北京市發展天然氣汽車的探討

    2009年哥本哈根氣候會議的召開，將人們對氣候問題的關注度推向史無前例的高度，低碳發展成為各國經濟發展的主旋律。中國政府宣布，到2020年單位國內生產總值二氧化碳排放量要比2005年下降40％～45％，并作為約束性指標納入國民經濟和社會發展中長期規劃。

為了應對氣候問題，各國都在大力倡導3個技術：清潔能源技術、農業技術、新能源技術。從目前來看，新能源要在較短的時期內替代化石能源還有一定的困難。當今世界化石能源在一次能源消費結構中的比例占87％，其中，煤炭占27％，石油占37％，天然氣占23％，而中國目前能源結構是煤炭占70％左右，石油占19％，天然氣占3％，天然氣的比例遠低于世界平均水平。2001--2008年，中國繹濟年均增長率為10．2％，但根據世界銀行數據庫估計，2000--2008年中國的二氧化碳(CO：)排放量年均增長率為12.28％，總量從27×10⁸t／a增長到70×10⁸t／a，其累計排放量為415×10⁸t。天然氣作為清潔能源，有其獨特優勢。煤、石油、天然氣這三大主要燃料中，天然氣含氫比例最高，屬高熱值能源，利用天然氣作燃料可有效減少CO：、二氧化硫(s0：)氣體排放量。加大發展天然氣的應用力度是從化石能源向新能源過渡的必然選擇。

    中國天然氣利用已有相當悠久的歷史，但天然氣工業起步較晚，1953年天然氣消費量僅占全國能源消費總量的0.02％，此后相當長時間內發展極為緩慢。改革開放以來，中國天然氣開發和利用有了很大發展，尤其在東北、西北、四川和沿海地區。1996年產量首次突破200×10⁸m³／a大關，開始進入產量快速增長期。21世紀以來，中國天然氣市場進入高速發展階段。2008年中國天然氣消費量為807×10⁸m³／a，是2000年的3倍多。2008年國內天然氣產量為760．82×10⁸m³／a，比2007年增長12.3％。石化工業協會的數據顯示，2009年中國天然氣表觀消費量為874.5×10⁸m³／a，比2008年增長11.5％。

    低碳經濟是未來的新趨勢，天然氣是中國發展低碳經濟的現實選擇，這將推動中國天然氣產業進入快速發展的新階段。截至2009年底，中國已建成天然氣輸氣管道3.6×10⁴km，總輸氣能力超1 000×10⁸m³／a。同美國等發達國家相比，還有一定差距。十二五期間將是中國天然氣輸氣管道建設的又一個高峰時期，在未來的10～12年內，中國天然氣輸氣管道長度將達到近35×10⁴km。

    在未來20年，中國的經濟發展仍將保持快速增長，國內生產總值(GDP)年均增長率仍然可達7.0％～8.0％，能源消費彈性系數為0.40～0.50，煤炭消費彈性系數約為0．3，石油約為0.5，天然氣為1.4～1.5，一次電力為0.5～0.6。在未來20年中國能源消費構成中，天然氣的消費增長速度最快，預計平均每年增長速度可達9％～10％，水電等一次能源增長率為3.7％～4％，石油的消費增長率為4％～5％，煤炭的消費增長速度仍然高于發達國家的平均水平而低于發展中國家的平均水平，相當于全球平均增長速度，約為1.6％_6。由于工業結構調整力度進一步加大和國家對環保要求的提高，天然氣在整個能源消費結構中所占比例明顯提高。

    中國天然氣資源豐富且潛力巨大，天然氣勘探仍處于初期階段，天然氣工業發展潛力很大。經過近年來勘探和評價，綜合各方面提供的資料數據，天然氣總資源量可能達到53×10¹²m³，可采資源量有8.83×10¹²m³。基本形成了以四川、鄂爾多斯、塔里木、柴達木、鶯瓊、東海為主的六大氣層氣資源區和渤海灣、松遼、準噶爾三大氣層氣與溶解氣共存資源區的格局，中國天然氣工業具備快速發展的資源基礎。

    此外，中國周邊國家俄羅斯、烏茲別克斯坦、土庫曼斯坦、哈薩克斯坦天然氣資源豐富，占世界天然氣總資源量的32．7％，剩余可采儲量為54.51 x10¹²m³這些國家每年尚有(400～600)×10¹²m³a產能的天然氣需尋找新市場。中國已與上述各國進行了多年的有關向中國輸送天然氣的可行性研究工作。

