邹博文_中国天然气汽车发展现状与前景

中国天然气汽车发展现状及前景邹博文中国汽车工程研究院国家燃气汽车工程技术研究中心2013.12汽车发展与能源环境1目录天然气汽车产业发展2天然气汽车标准体系3技术发展现状与趋势4前景分析与相关建议51、汽车发展与能源环境2012年我国汽车产销1927.18万辆和1930.64万辆，连续4年全球第一2012年总保有量超1.2亿辆，千人保有88辆，世界平均155辆，发达国家600～800辆2012年石油对外依存约58%，连续4年超过国际能源安全警戒线，2015年前将超60%2012年汽柴油消费2.5亿吨，汽车消耗超过60%，年新增消费的70%用于新增汽车2020年汽车保有2.5亿辆，即使降油耗20%，保守预测燃油缺口仍将达6000万吨石油对外依存度52%，超过国际能源安全警戒线20022003200420052006200720082010中国石油总消费量（亿吨）200120002.252.32.492.723.173.33.523.663.734.232020汽柴油消费总量预测4可供汽柴油按目前汽车用油占比60%计·车用汽柴油量预测3.75汽车用油存在1.35亿吨缺口2.44.5420112020年汽车用油预测（亿吨）按年增长6%保守的计汽车发展事关国家能源安全！20094.0820124.9汽车减排成效卓著！（2011年）54%的在用车满足国Ⅲ/Ⅳ/Ⅴ，汽车保有量↑20%，但CO和HC↓12%、↓7%汽油车单车污染物↓15%～27%，柴油车↓11%～25%减排形势依然严峻！（2011年）NOx总排放2404.3万吨(↑30%),，汽车排放占比约24%(576.4万吨，↑7%)柴油车PM单车排放↓11%,但总量达59万吨，↑4%1、汽车发展与能源环境加拿大研究：NASA卫星显示PM污染中国华北和华东最严重《工人日报》：中国58%的城市空气中所含悬浮粒子浓度超过世卫组织标准5倍新浪网：2013年初以来，我国1/4国土面积持续雾霾天气，受影响人口约6亿人《2012年北京市环境状况公报》：北京市机动车PM2.5排放已超过工业排放，占比达22.2%，成为第一大污染源上海雾霾天气北京雾霾天气雾霾天气和汽车PM排放已成为焦点问题！1、汽车发展与能源环境汽车发展与能源环境1目录天然气汽车产业发展2天然气汽车标准体系3技术发展现状与趋势4前景分析与相关建议5发展基础天然气一次能源占比将显著提升，2015年提升到7.5%天然气汽车是一次能源利用，WTW能源效率比汽油高20%内燃动力、技术成熟、产业链基础好燃料价格低是驱动市场需求的直接动力2、天然气汽车产业发展减排效益即使和汽油混合动力相比，天然气汽车在乡村和高速上的CO2排放仍有明显优势HCCO2CONOXSOx汽油1.74745111.1661.1870.382柴油0.6163330.6172.2840.261LPG0.9253409.4871.0160.222天然气0.4823048.4760.8470.030天然气汽车减排效益显著，有利于汽车行业可持续发展！不同车用能源WTW排放对比（来源：中国汽车技术研究中心）天然气汽车在WTW内，较汽油车HC减72%，CO2减33%，NOx减29%；较柴油车HC减22%，CO2减9%，NOx减63%，且无铅、苯等致癌物质，也基本不含硫化物以中心城市11m公交车搭载177kw（240马力）柴油机，运行15小时计算：1台国Ⅳ/Ⅴ柴油车PM年排约10kg，若中心城市保有1万台，全部改为天然气燃料，则减少PM排放100吨/年2、天然气汽车产业发展32个省级行政区推广，已形成“示范辐射周边、区域辐射全国”保有量约300万辆（四川、新疆、山东最多），其中公交车约13万辆，出租车78万辆，私家车200余万辆，其他车辆约3～5万辆加气站近4000座，CNG近3000座，LNG和L-CNG约1000座LNG汽车发展快，保有量约10万辆年代燃油约2000万吨，