LNG用作汽车燃料的优点

摘 要

摘要：天然气作为车用燃料，与汽油、柴油相比，具有环保性、经济性、安全性等优点，是较佳的汽车代用燃料。关键词：天然气汽车；LNG汽车；环保性；经济性；安全性；汽车代用燃料Advantages of L
摘要：天然气作为车用燃料，与汽油、柴油相比，具有环保性、经济性、安全性等优点，是较佳的汽车代用燃料。
关键词：天然气汽车；LNG汽车；环保性；经济性；安全性；汽车代用燃料
Advantages of LNG Used as Alternative Vehicle Fuel
GAO Limin
Abstract：Compared with gasoline and diesel，natural gas has some advantages including environmental protection，economy and security，it is better alternative vehicle fuel.
Key words：natural gas vehicle；LNG vehicle；environmental protection；economy；seetlrity；alternative vehicle ruel
1 概述
    液化天然气LNG主要成分是甲烷，其作为一种优质燃料，具有洁净、经济、高效、资源丰富和储运方便等优点，在整个能源结构中的比例逐渐增长。天然气用作汽车代用燃料，与汽油、柴油汽车相比，其二氧化碳排放量明显降低，是一种优良的汽车发动机绿色代用燃料；其燃料成本、维护保养成本均较低，具有显著的经济效益；泄漏后不易自燃，不易形成爆炸气体，较安全。因此，天然气是汽车较佳的清洁代用燃料[1～4]。
2 天然气具有环保性
    2009年11月26日，国务院公布控制温室气体排放的行动目标，决定到2020年单位国内生产总值二氧化碳排放量比2005年下降40%～45%。
    根据有关资料统计，城市大气环境污染60%来自机动车辆的尾气排放，公路网的大气环境污染100%来自机动车辆，因此对汽车尾气进行治理刻不容缓。目前，采用天然气作为车用燃料代替传统汽油、柴油，是减少汽车尾气污染的重要措施之一。大力发展天然气汽车事业，提高清洁、高效、优质的天然气能源在我国能源消耗中所占的比例，是坚持可持续发展战略、优化能源结构、提高人民生活质量、保护环境的重要措施。
    现通过以下计算，对比汽油、柴油、天然气作为车用燃料的二氧化碳排放量。
    根据C02潜在排放系数和燃料的平均低位发热量，可计算出燃料燃烧产生C02的量。
   ① 基础数据
   根据国家发展和改革委员会节能信息传播中心发布的数据，C02潜在排放系数见表1。C02潜在排放系数是指一种燃料燃烧或使用过程中单位热量所产生的C02排放量。
表1 C02潜在排放系数
燃料种类
CO2潜在排放系数/(kg·GJ-1)
汽油
69.363
柴油
74.024
天然气
56.224
    根据文献[5]，可查得各种燃料平均低位发热量，见表2。
表2 各种燃料平均低位发热量
燃料名称
平均低位发热量/(kJ·kg-1)
汽油
43124
柴油
42705
天然气
35588
   ② 计算方法
   燃料燃烧产生C02的量按下式计算：
 
