浅析车用LNG的应用现状及发展前景

浅析车用LNG的应用现状及发展前景

作者：侯伟平

来源：《中国科技博览》2014年第17期

[摘 要]LNG清洁能源汽车以其绿色环保、经济性好、社会效益明显等突出优势受到青睐。文章结合LNG汽车的工作

原理及特点，简要阐述了车用LNG的应用现状，对车用LNG未来的发展前景做出分析。 [关键词]LNG；汽车；雾霾；环保；经济性；前景

中图分类号：TB 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）17-0383-02

[Abstract]LNG clean energy vehicle for its environmental， good economy， social obvious highlight the advantages favored. In combination with the working principle and characteristics of LNG vehicles， briefly describes the present application status of vehicle LNG and analyzes the development prospects.

[Key words]LNG；Vehicles；Haze；Environmental protection；Economy；Prospect 1 概述

随着我国汽车工业的发展及汽车保有量的快速增长，对石油资源的需求迅猛增加，因之造成的环境污染也日益加重[1]。近几年来，北方地区长时间、大范围的雾霾天气愈演愈烈，PM2.5浓度记录不断被刷新，重度污染天气频发，环境质量问题成为热门话题，人们对于城市空气质量的关注达到了前所未有的高度。汽车尾气作为城市空气污染及PM2.5的主要来源，如何降低汽车尾气排放，构建绿色交通、打造低碳城市，成为很多地方城市的迫切需求。LNG （液化天然气）作为天然气的一种气源形式，若作为汽车燃料，与传统燃油机动车相比，行驶同样里程，一氧化碳排放可减少97%，碳氢化合物排放可减少72%，氮氧化合物可减少80%，二氧化碳可减少24%，二氧化硫可减少90%，苯、铅、粉尘等污染物可减少100%，PM2.5排放量车降低90%以上。在此背景下，LNG汽车以其绿色环保、经济性好、社会效益明显的突出优势受到各行业青睐。 2 LNG 汽车工作原理

LNG汽车的动力系统主要由发动机和LNG车用供气系统组成。LNG车用供气系统作为LNG汽车的核心部分，主要由车用LNG储存气瓶、车用气化器、稳压阀、燃气供给装置、稳压罐、安全装置等组成。LNG通过管路系统进入气化器后，由发动机的冷却水加热气化成气体，经过稳压阀，使压力降低并满足发动机的需要，再通过稳压罐经电磁阀控制送至发动机。图1为车用LNG供气系统原理图。车用LNG供气系统具有自增压、供气稳、过压保护等功

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能，实现向发动机供应天然气[2]。其基本要求为： 能在发动机多种工况下提供合适浓度的混合气体；天然气与空气混合均匀；低温起动可靠，怠速运行平稳；车用LNG气瓶内压力始终比发动机进气压力高0.2 MPa以上；管路设计合理，调节方便，供气管路上稳压阀出口的设定压力比发动机要求的进气压力高0.05～0.10MPa；压力和液位显示系统准确、灵敏，抗干扰能力强。

3 车用LNG的应用特点

1）因LNG在液化处理过程中已经过深度脱硫、脱氮、脱汞、脱重烃等处理，其主要成分为甲烷，燃烧充分，排放量很低。LNG动力汽车与其他类型天然气汽车相比，清洁、环保性能更好，可以更为有效地降低尾气中有害气体的排放，对于缓解日益严峻的城市雾霾非常有效，是改善空气质量、节能减排的首选交通工具。以北京市为例，其汽车保有量已突破500万辆，如果仅将全北京市1.5万辆排量较大的燃油公交车改为LNG车辆，相当于改造75万辆小汽车，对改善首都日益严峻的大气环境、降低PM2.5排放，具有十分重要的意义。 2）LNG克服了CNG储存量少的缺陷，具有动力性好、使用更安全、续驶里程长、加气速度快，车辆维护成本低等优点。

3）LNG可采用专用槽车运输，配送更方便。

4）LNG加气站的建设不受天然气管网限制，建设周期短，可与CNG加气站、加油站共用站址设施，便于规模化推广。

5）存在不足：与传统燃油汽车相比，LNG汽车操作既需要一套严谨细致的操作规范，还需有有可靠的专用配套设施，对相关人员的专业素质要求较高；LNG汽车购置或改造成本较高，维修费用稍高；车辆停运时间长会造成LNG液体蒸发；另外车用LNG技术成熟度尚需完善，但其有着CNG无法比拟的优势，LNG正逐渐成为车用动力燃料的一种主要来源。 4 LNG 汽车应用现状 4.1 国际方面