    中國天然氣資源豐富，且與世界上的重要產氣區相毗鄰，天然氣自給和進口的條件得天獨厚，天然氣管網也具有一定的規模，因此中國完全具備快速發展天然氣工業的物質條件。

    由中國石油天然氣集團公司了解到，該公司目前已構筑了8大氣源保障北京供氣，形成陜京一線、陜京二線和大港儲氣庫群三管齊下向北京輸送天然氣的格局，為北京天然氣穩定供應提供保障。

這8大氣源包括長慶油田的蘇里格氣田、子洲一米脂氣田、榆林氣田、靖邊氣田、長慶油田和殼牌公司合作開發的長北氣田、新疆塔里木油田的克拉2氣田(通過西氣東輸管道與陜京管道連通)、青海油田的澀北氣田(通過蘭銀線、長寧線匯入陜京管道)、中國石化的大牛地氣田(通過榆林壓氣站向陜京管道供氣)。

    結合中國“富煤、少油、有氣”的能源結構，發揮中國“有氣”的優勢，減少對原油的需求，很大程度上將依賴于天然氣等替代能源的發展，以解決中國原油短缺問題，從而保障中國能源安全。1990—2006年中國成品油(汽、煤、柴油)表觀消費量從4 900×10⁴t／a增長到17 021×10⁴t／a，年均增長率為8．1％。中國成品油消費中，柴油約占69．2％，2007年表觀消費量為12 466×10⁴t，而且柴油消費增長很快，2010年國內柴油消費量達到15 600×10⁴ t／a，比2009年增長12％。

    社會科學文獻《中國能源發展報告(二oo九)》預測，到2020年，中國的石油對外依存度將上升至64.5％。目前，中國的石油對外依存度在50％左右。2010年和2015年中國原油產量將分別達到1.77×10⁸～1.98×10⁸t／a和1.82×10⁸一2.00×10⁸t／a，呈緩慢上升趨勢。2020年，中國原油產量預計為1.81×10⁸～2.01×10⁸t／a，然后將呈逐年下降的趨勢。當前國際油價的大幅波動并不一定代表全球石油供需緊張趨勢發生根本性轉變，未來油價仍存在上漲空間。

由此可見，加快天然氣的開發利用，不僅是實現能源供應多元化的需要，減少對石油的依存度，提高國家能源供應安全的戰略需要，也是適應世界能源發展趨勢，實現可持續發展的需要。

    目前天然氣汽車在74個國家得到了推廣應用。全球已有近70個大型汽車制造公司研發及生產 CNG汽車，如寶馬、通用、本田、沃爾沃等，包括輕型轎車及重型車。跟據國際天然氣汽車協會(IAN． GV)2009年的資料，阿根廷、巴基斯坦、巴西在其國內的天然氣汽車保有量都已超過150×10⁴輛，加氣站數量均已達到1500個，全世界CNG汽車數量已經超過900×10⁴輛。

在巴西舉行的第11屆世界天然氣汽車大會顯不，在未來幾年內，國際市場上天然氣的供應量將大幅增加，從而將促使汽車公司轉而生產以天然氣作為燃料的汽車，取代目前以汽油作為燃料的汽車。

    我國應用CNG的歷史可追溯到20世紀80年代中期。當時，我國引進了部分設備，在四川建立了我國第一個CNG加氣站。1993年，中國石油天然氣總公司引進國外技術并于1996年將加氣站裝置和汽車改裝部件引進技術國產化，同時使相關技術標準規范化。

    1999年，“全國清潔汽車行動協調領導小組”成立，對CNG及其他相關代用清潔燃料的技術、產品、政策、標準和市場推廣給予全面支持。同時，該小組正式啟動北京、天津、上海、西安、深圳等12個試點城市(或地區)的清潔能源推廣應用工作，在CNG汽車的推廣應用和加氣站建設方面取得了顯著成效。

    經過多年發展，我國正式確定的清潔汽車重點推廣應用城市(或地區)已由1999年的12個城市(或地區)增加到2004年的19個城市(或地區)。 CNG汽車保有量也從1999年的不足1×10。輛增長到2004年的20×10⁴輛以上，居世界前列。1999年，CNG汽車占燃氣汽車比例僅為9．3％，而到2004年時這一比例高達47％，幾乎占到整個燃氣汽車數量的一半。

    截至2009年底，全國已有80多個城市推廣天然氣汽車。其中19個重點推廣城市(或地區)共發展天然氣汽車45×lO⁴輛，建成天然氣加氣站1 000座。我國天然氣汽車和加氣站主要集中在氣源地附近，如四川、重慶、烏魯木齊、西安和蘭州等，天然氣供應方便、價格低是CNG汽車快速發展的主要驅動力。

