沼气动力车在我国的开发前景与应用探析.pdf

TE CHNOL OGY AND P R ODU CT I ON ／ 技 术与产 品l 2 0 1 1 ／ 0 1 沼气动力车在我国的开发 前景与应用探析 曩鼠波 为 I 丁少钦 李 尚城 概述 为了应对全球温室效应的加剧和不可再生能源的减少 ，世界 各国都开展了诸多可替代能源和清洁能源的研究。目前使用较为 广泛的车用替代燃料有压缩天然气 、液化石油气、乙醇燃料、太 阳柴油、生物柴油和二 甲醚等 。这些替代能源 以消耗 资源 为代 价 ，替代非化石能源实现产业化有相当大的难度。 沼气是一种可再生 的清洁能源 ，它是利用人畜粪便 、有机垃 圾物等 ，经过发酵而产生的可燃性气体 ，沼液、沼渣还可以综合 利用，是很好的无污染有机肥。沼气的利用己引起包括 中国在内 的许多国家的重视。 国 内外沼气动力车的现 状 1 ． 国外沼气动力车的现状 瑞典是沼气 应用发展最快的国 家。瑞典 沼气 的年总产量为 1 4 0 0 G Wh ，主要产 自2 0 0 多家市政污水处理厂的污泥消化池 ，其 产量约占总产量的6 O ％ ，其 余为垃圾填埋场 约 占3 O ％以及工 业污水处理厂和混合消化厂产生的沼气 约占l O ％ 。瑞典 已经 成功地将沼气作为汽车、火车的燃料 ，建成 了一批沼气汽车加气 站。例如瑞典东南部的城市林雪平 L i n k o p i n g 沼气厂每年处理 各种有机废物 产生的沼气量约为2 0 N3 0 GWh ，自2 0 0 1 年开始 ，提 纯后的沼气通过地下管道直接提供给2 k m 3 b 的供热站以及车用沼 气供应站 ，满足当地近4 0 0 辆公共汽车的燃料需求 林雪平城市有 世界第一列只用沼气驱动的列车；其城 内所有的公交车都用沼气 驱 动 ，还有9 个可 以供轿 车充沼气的加气站。有9 0 0 万人 口的瑞 典 ，目前已经有4 O 多家沼气提纯工厂投入运营，该国沼气消费量 已经超过天然气用量。 法国一家制造沼气燃料 的环保循环加工厂每年为法国北部城 市提供4 0 0 万m 的无害绿色沼气燃料 ，其第四大城市里尔市区内的 所有公交车的发动机全部采用沼气作为燃料。 { } ， 一 ■ ● 法 国里尔市 区行驶 的沼气 公交车 奥迪A4 沼气动 力车 德国奥迪A 4 是 目前以沼气为燃料的动力最强的车型 。在正常 情况下 ，其最大输 出功率 为5 8 8 k W。虽搭载的是老款奥迪B 5 S 4 V 6 发动机 ，但其排量 已从2 ． 7 L 提升到3 ． o L ，最高车速较之前保持 记录的布加迪速度提高了2 0 k m／ h 。 2 0 0 8 年9 月 ，荷兰格罗宁根市公交系统的部分公交车辆成功实 现 了以沼 气燃料 作 为新动 力的 转型 。这种 新燃料 首先 在 l 0 辆 MA N铰链 公交车上试用 。该市计划未来在格 罗宁根省发展2 5 0 辆 纯沼气动力客车或以沼气和C N G为混合动力的客车。 MA N生产的 纯沼气 动 力铰链 公交车 TE CHNOL OGYAND P RODUC TI ON ／ 技 术 与产 品l 2 O l 1 ／ o l 美国某 沼气加气站 工人 正在 为环卫垃 圾车 加气 车用沼气是把沼气提纯净化成高热值气体能源 ，作为机动车 辆燃料使用 ，提纯的沼气热值、物理、化学性能与天然气非常接 近 ，其生产技术也 已经非常成熟。车用沼气在欧洲已完全实现工 业化生产。 2 ． 国内沼气动力车的现状 截止2 0 0 8 年年底 ，全国农村户用沼气已发展到3 0 5 0 万户 ， 年产沼气1 2 2 亿m ，主要用于农民的日常生活 做饭、照明、取暖 等。建设各类农村废弃物沼气工程3 ． 9 5 万处 大 中型养殖场沼 气工程2 7 0 0 处 ，年产沼气5 ．2 6 亿In ，主要用于小范 围内居民的 日常生活 ，部分用于发 电，但不能并人电网。将沼气作为汽车动 力在我 国还属空 白 ，仅有 个别厂家 刚刚尝试 开发沼气动力车底 盘。 东风汽车股 份有限公 司从2 0 0 9 年底开始 研发沼气 动力车底 盘 ， q 2 0 1 0 年 1 O 月，已经完成第一轮样车 ，目前正在进行各种试 验 ，其中已设计出3 款较为成熟的底盘样车 ，这些底盘适合改装成 各种环卫车辆、城市客车及公交车。