石油替代战略的综合分析.pdf

2 0 1 5年 4月 石 油 学 报 石 油 加 工 A C T A P E T R O L E I S I N I C A P E T R O I E U M P R O C E S S I N G S E C T I O N 第 3 1 卷第 2期 文章编号 1 0 0 1 8 7 1 9 2 0 1 5 0 2 0 2 1 8 1 0 石油替代 战略的综合分析 陈俊武 中国石化 炼化工程 集 团 股份有限公司洛阳工程有限公司 ， 河南洛 阳 4 7 1 0 0 3 摘要 国际上石油替代 问题 于 2 O世纪后期 即已提出 ，当时仅侧重 于推广应 用乙醇汽 油，此后 又进一 步推出生物 柴 油。以往 ，中国关 于石 油替代 的论述 往往局 限于个别 品种 ，范 围较窄 ，全 面论述者 并不 多见 。笔者立 足于 中长期 目标 ，结合各国国情 ，试图就石油替代中所用 运输燃料 或能 源的不 同品种和类 型 、相应 运输车辆 的驱动 机械类 型 进行 剖析 ，并从技术经 济和碳排放分 析人 手 ，以战略角度进行讨论 。 关键词 石油替代 ；运输燃料 ；驱动机械 ；运输车辆 ；战略分析 中图分类号 TE 8 ，T E 9 文献标识码 A d o i i 0 ． 3 9 6 9 ／ ． i s s n ． 1 0 0 1 8 7 1 9 ． 2 0 1 5 ． 0 2 ． 0 0 2 An a l y s i s o f Pe t r o l e u m Re p l a c e me nt S t r a t e g y CHE N J u n wu Lu o y a n g Pe t r o c h e mi c a l En gi n e e r i n g Lt d， Si n o pe cEn gi n e e r i n g Gr o u p C o ．，Lt d， SI NOPEC，Lu o y an g 4 7 1 0 0 3， Ch i n a Ab s t r a c t The pr o bl e m o f pe t r o l e um r e pl a c e me n t wa s r a i s e d du r i ng t he l a t e o f t h e l a s t c e n t ur y，a n d t he n t h e e t ha n o l bl e n de d ga s o l i ne wa s i nt r o du c e d，s o o n a f t e r t h e b i od i e s e l a p pe a r e d i n t he ma r ke t ． S i nc e t he e l a bo r a t i o ns o n t he pe t r o l e um r e pl a c e m e nt we r e c on f i n e d i n na r r o w s c o pe be f or e，i n t h i s p a p e r t h e wh o l e p r o b l e m o f p e t r o l e u m r e p l a c e me n t wo u l d b e d i s c u s s e d，s u c h a s d i f f e r e n t t y p e s o f f e e d s t o c k s o r e n e r g i e s ，d i f f e r e n t f u e l p r o d u c t s a n d t h e c o r r e s p o n d i n g v e h i c l e e n g i n e s ，i n c o n j u n c t i o n of a l t e r na t i ve s c e na r i os i n d i f f e r e n t na t i o ns ． The d a t a o f t e c h no e c o no