  在2007年8月31日國家發展和改革委員會頒布的《天然氣利用政策》中，明確規定天然氣汽車屬于“優先類”用氣項目，國家清潔汽車行動已將cNG列為****的汽車替代燃料。隨著我國經濟的發展，國家對環保工作日益重視，天然氣汽車以其良好的社會、經濟效益正在成為天然氣利用的一個重要方向。

    據有關機構預測，2012年全國汽車保有量將達 到l×lO⁸輛，2020年有望超過2×lO⁸輛。巨大的汽車保有市場，為CNG汽車的發展提供了巨大的空間。CNG汽車發展的首要目標是公交車和出租車。

    2005年，全國公交車保有量達30.8×10⁴輛，十五期間年均增加6.8％；全國出租汽車保有量達到93.7×10⁴輛，十五期間年均增加2．6％。如果按照歷年增長水平進行簡單測算，2015年全國公交車的總量將達到62.3×10⁴輛，出租車總量將達到121.2  ×10⁴輛。如果2015年有40％的公交車及出租車改用CNG，按出租車、公交車用氣量的一定比例考慮其他社會車輛用氣，則2015年汽車用氣量可增至110×10⁸m³／a，車用天然氣市場潛力相當大。

  6 北京天然氣汽車的發展歷程

    為了有效地控制汽車尾氣排放、治理大氣污染，推廣CNG用于車用燃料，北京市科委、市政管委及相關主管部門組織當時的北京市天然氣公司和公交總公司等單位，于1989—1994年認真深入地進行了CNG用于汽車的技術可行性的示范工作；1999年將  CNG汽車應用列入市環保項目，開始在公交車上推廣應用。第一批單一CNG汽車使用美國、意大利進口的CNG發動機，在國內的汽車制造廠裝配成整車。根據北京市公交集團提供的資料，截至2008年底，北京市公交集團公交車保有量約為2.1×10 ⁴輛，其中天然氣公交車達4 204輛，占公交車總量的 20％，是世界上擁有CNG公交車最多的城市。采用

  的發動機基本為國內生產的CNG發動機。

圖1為北京市公交車保有量構成及發展狀況，它顯示了1995--2008年北京市公交車總量以及其中汽油車、柴油車、CNG車和電動車這4種不同燃料類型汽車的發展趨勢。可以看出，在1999--2008年這10年問，北京市天然氣公交車保有量的年均(3年滑動平均)增長率達到了21％，遠高于同期北京市公交車總保有量7％的增長率，天然氣公交車同時也是各類公交車型它增長速度最快的車型。

1998年9月，中國石油天然氣有限公司在北京市建設投產了第一座加氣站——衙門口加氣站，1999年北京市給北京市燃氣集團有限公司(以下簡稱燃氣集團)下達了3座加氣母站的建設任務，并從中央專項和環保專項資金中給予了大力的支持。在北京市的資金和政策支持下，燃氣集團利用亞洲銀行貸款陸續招標購置了6套母站設備，9座站全部建成投運后可充分滿足5 000～6 p00輛環保型公交車的用氣需求。北京市政府免除了CNG建站用進口設備的全部關稅和增值稅，極大地降低了建站費用，從而降低了加氣站的運行成本。

    1999年10月，燃氣集團小屯加氣站正式投產運行，當年銷售量為68．568×10⁴m³／a。目前，燃氣集團已經建設完成6座加氣母站，分別為小屯加氣母站、南湖渠加氣母站、北郊加氣母站、王四營加氣母站、姚家園加氣母站、杏石口加氣母站，在建l座門頭溝加氣母站。截至2008年底，北京市公交公司已建設了28座加氣子站(其中25座已投入運行)。

    天然氣公交車在北京市大規模推廣應用，大量替代了公交車柴油的消耗。圖2為北京市CNG公交車歷年柴油替代量。在1999--2007年，北京市 CNG公交車累計替代柴油消耗量34×10⁴t。特別是最近幾年，北京市CNG公交車的大規模使用對緩解北京市柴油需求激增具有積極的意義。目前，天然氣公交車每年可以替代北京市全市柴油總消耗量的3％左右。

    隨著液化天然氣(LNG)技術的推廣和應用， LNG逐漸應用于汽車燃料，目前，全球很多國家都已經發展LNG汽車。例如美國有3 000輛LNG汽車，包括公交車、運輸車，有60多座LNG汽車加氣站；墨西哥有500輛LNG公交車。我國北京、長沙、貴陽、烏魯木齊等城市建設了LNG汽車加氣示范站，目前，有近400輛LNG公交車。2002年北京在315路公交車雙泉堡站建設了國內首座LNG汽車加氣站，有50輛LNG公交車運營。2010年北京燃氣集團與北京環衛集團簽署了《在北京市推廣使用 LNG環衛作業車輛示范項目合作協議》，開展LNG汽車示范項目。

