天然气卡车在砥砺中前行

　　随着世界经济的飞速发展，卡车对工业的进步和发展做出了巨大贡献，但同时也消耗大量的石化资源，排出大量的有害气体，对人类生存环境造成较大的危害，成为城市污染的主要污染源。在这种严峻的情况下，使用清洁能源的天然气发动机变应运而生，并快速应用到卡车领域。但是任何事物都是发展变化的，新生事物能否替代老事物，受方方面面因素的影响，包括：技术、国家政策、环境、基础设施、安全、消费能力等。下面笔者就天然气卡车的优势、劣势及市场前景进行简要的分析。

　　一、天然气卡车的基本特点

　　所谓天然气卡车指的是以天然气为燃料的卡车，主要作用于如下行业领域：1、危险品运输市场：燃气公司天然气运输;2、物流运输市场：煤炭、矿山、建材、港口集装箱运输;3、市政用车市场：市政环卫车、渣土车。目前使用最为广泛是单燃料天然气汽车。作为清洁燃料汽车，技术成熟，其相对比较优势。天然气发动机绝大部分采用柴油机为基础进行开发，以汽油机为基础的仅占一少部分，主要是因为能利用柴油机的增压中冷成熟技术。燃烧采用稀燃技术较多而理论空然比燃烧的天然气发动机也占一定比例。按照所使用天然气燃料形态的不同，天然气卡车可以分为：专用燃料天然气卡车，发动机只使用天然气作为燃料;两用燃料天然气卡车，既可以使用天然气也可以使用汽油作为燃料。双燃料天然气卡车，可以同时使用液体燃料和天然气。根据燃气卡车使用天然气的不同形态，可分为：压缩天然气(CNG)，主要成分为甲烷，压力一般在20-30MPa;液化天然气(LNG)，天然气在超低温(-162°C)常压状态下液化，天然气经净化处理后通过压缩升温，在混合制冷剂N2、C1、C2、C3、C4作用下冷却移走热量，再节流膨胀而得到液态天然气，在标准大气压常温状态下，其体积约为同量气态天然气的1/625，天然气液化后为标态体积的1/625，绝热容器压力为0.05-0.5MPa，液化天然气的液化过程中几乎完全去除硫、汞等杂质。两种形态的燃料发动机在国内均已得到应用。

　　压缩天然气(CNG)和液化天然气(LNG)各有自身的优势和不足。CNG加注时间较长，与LNG相比充满同样容量的气瓶，CNG要比LNG多出一倍甚至更多的时间。由于LNG车载储气瓶储存压力只有1.6Mpa，相比于CNG的20Mpa储存压力其安全性好的多，使用管理费用低;且LNG车载储气瓶内外胆均由优质不锈钢制造，不存在被腐蚀现象。使用CNG燃料的车辆都是在城市以及附近使用，因气瓶装载容积的原因，需要建立更多的加气站方能满足加气要求，第一造成有限的资源浪费，第二也影响到用户的有效运行时间。LNG的组成比CNG更纯净，不含水分，因而LNG卡车的排放性能要优于CNG卡车。由管道天然气压缩而来的CNG除含杂质多外，还含有微量水分，在冬季环境温度低于0℃时常会造成发动机进气活门结霜而无法启动。由于是液态，LNG便于经济可靠地远距离运输，建设LNG卡车加气站不受天然气管网的制约。在陆上，LNG运输半挂车可以跟运输汽油、柴油那样将LNG远送到LNG卡车加气站，使LNG建站和LNG卡车可以在全国范围内进行推广。

　　二、国内外天然气卡车发展状况

　　我国燃气卡车发展始于50年代，即低压天然气卡车。80年代中、后期天然气卡车的开发及应用的步伐加快。国内大型卡车厂和发动机厂如东风、解放、上柴、潍柴、玉柴不断加大产品开发力度，相继推出了各自的产品在市场上推广应用，主要产品分为单一天然气燃料卡车和双燃料卡车(天然气/汽油或柴油)。1988年我国分别从新西兰、澳大利亚、加拿大等国家引进了CNG加气站的全套设施、改装卡车部件及高压气瓶。分别建站于南充、大庆等地。同时进行了加气站设施及卡车改装部件的国产化工作。目前，业内人士已普遍认识到采用单一CNG作为燃料的优点，国内主要发动机生产企业均在进行第三代天然气发动机研发，正在不断替换技术水平较低的机械式发动机。液化天然气卡车是继CNG卡车和LPG卡车之后于近年才开始发展起来的一种新型环保卡车，从本质上讲也是天然气卡车，但由于卡车携带的LNG比CNG具有更高的燃料密度、压力低、所需燃料箱自重轻，卡车一次充气的行驶里程(300-800km)较CNG远得多，LNG同时又能像油品一样运输，同时具有CNG和LPG的优点，而克服了它们的不足，因此具有更强的实用性，且由于我国能源战略结构的调整，今后将有更多的LNG资源通过进口进入我国使用，被认为是今后燃气卡车的发展方向。据不完全统计：目前，中国大约有近70余家汽车制造企业生产天然气汽车整车，约有500个左右车型(含底盘)获得产品公告，天然气汽车发动机有几种机型，功率覆盖40-480千瓦。其中车用气瓶已形成了全系列设计和生产能力，年产能超过100万只上下，已居世界首位。另据不完全统计：我国天然气汽车保有量已超过100万辆以上，其中营运车辆大约占2/3左右，并已形成了天然气生产、运输、加注和整车及零部件研发、制造及推广使用的技术标准体系和产业链。预计2015年，中国天然气汽车保有量预计将会达150万-200万辆，加气站总量达到5000座左右，形成世界上最大的天然气汽车加气网络。

