李世豪：发展天然气公共汽车 共创绿色公交
以天然气(NG)为能源取代汽油、柴油燃料的天然气汽车(NGV)，包括压缩天然气汽车（CNG）和液化天然气汽车（LNG），自20世纪以来在世界范围得到了普遍发展。这是因为，生态恶化和石油短缺已经成为全球关注的焦点。环境污染则直接威胁着人们的健康和生存，使人类生存面临着前所未有的挑战；能源短缺将直接影响世界各国经济的持续发展，由此引起人们对石油资源长久性和依赖性的忧虑与担心。
天然气作为公认的清洁能源，与煤炭、石油并列为世界能源的三大支柱。据研究资料显示，世界已探明的石油储量，按现在的消耗速度只能再支撑40～70年。而已经探明的天然气储量，预计可以开采利用200年以上。
天然气汽车的应用与运营之所以在世界各国获得成功，除了资源丰富这一主要促进因素之外，它还是一种优良的绿色环保汽车燃料。同时，天然气汽车的燃料消耗成本较低，通常比燃油汽车节约燃料费50%左右。除此之外，通过加大供气基础设施的建设和随车贮气装置的改善，天然气汽车的运行能力也不断提高。社会普遍认为，天然气汽车是目前最具有推广价值的低污染、低消耗的汽车。可以说，21世纪是天然气汽车工业发展的一个重要方向，是天然气汽车的新世纪。
一、天然气汽车的普及情况与发展前景
1、世界天然气汽车的普及情况。天然气汽车以低排放、抑制温室效应和摆脱对石油的依赖这三大特性，正在世界范围内得到普及和推广。截止到目前，仅亚太地区就拥有495万辆天然气汽车。其中，位居第一位的巴基斯坦保有量为200万辆；中国第四位，保有量约40万辆（见表1）。
表1：亚太地区天然气汽车及加气站的普及情况
近二十多年来，世界天然气需求持续稳定增长，平均增长率保持在2%。预计到2020年，天然气在世界能源组成中的比重将会增加到30%。到21世纪中后期，天然气在世界能源结构中的比重将超过石油，成为世界第一大能源。
2、天然气汽车在我国发展迅速。2001年以来，国内CNG汽车快速发展；
至2008年底，20个天然气汽车重点推广城市CNG汽车30万辆，全国近50万辆。汽车用天然气增长迅猛，2002年4.0亿立方米，2004年9.2亿立方米，2005年15亿立方米，2006年19.2亿立方米，2007年24.5亿立方米，2008年27亿立方米。在气源附近的城市如如四川、重庆、乌鲁木齐、西安、海南、银川和兰州等地，公交出租气化率达到90%以上。
从图一可以看出，LPG汽车基本保持稳定甚至有所下降，而CNG汽车则保持了快速发展。
图1 我国燃气汽车历年数据统计(单位：辆)
表2为燃气汽车及加气站在我国主要城市的推广情况（截至2004年底）。
注：截至目前，北京天然气公交车保有量已达3800辆。
可以预见，随着国内加气站网络建设的完善，天然气汽车必将得到大力推广，天然气企业和天然气汽车行业的市场空间将更为广阔。
3、国内天然气汽车加气站稳定增长。
燃气汽车保有量的增加及使用率的提高极大的增加了汽车能源消耗的替代效益。截止到2008年底，中国已有80余个城市拥有了加气设施，加气站数超过780个。天然气市场逐步走向成熟，基本形成八大区域性市场。
图2 我国天然气市场分布图
目前，除西藏自治区未利用天然气外，其余30个省份都有不同程度的应用。其中广东已利用广东进口的LNG；广西部分利用北海气及小型LNG；江西、福建利用小型LNG；其它省市均不同程度的利用油田气和管道气。2008年，中国天然气消费达到784亿立方米，占能源消费的比重已从2002年的2.1%增长到3.3%。
