摘要：介绍了LNG汽车的工作原理，从国际、国内两方面阐述了车用LNG的发展现状。结合天然气利用政策、LNG客户、LNG汽车经济性、安全性、LNG汽车冷能回收分析了车用LNG的市场前景。

关键词：LNG汽车；  车用LNG；  燃料经济性；  市场分析

Analysis on Development Status and Market Prospect of LNG Vehicles

Abstract: The working principle of LNG vehicles is introduced．The development status of LNG for vehicles at home and abroad is described．The market prospect of LNG for vehicles is analyzed in terms of natural gas utilization policy，LNG customers，LNG vehicles economy，safety and cold energy recovery in LNG vehicles．

Key words: LNG vehicle；LNG for vehicle；fuel economy；market analysis

随着我国经济和汽车工业的迅速发展，石油资源短缺的形势更加严峻，与此同时环境污染也日益加重。研究结果表明，城市空气中90％以上的一氧化碳、60％以上的碳氢化合物和30％以上的氮氧化物来自汽车尾气排放^[1]，降低汽车尾气排放已经成为城市环保的迫切要求。LNG作为天然气的一种气源形式，在其液化生产过程中，除去了更多的杂质，天然气低碳烃含量更高。若将LNG作为汽车燃料，将使汽车尾气中一氧化碳减少97％，汽车噪声减少40％，环保效益相当显著^[2]。

LNG储存在110 K的低温下，在气化过程中将释放出大量冷能，如果将该冷能回收用于汽车冷藏或汽车空调，可以节约汽车的制造及运营成本。此外，LNG的能量密度较大，同样容积的LNG车用储罐装载的天然气是CNG汽车储罐的2．5倍，使得LNG汽车续驶里程较长。国家在十二五规划中提出节能与新能源汽车发展战略，给LNG汽车及加气站的应用推广带来了新的契机。

1 LNG汽车工作原理

LNG汽车的燃气系统由LNG气瓶、电控调压器、气化器、液位仪、空气滤清器、安全装置(如过流阀、安全阀和防爆片)以及一系列阀件(如充液阀、截止阀和单向阀等)组成。LNG气瓶是储存液化天然气的专用气瓶，正常工作压力为0．65～1．59MPa，工作温度为-162℃。LNG汽车的工作原理^[3]见图l。

当发动机起动，阀门打开，LNG气瓶内的液化天然气依靠气瓶自身的压力，通过控制阀和燃料限流阀进人气化器中。气化器通过发动机回水来对LNG进行加热，在气化器中液化天然气被气化成气态天然气。

天然气发动机正常运转所需要的天然气压力范围为0．6～0．8 Mpa^[4]，该压力通过气化器后供气管路上的电控调压器来控制，确保气体燃料的压力不超出发动机规定的压力范围，安装时应保证电控调压器天然气出口与混合器进气口距离控制在500mm以内。

天然气与过滤后的空气在混合器中混合，从而为汽车发动机提供燃料。为了增加供气管路上的气体容量，在发动机负荷发生变化时，保持供气压力的相对稳定，在LNG汽车的供气管路上，还装设有缓冲器。当天然气燃烧后，燃烧产物经过催化转化器排到大气中，由于有污染的气体在催化转化器中参与化学反应，使得最终排到大气中的汽车尾气污染物大幅减少。

2 车用LNG的发展现状

2．1 国际方面

20世纪70年代，受当时能源危机的影响，全球LNG工业开始发展。到20世纪80年代，LNG贸易增长率达到8％，是世界发展最快的燃料之一。2000年，世界LNG贸易增长率为l0．1％，消费量达1 369．6×10⁸ m³，占全球天然气消费总量的5．7％。

根据英国石油公司(BP)2012年发布的《BP Energy Outlook 2030》，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l5％。LNG贸易的增长量是全球天然气产量增长量的2倍。

随着世界范围内LNG工业的规模化发展和推广速度的加快，美国、加拿大、德国、日本等国家加大了对LNG汽车的研究力度，并于20世纪90年代初开始小规模推广。美国在1996年制定了第一个LNG车用燃料系统的标准NFPA57《液化天然气(LNG)车辆燃料系统》。截至2011年，美国大约有3 000余辆LNG汽车在运行^[5]。根据欧洲天然气汽车工业协会2011年的数据，全球天然气汽车保有量达到了l4 518 200辆，部分国家天然气汽车及CNG、LNG加气站数量统计见表1。

由表l可以看出，伊朗、巴基斯坦、阿根廷、巴西、印度和意大利等几个国家的天然气汽车拥有量接近世界天然气汽车总量的80％，且全部采用CNG汽车。通过表l中CNG加气站与LNG加气站数量对比，可以判断，世界范围内LNG汽车数量远远小于CNG汽车数量，车用LNG处于起步阶段。

2．2 国内方面

20世纪90年代初，我国开始发展LNG工业。2001年9月，国内首座商业化运行的LNG工厂——河南中原液化天然气工厂试投产运行，生产规模为15×10⁴ m³／d，LNG年产量达到4×10⁴ t／a。近年来，我国LNG工厂发展迅速。目前，LNG的生产总规模近1 000×10⁴ m³／d，年产量超过260×10⁴ t。另外，在建和拟建设的LNG液化项目还有30个左右，近1～2 a陆续投入运行，而且规模有增大的趋势，为200×10⁴～300×10⁴ m³／d^[6]。

