上海市节能减排中心 金 颖

液化天然气汽车应用与技术

上海市节能减排中心 金 颖

0 背景

2013年9月，国务院发布《大气污染防治行动计划》，提出要“大力推广新能源汽车。公交、环卫等行业和政府机关要率先使用新能源汽车，采取直接上牌、财政补贴等措施鼓励个人购买。北京、上海、广州等城市每年新增或更新的公交车中新能源和清洁燃料车的比例达到60%以上”，在此政策下，各地纷纷研究和出台了鼓励新能源汽车的相关政策，在此背景下，LNG作为清洁、安全、环保燃料，在汽车领域的应用将得到更加快速的发展。

1 我国LNG汽车发展历程和现状

1.1 我国LNG汽车发展历程

国内LNG汽车的试验研究始于1961年。四川省科委组织相关单位合作进行LNG汽车研究；1971年，国内自行设计制造了第一台LNG汽车容器，并安装在一辆解放牌4 t卡车上；1987年河南开封利用中原油田伴生气开始进行LNG公交车试验，并自制了100 L的LNG储罐；20世纪90年代以来，国家科委、中科院与地方燃气公司、油气田合作，研制改装了LNG汽车，并进行了相关试验；2001年，北京公交总公司与首科中原公司合作，组建了一个规模为50辆LNG公交车的示范车队，车辆储罐和加气站主要采用进口设备。

1.2 我国LNG汽车发展现状

随着我国LNG码头的投产和LNG液化工厂的逐步建成，LNG资源越来越宽裕，同时LNG汽车加气站设备和LNG汽车装置逐步国产化且技术水平不断完善和提高，因此近几年国内LNG汽车逐步进入商业化推广阶段。

我国LNG汽车在具备LNG资源的省份得到了快速发展。新疆广汇2004年在乌鲁木齐建成第一座示范站，并通过验收，目前已建成LNG汽车加气站100余座，推广LNG重型卡车3 500余辆，成为全国之首。随着深圳大鹏湾码头投入运行，2007年9月，广东首座LNG加气站在湛江投产，目前，广东省各城市均有建设LNG加气站的规划。借助于福山气田，海南省的海口、三亚、琼海均建有LNG加气站，LNG公交车保有量为300辆左右。贵阳公交2006年开始进行LNG公交车试验，目前已建有4座LNG加气站，拥有800余辆LNG公交车，成为全球拥有LNG公交车最多的城市。

此外，浙江杭州、山东青岛、辽宁大连、云南昆明、湖北武汉、天津滨海和江苏张家港等城市均建成投产了1~2座LNG加气站，拥有30~80辆规模的LNG汽车，在中海油和中石油等LNG巨头的大力推广下，国内LNG汽车发展日新月异。

2 LNG汽车加气站技术路线

2.1 LNG汽车加气站主要形式

LNG汽车加气站主要有LNG标准站和LNG撬装站两种形式。

对于标准LNG加气站，LNG设备需要现场安装，站区占地面积较大，施工周期较长，城市建成区内布点比较困难，但是LNG储量较大，服务车辆较多。

撬装式LNG加气站占地面积较小，设备集成安装，施工周期较短，生产经营灵活，是促进天然气汽车快速布局和规模化发展的良好手段。

此外，LCNG加气站将LNG和CNG(压缩天然气)加气工艺有机组合，既可为LNG汽车加气，又可为CNG汽车加气，从而使得加气站功能多样化。

2.2 加气流程

LNG汽车加气站的主要设备有LNG专用储罐、LNG低温泵、LNG售气机和控制系统，具体流程如图1。

图1 LNG汽车加气站流程

LNG加气站主要有四大流程，即卸车流程、汽车加气流程、调温调压流程和泄压流程。

(1)卸车流程。卸车流程为：LNG槽车—密闭接头—LNG泵—LNG储罐。LNG从液化工厂或码头通过船运或槽车运输至加气站后，先后经过密闭接头、LNG泵及相应管路后卸至加气站储罐。

(2)汽车加气流程。汽车加气流程为：LNG储罐－LNG泵—LNG加气机－LNG汽车。汽车加气时现将LNG汽车与LNG加气机项链，然后LNG从储罐进入LNG泵增压后既可加气，在加气过程中进行直接计量。

