二、天然气、液化石油气汽车的优缺点
(1) 可以替代十分短缺的汽、柴油,充分利用天然气资源 随着我国国民经济的飞速发展,汽车保有量急剧增长,1995年底我国拥有11OO万台汽车,年递增率12%,到2000年将达到1500万辆;同时,我国的石油产量增长极少,产储量难有大的突破,1995年生产了1亿7千万吨,净进口3千万吨。在此同时,我国天然气的产、储量发展较快(详见第二章),因此,大力发展天然气、液化石油气汽车是一条可行,也是必然之路。
(2) 减少对大气的污染 汽车排出的废气是当今对大气环境,尤其是大城市里的空气污染的一种移动式污染源,在西方国塞占城市空气污染源总量的60%~70%,随着汽车数量的增加,这种污染危害已受到整个世界的重视。先进国家均对汽车废气排放指标作了规定,汽车尾气中的CO、HC、NOx及粉尘中含铅物质能够阻碍人体内氧气和血红蛋白的结合,能致癌,对眼睛、咽喉有刺激,在空气中形成酸雾。66~85号含铅汽油内四乙基铅含量达千分之一左右。若有机动车9万辆的城市,年耗汽油25万吨左右,即有250kg四乙基铅被汽车排放到大气中漂浮,将严重危害人民的身体健康。
天然气和液化石油气在常温下为气态,以气态进入内燃机、燃料与空气同相,混合均匀,燃烧比较完全,可大幅度降低CO和HC的排放量,彻底改善微粒排放污染。天然气和液化石油气经净化处理后,其有害物质和含量比液体燃料也要小得多,如S的含量可降到3×10-6(质量比)以下,远低于汽、柴油的0.1%~0.2%。由于天然气和液化石油气火焰温度低,也会使NOx排放量减少。此外以甲烷为主要成分的天然气是碳氢原子比最小的烃类化合物,以产生相同热量计算,甲烷产生的CO2也可比汽、柴油降低15%以上,这对减小造成地球变暖的“温室效应”也是大有好处的。
(3) 燃料经济性好 目前在全球范围内的油气差价是发展天然气汽车的效益基础,以我国目前油气价格计算,1kg汽油价格为2.8元以上,若天然气价格为0.70元/m3,算上压缩成本0.4元/m3,其经济效益是可观的。
(4) 使用压缩天然气比汽油安全 汽油具有良好的挥发性,随着气温升高挥发性加强。汽车燃料系统从构造上看并没有十分严密的封闭措施,尤其是在汽车加注汽油时,油箱附近空气中易形成可燃性混合气,加之汽油燃点在430℃以内,着火界限为1.3%~7.6%,遇微小火花极易着火,汽车经碰撞、翻覆或漏油后发生火灾是常见的事故。而压缩天然气(CNG)在车辆上储存在经专门设计加工、高强度的气瓶内,传输和加注均是在严格封闭的管道内进行,气瓶不易破坏,管路不会泄露,既使有泄漏现象发生,由于天然气比空气轻,在空气中遇微风而被驱散,加上天然气燃点高(537℃以上),着火界限为5%~15%,不易形成可燃性混合气,所以汽车用天然气不易产生火灾事故,比用汽油更安全。
(5) 使用性能好 以天然气和液化石油气为燃料的发动机,冷起动性能好,运转平稳,不含汽、柴油中存在的胶质,因而在燃烧中不会产生如汽、柴油燃料中胶质产生的积炭,同样由于其S含量和机械杂质均远低于汽、柴油,对气缸、活塞、活塞环、气门等零部件的危害较小。气体燃料不会对机油产生稀释,因此发动机寿命长,汽车大修里程可提高20%以上。不用经常注入机油和更换火花塞,比使用常规燃料节约50%以上的维修费用。
(6) 天然气有较好的抗爆性 天然气辛烷值高,约为130,液化石油气的辛烷值也在100左右,高级汽油的辛烷值在96左右,所以天然气和液化石油气不需要添加剂或加铅抗爆剂等。当天然气应用于汽油机,可适当增大发动机压缩比和点火提前角,以提高发动机性能。
(7) 天然气的携带性 差液化石油气在较低压力下(690kPa)就可以完全液化,因此它几乎和汽柴油同样便于车辆携带。但是天然气却极难液化,常温下无论如何加压也不会液化,只有采用先进的膨胀制冷过程将其冷却N-162℃才能液化,而这要求有较高的技术,无论是液化设备还是车上储罐,造价都会较高。目前广泛采用的压缩天然气均采用高压(20~25MPa)存储在高压气瓶内,这些气瓶导致汽车自莺加大,空间减小,同时限制了汽车的续驶里程。
(8) 由于气体燃料本身是气态,当采用缸外预混合方式时,就会占据部分进入气缸的空气量,充气系数比使用液体燃料大约低10%左右,同时,气体燃料的理论混合气热值也较低,与同排量的汽油机相比,使用天然气或液化石油气将使发动机功率有所下降。
(9) 若气体燃料以双燃料和两用燃料并存(即在原有汽、柴油机基础上改装,原汽、柴油供给系统不变)形式应用于汽车,则需要增加天然气或液化石油气的储、供气系统,使整车成本提高约15%左右。