天然气汽车与LNG船舶的发展现状与趋势

天然气汽车与LNG船舶的发展现状与趋势一天然气汽车发展现状与趋势1.天然气汽车的减排优势自从上世纪70年代以来，天然气汽车（NGVs）已获得不同程度的应用。瑞士联邦环境办公室(FOEN)于2010年9月19日公布的一项有关“天然气汽车的减排优势”研究结果表明，混合动力汽车和其以天然气为燃料的汽车，与釆用汽油驱动的同等汽车相比，可大大减少二氧化碳（CO2）排放，见图1。将汽油和天然气为燃料的汽车进行比较后可得出结论，在城市内驾驶，混合动力汽车是最清洁的，而以天然气为燃料的汽车，在高速公路上是最好的。当在农村地区驾驶，这两种类型的汽车同样都很好。在混合条件下（即这是日常驾驶的真实情况），基于这二种概念的汽车，与传统的汽油燃料汽车相比，可使CO2排放减少高达25%。因此，混合动力驱动系统和天然气发动机可以减少CO2排放，这是一项重要的技术举措，这可直接地加以利用，可使用以可再生燃料来驱动汽车，如采用来自废弃物质生产的沼气和乙醇。分析指出，在减少二氧化碳排放方面，天然气为燃料的汽车是另一种替代选择方案，进一步的好处是有重要的额外经济性。从技术上讲，它们几乎与汽油为燃料的汽车是一样的，但它们产生更少的二氧化碳，因为天然气比汽油含有较少的碳。与同等的汽油燃料汽车相比，它们的CO2排放量要低20%~25%，但是高于全混合动力汽车（见图1）。在农村的驾驶条件下，天然气燃料汽车和混合动力汽车同样“干净”，并在高速公路上以天然气为燃料的汽车实际排放要低于混合动力汽车的CO2排放。图1.使用混合动力汽车、天然气为燃料的汽车和汽油燃料的汽车（3种类型的汽车）的CO2排放因此，所有三种驾驶概况，天然气动力汽车的CO2总排放水平完全可与混合动力汽车相媲美，并且在农村和高速公路驾驶时，它们实际上是更好的。国际能源局（IEA）于2010年11月13日发布报告，看好天然气在减少全球道路运输汽车的CO2排放中重要的潜在作用，但从长期看，将需投入转换为很低CO2气源，如生物气体或生物合成气。天然气对削减来自重负荷汽车(HDVs)的CO2排放尤其重要。在前10年内全球天然气汽车[NGV]快速增多，从很少的少于100万辆开始，增加到现在约为超过1100万辆。图2示明历年来全球天然气汽车的总数。全球天然气汽车主要由乘用车和轻负荷汽车（LDVs）组成，各地区存在差异。但仍然少于全球运输燃料消费量的1%。分析指出：·所有乘用车和轻负荷汽车（LDVs）的44%在拉美；·所有中负荷和重负荷（MD/HD）天然气汽车公交汽车近2/3在亚太地区；·所有天然气卡车在俄罗斯和独联体；·所有天然气汽车（三轮和嘟嘟车）的78%在亚太地区。天然气汽车[NGV]行动计划受到其他目的而非温室气体减少的驱动，虽然NGV在某些程度上可使运输实现低碳化，并可成为可持续运输计划的组成部分。平均而言，当用压缩天然气（CNG）驱动的轻负荷汽车（LDVs）替代汽油时，按油井到车轮（WTW）基准，可减少二氧化碳当量(CO2-eq)排放25%。而生物合成气技术尚未充分开发时，生物气体可望在较长时间内提供大量低碳燃料。2.天然气汽车的发展前景将燃气作为汽车燃料在发达国家已相当普遍，是先进国家落实环保能源政策的重要措施之一。我国起步较晚，但发展相当快，全国已有30多个城市采用，预计到2010年，全国燃气汽车将占汽车保有量的3~4％，其中80％为在城市里运行的轿车和公交车。而天然气汽车比石油气汽车更具有优势，在许多国家也得到发展，目前世界上已有一百多万辆汽车使用天然气，我国北京、上海、重庆、广州、武汉、深圳等城市也开始大力发展以天然气为燃料的公交车辆。天然气(NaturalGas，简称NG)是一种无色、无味的气体，90%以上成分为甲烷(CH4)，常见的形态有压缩天然气(CNG)和液化天然气(LNG)。其主要用途是发电、城市燃气和工业及汽车燃料。本文仅对汽车燃料方面进行论述。压缩天然气(CompressedNaturalGas，简称CNG)是将天然气加压(压力超过24.8MPa)并以气态储存在高压容器中。