制约国内代用燃料汽车应用的关键问题分析

制约国内代用燃料汽车应用的关键问题分析随着我国各项事业的发展，对于能源的消耗也与日俱增，特别是对原油的消耗量，而汽车又是石油消耗最主要的行业之一，2011年中国石油的消费量接近5亿吨，同比增长5%而2011年中国全年原油产量只有2亿吨，占全中国消费的40%,剩下的60%近三亿吨完全依赖于国外的进口，随着中国的汽车普及，石油的进口量还会大幅度的增长。2000年的93号汽油只有2.5元，2010年就涨到了7元，2012年油价更是上涨进入8元时代。虽然如今油价略有下调，但是不可否认的是能源危机正在悄悄来临。我国对进口石油依赖严重，长期发展下去将制约我国经济和社会的发展，现代汽车发动机向着高压缩比、大功率、高转速发展，人们用稀薄燃烧技术和电子控制点火系统来实现较好的经济性，但是这不能彻底的解决我国对石油的依赖，因此，发展新能源来替代传统的汽车燃料对我国具有重大的意义。能源问题已经严重影响到我国的战略安全，过多的依赖于国外的进口石油可能是我国的发展受到国外的制约，汽车作为石油最主要的消耗行业，寻找合适汽车替代能源的重要性对我国来说不言而喻。在另一方面，我国的汽车排放已成为城市大气环境的一个主要污染源。据统计，近年来上海城区内机动车排放的CO、HC和NOx已分别占总排污负荷的86％、90％和56％，北京在非采暖期，城区内机动车排放的CO、HC和NOx已分别占总排污负荷的60％、86.8％和54.7％。城市机动车排放污染日趋严重。因此如何在后石油时代，针对我国自然条件和能源资源特色，逐步改变汽车能源结构，发展汽车清洁代用燃料，在发动机上实现高效、低污染的燃烧，控制汽车发动机有害排放对我国城市大气质量带来的日趋严重的影响，已成为我国能源与环境研究中的一个十分重大和紧迫的研究课题。据我了解汽车代用燃料有以下几种：1．液化石油气和天然气天然气（NG）和液化石油气（LPG）由于具有低的污染物排放被认为是内燃机的较理想代用燃料，已经被成功地应用于汽油机。作为车用燃料LPG的主要成份是丙烷、丁烷和少量烯烃和戊烷。LPG辛烷值较高，燃料费比酒精、汽油、柴油等便宜，CO、NOx等有害排放量低于汽油机排放，基本上消除黑烟和颗粒物(PM)，发动机工作噪音低。2．氢气氢气(H2)长期来主要用作宇宙飞行器发射和推进的燃料。作为汽车燃料，氢气辛烷值高，发动机热效率高，发动机可在空气过量系数(λ)较大的范围内稳定燃烧，点火能量低，不到汽油最低点火能量的1/10，且氢燃料的火焰传播速度快，低温下易起动，其燃烧生成物主要是水和NOx，不产生HC、CO和碳烟排放。但在发动机上使用还有回火、早燃、燃烧控制等问题尚待解决。氢的主要缺点是储运性能很差，氢的沸点为-253℃，以液态方式储存时成本高，不适宜长期储存。氢的制取原料有天然气、煤、水。从水制取氢有电解法、热化学法、光解法及微生物法。至今这些制氢方法的成本及能耗都较高、难以进行大规模制氢用于车用燃料，因此氢气必须在解决降低生产成本、储存运输等难题后，才能走向实用。3．醇类燃料醇类燃料甲醇和乙醇，具有辛烷值高、汽化潜热大、热值较低等特点。作为汽车燃料，醇类燃料自身含氧，在发动机燃烧中可提高氧燃比，CO和HC的排放较汽油和柴油的低，几乎无碳烟排放；另外，由于汽化潜热高，可降低进气温度，提高充气效率，使最高燃烧温度低，发动机的NOx排放较低。发动机使用甲醇燃料，会产生有毒的醛类排放。