    ①價格比

    天然氣汽車的經濟優勢可以體現在燃料價格的油氣差價上。天然氣是一次能源，《中國天然氣發電政策研究綜合報告》中的研究結論是：“盡管天然氣價格也受國際能源供需形勢的影響，但影響沒有石油大，按等熱量計算，天然氣(包括LNG)在價格上比石油有優勢”。分析可知，天然氣比原油或作為二次能源的汽油、液化石油氣均有一定的價格競爭優勢，而且原油價格越高，天然氣的價格優勢越明顯。

    對于CNG汽車的經濟性，可以直接用每100 km耗用燃料的費用來比較口…。國家發展和改革委員會規定，車用天然氣價格按照每1 m³天然氣對每1 L的90號汽油(O.6：1)～(0．75：1)的比價關系確定。在當前的價格水平下，對于出租車來說，若每100 km耗汽油為8 L，用CNG的耗氣量約為8 m³，則用氣比用油要節省燃料費49％～64％。如果每天行駛里程按250 km計算，1年可節省燃料費2.45×10⁴～3.16×10⁴元左右。出租車的改裝費用約為4 000～6 000形臺，2～3個月就可以收回成本。較好的經濟效益是當前CNG汽車在一些地區快速發展的最直接的驅動力。

    ②CNG加氣站的效益

    CNG加氣站的效益主要取決于進氣與銷氣的差價、加氣站土地獲取成本、設備采購源自國產還是進口。參考加油站項目的土地費用，母站取600形 m。，子站取120形m。；加氣站建設投資水平綜合設備廠家交鑰匙工程報價和已有加氣站的實際投資情況，母站取2 000×10⁴元、子站取600×10⁴元。在保證10％收益的情況下對所需進銷價差進行測算，5年可以收回成本。事實上，社會上個別已建成的加氣站，因為選址好、土地成本低，建成不到1年就有盈利，2～3年就收回了全部投資。

    各地加氣站的購銷價差基本都在1．0元／m³以上，并且很多地方建設加氣站還享受土地劃撥、稅收減免等優惠政策，因此加氣站經營企業基本都處于盈利狀態，經濟效益較好。

    目前中國天然氣價格和汽油、柴油價格相比處于明顯的優勢地位，以北京地區舉例，93號汽油價格在7.45形L左右，車用天然氣的價格一般為4.73元m³。

    據北京公交公司統計，柴油公交車每100 km油耗為38 L左右，CNG公交車每100 km耗氣量為35 m³，日均行駛約170 km，按每月30天計算，汽車平均壽命為10年，目前北京市0號柴油價格為7.44形L左右，天然氣價格為4.73元m。。經計算，柴油車每100 km的燃料費要比CNG汽車多出100余元，月均花費的燃料費，柴油車比CNG汽車多出約6 000形月，年均超過7×10⁴元/年。

北京市1999年共有300輛CNG公交車運行，2008年北京CNG公交車數量達到4 200余輛，并且 CNG公交車增長速度基本保持穩定。這10年間，若按照年平均2 500輛CNG投入運行計算，按上面設定參數計算，每年公交公司運營成本可降低約1×lO⁸元，累計10年可節約燃料費10×10⁸元。北京公交系統采取低價格政策，政府每年對公交公司進行財政補貼，如果公交公司能降低運營成本，政府可以極大地減輕財政補貼的負擔。

    由于國外對汽油發動機進行了技術改進，排放污染也大大減少，天然氣汽車優勢不明顯，從而促進了天然氣汽車產業對天然氣發動機進行改造。經過多年的發展，天然氣汽車已經開發出更先進的電子控制系統、單點與多點電噴、直噴的天然氣燃料供給系統，可用于閉環電控單點及多點噴射汽車，整機和整車的性能得到了優化和提高。特別是1995年以后，在天然氣汽車發動機技術改進上，采用了理論空燃比反饋控制、稀燃等技術，使天然氣汽車發動機的效率、經濟性、排放性和動力性都有極大提高，天然氣汽車技術發生了革命性變化。

    天然氣汽車的種類，已由汽油／天然氣汽車發展到柴油／天然氣汽車，由雙燃料發展到單燃料天然氣汽車，由天然氣汽車發展到天然氣／電(或燃料電池)混合動力汽車。各國根據燃料特性綜合優化進行原裝天然氣汽車的開發，天然氣汽車的動力性、可操作性、舒適性已相當于原車水平，排放可達到歐v標準。