液化天然气(LiquefiedNaturalGas，简称LNG)是对天然气进行脱氢、脱硫、脱水、除酸、清除CO2等净化处理后，再实施分馏、低温冷凝处理而成。液化天然气储存温度为-162℃，液态天然气的体积约为气态天然气的1/600，密度为420~460kg／m3，平均MOL分子量约为18。天然气液化的过程也是燃料纯化的过程，使天然气的甲烷纯度更高，不含CO2、硫化物，无色、无味、无毒且无腐蚀性。LNG之所以很快走俏市场，是因为LNG比燃油、液化石油气便宜、安全、环保，比CNG更纯化，而且能量密度大、运输灵活方便、摆脱了天然气管道的束缚，可方便地作为民用、工业、汽车燃料，是目前国际上公认的优质、清洁、安全、廉价的能源。有专家预测，LNG未来将占燃料市场的半壁江山。以天然气为燃料的汽车(NaturalGasforVehicle，简称NGV)又被称为“蓝色动力”汽车。NG燃气成分单一、纯度高，与空气混合均匀，燃烧完全，CO和微粒粉尘的排放量较低，辛烷值高达120，抗爆性高，稀燃特性优越，低温起动及低温运转性能好。作为车用优质燃料，LNG与CNG比，具有储运效率高、运输成本低、工作压力低（CNG一般压力20MPa、LNG为0.6MPa）、能量密度大（CNG为6kWh/kg、LNG为24kWh/kg）、车辆续驶里程长，车装储罐压力小、质量轻、车辆设计布置方便等优点。应用液化天然气为燃料的燃气汽车与燃油汽车相比，汽车尾气排放有较大改善、噪音降低30%左右，且无苯、铅及粉尘污染。LNGV与传统汽油车相比，CO降低90％左右、HC降低50~70％、NOx降低30~40％、CO2降低10~20%、SO2降低70%左右。与柴油车相比，没有碳烟和颗粒排放，彻底解决了城市公交车冒黑烟问题，见表1。表1.天然气燃料与传统燃料汽车排放主要污染物比较有害成分单位汽油机柴油机NG发动机C（碳烟）g/m30.01~0.020.10~0.300.01~0.015CO％1~50.05~0.500.1~0.6HCPPM400~1500200~1000200~500NOxPPM1500~3000700~2000500~1000SO2PPM200~1000300~1000少量以公交客车为例，燃油车辆百公里燃油耗约30~33L，液化天然气车辆百公里燃气耗约40~45L，使用天然气比用燃油运行费用至少节省20%以上，具有可观的经济效益，见表2。表2.燃料经济性比较(以大型客车为例估算)汽油车柴油车LNGV汽油单价百公里油费柴油单价百公里油费LNG单价百公里气费4.3元/L130~142元4.0元/L120~132元2.4元/L96~108元LNG的好处多多：首先是清洁高效，它是地球上最干净且高效的能源之一，除了前述可降低排放污染物外，天然气的热能效利用率可高达55％以上。其次是安全性极佳，着火温度高，自燃温度约为590℃，比汽油高约250℃；爆炸极限比汽油高2.5~4.7倍，不易爆炸燃烧；比重比空气轻，如有泄漏易于扩散；而且不含一氧化碳，不会引起一氧化碳中毒。第三是经济，LNG价格稳定，受石油产品价格波动影响小，有利于国民经济长期稳定发展，与汽油、柴油、液化石油气相比，价格便宜了20~30％。第四是方便，不仅点火方便，而且火焰稳定，容易控制；LNG的低温（-162℃）储存技术已经成熟和达到实用化的程度，可以像运输燃油一样使用车船运送，这就为尚无天然气管道资源的城市和地区提供了使用天然气汽车的可能性。因此，开展LNG汽车的应用推广，拓宽我国汽车行业利用天然气资源的领域，减少对石油的依赖性，降低城市排气污染，具有十分重要的战略意义，推广天然气汽车将成为今后发展的必然趋势。3.国外应用情况3.1.总览天然气汽车有CNG（压缩天然气）汽车和LNG（液化天然气）汽车两种。目前世界上有超过100多万辆天然气汽车在使用，其中大多数是CNG汽车。