企业应用LNG 重卡的经济性分析

2020-09-24阮芮彬

设备管理与维修 2020年16期

阮芮彬

（中机国际工程设计研究院有限责任公司，湖南长沙 410007）

1 天然气汽车的发展

天然气汽车始于20 世纪30 年代，至今已有90 多年的历史。由于天然气汽车在环境保护、节能、安全等方面具有显著的优点，同时可以较为灵活地切换使用汽油或柴油（单烧或混烧），在过去的8 年时间里LNG（Liquefied Natural Gas，液化天然气）汽车快速发展。我国开发应用LNG 加气市场的虽然起步较晚，但发展天然气汽车的潜力空间巨大[1]。数据显示，截至2018 年年底，我国使用天然气的汽车（Natural Gas Vehicle，NGV）约有670 万辆，比上一期增加62 万辆，涨幅为10.20%。其中，2018 年我国使用LNG 的汽车约为44 万辆，同比增加约4万辆，涨幅为25.71%；2018 年我国使用CNG（Compressed Natural Gas，压缩天然气）的汽车约为626 万辆，同比增加约41 万辆，涨幅为9.25%[2]。图1 为在某展会上展示的LNG 重卡车头。

图1 新型LNG 重卡车头

2 发展LNG 重卡的必要性

依据目前我国的能源结构、政策以及国际社会的能源环境，发展LNG 重卡是非常必要的，具体情况可从以下4 个方面展开分析。

（1）国家发展和改革委员会发布的“天然气利用政策”中规定，天然气汽车加气项目为第一类优先类中的城市燃气的项目类别之一，优先顺序仅次于城镇居民用气和公共服务设施用气。

（2）2018 年7 月，国务院发布了《打赢蓝天保卫战三年行动计划》，计划中要求各大企业大力推进国III 及以下排放标准营运柴油重卡提前淘汰更新，确立了LNG 重卡在今后的发展趋势。2019 年3 月25 日，国家工业和信息化部装备工业发展中心发布《关于重型燃气车辆产品实施国六排放标准的通知》，明确指出LNG 重卡产品将于2019 年7 月1 日执行国六a 阶段排放要求。此举意味着国六排放已经进入落地阶段，“高配版”国六b也将逐渐进入落地阶段。

（3）目前国内已建成7 个LNG 接收站和多个天然气液化工厂，LNG 供应充足。在许多城市和高速公路服务区均有LNG 加气站，并且近些年LNG 加气站项目呈逐年递增趋势，为LNG 重卡续航提供了保障。

（4）国际石油资源紧缺，油价大幅度上涨。据相关资料统计，我国2019 年以4.90 亿吨来测算，对比2018 年（4.62 亿吨），2019 全年原油进口增长幅度将达到8.2%。能源紧缺、油价上涨直接威胁到我国的国家安全，还将影响国民经济的发展和GDP的增长。通过发展天然气汽车，能够有效缓解燃油供应紧张的局面，局部调整能源结构，同时也可以为汽车运输企业降低燃料成本，实现能源供应的科学发展。

3 LNG 重卡与柴油重卡对比

在节能环保、运行和维护成本、提升车辆的安全性方面，LNG 重卡均优于柴油重卡，但其续航里程弱于柴油重卡。

3.1 节能环保

汽、柴油作为汽车燃料燃烧时，其燃烧产物含有大量的一氧化碳（CO）、氮氧化物（NOx）、碳氢化合物等有害气体及微小颗粒物（PM2.5），被公认为全球性的公害之一[3]。

使用LNG 作为汽车燃料时，与国III 柴油车产生的尾气相比，其尾气中的NOx降低约20%～50%，CO 降低80%以上，非甲烷总烃降低85%以上，尾气中基本上不含铅、硫化物以及苯类等有害物质，不会形成光化学污染。据研究，LNG 汽车尾气中每千米排放的PM2.5颗粒物仅为0.005 g，相比柴油车辆每千米排放0.075 g 而言，能够有效降低90%以上的PM2.5排放，大大减少空气中PM2.5的排放量。因此，发展天然气汽车是现阶段缓解和降低PM2.5颗粒物的最有效、最便捷的途径.

