彭紅濤
石油短缺和生態(tài)惡化是21世紀(jì)人類面臨的主要問題，能源的短缺將直接影響各國經(jīng)濟(jì)的持續(xù)發(fā)展，而環(huán)境污染則直接威脅著人類的健康和生存。天然氣是當(dāng)今世界能源的重要組成部分，它與煤炭、石油并列為世界能源的三大支柱。據(jù)研究資料顯示，世界已探明的石油儲量，按汽車現(xiàn)在消耗的速度，還能支撐40-70年。而已探明的天然氣儲量，預(yù)計可以開采200年。從這個意義上講，天然氣汽車是21世紀(jì)汽車工業(yè)發(fā)展的一個重要方向。
一、天然氣汽車的發(fā)展現(xiàn)狀
近二十多年來，世界天然氣需求持續(xù)穩(wěn)定增長，平均增長率保持在2%，專家預(yù)計2020年其在世界能源組成中的比重將會增加到30%。21世紀(jì)天然氣在世界能源結(jié)構(gòu)中的比重將超過石油，成為世界第一大能源，21世紀(jì)將是一個天然氣世紀(jì)。
天然氣是一種潔凈的能源，主要成分是甲烷，燃燒后的主要生成物為二氧化碳和水，其產(chǎn)生的溫室氣體只有煤炭的1／2，是石油的2／3。天然氣汽車則是以天然氣作為燃料的汽車，按照天然氣的化學(xué)成分和形態(tài)，可分為壓縮天然氣(CNG)汽車、液化天然氣(LNG)汽車和液化石油氣(LPG)汽車3種。近年來，天然氣汽車在全球發(fā)展很快，在應(yīng)用與運營方面比較成功。天然氣汽車是一種理想的低污染車，與汽油汽車相比，它的尾氣排放中CO下降約90%，HC下降約50%，NOx下降約30%，S02下降約70%，CO2下降約23%，微粒排放可降低約40%，鉛化物可降低100%�？梢娞烊粴鈱Νh(huán)境造成的污染遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于石油和煤炭，是一種優(yōu)良的汽車發(fā)動機(jī)綠色代用燃料。同時，天然氣汽車的使用成本較低，比燃油汽車節(jié)約燃料費約50%。此外，與電動汽車相比，天然氣汽車的續(xù)駛里程長。有關(guān)專家認(rèn)為天然氣汽車是目前最具有推廣價值的低污染汽車，尤其適合于城市公共交通和出租汽車使用。目前，它已在世界上得到廣泛應(yīng)用。
根據(jù)最新資料顯示，全世界約有四百萬輛天然氣汽車，其中中國約有九萬七千多輛天然氣汽車。目前，世界上有六七十個國家在進(jìn)行壓縮天然氣的研發(fā)和使用，全世界約有三百六十七萬多輛汽車使用壓縮天然氣作為動力。中國使用壓縮天然氣的汽車約有九萬輛，主要分布在四川、陜西等西部地區(qū)。其中，四川省使用壓縮天然氣的汽車最多，達(dá)到四萬八千輛，加氣站也有一百八十多個。上海有四百余輛CNG公交大客車投入使用�？梢灶A(yù)見，隨著國內(nèi)其他城市供氣系統(tǒng)和全國范圍內(nèi)的加氣站網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的完善，天然氣汽車必將得到大力推廣，天然氣企業(yè)和天然氣汽車行業(yè)的市場空間極為廣闊。
二、天然氣汽車存在的問題
用天然氣作為汽車動力有很多優(yōu)勢，如污染少，燃料經(jīng)濟(jì)性好、價格低等。但由于它與汽柴油在燃燒特性和儲存方面有所不同，因而在天然氣車的開發(fā)和應(yīng)用中，存在如下問題。
動力性較低。燃用天然氣與汽油相比，混合氣的熱值低(天然氣／空氣混合氣熱值為3.36MJ／m3，汽油／空氣混合氣熱值為3.82MJ／m3)，進(jìn)氣(空氣)量少，分子變更系數(shù)少，動力性約下降20%。
供氣體系建設(shè)有難度。天然氣汽車在國內(nèi)大城市推廣應(yīng)用，必須建立相應(yīng)的加氣站及為加氣站輸送天然氣的管道，這涉及到城市建設(shè)規(guī)劃、經(jīng)費投入和環(huán)境安全等諸多因素。而且建加氣站的費用相當(dāng)高，需500－1000萬元人民幣，甚至更多。這個問題在一定程度上已經(jīng)成為一些地區(qū)發(fā)展天然氣汽車的瓶頸。
貯氣瓶占用空間較大，攜帶不便。1m3常壓天然氣裝入20MPa的貯氣瓶中，約占5L容量。而與之等熱量的汽油(0.81kg)只占1.1L容積，CNG所占容積等于汽油的4.5倍(容積系數(shù)等于4.47)。要保證相同的續(xù)駛里程，天然氣汽車貯氣瓶的體積比汽車油箱就要大許多，相對降低了車輛的承載能力。貯氣瓶在壓力下的攜帶，技術(shù)上不是難題，但畢竟不如汽油和柴油方便。而且氣瓶貯氣量直接關(guān)系到行駛的里程。
