CNG加气母站运营技术经济特点分析_经营管理

摘要

摘要：通过研究压缩天然气(CNG)加气母站的设备和工艺流程，针对3种加气模式——全部为CNG气瓶车加气、为CNG气瓶车和CNG汽车加气、全部为CNG汽车加气，从技术和经济两个

摘要：通过研究压缩天然气(CNG)加气母站的设备和工艺流程，针对3种加气模式——全部为CNG气瓶车加气、为CNG气瓶车和CNG汽车加气、全部为CNG汽车加气，从技术和经济两个方面考察其特点，寻找CNG气瓶车和CNG汽车加气数量的平衡点，力求经济效益的最大化。

关键词：压缩天然气；压缩天然气加气站；加气母站；压缩天然气气瓶车；压缩天然气汽车；加气模式；技术经济

Analysis on Technical and Economic Characteristics in Operation of CNG Primary Filling Station

HAN Jin-li，Wu Guo-chuan，TAN Xu-hui

Abstract：Through studying the equipment and process flow of CNG primary filling station，the technical and economic characteristics of three gas filling modes including only filling CNG cylinder vehicle，filling CNG cylinder vehicle and CNG vehicle and only filling CNG vehicle are investigated. The balance point between the number of CNG cylinder vehicle and CNG vehicle is found to achieve the maximum economic benefit.

Key words：compressed natural gas(CNG)；CNG filling station；primary gas filling station：CNG cylinder vehicle；CNG vehicle；gas filling mode：technology and economy

随着天然气工业的迅速发展和城市环境保护的加强，推广天然气汽车是解决城市大气污染特别是汽车尾气污染问题的有效方式。以天然气代替汽油和柴油作为汽车燃料可有效减少汽车尾气污染。作为城区CNG汽车的燃料供应站，CNG加气站成为人们关注的焦点。由于CNG加气站的造价比较高，因此科学合理地安排加气运行，对于提高加气站的经济效益具有重要意义。本文通过对CNG加气母站的设备特点和加气模式的对比，进行经济效益的分析比较。

1 技术分析

1.1 加气站基本分类

根据CNG加气站设备容量及气源供给方式，CNG加气站一般可分为3种类型：标准站、加气母站、加气子站。

标准站是指通过市政天然气管道直接取气，经过脱硫、脱水等工艺后进行压缩，直接为天然气汽车加气的压缩天然气加气站。通常标准站加气量为600～1000m³/h。

加气母站通过市政天然气管道直接取气，经过脱硫、脱水等工艺后进行压缩，为压缩天然气气瓶车加气，再运至压缩天然气子站为天然气汽车加气，或运至压缩天然气瓶组供应站为城镇燃气输配管网供气。母站也兼具备通过加气机给天然气汽车加气的功能。母站的加气量为2500～4000m³/h。

加气子站通过压缩天然气气瓶车从母站运来压缩天然气为天然气汽车加气，一般均配有小型压缩机和储气瓶组^[1]。

1.2 加气工作原理

CNG加气站的加气方式一般分为慢加气和快加气两种。

慢加气是指利用压缩机加压，通过加气柱直接对天然气气瓶车或天然气汽车加气，加气站中不设置储存系统。

快加气是指在加气站中设置储存系统，压缩机先向储存系统充气，然后通过加气机从储存系统中取气为天然气汽车加气。一次加气时间约为3～6min^[2]。

1.3 主要设备

CNG加气母站主要设备包括脱水装置、压缩机、优先控制盘、储气瓶组、加气柱、加气机，其他设备还包括进站调压计量装置、空压机等，有的加气站还自备发电设备^[3]。

进站计量和脱水装置设在压缩机前，起到计量和净化作用。天然气经压缩机加压后进入储气瓶组或者通过加气柱、加气机为车辆加气。优先控制盘则对整个加气站及加气过程进行控制。空压机为站内气动阀提供压缩空气。

1.4 加气母站工艺流程

CNG加气母站工艺流程见图1。

① 根据优先控制盘的控制，天然气经过调压计量和脱水净化后进人压缩机压缩，并储存于储气瓶组中，过程是由高压储气瓶向低压储气瓶逐组进行；当储气瓶组中的气量达到停机设定值时，压缩机停止工作。