减排二氧化碳1200万吨2、天然气汽车产业发展发展概况产业现状—概况60余家企业生产整车，产品公告400多个，发动机功率35～400kwOEM原厂车约20万辆/年，乘用车排放水平国Ⅳ，商用车国Ⅴ一汽大众捷达CNG轿车江淮和悦CNG轿车力帆620CNG轿车长安之星CNG厢式货车恒通LNG客车陕汽德龙LNG重卡2、天然气汽车产业发展产业现状—整车结构2012年天然气汽车产品产量结构分布2011年乘用车产量约7万辆，占比超过65%；2012年约12万辆，占比62%（主要仍为轿车）2011年商用车产量约3.5万辆，占比约35%；2012年约7.3万辆，占比38%（主要仍为客车）LNG汽车发展迅速，2011年新增2.8万辆，2012年新增4.2万辆2、天然气汽车产业发展产业现状—关键零部件气瓶产能超过200万只/年；ECU、减压器、喷嘴等自主关键零部件批量进入OEM市场压缩机和加气机等站用设备实现国产化，国产份额达90%以上，部分产品达到100%张家港富瑞车用LNG气瓶苏州中材车用CNG气瓶温州强盛CNG压缩机四川空分LNG加气机中国汽研发动机ECU、喷嘴、减压器2、天然气汽车产业发展汽车发展与能源环境1目录天然气汽车产业发展2天然气汽车标准体系3技术发展现状与趋势4前景分析与相关建议5包含所有使用天然气、液化石油气及二甲醚燃料的机动车，涉及8个领域基础标准整车标准发动机标准专用装置储气瓶及附件燃料标准加气机标准加气站标准燃气汽车标准体系1996年成立标准化工作组，1997年成立全分技术委员会，为推动燃气汽车健康发展做出了一定贡献3、天然气汽车标准体系全国汽车标准化技术委员会燃气汽车分技术委员会燃气汽车标准体系3、天然气汽车标准体系整车标准6项发动机标准2项加气机标准3项燃料标准2项储气瓶及附件标准6项专用装置标准8项基础标准2项天然气汽车标准体系GB/T17676天然气汽车和液化石油气汽车标志GB/T17895天然气汽车和液化石油气汽车词汇GB/T26780压缩天然气汽车燃料系统碰撞安全要求GB/T23335天然气汽车定型试验规程GB/T29125压缩天然气汽车燃料消耗量试验方法GB/T18437.1燃气汽车改装技术要求第1部分：压缩天然气汽车GB19344在用燃气汽车燃气供给系统泄漏安全技术要求及检验方法GB/T27876压缩天然气汽车维护技术规范QC/T691车用天然气单燃料发动机技术条件QC/T692汽油/天然气两用燃料发动机技术条件GB/T19236压缩天然气加气机加气枪GB/T19237汽车用压缩天然气加气机JB/T10298汽车加气站用天然气压缩机GB/T18363汽车用压缩天然气加气口GB17258汽车用压缩天然气钢瓶GB17926车用压缩天然气瓶阀GB19533汽车用压缩天然气钢瓶定期检验与评定GB24160车用压缩天然气钢质内胆环向缠绕气瓶GB24162汽车用压缩天然气金属内胆纤维环缠绕气瓶定期检验与评定专用装置技术条件、安装要求、喷嘴、CNG减压调节器、电磁阀、高压管路等零部件标准GB18047车用压缩天然气GB/T19204液化天然气的一般特性国标13项行标16项其他：GB7258机动车运行安全技术条件GB17691车用压燃式、气体燃料点燃式发动机与汽车排气污染物排放限值及测量方法GB18352.3轻型汽车污染物排放限值及测量方法汽车发展与能源环境1目录天然气汽车产业发展2天然气汽车标准体系3技术发展现状与趋势4前景分析与相关建议5•构建产业技术基础•形成自主集成技术•开展重点示范工程科技攻关计划清洁汽车产业化关键技术研究与示范863计划节能与新能源汽车863计划&科技支撑计划汽车动力总成关键技术•掌握关键部件设计•构建自主技术平台•深入推广示范应用•满足法规升级需要•提升电控系统性能•提升部件制造水平国家科技战略对自主燃气汽车技术研发的总体布局4、技术发展现状与趋势4、技术发展现状与趋势两用燃料乘用车多点顺序喷射燃气最优点火与燃料管理的控