国际上除美国外，从1992年才开始大力发展CNG汽车，而LNG汽车由于LNG的储存技术原因这几年才得以发展。这方面技术美国的研究处于领先地位。我国的西气东输等天然气项目为我国LNG汽车的发展创造了有利环境。天然气汽车（NGVs）主要应用于北美和西欧部分地区的商业车辆，在亚洲和中东部分地区也拥有消费市场。这些国家的主要增长动力是天然气有利的经济性，可降低石油进口，有低的温室气体排放的环境效益，以及有适用的汽车和加气站。天然气是地球上最清洁、最丰富的资源之一。据美国《油气杂志》2009年2月预测，到2020年世界天然气汽车（NGV）将达6500万辆，年增速为18%，将占世界汽车用量9%，可减少石油消费700万桶/天。到2020年NGV将占天然气市场4000亿立方米/年（现在世界天然气需求量的16%）。据NGV通讯集团2007年10月下旬发布的报告，全球天然气汽车（NGV）车队数达到730万个。根据报告，阿根廷仍是领先的天然气汽车国，有车队164.5万个。巴基斯坦位居第二，有160万个。巴西列为第三，有142.5万个。意大利为第四，有44.3万个。伊朗列第五，有36万个。中国位居第七，第八为哥伦比亚，第九为美国，第十为乌克兰。阿根廷天然气储藏量在拉丁美洲仅次于玻利维亚和委内瑞拉而居第三位，阿根廷加快发展压缩天然气（CNG）汽车，截至2004年CNG汽车已达80万辆，领先于世界各国。阿根廷第一座压缩天然气站始建于1984年，现在17个省已拥有压缩天然气站1100座，可供540万辆汽车中的大半加注天然气。另外，印度、韩国和泰国也在加快发展压缩天然气汽车。据欧洲天然气汽车协会（NGVA）2009年4月20日作出的统计，欧洲天然气汽车年消费天然气约为47亿Nm3，约占2008年欧洲天然气销售总量（5170亿Nm3）约0.9%。欧洲以天然气为燃料的汽车（轻、中和重负荷）总数为1,039,325辆，轻负荷轿车和商用汽车占76%（793,857辆）。据NGVA测算，轿车约36.2%采用天然气为燃料（17亿Nm3）。意大利拥有最大的天然气汽车车队，占欧洲总数的一半（523,100辆,占50.3%），其次是与乌克兰(120,000辆,占11.6%)、俄罗斯(103,000辆,占9.9%)和亚美尼亚（101,352辆,占9.75%）。天然气占美国能源使用量的22%，但美国运输使用仅占2.2%。自第二次世界大战以来，美国的天然气汽车（NGV）技术已开始应用天然气为汽车燃料。美国废物管理公司和林德北美公司于2009年11月10日宣布，组建的合资公司已开始在美国加州Livermore附近的Altamont埋地地区生产清洁的可再生车用燃料。该装置是世界最大的埋地气体（LFG）制液化天然气（LNG）装置。该装置由林德公司建设和运作，并净化和液化埋地气体，该埋地气体由废物管理公司从埋地地区的有机废弃物经自然分解进行收集。该装置设计生产1.3万加仑/天LNG，足以可供废物管理公司在加州20个社区485辆废物和循环回收收集车中300辆作燃料使用。Altamont埋地地区LFG制LNG装置通过另一种实用方法回收和利用有价值的清洁能源，减少对化石燃料的依赖。常规的LNG已在该公司废物收集卡车中用作清洁燃烧和经济实用的替代燃料。埋地气体制LNG是一种高度超低碳燃料，空气资源管理局对此业已认定，Altamont埋地气体制LNG项目可使二氧化碳排放每年减少3万吨。林德公司在设计、开发和操作净化系统方面拥有经验，LNG装置使之可从废弃物捕捉能源，生产清洁的可再生燃料，弥补化石原料的不足，并减少二氧化碳排放。Altamont埋地地区LFG制LNG装置也可满足加州GovernorSchwarzenegger两项环境指令（生物能源行动计划和S-3-05行动指令）的要求，生物能源行动计划旨在推进生物质用作运输燃料的使用和市场开发，S-3-05行动指令旨在使加州到2020年温室气体排放减少25%。据NGVAmerica网站报道，截至2010年12月，美国道路上行驶的天然气动力汽车（NGVs