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吕锡民:天然气车未来展望分析

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【大纪元2019年04月30日讯】2016年,台湾新政府上台,制定能源结构目标,其中天然气发电占比,从2015年的33%提升至2025年的50%。耗能(12%)与温气排放(14%)占比居高不下的运输部门,岂可自绝于天然气燃料使用的门槛之外。

随着各国政府对内燃机驱动车辆尾气排放的限制,以及对化石燃料使用及耗尽的关注日益增加,替代燃料越来越受到欢迎。由于各种原因与优势,天然气是具有广泛应用的替代燃料之一,包括:立即可用性、相对于传统燃料的低成本和低排放潜力、在常规柴油和汽油引擎中的适用性等等。天然气普遍蕴藏在世界各地且供应稳定,因此,天然气已被广泛用作引擎的一种清洁替代燃料。

天然气车辆(NGV)是使用压缩天然气(CNG)、液化天然气(LNG)、液化石油气(LPG)等清洁燃料,作为其他化石燃料,如柴油与汽油等替代燃料的车辆。天然气车辆(NGV,甲烷)不应与由LPG(液化石油气,丙烷)驱动的车辆相混淆,因为两者基本上是使用组成完全不相同燃料的车辆。

天然气压缩至150kg/cm2或以上者,称为压缩天然气(CNG),主要供做车辆动力燃料。天然气压缩并冷冻后,将变成低温液态,以便运输或直接当作车辆燃料,即称液化天然气(LNG)。液化石油气(LPG)是丙烷、丁烷、或二者混合物,在常温下虽为气体,但稍加压力很容易液化为液体,所以称作液化石油气,液化石油气多在加压情况下装入钢瓶,故亦称之为钢瓶气,液化石油气在台湾用途广泛,包括车辆、烹饪、加热洗澡水等。在台湾,凡是利用CNG或LPG作为燃料行驶的车辆,都称它瓦斯车。

目前汽油动力车辆可以直接转换为CNG或LNG车辆,并且可以具有专一燃料(仅天然气)或双燃料(汽油或天然气)功能。用于重型卡车和公共汽车的柴油引擎也同时可以作如上述形式的转换,亦即,加装包含新式火花点火系统的天然气车,或者可以柴油和天然气双混合物燃料运行,其中主要燃料是天然气,而少量柴油则用作点火源。

在2015年,全球共有2,274万辆NGV,拥有NGV车队由高至低的国家分别为:中国(441万辆),伊朗(400万辆),巴基斯坦(370万辆),阿根廷(249万辆),印度(180万辆),巴西(178万辆)。

再以NGV分布地区划分,亚太地区的680万辆领先全球,其次是拉丁美洲的420万辆。在拉丁美洲,近乎90%的NGV都具有双燃料引擎,这将允许车辆使用汽油或CNG。在巴基斯坦,几乎每一辆车都可转换成(或制造成)使用替代燃料的车辆,并且这些车辆通常都能保持在汽油燃料上运行的能力。

天然气车辆在天然气丰富的地区或国家很受欢迎,由于政府的选择使得CNG价格低于汽油。天然气使用始于二十世纪三十年代位于意大利的波河谷这个地方,接着是八十年代的纽西兰,尽管其使用量已经开始下降。在纽西兰使用天然气的高峰期,全国有10%的汽车被改装,约11万辆。在美国,CNG公交车是许多公共交通机构所最喜欢的选择,数量超过114,000多辆,主要是公共汽车。印度,澳大利亚,阿根廷,德国等也在公共交通工具中广泛使用天然气动力巴士。

CNG车辆在南美洲是很常见的,数量约占全球NGV车队的35%,其中这些车辆主要用作阿根廷和巴西境内主要城市的出租车。正常情况下,标准汽油车在专业车间改装成CNG车辆,安装作业包括后车厢中的气瓶,CNG射入系统,电子设备等等。

2006年,FIAT巴西子公司推出FIAT Siena Tetra Fuel,这是一款由Fiat Brazil子公司Magneti Marelli所开发出来的一种可使用四种燃料的小型客车。该款车型可使用的燃料为:(1)100%乙醇(E100);(2)E20到E25混合燃料(亦即,乙醇-汽油混合燃料);(3)纯汽油;(4),天然气等四种。该款车型可根据路况需要,自动从汽油/乙醇混合燃料模式切换到使用CNG燃料模式。

以天然气为车辆燃料的主要优点之一是它提供了一个便宜的能源,随着世界继续使用诸如汽油和柴油等昂贵的燃料之际,低成本天然气提供了一丝希望。虽然使用天然气所伴随的减排效益是其当作运输燃料应用的主要着眼点,特别是在大都会地区,另外这几年来,随着油价大幅上涨,使用天然气的成本效益越来越大,成为许多新用户一项需要真正考虑的因素。

在大多数国家,相当于每加仑的天然气比柴油和汽油便宜得多,即使考虑到与压缩相关的成本,甚至考虑到天然气对柴油和汽油热效率较低的因素时,天然气作为运输燃料仍具有显着的经济效益。尤其是汽油和柴油必须经过复杂的石油精炼过程,而另一方面,天然气从产址到车辆引擎则需要更少的加工程序。同时,天然气市场也不太容易出现价格波动,在与石油产地相比之下,天然气资源在全球范围内分布更为均匀。