(3)调温调压流程。如果储罐内的LNG温度过低，则需要进行调温调压，流程为：LNG储罐－LNG泵－LNG汽化器－LNG储罐。部分LNG经过LNG泵进入LNG汽化器进行热交换，从而提高LNG的温度和压力。

(4)泄压流程。当储罐内LNG压力过高，将启动泄压流程，即安全阀自动开启，进行泄压。

LCNG加气站是在LNG汽车加气站基础上增设一套汽化系统而成，主要包括高压LNG泵、高压汽化器、CNG高压储气瓶组和CNG加气机。

图2 LCNG加气站工艺流程

2.3 不同形式的LNG加气站比较

标准站、撬装站及LCNG加气站的比较见表1。

表1 不同形式LNG加气站比较表

从上表可看出，标准站的规模比撬装站和LCNG加气站大，成本也较高，而撬装和LCNG站则更为灵活。

3 LNG汽车的经济效益分析

LNG汽车生命周期内费用主要由购置费用、运营费用和维修费用构成。

3.1 购置费用

目前国内LNG汽车的价格普遍高于同类型的燃油汽车，主要原因在于天然气系统造价较高、发动机价格高于燃油发动机，大致高2~5万元。

3.2 运营费用

LNG汽车运营费用的主要影响因素为LNG汽车的气耗和LNG的销售价格。前者同发动机技术和车辆技术密切相关，后者随区域不同而变化。各种燃料的热值和价格比较见表2。

表2 各种燃料价格比较

从表2可看出，LNG汽车的单位热值价格比汽油及柴油便宜，稍高于CNG。以公交车为例，运行费用比较见表3。

表3 各种燃料费用比较

从表3可看出，LNG汽车单日运行费用比汽油节约116.8元，比柴油节约74.8元，具有较大的经济效益。

3.3 维修费用

一般而言，除供气系统和发动机系统外，LNG汽车与燃油汽车的维修费用基本一致，由于燃料清洁，燃烧状态较好，天然气发动机的维修周期通常长于燃油发动机。

3.4 节能环保效益

和柴油车相比LNG汽车的百公里NOx排放为1 100 g，相当于柴油的70%；颗粒物排放为20.42 g，相当于柴油的10%；能耗和CO2排放和柴油相差不大，SO2排放为零。

4 存在的问题

尽管目前全国LNG汽车发展迅速，但在发展中仍存在一些问题亟待解决，主要表现在：

(1)加气站审批手续繁琐，建站速度慢。目前办理LNG加气站的手续共二十多项，涉及立项、可研评审、确定站址、规划许可、燃气项目审批、物价批复等，参与部门包括发改、工商、技监、物价、环保、燃气、规土、消防等多个部门，手续较为繁琐。

(2)相关技术尚不完善，气耗较大，经济性差。对于由柴油车辆改装而成的LNG汽车，在各项工况上但很难完全匹配和优化，发挥LNG的优势。此外，国内气体发动机功能不完善或技术落后，导致热效率较低，导致改造后车辆气耗较大，经济型差。

(3)政策扶持不明确。国家政策现在并没有明确把LNG划分为新能源给予支持鼓励，市场发展前景并不明朗。在用车改用LNG目前也无相应法规和政策，使LNG汽车在交通运输领域的销量增长迟缓。

(4)配套设施建设尚不到位。加气站数量不足是目前天然气商用车发展的最大制约因素。相关数据显示，截至去年底，我国天然气汽车生产企业的数量超过60家，整车产量超过8万辆，但目前我国已经投产的LNG加气站仅300多个。有限的加气站对满足现有天然气汽车使用已显得捉襟见肘。

5 结论和建议

作为以“营造生态宜居的绿色家园，作建设美丽中国的引领者和实践者”为奋斗目标的上海市，在当前大气环境质量受到越来越多关注的形势下，正在采取各种手段探索低碳绿色城市的建设，通过优化提升产业结构、创建高效的低碳能源、交通体系，截至2012年底，上海市已投入140辆LNG公交车。为配合上海“国际航运中心”建设，集装箱汽车改造成LNG的潜力巨大，建议政府高度重视本次工作，发动机厂积极开展研发，主车厂开发适应车型，各能源公司积极参与推广，共同推动天然气汽车在上海的应用。

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