此外甲醇对人体毒性较大，它对金属有腐蚀作用，对橡胶皮革有溶涨作用，会使塑料提早老化，这些缺点使甲醇在实际应用中受到了较大限制。4.二甲醚二甲醚(Dimethylether)，简称DME，是一种含氧燃料，它无毒性，常温常压下为气态，常温时可在五个大气压下液化，具有与液化石油气相似的物性。二甲醚无C-C链，其十六烷值大于55，具有优良的压燃性，非常适合于压燃式发动机，用作为柴油机的代用燃料。5.生物燃料全球变暖是不争的事实，人们正在开发来源广泛的生物能源。生物燃料是指从农作物或动物的脂肪中提取的可再生燃料。目前，已研制成功并投入使用的植物油型燃料有菜籽油、棉籽油、棕榈油、豆油、甲醇酯混合油等。将植物油和动物脂肪与酒精反应，脱去甘油三酸脂转变成甲酯或乙基酯之后就可以在柴油机上使用，这些酯类物被称为“生物柴油”。生物柴油中的富氧可以加快燃烧速度，减少CO、HC和微粒排放。其中，天然气在我国取得了实质性地发展与运用。“九五”期间，国家启动了“空气净化工程——清洁汽车行动”，燃气汽车技术开发取得阶段性成果，产业化发展格局已初步形成，为燃气汽车在中国持续应用建立了重要的基础，也将为改善能源结构、降低汽车排放污染产生重要影响。电子喷射燃气汽车技术开发成功，并在骨干汽车生产企业形成生产能力，大中型客车电控燃气发动机的开发也取得实质性进展。基于电喷技术的双燃料、单一燃料燃气轿车（天然气或液化石油气）产品开发工作已完成并进入产业化准备，上海市已进行了单一燃料汽车的运行试验。燃气汽车专用装置的试验评价能力和标准体系也已初步形成。燃气（天然气、液化石油气）汽车在北京、上海等城市的公交车和出租汽车上得到广泛推广使用。截止2000年底，12个清洁汽车行动试点示范城市的燃气汽车保有量已超过8万辆。全国燃气加气站总数已超过250个，上海、北京等城市加气站建设已基本成网，具有国际水平的加气站技术装备和高压气瓶的开发和产业化取得进展。国内压缩天然气汽车（CNGV）产业经过十来年特别是近几年的快速发展，已基本形成集整车装配、车辆改装、加气站建设、设备制造、技术标准制订及新产品研发于一体的产业化发展格局，具备较完善的天然气汽车推广应用政策法规及运行管理、燃气气源保障、燃气价格调控等体系，且形成了不同地区各具特色的CNGV发展模式。毗邻气源产地的西部是我国CNGV发展较快、产业较为成熟的地区，代表城市有成都、重庆、西安、乌鲁木齐等。其共同特点是:起步早，近几年快速发展并已形成一定规模；有廉价的气源及发达的城市天然气输配管网；最先在公交车、出租车和特种车辆上推广，其后转向其他车辆；从以改装车为主，逐步发展到直接推广单燃料或双燃料天然气汽车；加气站点集中在近郊；四城市城区内公交车、出租车等已基本实现天然气化，与燃油比较，经济效益显著。重庆市拥有天然气汽车2.7万余辆，其中公交车5535辆，其余为出租车和教练车，天然气率分别为90%和100%，建成投产的加气站有56座。成都市拥有天然气汽车1.2万余辆，主要是公交车、出租车、环卫车，还有少量的私人小汽车，汽车用气量占全市总用气量达35.6%，建成加气站40多座。西安市拥有改装或原装天然气汽车1.2万余辆，其中出租车1万余辆，公交车2082辆，加气站51座，汽车用气量占全市总用气量的21.05%。乌鲁木齐市拥有CNG汽车5397辆，大部分是公交车，加气站31座，同时发展LPG（液化石油气）汽车和LNG汽车。