mi c a na l y s i s a nd gr e e nh ou s e g a s e m i s s i on s t u dy we r e p r o vi de d，a nd a l l t he di s c us s i on s a i me d a t t h e m e di u m t e r m a nd l o ng t e r m g o a l s ba s e d o n s t r a t e gi c vi e wpo i n t s ． Ke y wo r d s pe t r ol e u m r e p l a c e m e nt ；t r a ns po r t f ue l ；dr i v i n g m a c hi ne；t r a ns po r t v e h i c l e； s t r a t e g i c a n a l y s i s 世界各 国发 展经 济 过 程 中交通 运 输 行 业 首 当其 冲，促进了石油消费的持续增长。 白2 0世纪后期 ， 有 些 学者 提 出石 油 产 能将 出现 “ 峰值 ” ，预 测 供 不 应 求 的局面随之而来 ，将成为能 源危 机的一种表现 。 为 了应对 这一 局面 ，乙醇 汽油 和生 物柴 油相继 问世 ， 其 后又 发展 了新 型 煤 化 工技 术 ，尤 其 以煤 制 油 和煤 制 烯烃 技术 实 现产 业 化 为 标 志 。 目前 ，天 然 气 成 功 替代 了部 分汽 油 和柴 油 ，多 项 生 物 质 替代 石 油 的途 径 正在被 研究 和 开发 ，逐渐 形 成 了多 条 途径 通 向替 代石油基运输燃料的局面。另一方面，石油基运输 燃料的碳排放数量仅仅逊于煤基 燃料 ，只有 通过合 理 替代 才能 实现 低 碳 化 。然 而 ，石 油 替 代 尚 处 于早 期 阶段 ，不少 途径 是否 能发 展成康 庄 大道还 待 实践 ， 有关 学术 讨论 和技 术经 济评估 尚未展 开 ，因而 全面 、 收稿 日期 2 0 1 4 - 1 0 2 0 通讯联 系人陈俊武 ，男，中石化炼化工程 集团 股份有限公司洛阳工程有 限公 司技术委员会名誉主任 ，中国科学院资深院士．国家工 程建 设设计 大师。中国炼油催化裂化工程技术的开拓者 ，长期从事炼油工程设计 工作 ，近期致力 于我 国煤 化工 、能源替 代和节 能减排领域 的研 究 与工程开发 ，指导设计了世界首套大型 1 8 0万 t甲醇进料 6 O万 t ／ a烯烃 D MTO 工业装 置。E ma i l c h e n j w ． 1 p e c s i n o p e c ． e o m 第 2 期 石油替代 战略 的综 合分 析 2 2 1 到 合成 气 ，再 经 F T合 成 生产烃 产 品 。 4 生 物油脂 或 类脂 质加 氢转 化 生成 烃 。 5 煤 炭 或 生 物 质 生 产 的 醇 醚 酯 产 品。 包 括 ① 生 物质 发酵 制 乙醇 、 丁醇 ；②煤 或天 然气 制 甲醇 、 二 甲醚 ；③生 物油 脂 酯交 换制 生物 柴油 等 。 2 ． 2煤 制油 替代 煤 制 油工 艺 ，包 括 直 接 液 化 和 间 接 液 化 工艺 已 经 产业 化 ，中 国在 该 领域 的技 术水 平 已居世 界前 列 。 当煤 价低 于 4 0 0 R MB ／ t 、原 油 价 高 于 l O O US D ／ b b l 时 ，煤 制 油会 显 现 出 较 好 的 经济 效 益 。直 接 液化 工 艺对煤质的要求苛刻，而且所生产出 的柴油质量 比 较差 ；间接液化工艺所生产的柴油 十六烷值高 ，达 到 7 0以上 。这两 个工 艺 可 以互 补 。两 种煤 液化 工 艺 技 术 均能 产 喷气 燃 料 ，间接 液 化 工 艺 可 产 高 质量 的 润 滑 油 、石蜡 和 液蜡 产 品 ，但 直接 液化 工 艺则 不行 。 需 要 指 出的是 ，煤 液 化排 放 C O。 多 ，并 且 新 鲜水 消 耗 量 大 。这些 问题 有 待研 究解 决 。 2 ． 