② 当有天然气汽车通过加气机加气时，优先控制盘控制加气机从储气瓶组取气，过程是由低压储气瓶对其加气，当低压储气瓶不能充满汽车时，则切换到中压储气瓶对其充气，如果中压储气瓶还不能充满汽车时，则切换到高压储气瓶对其充气，由高压储气瓶充满汽车。

③ 当有CNG气瓶车通过加气柱加气时，优先控制盘启动压缩机，直接为CNG气瓶车充气，而不使用储气瓶组。

④ 当储气瓶组压力降到设定的最低压力时，优先控制盘启动压缩机向储气瓶组加气，如果同时有天然气汽车加气，压缩机可直接经加气机向天然气汽车加气；而如果有CNG气瓶车通过加气柱加气，则必须等到储气瓶组的高压储气瓶达到设定压力，转向中压储气瓶加气时，压缩机才能同时为CNG气瓶车加气。

1.5 设备运行分析

本文以绿源达公司运行的6座加气母站为例进行对比分析，其成套站内设备分别由美国ANGI公司和加拿大KRAUS公司提供，每座站均配有2台压缩机。3种加气设备的技术指标见表1。

表1 3种加气设备的技术指标对比

项目	美国ANGI公司	加拿大KRAUS公司
压缩机型号	ARIEL JGA/4	ARIEL JG/4/4-342 E-116-ER	ARIEL JG/4/4-339 E-87-ER
进口压力/MPa	0.8～1.0	0.8～1.0	0.6～0.8
公称排气压力/MPa	24.8	26.6	26.6
最高允许工作压力/MPa	36.4	28.9	28.9
额定排气量/(m³·h^-1)	2177	1904	1726
压缩级数	4级	4级	4级
构造型式	水平对置、油预润滑、往复式压缩机
驱动方式	电机驱动
电机功率/kW	328.5	255.5	255.5
冷却方式	风冷	风冷	风冷
加气方式	加气机三级储气装置顺序取气方式和加气柱加气方式
储气装置	储气瓶4台(高压瓶1台、中压瓶1台、低压瓶2台)	储气瓶6台(高压瓶1台、中压瓶2台、低压瓶3台)

经过实际测算，ANGI公司提供的加气设备在只为CNG气瓶车充装的工作模式下，1台压缩机为1辆CNG气瓶车充装需要80min，2台压缩机同时为1辆CNG气瓶车充装需要45min。因此，ANGI公司提供的加气设备，2台压缩机同时充装2辆CNG气瓶车比依次充装要节省10min。

但是KRAUS公司提供的加气设备，2台压缩机为2辆CNG气瓶车同时充装的时间长于2辆车依次充装的时间，因此适合双机组同时为1辆CNG气瓶车充装。这主要是由于设备不同和控制系统差异造成的。

2 经济分析

加气母站具备为CNG气瓶车和天然气汽车加气的功能，为CNG气瓶车加气销售量大但价格低廉，为天然气汽车加气售价高但销售量偏小，并且在天然气汽车加气的同时会影响到CNG气瓶车加气。如何合理安排加气，既可以提高销售收入，又可以维持较高的销售量，实现利润最大化，一直是加气母站在加气运行方面值得探讨的课题。

通过以下3种不同的加气组合模式，对加气量和耗电量进行对比研究，分析加气母站加气组合模式对经济收益的影响，寻找加气组合模式和最大经济效益的平衡点。对比数据采集于2007年绿源达公司运行的6座CNG加气母站；CNG气瓶车为8瓶组大型拖车，有效荷载(折合为标准状态天然气)为3700m³/辆；天然气汽车为CNG公交车，有效荷载为100m³/辆。

3种加气组合模式为：第1种是全部充装CNG气瓶车模式，见表2；第2种是CNG气瓶车和天然气汽车混合加气达到最大加气量模式，见表3；第3种是全部为天然气汽车加气模式，见表4。