但是，发展天然气汽车需要发展相关的配套设施，从各个地区CNGV产业发展经验来看，建设一座典型的设计供气规模为1.5万立方米每天的CNG加气站（站、子站），占地约3000平方米，使用进口压缩机需投资700-800万元（含脱硫、脱水设备，不含土地费用），而使用国产压缩机则为450-500万元。建站投资成本的差异主要是土地费用。加气站内运行成本主要是气体压缩机电耗费用，以电价0.65元每千瓦时、天然气进站压力0.3兆帕、加气压力为25.0兆帕计，站内电耗约为0.25千瓦时每立方米，电费为0.16元每立方米，子站的电费可下降0.05元每立方米，（L-CNG站电费可下降0.12元每立方米左右）。其次是脱硫费用（川渝天然气含硫较高，一般设有脱硫设备，其运行费用约为0.10元每立方米左右）。其余主要是人工费和设备维修、折旧等费用。主要设备有：1）气体压缩机：近几年新建加气站的压缩机基本实现国产化，其能耗、性能与进口机相差无几，购置成本较进口机低很多，但噪音、配套附件维修率相对较高。而进口压缩机购置费用昂贵，维修配件价格高，维修不及时，售后服务也跟不上。2）售气机：国产售气机计量准确度、运行可靠性均令使用单位满意，需要注意的是加气枪加气接口规格的统一问题。3）储气设施：新建加气站的储气方式逐步转向地下井储气。其使用寿命长，安全性能好，可省去定期检定压力容器这一环节。一般规模的加气站是4口地下储气井，单井公称容积以3立方米居多，占地小，储存气量相当于3000立方米左右。由此可见，天然气加气站的建造是相对困难的，没有国家的帮扶政策，企业想要单独建成加气站耗资甚巨，总的来说有以下三个主要制约因素：首先，加气不便、气价调整影响天然气汽车推广。在天然气供不应求的冬春之际，加气难问题更加严重。加之加气站一般建在偏远郊区，使加气时间成本和经济成本都上涨。而天然气价格上调有可能成为制约天然气汽车在中国进一步推广的“拦路虎”。目前看来，天然气价格上调势在必行，将提高用车成本，使推广之路更加曲折。第二，国家政策不再利好。近年来，天然气汽车已悄然退出国家重点发展之列。2013年2月22日，国家发改委发布《战略性新兴产业重点产品和服务指导目录》，天然气汽车产业不在列内。相比较国家对发展电动汽车的大力支持，天然气汽车备受冷落，天然气汽车均不享受购置补贴及有关扶持政策。第三，天然气是气体燃料，燃料本身在进气过程中占有很大比例，因此导致进入气缸的空气减少，充气系数下降，从而导致发动机功率下降。在以天然气作为燃料时，发现燃烧室明显腐蚀，甚至连曲轴也出现于腐蚀，气门，活塞环和汽缸磨损严重，与使用汽油时相比，汽车大修期通常要缩短，这是天然气汽车面临的另一个问题。其早期的原因是因为天然气中含有微量的硫化物。其中，第一条是制约我国天然气汽车的关键问题。加气站规模化是发展天然气汽车的支撑条件和关键环节，同时站址选择是否合理得当直接决定着企业的经营效益。目前，出于安全的考虑，国内加气站按照建设要求，必须与周围建(构)筑物保持相当的距离，例如，储气瓶组与站外重要公共建筑物的距离100米，与民用建筑物一类保护物的距离为20～30米。国内大中城市CNG加气站在规划上往往受到市内建成区用地紧张的限制，很难做到合理布局选址，特别是在北京、上海、天津等特大型城市，站址选择异常困难。由于站址选择的难度较大，导致城市内加气站站点布置不合理，车辆空驶耗气，影响了CNG汽车发展的积极性。另外，现在许多大中城市CNG站建设用地采用招标的形式出让，土地价格偏高导致加气站建设成本整体升高，经济效益难以得到保证。在没有加气站支持的情况下，增大天然气汽车销量，发展天然气汽车无疑是纸上谈兵。