3 天 然气 替代 天然气部分氧化得到合成气 ，再经 F T合成 生 成 烃 的技 术适 用 于 天 然 气 资 源 丰 富 的地 区 。我 国 只 能 在 个别 地 区小规 模 应用 。 天然气直接应用的前景看好 ，但取决于其 与汽 油 的油差 价 。压缩 天 然气 C NG 比较 适 用 于 城 市 出 租汽车 ；液化天然气 L NG 则 比较适用于城市公交 汽 车 和长 途货 运 汽 车 ，后 者 应 设 法 解 决 大 面 积供 应 的 问题 。 2 ． 4生 物质 制烃 生物 质转 化 制 烃 是 当 前研 发 的热 点 。美 国能 源 部 做 了不少 前 期 工 作 ，期 望 生 物 质 快 速 热分 解 及 生 物原油加氢能够与已有炼油厂相结合 ，计划 5年 内 建成示范工厂。生物质气化经 F T合成途径生产 油 品，由于气化和净化过程难题较多，一般不被看好 。 但 美 国空 军研 究部 门提 出的将 煤 和 生物 质 “ 共 气 化 ” 的途径 ，可在 一 定条 件 下应 用 ，以 解 决仅 仅 用 煤 炭 为 原料 经 过气 化 和 F T合成 生产 喷 气燃 料 C O 排 放 量 较 大 的问题 。 生 物 油脂 经酯 交换 工艺 生 产 的第 一 代生 物柴 油 ， 在 质量 方 面存 在 安 定 性 差 、掺 合 比小 ，在 成 本 上 存 在原料价位高 ，在供应上存 在渠道不 畅 大企业 出 资 ，与种植农户经济联系差 等问题 。虽然酯交换技 术不断改进 ，但根本 问题难 以解决。用生物油脂或 类脂 类 物质 加 氢转 化 生 产 生 物 柴 油 被称 为第 二 代 生 物 柴油 技术 ，产 品质 量 远 优 于酯 交 换 法 生 产 的第 一 代 生物 柴油 。作 者 认 为 ，第 一 代 生 物 柴 油迟 早 将 让 位 给第 二代 。 近 年来 ，美 国能 源 部 另起 炉 灶 ，大力 研 究 开 发 2 0年 前 曾经做 过 的微 藻炼 油技 术 ，将 其 作 为替 代 石 油基 运输 燃 料 的另 一 支 柱 。两 项 微 藻 制 油研 发 工 作 均 取得 了进 展 。一项 工 艺 需 将 含 大 量 水 的微 藻 首 先 浓 缩到 固 含 量 大 于 2 0 ，然 后 经 高 压 水 分 解 ，油 、 水两相提取物分别经加氢处理得 到烃产 品；另一项 工艺是将浓缩的微藻经溶剂萃取 ，萃取物加氢处理 得 到烃 产 品 。两 项微 藻 制 油 工 艺 可 望 将烃 产 品 的成 本 先 降低 到 5 US D ／ g a l 1 g a l 一 3 ． 7 8 5 L ，然 后 进 一 步降到具有市场竞争力的 3 US D ／ g a l 。 总之，生物质制烃途径优 于其它途径。但多数 需 要氢 源 对 产 品进 行 处 理 ，故 需 要 与 炼 油 厂 结 合 ； 另 一个要 求 是必 须 达 到 一 定 规模 的工 厂 ，这 又 反 过 来 受生 物质 供应 量 的制 约 。 2 ． 5生物质 制 醇 用 粮食 作原 料 经 过 发 酵 制 乙醇 、丁 醇 的技 术 已 经 成熟 ，美 国 和 巴西 分 别 用 玉 米 和 甘 蔗 为原 料 大 规 模 生产 乙醇 替代 了大 量汽 油 。 中国出于 不 与 民争 粮 、 不与农民争地的国情 ，重点是运用农业生产剩余且 年达几亿 吨的秸秆做原料 。已经证 明，目前正在示 范的以甜高粱和木薯做原料生产醇类替代燃料可行 ， 但存在制约因素 。纤维 素发酵制乙醇技术在 国内外 研究开发已十余 年，成本逐渐下 降，可望 十年后不 高 于粮食 乙醇 无补 贴 。 当前 的技 术难 题 是 降 低 纤 维素，尤其是半纤 维素转化酶 的糖化效率和成 本。 管理 上存 在 的 问题 是 ，在 收 获 季 节 快 速有 效 收 集 和 储存 秸秆 ，消除 私 燃 秸 秆 事件 。要 对 已有 的秸 秆 发 电厂进行整顿和关闭 ，逐步将秸秆原料让位给纤维 素 制 乙醇工 业 。 丁 醇燃 料虽 然 在 性 能 上 优 于 乙醇 燃 料 ，但 产 率 偏低 ，使 用 纤 维 素原 料 尚不 成 熟 ；同时 ，加 油 站 管 理难 度 大 ，推广前 景 难料 。 