但是，与其他国家相比，我国燃气汽车的比例很低。据国家统计局发布的2011年国民经济和社会发展统计公报，2011年末我国民用汽车保有量达到10 578×10⁴辆，而天然气汽车数量为60×10⁴辆左右(主要是CNG汽车)，占汽车总量的0．6％。

截至2010年，国内有近6 000辆LNG汽车，推广使用LNG汽车的城市主要有北京、贵阳、长沙、乌鲁木齐等，均以LNG公交车为主。表2为近几年来我国LNG汽车的发展情况^[6]。

LNG加气站建设数量与LNG汽车产业化发展是密不可分的，据中国国际液化天然气大会的统计数据，截至2011年5月，全国共建设LNG加气站101座，其中79座在新疆。

3市场前景分析

3.1 天然气利用政策分析

目前，我国已征收燃油税，这使得汽油、柴油的零售价格与天然气的价格差进一步扩大，因此，汽车使用天然气作为燃料将会发挥更好的经济效益，可以调动经营者和使用者双方的积极性。同时，国家从汽车的生产环节入手，采取停止生产采用简单化油器型发动机的汽车等措施，解决汽车尾气问题，这样更推动了汽车生产商开发生产清洁能源汽车^[7]。

另外，十几年的实践证明，天然气汽车的环保性和经济性得到了人们广泛的了解和认可，在技术、设备、专业队伍、行业标准、基础配套设施等方面打下了较好的基础，如国家工业和信息化部公布的《节能与新能源汽车产业发展规划(2011-2020)》、国家能源局发布并于2011年11月1日开始实施的《液化天然气(LNG)汽车加气站技术规范》等。此外，一些地方政府研究制定了如LNG、燃料电池等清洁能源汽车的发展规划，并颁布了支持天然气汽车发展的优惠政策，这些都为天然气汽车的大规模发展创造了条件。

LNG在汽车上的应用主要是城市公交、环卫车辆、出租车、城际大巴、重卡等。

①城区公交车辆：由于LNG能量储存密度大，方便储存和车载，因此，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，提高效率。在LNG公交车加气便捷的情况下，现有CNG公交车更新换代或者改装为LNG车辆的可能性较大，故公交车辆可作为LNG主要客户之一。

②城区环卫车辆：环卫车辆主要有洒水车、扫地车和垃圾车等类型，在国内一些城市，已经开始推广采用天然气环卫车辆。随着环境保护政策的不断加强，环卫车辆可作为LNG潜在客户。

③出租车辆：由于LNG气瓶一般为双层金属真空加多层缠绕超低温绝热结构，气瓶较厚，出租车后备箱体积较小，改装受到一定限制。但随着LNG的不断发展和市场的培育，出租车可作为LNG潜在客户。

④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，为其提供燃料补给，这类车辆也将成为LNG主要客户。

根据天然气及燃油的燃烧特性，天然气的低热值为35．41 MJ／m³，0号柴油的低热值为40．2 MJ／kg，0号柴油的密度为0．84 kg／L，按二者热效率相同考虑，则1 m³天然气的行驶里程等效于1.05 L的0号柴油。一台265 kW的重卡每l00 km油耗按50 L计算，一年行驶10×10⁴ km，则需耗油50 000L，相当于耗天然气47 620 m³，如果0号柴油按7．3元/L计算，LNG零售价格按5．5元/ m³计算，则用LNG比用柴油每辆车每年可节约10×10⁴ 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10×10⁴元，一辆在用重卡改造为LNG重卡改装费需8×10⁴元左右。重卡使用LNG作为燃料后，不到一年就可收回高出柴油重卡的成本，之后，使用LNG作燃料比使用柴油作燃料将便宜28％左右。

一辆大巴柴油车改装成天然气单燃料车费用为(6～10)×10⁴元。对改装后的尾气排放治理的效果和回收改装费的价值而言，油改气汽车适用于车况好、运行3 a以内的公交车、长途客车，对运行4 a及以上的车，改装意义不大。

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％-l5％，气化后的密度比空气小，稍有泄漏便挥发扩散，因此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^[8]。此外，LNG的储存压力小于l．6 MPa，远低于CNG的储存压力，其车载气瓶一般采用耐低温的特殊材料制造，夹层真空屏蔽，外部设置相应厚度的隔热保冷层，这样可以避免CNG因采用高压气瓶带来的潜在危险。

LNG作为汽车燃料具有供冷的优势。LNG在气化过程中，会释放出大量冷能，其制冷量为860～883 kJ／kg。如果将这部分冷能回收加以利用，将其用于汽车空调，或是为冷藏车提高冷量，则不必为汽车专门配备制冷系统，可以节约汽车制造成本和运输成本，具有显著的经济效益。

4 结论

LNG主要应用于城际大巴、重卡、城市公交、环卫车辆、出租车等，与CNG车辆相比，LNG作为车用燃料，将使这些车辆续驶里程加长，加气次数减少，行车效率提高；同时，LNG相比于燃油，具有价格上的优势，其作为车用燃料具有较好的经济效益。

在国家倡导清洁能源的时代背景下，随着LNG工业的发展、车用LNG相关技术的不断成熟，以及政府对车用LNG相关优惠政策的逐步落实，可以预见，车用LNG产业将具有广阔的市场前景。

参考文献：

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本文作者：钟伟廖长缨 黄小美 彭世尼