摘要：介绍了LNG汽车的工作原理，从国际、国内两方面阐述了车用LNG的发展现状。结合天然气利用政策、LNG客户、LNG汽车经济性、安全性、LNG汽车冷能回收分析了车用LNG的市场前景。
关键词：LNG汽车； 车用LNG； 燃料经济性； 市场分析
随着我国经济和汽车工业的迅速发展，石油资源短缺的形势更加严峻，与此同时环境污染也日益加重。研究结果表明，城市空气中90％以上的一氧化碳、60％以上的碳氢化合物和30％以上的氮氧化物来自汽车尾气排放[1]，降低汽车尾气排放已经成为城市环保的迫切要求。LNG作为天然气的一种气源形式，在其液化生产过程中，除去了更多的杂质，天然气低碳烃含量更高。若将LNG作为汽车燃料，将使汽车尾气中一氧化碳减少97％，汽车噪声减少40％，环保效益相当显著[2]。
LNG储存在110 K的低温下，在气化过程中将释放出大量冷能，如果将该冷能回收用于汽车冷藏或汽车空调，可以节约汽车的制造及运营成本。此外，LNG的能量密度较大，同样容积的LNG车用储罐装载的天然气是CNG汽车储罐的2．5倍，使得LNG汽车续驶里程较长。国家在十二五规划中提出节能与新能源汽车发展战略，给LNG汽车及加气站的应用推广带来了新的契机。
1 LNG汽车工作原理
LNG汽车的燃气系统由LNG气瓶、电控调压器、气化器、液位仪、空气滤清器、安全装置(如过流阀、安全阀和防爆片)以及一系列阀件(如充液阀、截止阀和单向阀等)组成。LNG气瓶是储存液化天然气的专用气瓶，正常工作压力为0．65～1．59MPa，工作温度为-162℃。LNG汽车的工作原理[3]见图l。
当发动机起动，阀门打开，LNG气瓶内的液化天然气依靠气瓶自身的压力，通过控制阀和燃料限流阀进人气化器中。气化器通过发动机回水来对LNG进行加热，在气化器中液化天然气被气化成气态天然气。
天然气发动机正常运转所需要的天然气压力范围为0．6～0．8 Mpa[4]，该压力通过气化器后供气管路上的电控调压器来控制，确保气体燃料的压力不超出发动机规定的压力范围，安装时应保证电控调压器天然气出口与混合器进气口距离控制在500mm以内。
天然气与过滤后的空气在混合器中混合，从而为汽车发动机提供燃料。为了增加供气管路上的气体容量，在发动机负荷发生变化时，保持供气压力的相对稳定，在LNG汽车的供气管路上，还装设有缓冲器。当天然气燃烧后，燃烧产物经过催化转化器排到大气中，由于有污染的气体在催化转化器中参与化学反应，使得最终排到大气中的汽车尾气污染物大幅减少。
3市场前景分析
3.1 天然气利用政策分析
目前，我国已征收燃油税，这使得汽油、柴油的零售价格与天然气的价格差进一步扩大，因此，汽车使用天然气作为燃料将会发挥更好的经济效益，可以调动经营者和使用者双方的积极性。同时，国家从汽车的生产环节入手，采取停止生产采用简单化油器型发动机的汽车等措施，解决汽车尾气问题，这样更推动了汽车生产商开发生产清洁能源汽车[7]。
另外，十几年的实践证明，天然气汽车的环保性和经济性得到了人们广泛的了解和认可，在技术、设备、专业队伍、行业标准、基础配套设施等方面打下了较好的基础，如国家工业和信息化部公布的《节能与新能源汽车产业发展规划(2011-2020)》、国家能源局发布并于2011年11月1日开始实施的《液化天然气(LNG)汽车加气站技术规范》等。此外，一些地方政府研究制定了如LNG、燃料电池等清洁能源汽车的发展规划，并颁布了支持天然气汽车发展的优惠政策，这些都为天然气汽车的大规模发展创造了条件。