2 ． 6煤 或天 然气 制醇 醚 煤或天然气制甲醇、二甲醚是成熟技术，制 甲醇 已形成 大规模产业 。甲醇替代 汽油早 已通 过 国内外实 践 ，低掺 合 比的 甲醇汽 油在 国 内几 省 已 经推 广应 用 ， 高掺合 比的 甲醇汽 油需改造 发动机 ，也开 始试用 。存 在的问题是需设置专门的加油站加 甲醇燃料，如在一 般加油站加甲醇燃料，与千家万户接触，易造成毒害 事故和环 境污染 ，因此大规模应 用仍 然存 在争议 。笔 者认为全国甲醇替代汽油的比例可能低于 5 ％。 2 2 2 石油学报 石油加工 第 3 1 卷 二 甲醚替 代 柴油 曾风 靡 一 时 ，但 用 于城 市 公 交 车辆不如 C NG，核心问题是储存效率和性价 比。用 于替 代 民用液 化石 油气 也有类 似 问题 。 3 内燃机 的燃料经济 3 ． 1 燃 油经 济 目前绝 大部 分 汽 车是 用 内燃 机驱 动 ，进 一 步 可 划分 为 汽油发 动 机 和柴 油 发 动 机 。油 耗 是发 动 机 性 能的主要标志 ，在 一定条件下 汽车每行驶 1 0 0 k m 的油耗 L ，或 反 过 来 每 升 油 耗 行 驶 的公 里 数 定 义 为燃 油 经济 F E F u e l e c o n o my 。随着技 术进 步 ，国 家公 布 每年 的燃 油 经济 指 标 ， 旨在 推 动 节 约 能源 并 减 少碳 排放 。预 测 中长 期 的 F E指 标 取 决 于 今 后 燃 油供应 、环 境要 求 和 政府 政 策 构 成 的各 种 情 景 ，它 将影响石油基运输燃料 的替代程度。 美 国能 源部能源 效率与 可再生 能源管 理机构 EERE En e r g y e f f i c i e n c y a n d r e g e n e r a b l e e n e r g y 在 将 来 的运输 能 源 一 篇 系列 文 章 中预 测 的低 碳 情 景 的美 国轻 型 车的燃 油经 济数据 列 于表 2 。 3 ． 2公路 运输 燃油 经济 今 后 ，随着 国 民经济 的发 展 ，公 路 货 运 数量 将 大幅度 增 长 ，公 路 运输 中重 型 卡 车 比重 较 大 ，柴 油 消 耗增 多 ，大 吨位 卡 车 的 燃 油 经 济 是 节 能 的重 点 。 根据国外经验，5轴 4 0 t的重型卡车空载时油耗为 0 ． 2 0 k g ／ k m，满 载 时 油 耗 为 0 ． 3 2 k g ／ k m；挂 车 牵 引较 灵 活 而 且 省 油 ，3 2 t 挂 车 F E 为 2 ． 9 k m／ I ， 3 8 t 挂 车 F E为 2 ． 6 k m／ L。 将来的运输能源 的另一篇 系列文章| l3 中预测 的低碳 情景 美 国 中型和 重 型 卡 车 的燃 油 经 济 数 据 列 于表 3 ，可见 重 型车 改 进 的效 果 好 于 中型 车 。该 文 提到 2 0 5 0年对 比 2 0 1 0年 的重型卡车降低燃油经济 指标 为 2 5 ～5 0 ％ ，其 中 内燃 机 改 进 1 5 ～ 2 O ， 传动系统改进 4 ～7 ，混合动力系统改进 5 oA～ 1 O ，其余 改进 合 计 1 8 ～ 3 5 oA 以上 分 项 改 进 效 果 不 能加成 合计 。 表 2预测低碳情景美 国轻型车 的燃油经济 F E 数据 Ta b l e 2 F u e l e c o n o my F Ef o r e c a s t o f l i g h t v e h i c l e s i n US 年份 试验车 出厂车 在公路 表 3 低碳情景美国中重型车燃油经济预测相对数据 Ta bl e 3 Fue l e c o no m y f o r e c a s t o f m e di u m a nd he a v y v e hi c l e s i n US 4混合 动力汽 车的发展 4 ． 