加气母站生产班制为每日连续工作16h，CNG气瓶车加气单价为1.90元/m³，天然气汽车加气单价为2.45元/m³。

表2 全GNG气瓶车加气模式每日收支情况

母站序号	母站设备公司	每日耗电量/(kW·h·d^-1)	每日平均电价/[元·(kW·h)]	每日耗电费用/(元·d^-1)	CNG气瓶车数量/辆	每日加气量/(m³·d^-1)	每日售气收人/(元·d^-1)	每日售气收入与电费支出之差/(元·d^-1)
1	KRAUS	8000	0.749	5995	16	59200	112480	106485
2			0.567	4533				107947
3			0.844	6755				105725
4	ANGI	9450	0.678	6406	21	77700	147630	141224
5			0.684	6462				141168
6			0.788	7451				140179

表3 GNG气瓶车和天然气汽车混合最大加气量加气模式每日收支情况

母站序号	母站设备公司	每日耗电量 /(kW·h·d^-1)	每日平均电价/[元·(kW·h)^-1]	每日耗电费用/(元·d^-1)	CNG气瓶车数量/辆	天然气汽车数量/辆	每日加气里/(m³·d^-1)	每日售气收入/(元·d^-1)	每日售气收入与电费支出之差/(元·d^-1)
1	KRAUS	9100	0.749	6819	14	60	57800	113120	106301
2			0.567	5156					107964
3			0.844	7684					105436
4	ANGI	9000	0.678	6101	19	57	76000	147535	141434
5			0.684	6154					141381
6			0.788	7096					140439

表4 全天然气汽车加气模式每日收支情况

母站序号	母站设备公司	每日耗电量/(kW·h·d^-1)	每日平均电价/[元·(kW·h)^-1]	每日耗电费用/(元·d^-1)	天然气汽车数量/辆	每日加气量/(m³·d^-1)	每日售气收人/(元·d^-1)	每日售气收入与电费支出之差/(元·d^-1)
1	KRAUS	800	0.749	599	80	8000	19600	19001
2			0.567	453				19147
3			0.844	675				18925
4	ANGI	1100	0.678	746	86	8600	21070	20324
5			0.684	752				20318
6			0.788	867				20203

从表2～4可以看出：

① 全部为CNG气瓶车加气方式加气量最大，全部为天然气汽车加气方式加气量最小；其中加气量最大的是ANGI站的全CNG气瓶车加气方式。

② KRAUS站CNG气瓶车和天然气汽车混合加气方式的耗电量大于全部为CNG气瓶车加气方式的耗电量；而ANGI站则相反。因此，加气收益最高的是ANGI站的CNG气瓶车、天然气汽车混合加气方式。

③ KRAUS站中的2号站的每日平均电价最低，KRAUS站中的3号站每日平均电价最高，再结合各站加气能力，最终加气收益最低的是KRAUS站中的3号站，加气收益最高的是ANGI站中的4号站。

④ 全天然气汽车的加气模式经济效益最低。

3 结论

① 根据不同的压缩机型号，加气母站的加气效率不同，要根据实际情况选择适合的加气方式。主要是指在全CNG气瓶车加气的情况下，压缩机功率和排气量是影响加气母站加气效率和经济效益的直接因素。

② 加气母站储气系统宜采用三级储气装置，一方面可以快速地为天然气汽车加气，另一方面也减少压缩机启动次数和对CNG气瓶车加气的影响，提高设备的利用率。

③ 选择CNG气瓶车和天然气汽车加气数量的平衡点，是实现加气母站经济效益最大化的有效途径。虽然全CNG气瓶车加气是加气效率最高的模式，但是盲目追求加气量的最大化并不一定能得到经济效益的最大化。

④ 加气母站很高的造价和强大的加气能力，使得采用全天然气汽车加气模式是巨大的浪费，也是加气效率和经济收益的最低点。

参考文献：

[1] 陈二锋，郁永章，张早校，等.CNG加气站常规站与子站的经济性比较[J].压缩机技术，2005，(1)：1-5.

[2] 周伟国，金颖，胡海军.车用压缩天然气加气站的储存系统[J].城市燃气，2001，(1)：28-30.

[3] 贾琳.CNG加气站储气瓶组容积利用率分析[J].煤气与热力，2008，28(6)：B19-B22.

(本文作者：韩金丽吴国川谈旭惠北京绿源达清洁燃料汽车技术发展有限公司北京 100102)