　　美国在LNG车用技术上处于领先位置，从推广车型来看，LNG不但适用于城市公交车，同样也适用于出租车和大型货运车辆，尤其是长途车辆。从美国和欧洲的趋势看，各国的天然气卡车的研制重心已经由CNGV卡车转向LNGV。我国燃气卡车保有量目前已超过22万量，19个重点推广应用城市(地区)加气站数量达712座以上。

　　目前，国外CNG发动机已在广泛应用第三代的技术，更先进的LNG缸内直喷技术已得到小批试用，其动力性、经济性和排放俱佳，但其开发难度大，费用昂贵，成本也高，国内尚未开始研制。第一代产品是机械式，第二代属于简单闭环控制，第三代是采用电控喷射CNG技术。电控喷射CNG系统采用高压喷射，通过节气门传感器，气体流量传感器，转速传感器，水温传感器，进气温度传感器，压力传感器和氧传感器等经过中央处理单元来控制点火、空燃比等。

　　三、天然气卡车的优势

　　(一)符合环境保护的要求

　　天然气卡车与普通柴油动力卡车相比，节能环保是其最突出的优点，是清洁燃料汽车。使用天然气作为燃料，在同等条件下，天然气汽车的排放污染大大低于以汽油为燃料的汽车，尾气中不含硫化物和铅，一氧化碳降低80%，碳氢化合物降低60%，氮氧化合物降低70%。此外，液态天然气燃烧延长发动机寿命。天然气燃料汽车同比柴油车的尾气排放，天然气尾气中HC含量降低了70%上下、CO含量降低了90%左右、NOx含量降低了35%、尤其是柴油车特有的固体颗粒物含量几乎降低了100%，能够轻松实现欧Ⅳ排放甚至更高的排放标准，减排二氧化碳90%，综合减排80%。从节能减排的效果看，天然气重卡的优势明显，开采和使用过程都是无污染的。而电动汽车虽然在使用环节零污染，但是在发电和电池的回收环节却存在污染。

　　(二)天然气卡车技术日趋成熟

　　天然气卡车发展从上世纪30年代起，已有70多年的历史，特别是经过近些年的发展，技术已趋于成熟，先进的电子技术和机械制造技术使天然气卡车的安全性和控制性能得到保证，续驶里程由初始50-70公里提高到300-400公里以上;天然气卡车气瓶重量和加气站的体积大为减少;给卡车加注天然气同加注汽油一样方便，快速充气仅需2-5分钟。

　　(三)天然气卡车基础设施逐渐完备

　　随着天然气卡车的发展，天然气卡车加气站逐渐形成网络。据估计，目前世界上已有加气站6000座以上。

　　(四) 安全、经济性能稳定

　　与汽油、柴油及其它代用燃料相比，天然气卡车的使用费用较低一般为汽油价格的50%，天然气为高燃点的轻量气体，在正常温度和压力下，危险性比汽油小。天然气卡车冷启动性能好，运行平稳，维修费用低，天然气做燃料，不积炭、车辆部件损耗小能延长发动机使用寿命，而且不需经常更换机油，估计节约50%左右的维修费用;在动力方面，气车动力相比油车有些差。但在路况、载重日益变好的未来，这部分差距可能就无关紧要了;在安全方面，安全性更好是燃气汽车的又一大优势。与汽油相比，压缩天然气本身就是比较安全的燃料.这表现在：燃点高.天然气燃点在650℃以上，比汽油燃点(427℃)高出223℃，所以与汽油相比不易点燃。另外其密度低.与空气的相对密度为0.48，泄漏气体很快在空气中散发，很难形成遇火燃烧的浓度。辛烷值高.可达130，比目前最好的96号汽车辛烷值高得多，抗爆性能好。