4、天然气是国际公认的洁净能源。天然气的主要成分是甲烷，燃烧后的主要生成物为二氧化碳和水，氧化硫（SOX）的排放为零。图3为煤炭、石油、天然气三者燃烧后的排放情况的对比。当煤炭燃烧后二氧化碳（CO2）、氮氧化物（NOX）、氧化硫（SOX）的排放量为100时，天然气燃烧后二氧化碳（CO2）的排放为60%；氮氧化物（NOX）的排放为40～60%；氧化硫（SOX）的排放为0。
近几年来，我国汽车保有量增长较快，年增长率接近15%，汽车的污染问题在一些大城市已日趋严重。随着经济的增长和人们生活水平的提高，汽车的需求量还会不断扩大，尾气排放问题将越来越突出。我国政府对治理汽车污染十分重视，采取了一系列对策措施。从实际发展和使用情况来看，天然气汽车可有效降低汽车排气中的有害成分，是控制大气污染的有效措施之一。
图3 三种燃料燃烧后的排放情况的比较
二、天然气供应与能源消费结构调整
1、世界天然气探明储量十分丰富。推广和使用燃气汽车自然会联想到燃气的储量与供应状况。图4为近30年世界天然气探明储量示意图。其中显示，1970年天然气储量为石油储量的50%；1985年上升至80%；到2000年则达到了石油储量的103%，相当于1400亿吨石油。是十分客观的21世纪的能源消耗对象，堪称具有划时代意义的重大发现。
图4 已探明的世界天然气储量
根据美国地质调研所2000年提供的世界天然气已探明储量分布情况。其中，前苏联约占40%；中东约占35%。同资料还列出了未探明储量的分布情况。其中显示：包括亚洲、北美、非洲、中南美洲在内的世界尚未探明的天然气储量与已探明的储量基本相当。如果继续进行资源开发的话，可能实现天然气探明储量翻一番。
2、中国开始大量进口天然气以替代煤炭和石油。中国第一个液化天然气接收站将在广东投产，这标志中国将通过进口清洁便宜的液化天然气，改善能源结构并解决大量石油替代。同时也表明液化天然气市场正在迅速发展和不断扩大。在未来几年内将迅速达到2500万吨/年以上。到2020年，按目前规划的在建项目，中国至少要进口6000万吨/年液化天然气，相当于进口8000万吨的石油，可以大量替代煤炭和石油。需要补充说明的的是，液化天然气的海上运输，已经可以象使用轮船运送石油一样方便。加之前苏联诸国家天然气资源又十分丰富，中国同这些友好国家确立的管道输送（进口）计划正在有步骤的实施。
3、推广使用天然气汽车有利于改善能源消费结构。我国以天然气替代石油具有巨大的现实发展空间。预计到2015年，天然气在我国能源消费结构中的比重，将由目前的3.3%提高到8%左右。以汽车燃料消耗为例，2005年我国汽车保有量达3800万辆（其中私车1300万辆），并以每年近9%的速度持续增长。预计到2020年将突破11000万辆（其中私车7200万辆）。目前，全国汽车年耗油量约11000万吨，占石油消耗量的40%。如果将20%的汽车改为CNG燃料，每年耗用天然气约242亿立方米，可替代原油2200万吨，占我国目前石油年消耗量的7.5%，占年石油进口量的22%，对国家能源结构调整战略贡献巨大。
我国也是天然气资源比较丰富的国家，气层资源蕴藏量为38万亿立方米，已探明的储量为1.52万亿立方米。储量集中的西部地区，天然气价格相对燃油价格具有较大优势，这些都十分有利于我国天然气汽车的快速发展。
4、世界天然气市场仍然是供大于求。尽管这两年液化天然气价格也在大幅上涨，但是上涨的幅度远远低于石油。中海油公司第一期为广东签的液化天然气是20美元/桶，每年370万吨，25年之内价格基本不变。根据种种理由推断，即使10年以后天然气也会比较便宜。即便天然气随着油价价格浮动，但石油价格每涨1块钱，天然气价格的上涨幅度大概也只相当于油价上涨幅度的20％。
