)。汽化器一般采用发动机冷却水作热源，由控制系统根据发动机工况调节其汽化量。减压调压阀和混合器与CNG汽车基本相同，无技术难点。总体来讲，国外LNG汽车技术完全成熟，已达到实用技术水平。但是，国外LNG汽车系统价格十分昂贵，无法在国内推广使用。国内改装的几台样车均采用与国外类似的工艺，并取得了比较理想的运行效果，其存在的主要问题是LNG储罐采用的是真空粉末绝热技术，绝热效果差(日蒸发率达到4％)，一些低温阀件，如电磁阀、截止阀可靠性不高，液位显示装置不过关。但是，如果通过引进国外成熟的LNG汽车技术和设备，依靠国内低温行业的技术力量完全能够解决上述问题，使国内LNG汽车技术达到实用水平。3.1.2、LNG汽车加气站LNG汽车加气站有两种形式，一种是专利LNG汽车加气的单一站，一种是可对LNG汽车，也可对CNG汽车加气的混合站(L-CNG站)。LNG汽车加气站的主要设备有LNG专用储罐、LNG低温泵、LNG计量装置和控制系统，流程类似于普通的加油站。LNG储罐是一种双层真空绝热容器，国内外均能生产，而且技术成熟、安全可靠，在加气站中储罐一般在地下，低温泵在储罐内，用于将罐内LNG向车用储罐输送，计量装置建在储罐上方的地面，因此整个加气站占地很少，数百平方米即可，在目前的加油站增设这套系统十分容易。L-CNG汽车加气站是在上述LNG汽车加气站基础上增设一套汽车系统而成，主要包括高压低温泵、高压汽化器、CNG储气瓶组和CNG售气机。高压低温泵将储罐内的LNG增压后注入液化器，LNG吸收外界热量而汽化，汽化后的高压气体存于CNG气瓶组内，通过售气机对CNG汽车加气。汽化过程由控制系统自动控制。L-CNG汽车加气站技术在国外尤其是美国、加拿大、法国等是十分成熟的，其工艺原理比较简单，所采用的设备中低温储罐、汽化器、CNG售气机、CNG储气瓶等在国内是定型产品，技术成熟。高压低温泵和计量装置在国内不太成熟，可以从国外进口，通过消化吸收也可实现国产化。3.1.3、安全保障技术LNG汽车技术的安全问题，主要是LNG的泄漏问题。为了能够及时检测到LNG的泄漏，LNG汽车及加气站设有泄漏检测、冷量检测、气体检测及火焰检测等安全检测系统。LNG一旦发生泄漏，系统会采取自动保护措施。国外LNG汽车技术，在其主要设备上采取了以下安全措施：①LNG储罐设有防过量注入系统、防超压(超高和超低)系统。②汽化器的进口管线上设有紧急切断阀，一旦汽化器发生泄漏或其它事故，立即自动动作，关闭汽化器。③LNG泵设有紧急切断阀，可以自动动作。④为使LNG的泄漏量达到最小，在管线的每个独立段都装的紧急切断阀。另外，主要的LNG管道上还装有防超压的安全阀和防泄漏的过流阀。总之，LNG站用系统和车用系统自身安全性设计要求非常高，发生事故的可能性很小，其安全性是有保障的。3.2、资源保障LNG作为一种新型清洁能源，国外从70年代开始大规模生产，至今其总生产规模达到7，500万吨／年，占世界天然气销售量的20％，且以每年5～7％的速度增长。我国天然气资源非常丰富，资源量达38×1012m3，但分布不均，主要集中于中、西部及海上，因此通过液化运输来平衡地区之间的天然气供需矛盾已成为大家的共识。中原油田、大庆、新疆、长庆、四川、内蒙、山西等油气田及煤层气丰富的地方都已有建好的LNG工厂，部分地区也在筹划建设当中，中国海洋石油天然气总公司按照国家燃气发展规划正在长江三角洲、珠江三角洲和闽东地区等地筹建大型进口LNG接收终端，总规划能力为1，800万吨／年。未来数年内，中国的大部分地区将会得到LNG供应。3.3、LNG汽车经济可行性3.3.1、LNG价格LNG是一种清洁燃料，同时也是一种经济燃料。参照日本、韩国的进口LNG到岸价，我国东南沿海进口的LNG到岸价为5$／MMbut，相当于1.8元／Nm3(不含税)，终端外销价格(不含运输费)约2.1元／Nm3；而国内LNG工厂的生产成本根据生产工艺和规模的不同约为0.5～0.8元／Nm3，原料气价按0.9元／Nm3计算时，其出厂价格为1.4～1.7元／Nm3，价格略低于进口LNG。根据用户与资源供应地的实际地理位置，LNG的运输距离大体可分为近距离(200km以内)、中远距离（200～500km)、远距离(500～800km)，与此相对应的LNG运到价格相应为1.9元／Nm3、2.3元／Nm3、2.7元／Nm3。3.3.2、LNG汽车经济性根据天然气燃烧特性和运行试验结果，1Nm3天然气的行驶里程等效于1.2升汽油。汽油(93#)按6.5元/升计算，天然气零售价分别按2.7、3.1、3.5元／Nm3计算时，使用LNG作燃料比汽油分别便宜65％、60％和55％。每车按年运行50，000km计算时，小型车年耗油约4，500升，中型车耗油约11，000升，大型车耗油约17，000升，则使用LNG时分别可节约燃料费为16，100～19，100元、39，400～46，700元、60，900～72，200元。LNG汽车改装件投资略高于CNG汽车，完全国产化后小车为1.6万元，中型车2.5万元，重型车4万元。则小型车的投资回收期为0.8～1年，中型车为0.5～0.6年，大型车为0.5～0.7年。根据天然气汽车的特点，使用天然气时还可延长发动机寿命，降低发动机的维修费用50％以上，因此，LNG汽车的实际投资回收期比上述投资回收期会相应的缩短。此外，根据《中华人民共和国公路法》中费改税的规定，燃油车辆使用汽油、柴油将在现有价格基础上继续增加，届时，油气差价将增大，LNG汽车的经济性将更加显著。3.3.3、LNG汽车加气站经济性LNG汽车加气站规模可大可小，投资额差异大，以一座日售气2万Nm3的综合式L-CNG加气站为例，如全采用国产设备，总投资约350万元(单一LNG站约180万元)，动力不超过10kW，人员不超过10人(与加油站合建时人员可不增加)。以年售气600×104Nm3计，年总经营成本约为60万元，当LNG进价与零售价价差保持0.8元／Nm3时，年利润约为420万元，0.4年可收回投资。四、结论(1)用LNG作为车用燃料从技术上是可行的，通过引进、消化、吸收国外已经成熟的LNG汽车技术，能够实现国产化。(2)国内LNG工业已经起步，LNG工厂正在筹建之中，未来数年内中原、东北、西北、西南等油气田及其周边地市可得到LNG的供应，而东南沿海地区可从国家正在规划发展的进口LNG接收终端获得LNG的供给。因此，在我国大部分地区发展LNG汽车是有资源保障的。(3)LNG汽车加气站投资少，汽