    在國內，天然氣汽車技術也基本實現國產化。國內汽油／CNG雙燃料汽車改裝已完全實現國產化，但也有部分采用進口配件，改車費用根據配件是否需進口而有所不同。汽油／CNG、柴油／CNG雙燃料和CNG單燃料原產車也已實現國產化。上海柴油機股份有限公司、東風汽車股份有限公司、上海汽車工業總公司等開發的天然氣電噴發動機(均在柴油機基礎上開發)已成功地在內蒙古鄂爾多斯運煤專線、城市客車上應用，運行車輛超過1 000輛。東風愛麗舍、一汽捷達、奇瑞、夏利等雙燃料CNG轎車已在很多城市行駛。2007年，我國天然氣汽車(含底盤)產量達到5．7×10⁴輛；國內有58家企業生產天然氣汽車，累計有347個天然氣汽車車型(包括底盤)進入國家機動車新產品公告；有18家企業生產天然氣發動機，共有98款天然氣發動機產品在市場中銷售，發動機功率范圍為64—250 kW；已形成全系列天然氣儲氣瓶的設計與生產制造技術，產業化能力超過80×10⁴只／a；自主開發的減壓器、電控單元(ECU)、燃氣噴嘴等燃氣汽車專用裝置，已開始批量投放市場。

    從尾氣排放來看，原產雙燃料、CNG單燃料轎車、公交車及重型貨運車發動機尾氣排放已達歐Ⅲ標準；作為科技部863攻關課題，我國正在研發符合歐Ⅳ排放標準的天然氣汽車。

總體來看，經過幾十年的發展，我國已初步建立了完整的天然氣汽車產業發展的技術鏈和產業鏈， CNG加氣站設備、發動機和汽車配套零部件的國產化，大幅度降低了天然氣汽車發展的投入，為規模化發展提供了很好的支撐。

    ①爆炸下限高。天然氣的爆炸極限為5％～15％，而汽油爆炸極限為1.0％～7.6％，下限比天然氣低。因此與汽油相比，天然氣泄漏后不易爆炸。

    ②  自燃溫度高。天然氣的自燃溫度為680℃左右，汽油為350℃，天然氣比汽油自燃溫度高330℃。因此，即使意外泄漏，天然氣更不容易自燃。

    ③密度低。天然氣的密度一般約為0.80 k∥ m，，而汽油蒸氣密度為5．09 kg／m³。可見，天然氣密度遠比汽油蒸氣小，而且低于空氣密度，泄漏的天然氣很快會在空氣中散發，相對汽油而言不容易形成爆炸氣體。

    ④車用壓縮天然氣儲氣瓶屬于高壓容器，其材質、制造及檢驗均有嚴格的規程控制，儲氣瓶可以承受的最高壓力(實驗壓力)為30 MPa，以20 MPa的壓力充氣，可充氣15 000次。當瓶中壓力達到30 MPa時，瓶口閥門的泄氣保護裝置會自動開啟，并安裝有防爆設施，不會因汽車碰撞殘顛覆造成失火或爆炸。而柴油或汽油的油箱不屬于壓力容器，受外力易破裂，引起著火爆炸。

    ⑤根據美國對8 331輛公用事業、學校、市政和商業車隊車輛的調查，其行駛2．852 8×10。km，天然氣汽車車隊的車輛損傷率比汽油車車隊低37％。相比汽油車的每100×10⁴ km有0.8人死亡的死亡率，天然氣汽車沒有發生一起致命事故，汽車碰撞事故也比汽油車低31％，這8 331輛車共發生7起著火事故，只有1起是由天然氣供應系統直接導致的。自第二次世界大戰后意大利首次商業化使用天然氣汽車以來，現在世界各地使用累計超過1 126×10⁴輛。20世紀80年代初天然氣汽車在美國推廣，至今已超過9×104輛，其中只發生過1人死亡的事故。

    ⑥在中國，天然氣汽車的事故主要是燃氣供應管路易發泄漏或電路短路，引起自燃或爆燃。2010年5月30日下午1時10分許，安徽省六安市皖西路同來電腦學校門口發生一起交通事故，一輛公交車與一輛燃氣出租車追尾，導致出租車車用燃氣泄漏嚴重。接警趕到的六安特警二大隊民警發現，被撞出租車停放在路邊，儲氣罐破裂，燃氣泄漏嚴重，并乘風向大街上飄散，對沿途車輛及過往行人構成很大的威脅。所幸事故處理得當、及時，沒有發生人員傷亡。

