晋城市发展煤层气燃料汽车的探讨

2012-04-13周保山

四川建筑 2012年1期

周保山

(晋城市煤气开发利用中心，山西晋城048000)

晋城市位于山西省东南部，境内矿产资源丰富，沁水煤田盆地面积23 900 km2，煤碳资源量3 200亿t，煤层气储量约6.5万亿m3，占全国的近1/5，是全国目前煤层气最具开发前景的地区之一。

煤层气(Coal Bed Methane，CBM)是煤层的伴生资源，是一种清洁能源，其气体组分接近天然气，甲烷体积分数超过90%;井下抽放回收的煤层气又叫做矿井瓦斯气(Coal Mine Methane，CMM)，其甲烷含量约为35% ～60%，由于CMM氧含量较高，CMM的储气压力不能过高，因此CMM不能作为汽车燃料用气，作为汽车燃料主要是CBM。煤层气不仅环境性能好，而且热效率高。众所周知，我国的能源结构为富煤贫油(气)，因此，煤层气作为常规天然气最现实可靠的补充或替代能源，发展煤层气代替汽油或天然气，具有划时代的经济意义。

1 晋城地区煤层气燃料汽车和加气站的发展

近年来，随着国际油价的不断飙升，煤层气的经济性能不断凸显。目前，晋城市使用煤层气的汽车已逾2 000辆，市内已建成并投入使用的加气站8座，其中加气母站一座，子站7座。目前，在晋城市内，使用煤层气的汽车主要是出租车、公交车和部分家庭轿车。煤层气燃料汽车的发展，不仅减少了城市的空气污染，而且使广大用户得到了实实在在的优惠，随着供气系统的进一步完善，煤层气燃料汽车必将得到进一步的发展。

2 煤层气燃料汽车的优势

煤层气与其它汽车燃料相比有着无法替代的优势。主要表现在以下6个方面。

(1)燃料价格便宜。按目前市场价格，93号汽油价格为7元/L，煤层气价格为3.4元/m3，而每m3煤层气动力值相当于1.13 L汽油。如一辆出租车每天汽油消耗为200元，用煤层气只需86元;一辆公交车每天汽油费为400元，用煤层气只需172元。

(2)煤层气燃料汽车排气污染小。煤层气是一种洁净能源，主要成分是甲烷，燃烧后的主要生成物为CO2和水，其产生的温室气体量只有煤炭的1/2，石油的2/3，与燃油汽车相比，煤层气燃料汽车尾气的排放量中CO下降约90%，碳氢化合物(CH)下降约80%，NOX下降约30%，SO2下降约20%，CO2下降约23%，微粒下降约40%，铅化合物下降约100%，非甲烷烃类可降低50%左右。综上所述，煤层气对环境造成的污染远小于石油和煤炭，已成为一种优良的汽车发动机绿色代用燃料。

(3)不积碳，车辆部件损耗小。用煤层气作燃料，发动机运转平稳，噪声低，对机动车润滑油的稀释作用小，燃烧性能好，气缸积碳少，不需经常更换润滑油和火花塞，可延长发动机使用寿命，汽车大修里程可提高20%，且煤层气燃料汽车在冬季的起动性能好。不需经常更换机油和火花塞，可节约50%以上的维修费用。

(4)安全可靠。煤层气燃点高达650℃以上，比汽油、柴油和LPG(液化石油气)的燃点高，不易点燃;煤层气辛烷值高，达到了130(汽油的辛烷值低于100)，抗爆点火性能也高于汽油、柴油和LPG，所以比汽油、柴油和LPG更难点燃。另外煤层气的爆炸极限仅为5% ～15%，标况下的密度小于空气，而LPG的爆炸极限为2.4% ～9.5%，气化后密度大于空气;汽油爆炸极限为1% ～7.6%;柴油爆炸极限为0.5% ～4.1%，它们都比空气重，更易在空气中形成聚集而发生爆炸。可见，煤层气燃料比LPG、汽油、柴油更安全。据资料介绍，在美国，天然气燃料汽车发生的1 300多起碰撞事故中，天然系统均未引起爆炸或着火，车用储气瓶都经过火烧、爆炸、堕落、枪击等测试合格后方可使用。中外发展天然气燃料汽车60年来，从未出现过因天然气爆炸、燃烧而导致车辆事故，因此煤层气燃料汽车安全性更高。

(5)车辆改装简单。在保留原车供油系统的情况下，只需增加一套专用压缩煤层气装置。目前，在晋城地区改装一辆公交车约需8 000元，出租车约需3 000～4 000元，约200天可收回改装成本。