20世纪70年代，受能源危机的影响，全球LNG工业开始发展。2000年，世界LNG贸易增长率为10.1%，消费量达1369.6亿方，占全球天然气消费总量的5.7%。据BP公司2012年发布数据，到2030年，预计LNG供应量将年均增长4.5%，超过全球总产气量增幅（年均2.1%）的2倍。它在全球天然气供应量中的份额将从2010年的9%增加到2030年的15%。LNG贸易的增长量是全球天然气产量增长量的两倍。随着世界范围LNG工业的发展和推广速度的加快，一些发达国家如美国早在上世纪90年代就开始发展LNG汽车，进行了小规模推广，并制定了相应技术标准。目前国外LNG汽车已实现产业化，在美国、日本、澳大利亚等国均有应用，现阶段美国在LNG车用技术上处于领先地位，从推广车型来看，LNG不仅适用

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于城市公交车，也适用于大型货运等车辆；从美国和欧洲的趋势看，各国的天然气汽车的研制重心已经由CNG汽车转向LNG汽车，在技术上可借鉴互补。 4.2 国内方面

与其他国家相比，我国天然气汽车的占有比例仍然很低。据官方统计数据，2013年底我国民用汽车保有量达到10578万辆，而天然气汽车数量为60万辆左右，且主要是CNG汽车，占汽车总量的0.6%。近些年来我国在LNG汽车方面也开展了大量的研究、试验和推广应用工作，截止2013年底，我国LNG汽车的保有量已从2008年的50辆猛增至10万辆。据盛博咨询公司预测数据，到2020年中国LNG动力车总保有量将达到当前10倍，对LNG的年需求量折合天然气也将从18亿立方米提高到180亿立方米。已经使用LNG的车辆主要以公交车、城际大巴和重卡车辆为主。现阶段我国LNG产业发展势头强劲，已形成自主生产和进口相结合的发展道路；国家科技部早在“十五”、“十一五”期间，就已引起重视并将LNG动力汽车的研制作为节能与新能源汽车项目列入国家863计划，经过多年研究及试验，现已具备较为成熟的应用经验。

目前国内三大石油公司及多个地方公司均在积极发展LNG汽车应用及加注产业并制定规划。如中海油全资子公司-中海石油气电集团有限责任公司凭借其丰富的LNG资源，大力推进LNG加气业务，截至2013年底，加气业务已进入国内90个地级市，累计建成投产加气站144座，2013年实现加气21万吨；累计运营天然气车辆17000余辆，占我国现有LNG运营车辆总数的17%。中石油公司旗下的昆仑能源公司在积极筹划建设LNG加气站的同时，还为用户购置、改装LNG汽车提供信贷优惠服务等支持；并计划在“十二五”期间推广应用LNG汽车20万辆以上。

在装备制造方面，LNG汽车技术已基本实现国产化，东风、宇通、陕汽、济南重汽、北方奔驰等公司都已具备LNG车辆生产能力；LNG加气站所采用的工艺技术成熟可靠，主要设备全部实现国产化，国产设备占总体市场份额达80%以上。国产设备具有价格低、配件供货周期短、现场服务快、日常维护成本低等优势，能为车辆供应系统的安全稳定运行起到有力的保障。

4.3 LNG资源方面

至2013年末，国内已建成投运的LNG工厂超过50个，总液化能力达2300万立方米/日；国内另有60多个LNG工厂处于建设过程中。在LNG接收站方面，以中海油为主力的三大国有石油公司在东南沿海规划建设了十余个LNG接收站，综合已建成投产和在建项目，到“十二五”末，预计中国沿海LNG接收站总接收能力将达到5090万吨/年，折合700亿立方米天然气。这都为LNG汽车的发展提供了强有力的资源支撑。 5 发展前景分析

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5.1 政策及法规分析

因燃油税的征收，使得汽柴油的价格与天然气价格差进一步扩大，汽车使用天然气作燃料将能发挥更好的经济效益，可以调动用户的积极性。近些年国家已从汽车生产环节着手，限令停产采用简单化油器型发动机的汽车，以解决尾气排放问题，促使各汽车公司研发生产清洁能源汽车[3]。另外，经过十多年的应用实践，天然气汽车的环保性和经济性得到了社会广泛认可，在技术研发、装备制造、专业队伍、行业标准、相关法规、配套设施等方面打下了良好的基础。如国家工信部公布的《节能与新能源汽车产业发展规划（ 2011—2020） 》、国家能源局于2011年11月发布实施的《LNG汽车加气站技术规范》等。此外，一些地方政府研究制定了LNG、燃料电池等清洁能源汽车的发展规划及相关实施细则，并颁布相关支持优惠政策，这些都为LNG汽车的大规模发展创造了必要条件。国家在“十二五”规划中进一步提出了节能与新能源汽车的发展远景战略，更为LNG汽车的应用推广带来了难得的契机。 5.2 客户群分析