其主要技术参数见表1 。 囊 童 kg 质kg 攀 螽最,高 车kin ／ 搿 k 类 型 量 ， 量 ， 里 程 ， m “ ’ ⋯ A 2 2 35 1 490 60 35 O 85 85 A 3 7 40 2 990 8 4 400 85 1 O5 A 6 78 0 4 990 1 28 40 0 85 1 45 东 风公司 开发的沼 气车底 盘 国 内车用沼气技术发展现状 河南 安阳市贞元集团2 0 0 7 年启动 “ 有机废物生产车用沼气项 目” ，是 利用城市生 活垃圾 、作物秸秆 、人畜 粪便和市政垃圾 等 ，通过厌氧消化和净化提纯技术生产车用沼气 ，并请丹麦政府 援助 中国的沼气工业化生产高级技术专家做专 门技术指导。经净 化提纯后 ，原沼气 中甲烷含量 由6 0 ％ 6 5 ％提纯至9 7 ％以上 ，各项 指标均达到国家车用压缩天然气标准 ，该项工艺技术处于国际领 先地位 ，总投资约4 ． 5 亿元 ，设计规模年产车用沼气2 2 0 0 万m ，目 前该项目正在推进之中。 四川亚联高科技有 限责任公司成功采用 自主研发的变压 吸附 气体 分离技术 P S A，从垃圾填埋沼气中净化回收 甲烷 ，生产 压缩天然气直接用于机动车燃料。 河南省南阳市天冠集 团日产沼气5 0 万m 的工程于2 0 1 0 年年底 竣工 。可形成年供2 0 0 0 万m 提纯车用沼气的生产能力 ，可替代汽 油2 2 0 0 万升 。 我园沼气动 力车市场 发展 的问题 1 ． 气源 问题 虽说 目前我国农村户用沼气和工程沼气年 产约 1 3 0 亿m ，但地域分散 ，基本上只够自用。即使有节余 ，收集、转 运、提纯也会大大增加成本 ，得不偿失。因此 ，首先要解决沼气 气源产业化的问题 。 2 ． 净化提纯问题 要想将沼气作为汽车动力 ，实现产业化 ， 必须解决 沼气的 提纯 问题 ，去掉 沼气 中的H O、H S 、C O 。 等杂 质，即在沼气产业化的技术路线中加入提纯工序。不过这在技术 上已经完全成熟 ，不存在技术性的任何问题 。 3 ． 配套相应的沼气加气站 根据各地沼气动力车发展规划 ， 须按规划进行合理配置加气站。随着沼气动力车的应用推广和逐 步展开 ，在有条件的地方 ，可对现有的天然气、液化气加气站稍 加改造 ，即可扩充沼气加气功能。 4 ． 沼气 内燃机 的产业化形 成需要研制适合沼气作动力的内 燃机 ，形成产业化。这在国内外 已经是成熟技术 ，不存在任何问 题 。北京化工大学、浙江大学等院校 ，东风汽车公司、济南柴油 机公司、潍柴动力公司等厂家都在积极研发沼气作 为车载动力的 技术路线 ，取得 了较好成果 。 东风 公司开 发的沼气 动力客 车 沼气动 力车 的应用范围探讨 鉴于我国目前的状况 ，大型沼气工程的建设及沼气加气站的 配套宜以大中型城市为依托布局 ，逐步辐射展开。参照国外成熟 模式，沼气动力车的早期应用应以城市交通 、市政环卫专用车等 为主展开。不宜在长途运输及野外作业的车辆使用。随着沼气工 程及沼气加气站的普及 ，再逐步放开。 我国沼气动力车开发的必要性 研究 全球 汽车业选择发展清洁能源汽车是迫于能源短缺和环境污 染的双重压力。全球汽车保有量约在9 亿辆左右，加上其他工业、 民问的用油 ，每天消耗原油l 0 0 0 万吨 ，每年消耗原油近4 0 1 Z ,t ，照 此速度 ，地球上的原油还有4 0 年将面临枯竭 。此外 ，汽车排放的 二氧化碳 占人类排放总量的2 0 ％，对环境造 成了严重污染。这种 严峻的现实迫使汽车工业不得不寻 求新 的出路 开发清洁能源汽 车。中国汽车产业发展迅猛 ，2 0 0 9 年销量 己超过美国，位届全球 第一大生产国和市场。但 由于基础薄弱 ，起步较 晚，要想在短期 内与世界先进国家同步仍路途漫漫，而全球剐刚起步的新能源汽 车倒正好为我们用较短 的时间缩短这差距提供 了一个难得的机 遇。因此，无论如何我们都应将发展可再生清洁能源汽车列入重 要的议事 日程。 由于我国燃气资源的短缺 ，现有的资源和供气系统不足以满 足快速增加的需求 ，进而导致燃气价格 的持续升高 ，并加剧了燃 气资源的供需矛盾。