    天然氣汽車大多屬于改裝車輛，而天然氣汽車對于管路以及改裝技術要求特別高，任何一個環節出現問題都會引發車輛的自燃或爆燃。

    北京市汽車總量已達到400×10。輛，汽車尾氣日益加劇了對環境的污染，人們正在尋求更為清潔的汽車燃料。汽車排放的尾氣已成為中國各城市的主要污染源，各種主業運營車輛(公交、環衛、郵政、出租車等)分擔率達到36％¨“。汽車在怠速行駛中的排放遠高于正常行駛時的排放水平，北京市區的汽車平均行駛速度低于10 km／h，其尾氣的排放污染水平比正常情況大大地提高了。天然氣是目前被人們認定的****的汽車燃料，天然氣在燃燒過程中污染極小，排放的廢氣中不含鉛，基本不含硫化物，與汽油車相比，一氧化碳(CO)減少97％，碳氫化合物(HC)減少72％，氮氧化物(NO，)減少39％，因此，環保效益十分顯著。

    目前北京的CNG公交車的主流是達到國3和國4環境友好汽車(Enhanced Environmentally

 Friendly Vehicle，EEV)排放標準的兩種車型。圖3、4為目前北京市CNG公交車擁有量****的國3 CNG公交車的排放因子與國3柴油公交車的比較。可以看出：

    ①與國3柴油公交車相比，國3 CNG公交車可削減顆粒物(PM)97％，非甲烷總烴(NMHC)92％，NO。30％，CO 76％。

    （2)與國3柴油公交車相比，國3 CNG公交車甲烷(CH。)排放增加明顯(增加10倍左右)，由此導致總碳氫化合物(THC)排放增加81％。

    圖5、6為目前北京市排放控制水平最高的 CNG EEV車型與國4柴油車排放的對比。可以看出：

    ①與國4柴油公交車相比，CNG EEV公交車可削減PM 91％，NMHC 20％，NO。59％。司見，尢論是哪種控制技術的CNG公交車，其與柴油車相比，PM減排潛力均十分顯著。

    （2）與國4柴油公交車相比，CNG EEV公交車 CO排放增加4倍左右，CH4排放增加接近200倍，從而導致THC排放增加30倍左右。

    根據對2007年北京市現有公交車排放清單的分析，可以獲得各燃料類型公交車的排放分擔率，見圖7。雖然CNG公交車在北京市公交車車隊中占有20％的比例，但是不論是哪種污染物，其排放分擔率都顯著低于20％，尤其對于北京市大氣環境最為重要的控制污染物PM而言，其1％的低分擔率意義非同小可。對于公交車最引人關注的NO。和PM兩種污染物，柴油公交車都是最主要的排放源，其分擔率都超過了80％，使用CNG公交車替代柴油公交車可以有效地降低公交車NO。和PM總排放量。

    ①替代燃料的影響因素

作為汽車的替代燃料，有幾個重要因素必須考慮：

    a．汽車性能：一次加油或加氣的續航距離，輸出功率等。

    b．經濟性：汽車價格、燃料價格、燃料供給的基礎設施的造價。

    c．大氣環境性能(尾氣排放)。

    d．綜合效率和C02排放量：w T w能源效率(Well T0 Wheel，從油井到車輪，即從能源的開采到終端消費)、C02排放量。

    e．能源安全供給性：能源安全供給資源量、多樣性、燃料自身的安全性(毒性、火災危險性等)。

    ②CNG發動機的熱力分析

    從文獻[12]中得到，CNG的低熱值為50.07 MJ／kg，理論空燃比為17.25：1，辛烷值為130；汽油的低熱值為43.85 MJ／kg E”’，理論空燃比14．6：l，辛烷值為92。因此在使用CNG為燃料后，發動機在理論上有提高壓縮比的空間。

     經計算后為0.875，CNG混合氣的理論含有能量為3 390 MJ／m³，比汽油}昆合氣的理論含有能量3 874 MJ／m³低約12．5％。可以看出，由于CNG的理論空燃比較大，相同排量的發動機所需的燃料較少，造成發動機改燃CNG后輸出功率有所下降；由于CNG是氣體燃料，其本身在混合氣中占有一定的體積，造成進入氣缸的}昆合氣量減少，充氣效率下降，導致發動機輸出功率下降。