行驶相同里程，消耗天然气的质量与消耗其他燃料质量的比值可用下式表示：
 
式中β——行驶相同里程，消耗天然气的质量与消耗其他燃料质量的比值，kg/kg
    α——行驶相同里程，消耗标准状况下天然气的体积与消耗其他燃料体积的比值，m3/L
    ρg——标准状况下天然气密度，kg/m3
    ρf——燃料密度，kg/L
   中海石油气电集团交通新能源事业部于2011年7月26日至29日在北京召开的17个建设项目可行性研究报告(代初步设计)评审会最新提供的经验值为：行驶相同里程，消耗1L汽油相当于消耗1.1m3天然气，消耗1L柴油相当于消耗1.2m3天然气。
    由文献[6]查得标准状况下天然气密度为0.7167kg/m3，由文献[7]查得汽油密度为0.725kg/L，柴油密度为0.835kg/L。
   根据式(2)，可分别计算出：
    β1=1.09
    β2=1.03
式中β1——行驶相同里程，消耗天然气的质量与消耗汽油质量的比值，kg/kg
    β2——行驶相同里程，消耗天然气的质量与消耗柴油质量的比值，kg/kg
    由以上计算数据可知，行驶相同里程，消耗1t汽油相当于消耗1.09t天然气，经计算燃烧1.09t天然气产生2.18t的C02，比燃烧1t汽油减排0.81t的C02；行驶相同里程，消耗1t柴油相当于消耗1.03t天然气，经计算燃烧1.03t天然气产生2.06t的C02，比燃烧1 t柴油减排1.10t的C02。
    由此可见，以气代油发展天然气汽车是一项绿色环保工程，可以有效地减少二氧化碳排放量，对于创造人和自然的和谐环境具有非常重要的意义。
3 天然气具有经济性
    ① 天然气具有价格优势
    目前，西安市2011年燃料最新售价为柴油7.41元/L、汽油7.31元/L、LNG 3.60元/m3。对出租车及公交车使用两种燃料进行比较分析，详见表3。
表3 燃油燃气费用比较(天然气价格按西安最新售价)
项目
汽油
天然气
出租车
燃料单价
7.31元/L
3.60元/m3
车辆数/辆
100
100
每辆车每100km燃料耗量
9.09L
10.0m3
每辆车日行程/km
300
300
车辆日总燃料耗量
2727L
3000m3
日总耗燃料费用/(元·d-1)
19934
10800
项目
柴油
天然气
公交车
燃料单价
7.41元/L
3.60元/m3
车辆数
100
100
每辆车每100km燃料耗量
25.0L
30.0m3
每辆车日行程/km
200
200
车辆日总燃料耗量
5000L
6000m3
日总耗燃料费用/(元·d-1)
37050
21600
    通过表3可以看出，按照各车辆日行程，以100辆车计，每天分别可以节省燃料费用：出租车为9134元/d，公交车为15450元/d。
    目前，由于我国天然气资源缺乏，国家发展和改革委员会表示，适当上调天然气价格，对于合理有效配置天然气资源，保证天然气供应十分必要。
    国家发展和改革委员会于2010年6月1日完善了相关价格政策。要求各地天然气价格(元/m3)与90号汽油最高零售价格(元/L)比值调整到0.75：1的比价关系，保持车用气的合理比价。
    行驶相同里程，消耗1L汽油相当于消耗1.1m3天然气，汽油价格以7.31元/L计，用户可承受天然气价格最高为6.65元/m3。按照国家发展和改革委员会关于提高国产陆上天然气出厂基准价格的通知，天然气最高售价为5.48元/m3。比用户可承受的最高价格6.65元/m3还要低1.17元/m3。
    根据国家发展和改革委员会调控之后的燃料价格，对出租车及公交车使用两种燃料进行比较分析，详见表4。
表4 燃油燃气费用比较(天然气价格按国家发改委调控之后最高售价)
项目
汽油
天然气
出租车
燃料单价
7.31元/L
5.48元/m3
车辆数/辆
100
100
每辆车每100km燃料耗量
9.09L
10.0m3
每辆车日行程/km
300
300
车辆日总燃料耗量
2727L
3000m3
日总耗燃料费用/(元·d-1)