然而,开发天然气基础设施,例如,输气管路及加气站等,所需要的高成本,仍是天然气作为替代燃料适应性上的最主要障碍。但是在需求趋势、经济学支持性及政府奖励等充分可见度上,这些障碍似乎又是可逾越的,因为几乎所有已开发国家已经备有完善天然气基础设施,提供投资者有利奖励计划,例如贷款,补贴,进口关税豁免等等,以及降低或取消机具、设备进口关税,并对加气设施的建设和运营免课征销售税。可惜的是,一旦加气设施和NGV客户补贴耗尽,新的CNG灌装设备的预期盈利能力就不再具吸引力。例如在加拿大,由于加气设施投资的减少,因而导致整个NGV部门的崩溃。

安装天然气基础设施的成本可能因大小,容量及天然气添加方式(例如快速填充或耗时填充)而有显着差异。因此,成本可以因设施与国家的不同而有所不同。由于土地是建造一座CNG站的重要组成部分,因此加气站的主要成本取决于在新址或现有加油站上建造加气站的决定。在全球,经由不同研究,我们确定建造一座CNG站的平均成本在60万美元至100万美元之间,此金额不包括土地成本。

在发展天然气作为车辆燃料的相关面向上,除了上述的短期经济学考量之外,尚有许多社会经济学面向需要含括进来。例如,NGV的重大影响之一是替当地企业制造许多经济上的机会。这些机会包括:建造新加气站与供气基础设施时所制造的相关营造工作;改造现有引擎的相关就业,以及为了扩大该产业,进行制造,并供应相关零件、设备的工作。

以巴基斯坦(全球第三大CNG用户)为例,该国的NGV部门吸引十多亿美元的投资计划,并且创造121,000多个直接和间接就业机会。此外,在大多数NGV使用户国家,由于天然气比汽油或柴油的价格明显偏低且稳定,因此提高客户的购买力。

在许多国家里,我们可找到将汽油或柴油转换成LNG/CNG燃料的转换套件,以及提供安装服务的技术人员,然而,价格和转换品质有很大的差异。最近,美国已放宽相关设备认证规定,其中私人认证公司已被含括进来,CNG套件安装费用已降到$6,000以上的范围,这与车辆的类型有关。

依据美国2017年1月各种车辆燃料零售价格,在燃料价格系以每单位GGE(汽油加仑当量)多少美金(USD)计算之下,我们可以看到电动车所用电力是最便宜的(1.21),其次依照小到大顺序分别为:CNG(2.11),LNG(2.23),柴油(2.30),汽油(2.32),B20(2.32),E85(2.65),B99-B100(2.99),LPG(3.84)。因电动机效率比内燃机高3.4倍,因此电价下降3.4倍。

美国2000年至2017年间的平均零售燃料价格显示,石油燃料(汽油和柴油)的价格是液体燃料价格的主要动力,因为液体燃料用于非专用车辆,如果液体燃料价格涨得太高,则可以用石油燃料代替。因此需求将会下降,直到液体燃料价格下降到接近石油燃料价格。然而,因为运输部门只占天然气和电力市场一小部分,所以天然气和电力价格比较不受石油液体燃料价格波动影响。

因此,天然气动力车辆相对于汽油动力车辆的运行价格会越来越便宜是很有可能的。如何对转换套件的购买和安装进行资助是一项问题。若干补助可经由能源部来提供。基本上,私人自筹资金租赁转换设备以换取稍高的天然气添加成本是可行的,因为这可替流动性紧张的消费者提供相当大的优势。

现有文献显示,天然气在世界各国作为运输燃料的应用已取得重大成果。虽然在全球范围内,天然气车辆技术的环境效益已经确立,但是根据最新研究结果,将甲烷的短期寿命及高排放量一起考虑进来,天然气车辆的生命周期排放比配备废气排放过滤器的现代柴油引擎技术来得高。因此在厘清这项疑问之前,天然气车辆的环境效益是不确定的。

同样地,天然气车辆目前面对的发展障碍之一是石油的价格,往年石油价格已经下降一半。因此天然气车辆需要面对的首要问题是油价相对较低,这趋势对天然气车辆发展将产生什么影响值得我们探讨。在现行低油价下,投资回报对于天然气车辆成功开发至关重要,目前看来,这可能是一项挑战。往往政府奖励措施,例如大多数国家所提供者,可能对此窘境的解除有所裨益。

最后展望未来天然气车发展前景,尽管ANG(吸附天然气)技术尚未广泛使用,例如普设加气站或提供消费性储气瓶等仍有待突破,但是ANG的500psi低压压缩,相对于CNG的3,600psi,实质上具有降低天然气基础设施及燃料储槽等成本的潜力,这是值得汽车业界思考的重点商机。

责任编辑:朱颖

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2019-04-30 11:10 AM
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