LNG在汽车上的应用主要是城市公交、环卫车辆、出租车、城际大巴、重卡等。
①城区公交车辆：由于LNG能量储存密度大，方便储存和车载，因此，使用LNG作为车用燃料将使公交车续驶里程加长，加气次数减少，增强运行能力，提高效率。在LNG公交车加气便捷的情况下，现有CNG公交车更新换代或者改装为LNG车辆的可能性较大，故公交车辆可作为LNG主要客户之一。
②城区环卫车辆：环卫车辆主要有洒水车、扫地车和垃圾车等类型，在国内一些城市，已经开始推广采用天然气环卫车辆。随着环境保护政策的不断加强，环卫车辆可作为LNG潜在客户。
③出租车辆：由于LNG气瓶一般为双层金属真空加多层缠绕超低温绝热结构，气瓶较厚，出租车后备箱体积较小，改装受到一定限制。但随着LNG的不断发展和市场的培育，出租车可作为LNG潜在客户。
④城际大巴、重卡车辆：城际大巴和重卡车辆的行驶距离一般较长，若在高速公路沿线布设LNG加气站，为其提供燃料补给，这类车辆也将成为LNG主要客户。
根据天然气及燃油的燃烧特性，天然气的低热值为35．41 MJ／m3，0号柴油的低热值为40．2 MJ／kg，0号柴油的密度为0．84 kg／L，按二者热效率相同考虑，则1 m3天然气的行驶里程等效于1.05 L的0号柴油。一台265 kW的重卡每l00 km油耗按50 L计算，一年行驶10×104 km，则需耗油50 000L，相当于耗天然气47 620 m3，如果0号柴油按7．3元/L计算，LNG零售价格按5．5元/ m3计算，则用LNG比用柴油每辆车每年可节约10×104 余元燃料费，而一辆原装LNG重卡的价格比普通汽柴油重卡的价格仅高约10×104元，一辆在用重卡改造为LNG重卡改装费需8×104元左右。重卡使用LNG作为燃料后，不到一年就可收回高出柴油重卡的成本，之后，使用LNG作燃料比使用柴油作燃料将便宜28％左右。
一辆大巴柴油车改装成天然气单燃料车费用为(6～10)×104元。对改装后的尾气排放治理的效果和回收改装费的价值而言，油改气汽车适用于车况好、运行3 a以内的公交车、长途客车，对运行4 a及以上的车，改装意义不大。
LNG的燃点为650℃，比汽油、柴油和LPG的燃点高；LNG的爆炸极限为5％-l5％，气化后的密度比空气小，稍有泄漏便挥发扩散，因此不容易形成爆炸性混合气体。而汽油的爆炸极限为1．0％～7．6％，柴油的爆炸极限为0．5％～4．1％，LPG的爆炸极限为2．4％～9．5％，且LPG气化后的密度比空气大，泄漏后不易挥发[8]。此外，LNG的储存压力小于l．6 MPa，远低于CNG的储存压力，其车载气瓶一般采用耐低温的特殊材料制造，夹层真空屏蔽，外部设置相应厚度的隔热保冷层，这样可以避免CNG因采用高压气瓶带来的潜在危险。
LNG作为汽车燃料具有供冷的优势。LNG在气化过程中，会释放出大量冷能，其制冷量为860～883 kJ／kg。如果将这部分冷能回收加以利用，将其用于汽车空调，或是为冷藏车提高冷量，则不必为汽车专门配备制冷系统，可以节约汽车制造成本和运输成本，具有显著的经济效益。
4 结论
LNG主要应用于城际大巴、重卡、城市公交、环卫车辆、出租车等，与CNG车辆相比，LNG作为车用燃料，将使这些车辆续驶里程加长，加气次数减少，行车效率提高；同时，LNG相比于燃油，具有价格上的优势，其作为车用燃料具有较好的经济效益。
在国家倡导清洁能源的时代背景下，随着LNG工业的发展、车用LNG相关技术的不断成熟，以及政府对车用LNG相关优惠政策的逐步落实，可以预见，车用LNG产业将具有广阔的市场前景。