19934
16440
项目
柴油
天然气
公交车
燃料单价
7.41元/L
5.48元/m3
车辆数/辆
100
100
每辆车每100km燃料耗量
25.OL
30.0m3
每辆车日行程/km
200
200
车辆日总燃料耗量
5000L
6000m3
日总耗燃料费用/(元·d-1)
37050
32880
    通过表4可以看出，按照各车辆日行程，以100辆车计，每天分别可以节省燃料费用：出租车为3494元/d，公交车为4170元/d。
    可见，在西安市相对于汽油、柴油而言，城市交通车辆使用天然气更具有价格优势，用户具有较强的承受能力。使用天然气作为汽车燃料，将大大降低汽车的运行成本。
    ② 冬季汽车易发动，可节省费用
    LNG汽车克服了汽油车、柴油重载汽车冬季发动困难的难题，方便了用户的使用，节省了费用。
    汽油车在冬季发动困难是因为汽油发动机在冷启动时，汽油中只有最轻组分蒸发形成混合气进行燃烧，若10%馏分馏出温度过高，发动机因混合气中油气过少而启动困难，启动时间增长，增加了耗油量[8]。柴油馏分组成不能太重，小于300℃馏分的含量愈少，启动愈困难。
    LNG基本上是纯质烷烃，其中甲烷体积分数达到96%以上，给发动机提供了稳定的可控制的空燃比，使发动机的工作性能得到优化，发动机燃烧平衡，相对于汽油车、柴油车，不存在发动困难的问题，节省了燃料消耗。
    根据山西煤炭运销集团大元新能源有限公司LNG加注站建设、经营及LNG重载汽车推广项目十二五建设规划测算，此项优点使每辆重载汽车每年可节省2×104元。
   ③ 可延长设备寿命
   以LNG为燃料的汽车，可延长设备寿命，降低费用。由于天然气燃烧完全，结碳少，减少气阻和爆震，使发动机寿命延长2～3倍，大修理间隔里程延长(2.0～2.5)×104km，天然气汽车相对汽油车、柴油车年降低维修费用50%以上[7]。
4 天然气具有安全性
    天然气、汽油、柴油的自燃点、爆炸极限、密度见表5。
    表5中，天然气的液态密度是指在沸点(约-162℃)下天然气的密度；气态密度是指标准状态(101.325kPa，0℃)下天然气的密度。汽油、柴油的液态密度是指在常温常压(101.325kPa，20℃)下的密度；汽油的气态密度是指在常温常压(101.325kPa，20℃)下的密度；柴油为重组分油，不易挥发，气相可忽略。
表5 燃料性质对比
项目
天然气
汽油
柴油
自然点/℃
650
427
260
爆炸极限/%
5.O～15.O
1.O～7.O
0.5～4.1
密度/(kg·m-3)
液态
423
725
835
气态
0.7167
5.O930
—
    天然气的自燃点一般在650℃，相对汽油、柴油来说，自燃温度高。LNG车用技术采用低温低压储存，一般在-146℃，压力不大于1.2MPa，车载气瓶采用双层抽真空绝热技术。LNG加气站由于工作介质的低温低压，储存容器及相关设备具有可靠的耐低温性能，符合GB 18442—2001《低温绝热压力容器》、GB 50264—97《工业设备及管道绝热工程设计规范》等相关规范，安全性较好。根据中海油做的烟头实验，液态天然气甚至可以熄灭点燃的香烟，这说明液态天然气是不容易被点燃的。天然气意外泄漏后，不容易自燃[9]，而汽油车、柴油车在碰撞或翻覆着火后，容易爆炸。
    天然气的爆炸极限为5%～15%，且密度小于空气，稍有泄漏即挥发向上扩散。LNG泄漏到地面，会吸热挥发，不会产生任何残留物。
    汽油、柴油的爆炸下限低，汽油气化后密度大于空气，柴油为重组分油，泄漏后不易挥发；汽油、柴油如果泄漏到地面，滞留时间较长，容易引发燃烧、爆炸等危险。
    因此，作为车用燃料，天然气相对汽油、柴油更安全。
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[9] 韩金丽，杨永慧，张悦.北京市发展天然气汽车的探讨[J].煤气与热力，2011，31(4)：B11-B20.
 
(本文作者：高黎敏 陕西省燃气设计院 陕西西安 710043)