关键词：压缩天然气；公交车；压缩天然气汽车
LI Wei-Zun1，MENG Xiang-mei2, BAI Xiao-ling1
(1．School of Environment Science & Technology，Tianjin University，Tianjin 300072，China；2．Energy Research Institute，Shandong Academy of Sciences，Jinan 250014，China)
Abstract：The internal and external development situation of compressed natural gas bus is expounded．The performance，advantages and prospect of compressed natural gas bus are described．
Key words：compressed natural gas；bus；compressed natural gas vehicle
随着我国经济的快速发展，机动车保有量迅速增加，以天津为例，2005年机动车保有量突破100×104辆，其中私家车超过30×104辆，城市机动车尾气已成为大气污染的主要来源之一。从环境效益和能源战略角度出发，迫切需要改变汽车能源结构，寻找新型的清洁能源。目前，汽车代用燃料有甲醇、乙醇、其他醇类、汽油或柴油与醇类的混合物、电力、天然气和燃料电池等。其中，醇类的能量密度较低，乙醇的热值仅为柴油的65%；燃料电池汽车由于其成本昂贵，一时难以普及；相比之下，我国天然气储量丰富，汽车改用天然气具有良好的经济性和可行性。据悉，到2008年，北京将有5000辆公交车使用压缩天然气(CNG)。随着西气东输工程(输气能力200×108m3/a)的实施和东海春晓等油气田正式投产，我国能源结构正在发生改变[1]。
1 CNG公交车的发展现状
①国内发展现状
最近几年，城市公交车改用天然气发展迅猛。2002年，天津市客车装配厂自行设计开发的首台纯国产压缩天然气(CNG)单燃料环保型城市公交车，经过了国家轿车质量监督检验中心的检验，于2003年3月正式投入批量生产。国内其他的单燃料(CNG)公交车基本上都是引进国外的底盘和发动机，较高的成本使得整车价格保持在40×104元以上。而天津产CNG客车的底盘和发动机等核心部件全部由国内厂商提供，从而大大降低了制造成本。天津产CNG客车的初步报价只有22×104元左右，比进口部件组装的公交车便宜了近1/2，在使用、保养和维修方面，价格优势明显。这种CNG单燃料客车尾气排放达到了欧盟的“欧Ⅱ”标准，能满足国内各城市对汽车环保方面的要求，尾气中的CO和HC排放量是国家环保标准的1/20，是北京地方环保标准的1/13[2]。
天津市已成功实施了天然气公交车示范工程，以建“绿色开发区”为目标，以泰达公交公司为主体，组建了第一支由40辆天然气公交车组成的示范车队。截至2006年3月，天津市拥有压缩天然气汽车约1600辆，分别为出租车1000辆、公交车400辆、环卫车及部分社会车辆约200辆。从天津市发展与改革委员会了解到，2006年5月底，天津市已经在解放南路和滨河小区又建设了2座天然气加气站，主要用于汽车加气。
西安市公共交通总公司从1996年下半年起就积极开展了天然气在城市客车上应用的各项研究工作，于1998年9月完成了西安市首批50辆天然气公交车的改装，并于1999年5月成立了西安市公共交通总公司天然气汽车改装中心。该中心为省级天然气汽车定点改装单位，在技术质量、安全生产及售后服务等方面建立一整套严格的技术规范和各项管理规定，到2001年已成为全省最具规模的一家改装单位。现已改装各类公交客车逾600辆。这些改装车辆在公交线路上运行时，各项使用性能良好，尾气污染物排放量大大减少，受到司乘人员和广大乘客的欢迎，并得到相关行业和专家的高度评价[3]。
自1998年以来，北京就开始启用低排放的压缩天然气公交车，以逐步淘汰柴油发动机公交车。预计到2008年，北京将有8000辆CNG汽车在运营。这些公交车有益于推广“绿色奥运”主题，并为其他车辆提供了一个很有吸引力的替代方向。
石家庄是河北省大气污染比较严重的城市之一。在石家庄，公交车与出租车虽然只占汽车保有量的10%，但因其运营率高，对市区大气环境污染的分担率已达到50%。2003年_2005年，石家庄市将8000辆公交车和出租车的燃料由汽、柴油改成天然气，包括大公共汽车1000辆、小公共汽车500辆、出租车6500辆。每辆大公共汽车改造费用约1×104元，小公共汽车约6000元，出租车约6500元。据计算，8000辆汽车改用天然气作燃料后，每年将节省汽、柴油62600t。
银川市380辆公交车于2005年8月下旬全部改用了天然气燃料。加上2004年购进的55辆天然气燃料车，银川市的400多辆公交车全部实现“绿色运营”。
②国际发展现状
以CNG作为汽车燃料在世界上已有逾70a的历史。意大利人于1929年在世界上首先应用天然气作为汽车的燃料，当时是用常压气囊装运天然气。1931年，意大利人建成世界上第一座CNG加气站，使汽车加装和燃用天然气方便了许多(1997年意大利新比隆公司拥有的20世纪30年代生产的天然气压缩机还在厂内一个加气站正常运行)。直到1939年，意大利人朗弟·伦索(Land Renzo)创建了自己的公司，并制造出世界上第一套混合器式CNG汽车改装装置。到2003年上半年，据世界燃气汽车协会统计，世界上已有63个国家和地区在推广天然气汽车。天然气汽车总拥有量逾281.4×104辆，CNG加气站6455座。CNG汽车拥有量位居前10位的国家是阿根廷、巴西、巴基斯坦、意大利、印度、美国、中国、埃及、委内瑞拉和乌克兰[4]。