    ③CNG與汽、柴油的替代比例

    關于CNG與汽油的替代比例，文獻[15]以青海澀北天然氣的組成為依據，當天然氣的高熱值為36.20 MJ／m。時，與高熱值為32.17 MJ／L汽油相比較，從熱量來看，1 m³天然氣相當于1.13 L汽油。天然氣的組成不同，熱值也不同，這個比例是變化的。例如在文獻[16]中，天然氣低熱值是36.22 MJ／m³，汽油低熱值是43.11 MJ／L。對于每100 km的燃料消耗指標為：天然氣9．1 m³，汽油10.0 L。

    文獻[16]指出：作為氣態燃料，天然氣有混合均勻、燃燒更完全等優點，但畢竟其與空氣混合的可燃?昆合氣的熱值比汽油低10％，且充氣效率也比汽油低；實踐表明，在大多數情況下，1 m³天然氣可替代1.0～1.1 L汽油。在推廣應用CNG汽車中，為簡便和穩妥起見，也可按1 m³天然氣替代1 L汽油來計算經濟效益。

    天然氣、柴油雙燃料汽車實際代油率并不等于某一工況下的****代油率H引。雙燃料汽車的特點是大負荷和全負荷時天然氣代油率高，隨著負荷的下降而下降，當負荷小到一定程度和發動機處于怠速工況時，天然氣代油率將降為零，即轉為純燃柴油工況。而公交車大多數運行狀態處于中小負荷工況，因此，實際天然氣代油率或加權平均天然氣代油率就很低。因此，公交車宜采用單一CNG燃料的發動機。

    文獻[18]按照GB 12545—1990《汽車燃料消耗量試驗方法》，進行了每100 km柴油和油氣}昆燒的消耗量的測試，試驗結果是純柴油車每100 km耗油20.7 L；油氣混燒車CNG的消耗量為13.6 m³，柴油消耗量12.8 L。

  ④排放特性比較

  對于排放量的描述主要分為兩類：一類是理論值，常出現在關于天然氣汽車的市場推廣或各種汽車可替代燃料的分析對比等方面的文章中；另一類是試驗性質的實測值，多見于對各種型號的發動機或車的怠速等狀況的試驗分析文章中。考察的角度不同，應用的數據也就不同。一般以文獻[19]中的數據為準：天然氣汽車比汽油車排放的CO減少98％、HC減少70％、NO。減少39％、C02減少24％、 s0。減少90％，由于甲烷的辛烷值高達120以上，抗爆性能提高，并有效降低發動機噪聲。

    由于各地天然氣組成不同，以上排放指標是一個大致的范圍，不是一成不變的。例如文獻[20]指出，天然氣汽車與汽油車相比，尾氣中的CO排放量可降低90％。97％、NMHC可降低70％一80％、NO。可降低30％～50％、C02可降低19％～25％、S02可降低70％～90％、PM可降低40％左右。在文獻『21]中減排量稍有變化：CO減少97％、HC減少72％、NO，減少39％、C02減少24％、S02減少90％、苯鉛等粉塵減少100％、噪聲降低40％。后續文章以文獻[21]為依據的較多，如文獻[16]和文獻[22]等。

    綜合來看，涉及到這方面的引述比較常選擇比例法‘。引，較少按每km排放量進行介紹，這樣的文獻比較典型的是文獻[24]。

       ⑤經濟性比較

    進行單一燃料的經濟性比較，只要確定3個參數就可以了：替代比例、燃料價格、單位燃料耗量。如前所述，CNG與汽柴油車的替代比例不是一個精確值，而且隨著燃氣熱值而變化；燃料的價格各地不同，油品等級不同價格也就不同；汽車行駛的單位燃料耗量與車型有關，不同車型的消耗量也就不同。因此，對以上3個參數都有明確的規定，才可以進行準確的比較。如果要進行改裝費和年總體費用的比較，計算出投資回收期，那么各種車型的改裝費和行駛里程也要加以明確才行，比如使用的儲氣瓶組材質、數量等，這涉及一個不確定因素：鋼瓶的有效載氣量。CNG與汽、柴油的燃料替代比例，即相同條件下消耗天然氣的體積(單位為m。)和消耗汽、柴油 體積(單位為L)之比，廣泛使用的是1：1．1或更高，如文獻[25—27]，但有趨勢采用l：1的比例，如文獻[28—29]，這樣易于計算，也比較貼近我國目前較多采用的雙燃料汽車的實際運行工況。

    ①氣源供應：2010年北京市天然氣使用量已經達到68×10⁴m³／a，其中公交車的全年總用氣量為7 686×10⁴m³／a，占1．1％，氣源具備充足的供氣保障能力。

