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摘 要：天然气是主要的代用燃料,逐步成为未来发动机的主导燃料之一.许多城市都把使用天然气为主的气体燃料,汽车作为改善空气质量的重要措施,天然气正在成为城市交通的主要燃料,天然气汽车也将得到进一步地推广和发展.根据我国天然气汽车的发展现状,本文着重从与燃油汽车能耗指标比较、热效率、热值以及价格因素方面分析了天然气汽车的燃油经济性,最后对天然气汽车的前景进行憧憬.
关 键 词：天然气；天然气汽车；燃油经济性
中图分类号：TM911.44
1前言
从第十四届中国国际天然气汽车、加气站设备展览会暨高峰论坛上获悉,全球天然气汽车驶入发展快车道,中国天然气汽车产业也迅猛发展,加气站和天然气汽车总量均有大幅增长,一场交通用能变革正悄然而至.据统计,自2012年以来,中国新增加气站446座,总量达到2784座,比上年增加19%,其中LNG加气站占22.8%.天然气汽车新增47.3万辆,总保有量已达到157.7万辆,比上年增长40%,其中LNG汽车超过7.1万辆.天然气汽车用气126亿立方米,产值约470亿元.
2天然气汽车
天然气汽车就是以天然气作为燃料的汽车,它是气体燃料车的一种.由于资源分布和天然气使用技术水平的不同,天然气汽车有着不同的技术路线.目前使用的主要有：液化石油气（LPG）、液化天然气（LNG）、压缩天然气（CNG）.
1）LPG汽车.LPG的主要成分是丙烷和丁烷,它来自于油田拌生气和炼油厂制气.它们也是天然气组成的一部分,较易液化,在常压下是气态.由于受资源条件的限制,LPG汽车主要集中在产油地区.
2）LNG汽车.LNG是将天然气深冷到-162℃,体积缩小到1/625,液化后装入低压保温容器中放在汽车上作燃料,但是,LNG生产设备的投资和能耗很高,它对存储容器的绝热性要求很高.
3）CNG汽车.CNG汽车是将天然气在常温下压缩到20MPa后存储到钢瓶中,经减压后供给发动机用.随着CNG加压技术的进步,天然气汽车将会增多,前景看好,正被许多国家采用.
3天然气汽车的燃油经济性
在保证动力性的条件下,汽车以尽量少的燃油消耗量经济行驶的能力,称作汽车的燃油经济性.燃油经济性是汽车用户最关心的问题,也是天然气汽车能否顺利推广的最实际的问题之一.
3.1天然气汽车与燃油汽车能耗指标比较
对于同等级、档次的各类天然气汽车（压缩天然气汽车、液化天然气汽车）,尽管天然气储存方式有区别,但汽车发动机及最终进入发动机的燃料状态完全相同：低压常温的气态天然气.因此,同等级各类天然气汽车燃料消耗指标基本相同.
（1）无论是原装单燃料天然气汽车,还是改装车,天然气汽车能耗要高一些,即相同热量情况下,天然气汽车行驶里程短一些.
（2）从能耗增加幅度看,单燃料汽车较改装车能耗指标低,出租车改装效果较公交车好,汽油车改装效果较柴油车好.
3.2热效率
（1）天然气的辛烷值比汽油高.天然气的研究法辛烷值和马达法辛烷值均高达120.这就意味着燃用天然气比燃用汽油时,许用压缩比高约2～4个单位.
根据汽油机理论循环的热效率与压缩比的关系,压缩比高,热效率就高,原汽油机的压缩比等于8,燃用天然气时压缩比允许提高到10～12,相应的理论循环热效率可以提高7～12%.
（2）天然气与空气的混合气形成质量比汽油与空气的好.混合气质量好的三个要素是：雾化与汽化良好,混合均匀和分配均匀.燃用天然气时第一个要素的得分是百分之百.天然气在进入气缸时不存在任何雾状颗粒,是完全的气态,而要使汽油在进入气缸前完全汽化则是不可能的.一项实验表明,在通常的温度条件下,使汽油进入气缸前完全汽化,进气管的长度必须大于2m.在实际发动机中即使到压缩行程终了时汽油也达不到完全的汽化.
完全汽化有利于燃料分子与氧分子的充分接触,使燃烧的完全度提高.纯气态的天然气,其全部个体分子具有相同的运动惯量,又不存在汽油机令人头痛的管壁油膜,其混合与分配的质量优于汽油,自不待言.混合均匀与分配均匀也有利于提高燃烧的完全度.分配均匀还使得对整机实施最佳的燃料调整,避免违心的不必要的加浓,成为可能.由上可知燃用天然气比燃用汽油燃烧完全.
上述两点均说明燃用天然气热效率比燃用汽油高.其含意是做同样的功耗能少,或者耗同样的能做功多.
3.3天然气的热值比汽油高
天然气的低热值为49.54kJ/kg,比汽油的低热值44kJ/kg高约13%.说明即使按相同的热效率,做同样功时天然气的耗量也比汽油的耗量少.这证明了与汽油车相比,天然气汽车的油耗不仅KJ/kwh,g/kwh则更低.应当说明的是,比较天然气汽车与汽油车的油耗时,用做单位功的能耗亦即kJ/kWh更为合理.
3.4天然气的价格低
天然气作为汽车燃料较燃油、液化石油气等都具有一定的能源价格优势.天然气是一次能源,国家发展和改革委员会能源研究所等单位在《中国天然气发电政策研究综合报告》中的研究结论是：“尽管天然气价格也受国际能源供需形势的影响,但影响没有石油大,按等热值计算,天然气（包括LNG）在价格上比石油有优势.”天然气开采后的再加工成本（含运输）比汽油低,售价理应比汽油低.按热值计,1立方米天然气相当于0.81kg汽油.因此天然气比汽油便宜.国家发展和改革委员会于2010年6月1日完善了相关价格政策.要求各地天然气价格（元/立方米）与90号汽油最高零售价格（元/L）比值调整到0.75∶1的比价关系,保持车用气的合理比价.行驶相同里程,消耗1L汽油相当于消耗1.1立方米天然气,汽油价格以7.31元/L计,用户可承受天然气价格最高为6.65元/立方米.
4结论
我国有着丰富的天然气资源,发展天然气汽车能够降低对国际能源市场的依赖.天然气的价格比汽油和柴油稳定,并且低于汽油和柴油,能对天然气汽车做长期的成本预算.目前逐渐增加的天然气运输管道和加气站,为客户使用天然气带来极大的方便.我们相信,不久的将来会出现有利于天然气使用者的安全、有利于环保的燃气运输网络,从而消除用卡车运输燃油的费用以及在地下存储燃油所带来的环境问题.就目前我国的燃气储备和天然气汽车保有量和使用量来看,天然气汽车的显著增加也只会增加天然气消耗的几个百分点,发展天然气汽车的前景是很广阔的.