各国政府和企业对未来天然气供应同样持乐观态度。以德国为例，2003年国内生产的天然气占消费总量的20%，其余80%分别依靠进口来满足，并不担心国家天然气安全供应问题。主要措施是，与欧洲天然气生产国建立长期合作关系，在天然气管网建设中联合投入了大量人力、物力和资金，为天然气多渠道进口奠定了坚实的设施基础。加之德国多家大型生产企业和进口公司，与国外主要天然气生产企业分别签订的是长期“照付不议”合同等，为未来稳定供气提供了有利保障。这些做法，同样也值得我们国家借鉴。
三、促进天然气汽车发展的对策措施
1、改善车用天然气的供应能力。天然气汽车在世界范围内迅速发展的一个主要推动力，是能源结构的调整和环境保护的压力。许多发达国家的政府为了保护环境，制定各种优惠政策鼓励发展燃气汽车。在这些国家，天然气供应网络已经形成。
图5：中国LNG接收站分布图
在过去的二十多年中，我国城市天然气供应量有较大的增长，进口天然气的规划与建设项目也陆续完成，这些都为燃气汽车的发展提供了良好机遇。从图5可以看出，我国沿海主要城市已建成或正在建设中的LNG接收站已形成规模，而内陆的省份通过国家的西气东输、川气东送、陕汽进京及煤层气等的建设，天然气的供应瓶颈已基本解决。
2、加快天然气汽车关键技术的研究 。其中主要包括：
1）电子控制技术。将先进的电子控制燃料喷射技术应用于天然气发动机，以便根据发动机的温度、负荷、转速等关键参数，对天然气供给、混合气浓度、点火正时等进行精确控制，以提高发动机的功率和降低排气污染。
2）空燃比控制和优化燃烧技术。空燃比控制在电子控制燃料喷射发动机的应用效果非常好，它通过监控发动机排放状态实时调节空然比，并通过高能、精确点火等自动协调优化方式，由此实现最佳经济性和排放性。
3）先进的后处理技术。由于欧IV排放法规，不仅要求限制天然气发动机非甲烷碳氢(NMHC)的排放，而且还要求控制总碳氢排放(THC)。先进的氧化型后处理技术，如何成功地运用于天然气发动机也成为关键技术之一。
4）动力性能改善技术。根据天然气的特性设计发动机参数，有利于改善发动机的动力性。使用天然气作为燃料的发动机，由于比汽油混合气的热值低，其动力性通常会有所下降。所以，将进气增压中冷、电控燃料喷射、高能电子点火等先进技术合理嫁接，可以有效地改善发动机的性能。美国和日本等国家的成功经验表明，进行深入开发的技术潜力仍然很大。
5）零部件的可靠性、先进性的研发。使用天然气作燃料的发动机，对相关零件有些特殊要求，提高其可靠性和使用寿命自然成为技术攻关的课题。此外，研制贮存量大、耐高压、质量轻的车载复合气瓶，也是一个必须解决的关键技术。目前使用的贮气瓶体积大、容重比低，不利于提高天然气汽车的续驶里程和承载能力。
3、鼓励发展天然气公共汽车，政府在政策和资金上给予必要的支持。鉴于天气汽车的节能环保效益显著，各国政府都在价格、税收、投资等方面给予政策倾斜。目前，国内有关城市相继出台的一些鼓励发展天然气汽车的优惠政策，如：对采购欧Ⅲ排放的车辆给予财政补贴等做法成效显著，建议城市主管部门给予支持。
四、结束语
天然气汽车的发展是一项利国利民的好事，随着材料技术以及电子技术的不断发展和广泛应用，天然气燃料的优势将会被大力开发和利用。建设部等六部委下发的《关于优先发展城市公共交通的意见》，对推动节能、环保公交车的发展起了重要作用。一些专家认为，再过大约10～20年的时间，具有绿色环保汽车的总量排序依次为天然气汽车、混合动力汽车和燃料电池汽车。我们有理由相信，在全社会的共同努力之下，带有“绿色环保”标志的天然气汽
车，必将成为21世纪汽车工业的新宠！
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