    ②母站供應能力：目前燃氣集團已經建設完成6座加氣母站，分別為王四營、姚家園、杏石口、北郊、南湖渠、小屯加氣母站。其中前3個規模相當，每站設2臺壓縮機，單機額定壓縮能力為2 050 m³／ h，設計加氣能力為3 500 m³／h。按每日工作16 h計算，每座加氣母站供氣能力為5．6×10⁴m³／d；后3座加氣母站原建設規模與上述3座母站相同，2007--2009年，為了緩解供氣緊張局面，分別對這3座母站進行擴建改造，將每座加氣母站加氣能力提高到7 000 m³／h，日供氣能力達到11．2×10⁴m³／d．

（3）維修：不論是加氣站工藝設備的維修還是天然氣汽車的維護保養，經過多年的經驗積累，已經形成一支專業維護隊伍、穩定的配件供應體系，駕駛員已經對天然氣汽車的性能有了深入的認知度。

    ①北京市天然氣的使用情況總體屬于峰谷結構，冬季用氣量大，處于峰頂，夏季用氣量少，處于谷底，這就使得在冬季CNG天然氣的供應要受到一定的影響，不能完全保證CNG公交車的使用。

    ②CNG加氣站只有母子站的形式，母站、子站的分布不是很均勻，與運營的公交車數量不匹配，有的站內需要排隊加氣，設備運行負荷高，而個別站區加氣車輛偏少，設備利用率低。目前，北京市母子站的運營模式中，存在著大量的運輸車輛往返于母子站之間，不但車輛運行成本較高，而且給交通系統帶來一定的負擔，嚴重時，在早晚高峰時段會造成供氣不及時的現象，影響CNG車輛的正常行駛，而且， CNG運輸屬于危險化學品運輸范疇，存在著一定的安全隱患。如果將部分子站改造成標準站，既可以增加CNG加氣站類型，又可以節省CNG站的運營成本，能夠更加合理地利用資源，緩解CNG運輸車隊給交通帶來的巨大壓力。

    （3）加氣站建設滯后。目前車用天然氣日需求量達到30×10⁴m³／d，遠郊居民用戶天然氣日最高需求量達到50×10⁴m³／d，總需求量達到8010⁴m³d，已經接近現狀加氣母站的理論加氣能力。另外，從目前CNG汽車和CNG城鎮用戶增長情況看，CNG供氣缺口也在逐漸加大。因此當前北京加氣站建設相對滯后，如不抓緊進行規劃建設，勢必會制約CNG用戶發展。

    ④雖然北京現在擁有世界上規模****的CNG公交車隊，但其后勤保養工作沒有很好地落

  實，車輛設備老化嚴重。而且CNG公交車使用種類較多，排放水平也不盡相同，還有待進一步標準化。

    5要保持CNG公交車的長遠發展，還必須保持CNG價格的合理，只有油氣存在一定的差價，才能體現CNG汽車的燃料價格優勢。發展CNG汽車要吸取發展液化石油氣(LPG)汽車的經驗教訓，要盡可能地保證CNG汽車可觀的經濟優勢。

 14  結論

    ①發展清潔燃料汽車，既有利于減少大氣污染，又是一個新的經濟增長點，可以帶動一大批相關企業的發展。

    ②應該大力發展CNG公交車，政府應該給予一定的政策優惠，明確發展方向，例如可以減免車輛購置稅，享受與電動車輛同等的優惠政策，并且要致力于建設一套完善的CNG汽車的發展規范，做到行業執行標準的統一化。

    ⑧隨著低碳發展的提出，目前公交車組成結構比較復雜，應該確定發展CNG汽車輛的比例。保持一定比例的天然氣公交車，也是多種能源結構公交戰略安全的需要。

    ，④加大北京天然氣管網建設，將現有子站改造成標準站形式，將標準站和母子站相結合，更加優化、合理地規劃北京CNG加氣站的構成。

    5價格政策是一個經濟杠桿，相對固定油氣差價比例，通過這個杠桿使各方利益得到保證和均衡，天然氣汽車用氣市場才能得以健康發展。

    ⑥加強正面引導及宣傳，以科學的態度認識天然氣汽車的安全性，避免盲目夸大天然氣汽車的危險I生而阻礙該產業的健康有序發展。

    ⑦我國應加強天然氣發動機的研制，提高壓縮比，縮小與發達國家的差距，使cNG汽車的動力性能達到與汽、柴油車相當的水平。

    8北京現有加氣站最長已運行時間為10年，壓縮機等主要設備的使用年限為15～18年，還有較長的使用期，應加大天然氣汽車的數量，提高加氣站的利用率，同時進行加氣站轉型的方案準備，進行子站至標準站的轉換。