天然气和液化气都是化石燃料 ，是不可再生 的资源，其资源量正逐渐减少 ，且随着需求量的增加，其价格必 将呈现升高的趋势 。2 0 0 9 年年底 ，我国一些大城市已经 出现天然 气荒 ，因此 ，车用沼气作为一种可再生清洁能源 ，将是今后发展 的必然趋势。 我国沼气动力车及汽车新燃料产业化运营系统 的研究 可再生能源的沼气和沼气动力车产业化在我国应作为一个系 统工程整体考虑。其产品化运营系统是一个综合性很强的项 目。 它集环境保护 、污染治理、节能减排于一体 。是一条可持续发展 的循环经济产业链 。鉴于我国沼气动力车开发起步 晚、基础差 ， 要想实现我国的沼气燃料产业及沼气动力车产业化 ，必须有 国家 政策的强力支持和完善的统筹规划安排。下面是设想的汽车新燃 料 沼气及沼气动力车产业化运营系统图。 我国沼气动力车及车用沼气产品商业化可行性的研究 参考 国外沼气动力车成熟的商业模 式，结合我国的国情 ，我 们认为 ，在我国实现沼气动力车和车用沼气燃料商业化是完全可 行的 。其理 由如 下 1 ． 国家宏观政策的支持 应用沼气作为车用燃料是集环境污染治理 、可再生能源生产 和有机肥料生产多方受益的综合利用项 目，是国家重视和重点支 持的发展方向 ，可以获得 国家和地方政府的政策倾斜和经济方面 的扶持。现阶段新能源和环保政策为沼气动力车的研究发展提供 了极为有利的支持。 TE CHNOL OGY AND P R ODU CT I ON／ 技 术与 产 品f 2 0 1 1 ／ 0 1 生活 垃 圾 人畜 粪便 污水 污 泥 国家汽车新燃料 fi t 气 产业优惠政策 水、粪便 H i f 力车开 分类处理厂 I l I I 发研制 沼气提纯 H沼气加气站 沼气动 力车 产业化 ● I 供 I 气 沼 气动 力车及 汽车新燃 料产 业化运 雷系统 图 2 ． 可参照国 内外相关领域的成熟技术 国外对沼气动力车研究较早 ，积累了很多经验，通过国际技术 的交流与合作 ，能 为我 所用。此外 ，我国有C N O 汽 车应 用的实 例，可借鉴其车辆设计技术 ，或者开展横向联合 ，避免重复工作。 3 ． 市场前景广 阔 目前 ，城市 能源结构已从煤炭向以煤气、天然气为主转变 ， 城市垃圾无机成分比重下降，有机成分上升。就经济性而言 ，国 外对比资料表明，沼气动力车使用成本低廉，具有市场竞争力 我国经济的快速发展和人们消费水平的提高，加剧 了我国燃 气 资源的短缺。沼气作为一种很好的替代 品，不仅解决了废弃物 的环境污染 问题 ，而且还能生产出可再生清洁能源和有机肥料 ， 具有多方面的效益 ，同时提纯沼气用作车辆燃料具有热值较高、 抗爆性好等优点 ，其资源化不失为解决环境污染、缓解能源危机 的一种途径 ，在我国具有广阔的发展前景。 我 国沼气动 力车及 汽车新燃料 沼 气 经济效益 、社会 效益 的分析 1 ． 经济效益分析 根据有关国内沼气生产厂家提供的数据，经提纯后可作为动 力燃料 的沼气成 本约 1 ．4 元／ m ，而与 其等热值 的天然气 目前是 2 ． 4 元／ m 。而且随着资源量的减少和需求量 的增大 ，天然气价格一 定会逐步升高。而沼气 的生产随着规模的扩大，技术及工艺水平 和管理水平的提高 ，其生产成本还可以降低 。仅按河南安阳市贞 元集团年产车用沼气2 2 0 0 万1“1 “1 计算 ，与天然气的现行价相 比，年 经济效益可达2 2 0 0 万元，而且至少还有2 0 0 0 万元的有机肥收入， 年收益按保守估计也在4 0 0 0 万元。 2 ． 社会效益 分析 在全国各个城市 ，国家每年要 投人大量 的资金进行垃圾回 收 、污水处理、粪便处理 。目前垃圾处理的主要方式是填埋 、焚 烧 。填埋需要占地 ，焚烧需要消耗能源，而且均不能解决环境污 染 问题 。目前我国的污水和粪便处理能力远远小于其排放量 ，还 有大量富营养化的生活污水和粪便直接排人江河湖泊，严重污染 着水资源。如果采取商业化的综合治理模式 ，发展新的清洁能源 沼气 ，不但可以为国家节约大量 的资金，而且还变废为宝 ，一举 多得，其社会效益将是不可估量的。 一 濂 B 棚