制策略OEM(已应用)在用车(已应用)单燃料商用车多点顺序喷射单点集中喷射专用发动机设计与控制策略OEM(已应用)在用车(已应用)双燃料商用车高替代率与高可靠性的最优控制策略OEM(无)在用车(应用少)电控式柴油机机械式柴油机应用类型重点难点市场推广基础技术三大关键技术•基于PFI的两用燃料—现有技术升级•基于GDI的两用燃料—未来技术发展GDI结合VVT或增压可降油耗25%以上，是汽油先进技术趋势，燃气必须紧跟应用基于GDI汽油机可发挥天然气抗爆性优势，进一步提升燃气时的效率并降低排放技术研发的关键是燃气喷射模型、VVT（增压）最优控制和油气的最优协同管理双ECU多为主从式跟随控制方式，平台适应力强主动精细控制，瞬态响应好，系统成本低燃气组分自学习控制完整的燃气EOBD技术燃气时最优增压控制燃气时最优VVT控制单ECU总体趋势：紧随汽油技术，结合燃料特性，提升整机效率！未来研发方向精细控制策略4、技术发展现状与趋势两用燃料乘用车CONMHCCH4燃气机CO、NMHC和PM较低，CH4可后处理解决，NOx是难点NOx0.50.164国Ⅵ（未来）1.10.554国Ⅴ1.10.554国Ⅳ1.60.785.45国Ⅲ0.46(↓77%)2(↓43%)3.550.010.030.030.16PM•国家“十二五”规划纲要：NOx排放2015年比2010年下降10%•中重型商用车占汽车保有量约10%，NOx排放的占比超过80%法规\污染物4、技术发展现状与趋势单燃料商用车—技术需求稀薄燃烧+氧化催化+(SCR)当量燃烧+三元催化NOx排放控制与动力性、经济性、可靠性和生产成本的综合最优技术路线是关键！4、技术发展现状与趋势单燃料商用车—技术路线当量燃烧（绿色为优势）稀薄燃烧（红色为优势）设计参数空燃比λ=1λ=1.55～1.60点火系统对于点火系统的要求低能量略高于汽油(35mJ)高能点火设计(80～160mJ)需要关注线圈可靠性和EMC增压度最高2.0最高2.5压缩比受爆震限制，不高于10.510.5～11.5后处理三元催化满足国Ⅴ、国Ⅵ氧化催化，国Ⅵ需增加SCR本体设计强化冷却、燃烧、排气等在原机上进行适当强化即可动力性功率与原机相当，低速扭矩好与原机相当，增压限制低扭瞬态响应快慢经济性发动机最低比气耗较高最低比气耗较低整车低扭好，实际气耗并不高低扭不足，气耗无明显优势排放国Ⅴ、国Ⅵ国Ⅴ、国Ⅵ需SCR可靠性热负荷高（需整机强化设计）低燃烧稳定性稳定易失火投入生产成本生产成本较低生产成本较高开发周期国Ⅴ周期长，国Ⅵ周期短国Ⅴ周期短，国Ⅵ周期长单燃料商用车—技术路线4、技术发展现状与趋势三元催化器（当量）SCR（稀燃）备注起燃温度250～300℃350～400℃拥堵城市SCR效率受限反应剂Pt/Pd/Rh促进HC+NOx，CO+NOx等反应，同时解决NOx、CO和HCNH3SCR需补充尿素，控制故障或使用不当会造成二次污染OBD解决方案前后氧传感器NOx传感器传感器价格差十倍以上可靠性好管路、尿素泵易堵塞应用现状大量用于汽油机目前应用少三元催化技术成熟度很高系统成本低很高价格相差超过1万元稀燃仍然需要氧化催化器解决CH4排放，总体成本会高1.5～2万元国Ⅴ排放延续国Ⅳ路线，主流技术仍是稀燃，确保整机的可靠性SCR成本和使用问题解决之前，国Ⅵ排放可能转为当量燃烧为主单燃料商用车—后处理系统对比4、技术发展现状与趋势技术特点高压缩比，较单一燃料热效率更高可纯柴油，较单一燃料续驶里程长继承原机本体设计，开发周期更短较柴油机显著降低了PM和CO2HC和CO是排放控制的关键问题0.005.0010.0015.0020.0025.0030.0035.0040.0045.00A25A50A75A100B25B50B75B100C25C50C75C100热效率%十三工况点纯柴油掺烧纯柴油和掺烧热效率对比研究重点电控：天然气和柴油最优协同控制策略后处理：低成本氧化催化与NOx控制技术掺