LNG 组成稳定，不含硫化物、灰尘等杂质，空燃比稳定，可以确保发动机平稳有效地运转。另外，汽缸与燃烧室内不会发生金属腐蚀、积碳等现象，也减少了噪声污染。

3.2 降低成本

与柴油相比，LNG 的经济性主要体现在价格差上。通过对LNG 重卡和柴油重卡在8 年全寿命期内的总成本比较，说明LNG 作为汽车燃料在经济性上的优势。根据从天然气汽车生产厂家了解的情况，某一规格的LNG 重卡的价格约为40 万元/辆，同功率、同车型的柴油重卡价格约为32 万元/辆。重卡的日行驶里程按300 km 考虑。目前0#柴油的零售价格6.3 元/L，每千克LNG 的热值相当于1.33 L 柴油，以每千克LNG 热值作为计算标准得出同等热值的柴油价格为8.38 元。目前天然气单价为4.5 元/m3，1 kg LNG≈1.4 m3天然气，得出LNG 价格为5.98 元/kg。柴油重卡百公里消耗柴油按32 L 考虑。LNG 的主要成分为甲烷，在气化器中转化成气态进入发动机燃烧，相比于柴油（C10～C22 的混合物）液态燃烧得更加充分。所以燃气发动机比柴油发动机有更高的热效率，但因各个厂家生产的发动机型号差别较大，热效率也不同，所以本次计算将燃气发动机和柴油发动机的热效率视为一样。计算得出LNG 重卡与柴油重卡使用成本对比见表1。

表1 LNG 重卡与柴油重卡使用成本对比

由表1 可知，LNG 重卡比柴油重卡每日燃料费节省132.2元，一年按300 d 计算，则每年可节省燃料费约4 万元。考虑购车成本以及维修折旧费用，则LNG 重卡与柴油重卡的经济性分析数据如表2 所示。

表2 LNG 重卡与柴油重卡经济性分析数据

由表2 可知，在8 年的全寿命期内，LNG 重卡的总成本费用比柴油重卡的总成本费用节省40 万元，平均每年节省5 万元，8 万元的购车差价收静态回年限仅为19 个月。重卡的日行驶里程越长，节省燃料成本的效果越明显。

但是目前大部分生产企业的运输车队均为柴油重卡，如果通过购买新车的方式将可正常使用期内的柴油重卡进行更换势必会造成企业资金的紧张和回收期过长（约10 年静态回收期）。随着时代的进步，柴油重卡可以直接进行LNG 掺烧（混烧）改装，改装费用大约6 万元左右，这大大降低了企业更换LNG 重卡资金的压力，也将10 年的静态投资回收期提升到了1.5 年。

3.3 提升车辆的安全性

与柴油相比，LNG 的安全性主要体现在比重、爆炸极限、自燃温度等方面（表3）。

表3 LNG 与柴油的性能参数

通过表3 可知：①天然气的自燃温度比柴油的自燃温度高出约390 ℃，因此天然气不容易发生自燃；②天然气的气体密度比空气小，柴油蒸汽密度比空气大，发生泄漏时天然气会上浮并很快在空气中散发、不会积聚，所以天然气泄漏很难形成爆炸环境。

3.4 续航里程稍有欠缺

LNG 重卡通常配置一个水容积为450 L 的LNG 车载钢瓶，一次充足后能使用的的天然气约为243 m3（充装系数按90%计，LNG 的液态/气态膨胀系数按600 m3/m3计），充满一次LNG 可以行驶约700 km。柴油重卡通常配置一个容积为300 L的油箱，加满一次柴油可以驶约940 km，所以LNG 重卡在行驶过程中加气频率比柴油重卡高。