汽車用戶的初始投資較大。天然氣汽車的一些部件如貯氣瓶、安全閥等，要求嚴(yán)格，成本較高。此外，尚未形成規(guī)模效益，使得它們的造價下降受限。對于目前采用的兩用燃料車，則要在原車上另加一套價值數(shù)千元到數(shù)萬元不等的天然氣供氣系統(tǒng)。
三、發(fā)展我國天然氣汽車的對策
1.加快天然氣發(fā)動機(jī)關(guān)鍵技術(shù)的研究
電子控制技術(shù)。應(yīng)用先進(jìn)的電控技術(shù)對天然氣發(fā)動機(jī)的燃料供給、點火定時等進(jìn)行精確控制，是實現(xiàn)天然氣汽車發(fā)動機(jī)高效率、低污染燃燒的關(guān)鍵之一。電控系統(tǒng)主要包括電控單元、傳感器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)等。
空燃比控制技術(shù)。為協(xié)調(diào)發(fā)動機(jī)排放(NO／HC)、氣耗率和可靠性(排溫)，空燃比在整個萬有特性圖上的快速與精細(xì)控制是關(guān)鍵。
優(yōu)化燃燒技術(shù)。發(fā)動機(jī)燃燒技術(shù)和高能點火技術(shù)及其協(xié)調(diào)優(yōu)化是實現(xiàn)最佳性能的必要條件。
先進(jìn)的后處理技術(shù)。由于歐Ⅲ排放法規(guī)不僅要求限制天然氣發(fā)動機(jī)的非甲烷碳?xì)?NMHC)而且要求控制總碳?xì)渑欧?THC)，先進(jìn)的氧化型后處理技術(shù)就成為關(guān)鍵技術(shù)之一。
2.改善供氣能力，加快加氣站基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)
利用"西氣東輸"和進(jìn)口天然氣的管網(wǎng)建設(shè)在沿線和周邊城市改善供氣能力，為大力發(fā)展天然氣汽車提供必要條件。影響天然汽車發(fā)展的一個重要的因素是加氣站的建設(shè)。發(fā)展天然氣必須有大量適用的加氣站網(wǎng)點作保障。天然氣汽車的發(fā)展要有計劃有步驟的作好發(fā)展規(guī)劃，逐步實施。各大城市，特別是有條件建設(shè)的城市應(yīng)將天然氣汽車加氣站的建設(shè)列入城市的發(fā)展規(guī)劃中，并盡早投入經(jīng)費建立天然氣的供氣系統(tǒng)。
3.貯氣瓶的研制
研制儲存量大、耐高壓、輕質(zhì)的車載復(fù)合氣瓶已是一個必須解決的重要關(guān)鍵技術(shù)。這方面國外已經(jīng)成功地研制并生產(chǎn)了壓力大于25MPa的復(fù)合材料氣瓶，且其P／V(質(zhì)量／容積)僅為0.6。我國應(yīng)盡快開展這方面的研制工作。
4.政府政策的支持
政府的經(jīng)濟(jì)政策是影響燃?xì)馄嚢l(fā)展的一個最重要因素。許多發(fā)達(dá)國家的政府為了保護(hù)環(huán)境，在價格，稅收，投資，補(bǔ)貼等方面制定優(yōu)惠措施，積極鼓勵燃?xì)馄嚨陌l(fā)展。我國政府應(yīng)結(jié)合實際情況，積極發(fā)揮引導(dǎo)、支撐和排障的作用，如在法律方面予以保障，在燃?xì)馄嚿a(chǎn)、改裝、零部件生產(chǎn)、加氣站建設(shè)、燃?xì)馄囐徺I和使用等環(huán)節(jié)給予稅收、資金等方面的優(yōu)惠政策。例如上海市政府對新增天然氣公交車進(jìn)行補(bǔ)貼，政府投資進(jìn)行加氣站建設(shè)，由委托企業(yè)經(jīng)營等，都是行之有效的措施。目前我國正在進(jìn)行燃油稅改革，實行稅改后，燃油價格將上升，對燃?xì)馄嚨陌l(fā)展具有重要的促進(jìn)作用。
隨著材料技術(shù)以及電子技術(shù)的不斷發(fā)展和廣泛應(yīng)用，天然氣燃料的優(yōu)勢將會大力被開發(fā)和利用。從長遠(yuǎn)來看，天然氣將會成為最有前途的車用"低污染燃料"。因此，發(fā)展天然氣汽車對解決環(huán)境問題和能源問題都具有十分重大的現(xiàn)實意義。