　　(五)政府制定优惠政策

　　1、为保护环境，减少污染，许多国家政府制定一系列鼓励性政策促进燃气卡车的发展。如天然气价格优惠、天然气卡车税费取费较低、生产燃料供给设备及建设加气站等均在资金方面、税收方面给予优惠政策。

　　2、从2015年1月1日起，一再拖延的国四排放标准将全面启动。“国四” 政策的到来直接刺激了天然气重卡市场，因为在国三升级国四的过程带来的成本增加，造成天然气重卡与燃油车价差的缩小。同等配置天然气重卡与柴油车相比，大约贵5万元以上，随着排放标准的升级，这个差价逐渐缩小至2万-3万元。除此之外，由于目前国内重型货车在从国三升到国四的技术方案中，一般采用通过使用选择性催化还原(SCR)技术，利用尿素溶液对尾气中的氮氧化物进行处理，在使用过程中，尿素使用量为燃油消耗量的3%-5%，每消耗100L的燃油，需要消耗3-5L的车用尿素。目前市面上车用尿素的平均价格约为6.5-8元/L。根据这一价格，上海地区一家重卡经销商给记者算了一笔账，以车主每年行驶里程为20万公里计算，因加注尿素而增加的成本将达到2万元左右。由此，天然气车的使用优势便体现出来，一方面，虽然天然气车价格仍然贵过柴油车，但这个价格差能被后期的使用成本有效填补。另一方面，加气比加注尿素方便多了。

　　3、国家发改委2015年2月28日宣布，4月1日起，我国天然气价格正式并轨。各省增量气最高门站价格每立方米下降0.44元，存量气最高门站价格每立方米上调0.04元，这也是我国首次大幅下调天然气价格。同时，2015年将全面建立居民用气阶梯价格制度。据业内专家测算，这次价格调整，将使企业用气成本减少300亿元。首先，此次国内存量气与增量气的价格并轨意味着车用天然气价格的稳定将得到保证。其次，由于天然气卡车相对柴油车使用成本低，虽然天然气卡车成本比一般柴油车型高10%～15%，但天然气卡车的使用费用比柴油车节省30%～40%，2015年1月1月起我国全面执行柴油车国四排放标准致使柴油车价格全面上涨，使天然气卡车的高价格劣势不再明显，外加上各地环保升级速度加快，以及国家连续出台多项发展天然气卡车的政策的执行，天然气卡车发展的宏观环境已基本成熟。

　　4、国家对购买天然气商用车的用户给予节能减排专项资金支持进一步削弱了天然气卡车价高的劣势，而且更多的地方政府也随之加入到补贴行列中，也将为天然气车辆销售提升起到主推作用。如山西省已将燃气卡车纳入补贴范围，其中燃气重卡1万元/辆、燃气轻(微)卡2,000元/辆，2016年和2017年补助标准减半。

　　5、与此同时，与天然气卡车发展密切相关的加气站的建设也进入“快车道”。数据显示，全国CNG加气站已经从2012年年底的2400座左右，增长至2013年6月底的3000座左右;截至2013年年底，国内LNG加气站数量达2000余座。而在《能源发展战略行动计划(2014-2020年)》中，提出到2020年，天然气在一次能源消费中的比重提高到10%以上。与“十二五”相比将近有4个百分点的增长，根据国家规划，到2020年，全国车用天然气加注站会达到12000座左右

　　(六)国内天然气资源丰富

　　据调查，当前我国常规天然气的储量约为55万亿立方米，其中陆地储量约为38万亿立方米，非常规天然气储量预计为200-380万亿立方米。中国天然气可采储量位居世界第十五位，不过利用率只有4%，2011年产量首次突破1000亿立方米，达到1012亿立方米，同比增长6.4%。近年来天然气管道建设也如火如荼，2011年全国新增天然气长输管道里程超过5000公里，全国干、支线天然气管道总长度超过5万公里。2011年，西气东输三线工程在北京、新疆和福建三地同时开工，沿线经10个省区，总长度7380公里，设计年输气量300亿立方米。“三桶油”在天然气市场投入数千亿，国家主席习近平在2013年上半年访问土库曼斯坦时，签订了数千亿元的天然气合作协议。而且，从长远来看，天然气是清洁能源，符合未来发展方向。

　　四、天然气卡车的劣势

　　(一)购买价格高。天然气汽车一般由两套系统组成，故技术相对复杂，先期一次性投资大，如果再加上后期维修改造等投资等。因此，售价要比一般燃油汽车要高。所以资金将与价格成为制约天然气汽车发展的主要瓶颈。另外，天然气车辆虽然环保，但它有一个硬伤，那就是价格比同型号的燃油车贵，而这种采购成本的增加是一般客户所不愿意承担的。众所周知，商用车是一种生产工具，散户在购买时会优先考虑其性价比和能带来的效益，环保问题反倒是最后才考虑、甚至不考虑的。对用户来说，买着便宜、用着省的车就是他们需要的车。