LNG汽车应用客户主要是城市公交车、环卫车辆、出租车、城际大巴、重卡等。 1）城市公交： LNG能量密度大，便于储存和车载，使用LNG作为车用燃料将使公交车续驶里程加长，加气次数减少，增强运行能力，提高使用效率；因该种汽车排量大，减排效果将更为明显。在LNG 公交车加气便捷的情况下，现有CNG公交车更换或改装为LNG车辆的可能性较大，故公交车辆现阶段为主要客户，以后也也将为LNG 主要客户之一[3]。 2）城际大巴、重卡车辆： 城际大巴和重卡车辆的行驶距离一般较长，若在高速公路沿线布设LNG加气站，若能为其提供有效燃料补给，这类车辆也将成为LNG使用的主要客户。 3）城区环卫车辆： 环卫车辆主要有垃圾车、洒水车和扫地车等，在国内一些城市，已经开始推广采用天然气环卫车辆；随着国家环境保护政策的不断加强，环卫车辆可作为LNG的潜在客户。

4）出租车： 由于LNG气瓶为双层金属真空绝热结构，气瓶较厚，占用空间较大，出租车后备箱体积较小，加改装会受到一定限制。但随着LNG应用技术的不断发展和市场的培育，出租车也可作为LNG 潜在客户。

5）其他客户：随着LNG加气业务范围不断拓展，校车、工程车辆、拖拉机的应用市场也在积极培育中，并已有实际应用。 5.3 经济性分析

根据天然气及燃油的燃烧特性及某研究机构跟车实测数据，汽车百公里行驶里程所消耗燃料量以公斤为单位的LNG数值和以升为计量单位的柴油数值基本相当。图2为两种燃料实际使用的成本差距，过去12个月，华东地区LNG卫星站到岸均价维持在5500元/吨左右（若论

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成本和5.5元/升左右的柴油相当），而柴油价格近几年来一直维持在7.5元/升以上，97#汽油价格则一直维持在8元/升以上；至少便宜25%以上的价格差将促使LNG逐渐挤占汽柴油的市场份额，无疑LNG汽车利用市场将会呈现爆炸式增长。以重型卡车为例，1台发动机功率为265 kW 的重卡每行驶100公里油耗按50升计算，每年行驶10万公里，则需耗油50，000升，相当于消耗LNG 50吨，如果0号柴油按7.5元/升计算，LNG零售价格按5.5 元/吨计算，则使用用LNG比柴油每辆车每年可节约10 万余元燃料费，而一辆原装LNG重卡的价格比普通汽柴油重卡的价格仅高约10万元，一辆在用重卡改造为LNG重卡改装费需8万元左右。重卡使用LNG作燃料后，不到1年时间便可完全回收高出柴油重卡或改装的成本，同时根据天然气汽车的特点，使用LNG燃料可延长汽车发动机寿命，降低发动机维修费用50%以上。另外，一般汽车用CNG价格比民用、工业用天然气价格分别高出100%和60%以上，从经济性方面考虑，多数企业更愿意发展LNG汽车。 5.4 安全性分析

LNG的燃点为650℃，比汽油、柴油和LPG的燃点高；LNG的爆炸极限为5%～15%，气化后的密度比空气小，泄漏后更易扩散，不容易形成爆炸性混合气体；而汽油的爆炸极限为1.0%～7.6%，柴油的爆炸极限为0.5%～4.1%，LPG 的爆炸极限为2.4%～9.5%，且LPG气化后的密度比空气大，泄漏后不易挥发。此外，LNG的储存压力小于1.6MPa，远低于CNG 的储存压力，可避免因采用CNG高压气瓶带来的潜在危险。发展液化天然气汽车具有极好的安全效益，具有较强的市场竞争力。 5.5 冷能回收

LNG在气化过程中，会释放大量的冷能，单位质量冷量为860 ～883 kJ /kg，LNG 作为汽车燃料具有供冷方面的优势。如果将这部分冷能回收用于汽车空调，或为冷藏车提供冷源，将具有显著的经济效益。 6 结论

LNG汽车续驶里程更长、具有很好的经济性、安全性好，同时LNG作为燃料资源量丰富、低排放、绿色环保，环境效益和社会效益尤为显著。在全国上下倡导清洁能源的时代背景下，在国家政策的大力扶持下，随着LNG工业的发展、车用LNG技术的不断成熟、各级政府对车用LNG相关优惠政策的逐步落实，可以预见，未来车用LNG产业将具有非常广阔的发展前景。 参考文献

[1] 王立柱，巩克强，赵奇明.济南市机动车污染物排放控制策略初探[J].山东内燃机，2000，4（1）：30-33.

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[2] 吴北民，陈叔平，殷劲松，谢福寿，姚淑婷.车用液化天然气供气系统工艺与设备.煤气与热力，2012，2

[3] 钟伟，廖长缨，黄小美，彭世尼.车用LNG的发展现状与市场前景分析.煤气与热力，2013，1 B10-B13

[4] 顾安忠，鲁雪生.液化天然气技术手册.机械工业出版社，2010.1.

[5] 王霞，沈路宁.LNG汽车加气站工艺流程[J].煤气与热力，2011，31（4）：B08-B10. [6] 张佳宁.LNG汽车市场发展研究.科技传播.2011，9（下） 作者简介

侯伟平（1976- ），男，河南郑州人，工程师，1999年毕业于中国石油大学（华东），本科学历，现从事LNG 相关项目管理工作。