韩国环境部称，自2003年7月1日起，强制一部分公交车及货车改用天然气或安装尾气净化装置。为推广天然气汽车的使用，韩国政府将对更换设备所需的费用给予一定补偿，并代为申请贷款。2003年韩国新增加的2000辆公交车及80辆清洁车也使用天然气。目前首尔地区天然气公交车正在普及。据悉，韩国全境将约有4×104辆公交车及货车被彻底改造成燃用天然气，这将降低汽车尾气污染，改善空气质量。
2 CNG公交车的性能与前景
2．1 GNG的理化性质
CNG是一种无色、无味、无毒的气体，它的主要成分是甲烷，具有比汽油和液化石油气都高的辛烷值(Research Octane Number，RON)，CNG的辛烷值达到130(而汽油的辛烷值低于100)，因而具有很好的抗爆性[5]。根据目前市场价格，使用天然气的汽车运营费用要比使用汽油节省。天然气在常温下为气态，更容易与空气形成均匀的混合气，整个燃烧过程更加充分，大幅度降低了CO、HC、NOx的排放，是公认的清洁能源之一。
2．2 CNG公交车发动机性能
天然气是辛烷值较高的气态燃料，抗爆能力强，发动机运转平稳，噪声低。天然气对机动车润滑油的稀释作用小，燃烧性能好，气缸积碳少，不需经常更换润滑油和火花塞，可延长发动机的使用寿命。天然气汽车在冬季的起动性好，其安全性比汽油车好，在美国天然气汽车发生的1300多起碰撞事故中，天然气系统均未引起过爆炸或着火[6]。
天然气着火延迟期较长，火焰传播慢，燃烧速度低，雾化体积大，使得天然气发动机的冷启动性能和瞬间加速性能较差，普通的未加改进的发动机使用天然气会存在动力性能差、尾气超标等问题。为此，应对公交车发动机在现有基础上进行改进。首先，根据天然气的理化特性重新设计气化室，或者增加工作容积来提高发动机的动力性水平；其次，提前点火(相对于汽油机而言)，这也是基于天然气的辛烷值高的特性考虑的；再次，提高发动机的压缩比(如提高到9～12)，可以使CNG发动机的动力性能进一步提高。
2．3 CN6公交车优势与前景
当前国家正在全国范围内推广CNG公交车。CNG公交车拥有其他公交车无法替代的优势，主要表现在以下6个方面：
①燃料价格便宜。按目前市场价格，93号汽油价格为4.2元/L左右，天然气价格约1.7元/m3，而1m3天然气动力值等于1.13L汽油。如1辆公共汽车每天汽油费为300元，用压缩天然气只需花107元左右；1辆出租车每天汽油费为118元，用压缩天然气只需花42元左右。燃油税开征后减半征收燃气税。
②汽车排气污染小。CNG汽车可以综合降低废气污染物排放量，其中HC可降低70%，CO可降低90%，NOx可降低25%，微粒物可降低42%，铅化物可降低100%，硫化物可降低70%以上，非甲烷烃类可降低50%左右。
③不积碳，车辆部件损耗小。发动机使用天然气作燃料，运行平稳，噪声低，不积碳，能延长发动机使用寿命，不需经常更换机油和火花塞，可节约50%以上的维修费用。
④安全可靠。天然气燃点高达650℃以上，不易点燃；辛烷值高，抗爆性能好，爆炸极限仅为5%～15%，与汽油相比更为安全。车用储气瓶都经火烧、爆炸、坠落、枪击等测试合格后使用。中外发展天然气汽车60a来，从未出现过因天然气爆炸、燃烧而导致的车辆事故。
⑤车辆改装简单。在保留原车供油系统的情况下，只需增加1套专用压缩天然气装置。目前，改装1辆公交车约需8000元，出租车约需3000～4000元，约200d收回改装成本[7]。
⑥车辆操作简单，运行平稳。CNG汽车驾驶没有更高的要求，只须在驾驶前经过适当技术培训，了解一些要点和安全知识即可。天然气汽车本身的运行平稳可靠。
推广CNG汽车能够有效改善城区大气环境，降低公交车运营成本，因而，CNG汽车的应用具有广阔的发展前景。
3 结语
中国是一个能源相对匮乏的国家，城市人口密度大，随着2008年奥运会的到来，对环境质量的要求越来越高，使用环保型的燃料成为当前的首选。我国建设CNG加气站网络具有一些有利条件：公交车线路固定，车型较统一。由于需要解决气源问题， CNG汽车的实施不能单靠一个企业或者某几个企业来完成。如果政府能够成立专门领导班子来促进 CNG公交车的实施，并在一定程度上给予政策的支持，相信中国的CNG公交车一定会得到很快的发展。
参考文献：
[1]王运阁，王树信，张力，等．我国天然气的利用前景[J]．煤气与热力，2002，22(6)：523—525．
[2]资源节约与环保编辑部．纯国产燃气公交车在津问世[J]．资源节约与环保，2003，19(1)：46—46．
[3]杨天明，耿泽岐．天然气在公交车辆上的应用[J]．城市公共交通，2002，(3)：32—32、37．
[4]李忠田，张平，杨轶男，等．压缩天然气汽车及CNG加气站的发展[J]．煤气与热力，2005，25(8)：42—42．
[5]张继琳．城市公交车宜用天然气单燃料发动机[J]．城市公共交通，2000，(6)：35—35．
[6]郭宗华，周俭明，吴祚平．压缩天然气汽车的特点[J]．煤气与热力，2004，24(2)：108—1 10．
[7]张玉兰，郭章林，张洪亮．CNG汽车加气站的可行性分析[J]．煤气与热力，2006，26(2)：10—12．