　　(二)基础设施还不够完善。我国天然气重卡现在还尚属普及阶段型产品，其加气站并未象燃油站那样，在全国各地各偏远的地区都铺开，许多地区还没有加气站。相对燃油加注站，LNG汽车加注站的建设相关手续繁杂，这导致建站速度缓慢，严重影响了LNG重卡的推广速度。在日益火热的LNG汽车市场面前，全国各地加气站数量远不能满足日益高涨的市场需求，尤其是一些偏远地区加气站远没有建成，被“两桶油”垄断性的全国性网络并未形成，“加气难”成为制约LNG汽车产业发展的关键因素。寒冷的天气也加剧了天然气的供应难题。每当冬季气温持续下降时，管道上游的用气量就大大增加，天然气管线就容易出现气压不稳的现象。为了达到正常的气压输出值，给车辆尽量加满气，加气站就不得不增加打压时间。另一方面，天然气作为一种能源，在使用上还是要优先保障民用，这也是车用天然气供应紧张的一个原因。

　　(三)售后维修不畅。天然气车辆的维修和零部件更换也是经常让用户头疼的问题。虽然天然气车的大部分零部件和燃油车的零部件可以通用，但是，一旦气瓶等天然气车特有的零部件发生损坏，维修就非常不便。车辆配件跟车辆保有量成正比，天然气车的市场占有率小，其配件供应也就相对要少，服务时间就会被拉长。虽然天然气重卡车企在一些地区天然气重卡设有维修网点，但大多数服务网络还正在投巨资建设中，含盖包括整车厂、发动机厂、供气方等共同成立的联合售后服务体系。真正具备天然气重卡维修能力的还不多，出现问题还需要到中心或一线城市有维修能力的站点进行对点维修处理。

　　(四)一些安全问题仍待解决。由于天然气具有危险性，所以经常对天然气的管路进行泄漏检查非常重要。在保养方面，气瓶接头、减压器高压管线接头、压力表接头、压力阀接头这些容易破损的地方，一旦发生泄漏就非常危险。冬季气温较低时，减压装置会比较脆弱。要经常清洗发动机水道，以便能够达到对天然气减压装置的加热。另外，LNG重卡汽车的气瓶需要保持“低温、真空”，长时间放置温度会上升，罐子里压力提高。这就要求驾驶员在车辆不用的时候将气体放空，使用时也必须保持在开放空间，否则容易引起重大事故。此外，天然气气瓶是高压容器，是危险品，年检由质监局负责，而汽车本身由车管所和公安监管。这就牵扯到了三个部门，年检过程变得相当扯皮、费事和麻烦。天然气重卡在重载情况下，在较长的下坡路段行驶时会有安全隐患，下坡时会明显感到制动效果不给力，这是由于气体机缸内压力不够而造成的，只有加装缓速器来辅助制动，这样一来又增加了几千元的成本，也加重了用户的负担，但不装又不行，否则会造成车毁人亡的事故。

　　(五)天然价格仍面临上涨压力。最近油价走低，天然气卡车的销量进入低谷期。当下和未来天然气价格将会必定进行大幅度上涨，涨价已成为发展的大趋势。如此不断上升的燃气价格将直逼成品油价，进而燃气机型的重卡将失去一定程度上的绝对优势。较柴油机的效率而言，天然气发动机与之相比仍有一定的相对弱势。其所谓的节能只在于燃料的替代环节，而不在于燃料使用过程中的效率环节，天然气汽车相对以节能清洁和气价低于燃油而形成其优势。

　　五、天然气卡车的市场前景展望

　　随着国际油价跌宕起伏、国内油价持续暴涨、汽车尾气排放污染加剧、车辆使用成本飙升以及国家对汽车排放升级的要求不断加大，发展新能源汽车已成为汽车界的共识，政府各有关部门、部分高校、科研院所越来越重视天然气卡车的开发、推广、应用。国家产业政策亦鼓励发展节能、低公害产品。据石油巨头埃克森美孚预测，2030年前后，天然气将超过煤炭成为世界第二大能源，将超过石油成为世界第一大能源。21世纪将成为天然气的世纪，天然气的未来将越来越光明，满足全球26%的需求，而石油不过是32%。我国天然气可采储量令人比较乐观。另外，国家还将继续调整能源结构，煤炭能源比重将持续降低，继续扶持天然气产业，对页岩气开采给予巨额补贴，并开放LNG进口权和实现价格市场化。天然气发动技术正在不断提高和成熟，也在向第三代电控喷射技术发展，在安全、性能方面会有进一步的改善。在基础设施建设、燃气供应、购买补贴等方面，国家都给予很大的政策支持。由此可见天然气卡车市场虽然还有很长的路需要跋涉，但是从长远来看前景还是很乐观的。