3 煤层气燃料汽车发展中存在的问题

尽管使用煤层气作为汽车动力有很多优势，但是由于煤层气的存储条件及燃烧特性等方面与汽油相比有所不同，供气体系不完善，因此煤层气汽车的发展还存在如下一些问题。

3.1 供气体系不完善

晋城市区目前有8座加气站，但周边县区、市加气站很少，煤层气汽车加一次气只能行驶150 km左右，如果要到附近的长治、郑州、临汾等地的话，当气用完了，就必须用油。煤层气燃料汽车加气站的布局不合理，导致煤层气燃料车辆的续航能力差。周边县市即使有加气站，也不给外地车加气，原因是怕不安全，发生爆炸。要解决此问题，笔者认为国家应出台统一的标准，完善煤层气(天然气)加气站的建设，只要煤层气加气站的密度达到一定水平，煤层气燃料汽车的发展肯定会再上一个新的台阶。另外，建一座煤层气(CNG)加气站及配套设施约需500万元，这在一定程度上也影响了晋城市煤层气燃料汽车的发展。

3.2 动力性降低

在煤层气汽车的内燃气运行过程中，甲烷的含量控制在5%～16%爆炸极限之间，电子点火后，甲烷在气缸内充分爆炸做功，推动活塞往复运动，带动曲轴旋转。因此，燃用煤层气与燃用汽油相比，混合气的热值低，煤层气/空气混合低热值为3.36 MJ/m3，汽油/空气混合气低热值为3.82 MJ/m3，进气(空气)量少，分子变更系数小，动力性约下降20%。如果匹配不良，动力性会更加恶化。

3.3 汽车储气瓶占用空间较大

气态煤层气的能量密度比汽油小得多。1 m3标准状况下的煤层气压缩后装入20 MPa的储气瓶中，约占5 L容积，而与之等热量的汽油(0.81 kg)只占1.1 L容积，煤层气所占容积等于汽油的4.5倍(容积系数等于4.47)。要保证相同的行驶里程，煤层气燃料汽车就要携带更大的储气瓶，但汽车上的空间是有限的，这在一定程度上也限制了煤层气汽车的发展。

3.4 制造成本较高

煤层气发动机工作温度较高，对零部件的制造工艺的要求也就相应较高，与汽油车相比天然气燃料汽车的制造成本要高13%左右。

4 晋城市煤层气燃料汽车发展的对策

当今及今后一段时间，煤层气燃料汽车都将是晋城燃气燃料汽车的重点发展方向，为了降低空气污染，减少尾气排放，发展煤层气燃料汽车势在必行，但同时发展煤层气燃料汽车也有许多工作要做。

4.1 加快煤层气加气站的建设步伐

压缩煤层气的能量密度低，续航能力差，同时加气站数量少，加气时间长，这是当前煤层气燃料汽车发展的主要障碍。因此，晋城必须加快CNG加气站的建设步伐，政府应从政策、规划、技术、经济等方面给予支持、协调和配合，使晋城市的压缩煤层气加气站尽快形成规模;同时，要在附近的几个县及主要干道上建设压缩煤层气加气站，增加煤层气燃料汽车的续航能力。

4.2 发展液化煤层气燃料汽车

从气体本质上讲，地面抽放煤层气与天然气无本质区别，其甲烷含量都在90%以上，因此，天然气能够液化，煤层气同样可以液化。在这方面，晋城已走在了全国的前列。液化煤层气是煤层气的另一储存方式，它是煤层气经净化处理后低温液化而成。目前，晋城已建成煤层气液化项目2个，形成日液化能力100×104m3/d。煤层气液化主要有以下一些优点:液化煤层气是压缩煤层气能量密度的2.5倍，以相同容积储罐计算，液化煤层气燃料汽车的行驶里程将是压缩煤层气燃料汽车的2.5倍，达到400 km，这将大大刺激煤层气燃料汽车的发展，到那时，限制煤层气燃料汽车发展瓶颈将不复存在。

另外，液化煤层气加气机的充装速度是压缩煤层气加气机的5倍，并且由于液化煤层气低温，低质储存，工作压力小于1.6 MPa，远低于压缩煤层气工作压力，安全性能得到了极大改善。目前，制约液化煤层气发展的是压力控制和液化钢瓶制造两大问题，随着这些问题的解决，晋城的煤层气燃料汽车发展将会迎来新一轮的发展。

4.3 政府政策的支持

改装的煤层气燃料汽车，由于没有相关技术标准，年检时不得不卸下煤层气装置，审验后再重新装上，给车主带来很多不便;另外，晋城市的煤层气燃料汽车到周边县(市)加不上气，原因是怕不安全，发生爆炸。因此必须尽快制定并统一汽车使用煤层气的相关标准，因煤层气汽车使用范围逐渐扩大，晋城市政府已经安排质量技术监督部门着手制定汽车使用煤层气的相关标准，并希望得到国家和省质量监督部门的支持。