1 混合动 力汽 车 混合动力汽车 HE V 在 2 0世纪后期 已经开发 成功并 投入 批 量 生 产 ， 由于价 格 较 高 ，市 场 占有率 低 。近年 来 ，随 着 油 价 上 升 ，销 售 形 势 有 所 好 转 。 一 辆 车 中内燃机 和 电动 机 两 种 动 力并 存 称 为 混 合 动 力车。单纯混合动力汽车中，电动机 只提供辅助动 力 ，靠汽 车刹 车或 下 坡 时 回收 能量 ，储存 于蓄 电池 备用 ，不需 外来 电力 ；根 据行 车条 件 城 市 或高速 公 路 ，比单 一 内燃机 驱动 大 约节 省 燃 油 1 0 ～2 O 。 插电式混合动力汽车 P HE V 的电动机功率较 大， 需外 来 电 力 定 期 向蓄 电 池 充 电 。P HE V 又 分 为 两 种 ，一种 是 串联 式 ，内燃 机 只用 于 发 电 ，然后 驱 动 电机 ，又称 为“ 增 程式插 电混合动 力 汽车 ；另一 种是 并联式 ，内燃机和电机都能驱动车轮 ，又称“ 调合式 第 2 期 石油替代 战略 的综合分 析 2 2 3 插 电混 合 动 力 汽 车 ” 。P HE V 比单 一 内燃 机 驱 动 可 节 省燃 油 3 O ～5 O ，价格 也 相 应增 加 。从碳 减 排 的角度 ，插 电式混 合 动 力 汽 车 当 电 网 中清 洁 电力 比 率 高 时效 果 好 ，当 电 网 中煤 电 在 无 C O 捕 集 和 封 存 C C S ，C a r b o n c a p t u r e a n d s e q u e s t r a t i o n 电力 比率高时则效果差 ，从发展趋势判断 P HE V的市场 占有率将逐渐上升。 HE V 和 P HE V 的 优 点 是 节 省 石 油 ，噪 音 小 ， 瞬 间力矩 响 应快 。其 减 少 碳 排 放 的 数 量取 决 于外 来 电力 的燃 料 来 源 ，经 济 效 益 则根 据 购 置 费 用 、政 府 补贴 、电 力 驱 动 里 程 、燃 油 费 用 和 使 用 时 间 而 定 ， 一 般在 5年内回收增加的购置费是可能 的。缺点是 充 电麻 烦 ，而 且 时 间 长 。摘 录 2 0 1 4年 美 国市 场 的 HE V燃油经济有关资料 并单位换算后列于表 4 。 表 4混合动力汽车燃油经济参考数 据 Ta b l e 4 Re f e r e nc e d at a on f ue l e c o no m y of h y br i d ve hi c l e s 4 ． 2插 电式 混 合动 力 汽车 P HE V 是 新 发 展 的技 术 ，技 术 进 步 前 景 良好 。 美 国能 源部 提 出 了如下 三方 面 的攻关 目标 。 1 电池 技 术 改 进 。2 0 1 2年 用 的 是 锂 离 子 电 池 ，正 电极 用 镍 、锰 、铁 等 材 料 ，负 电极 用 石 墨 等 材 料 ，主要 指 标 ， 即 电动 汽 车 电池 每 千 瓦 时 的生 产 成 本 为 5 0 0 US D ／ k W h ，每 千 克 电 池 的 电量 为 1 0 0 Wh ／ k g ，电池每升体积和每千克质量 的电量分 别 为 2 0 0 wh ／ L和 4 0 0 Wh ／ k g 。2 0 2 2年将 可 能将 锂 离 子 电池性 能 提 高 一 倍 ，成 本 明显 下 降 。下 一 步 将 开 发锂 金 属 、锂一 硫 或 锂一 空 气 电池 ，期 望 它 们 的上 述 指标 能分 别 达 到 1 2 5 US D／ k w h 、2 5 0 Wh ／ k g 、 4 0 0 Wh ／ I 、2 0 0 0 W／ k g 。 2 电驱 技 术 。 目前 使 用 硅半 导 体 和稀 土 电 机 磁极 ， 指标是 3 0 US D ／ k W 、 1 ． 1 k W／ k g 、 2 ． 6 k W／ L， 系统效率达到 9 0 ，5 5 k w 系统成本为 1 6 5 0 US D。2 0 2 2 年 将 采用永 磁 或非 稀 土 电极 、宽 带 距 WB G半导体 、高压电容以降低 电机和动力 电子 技 术 成 本 ， 指 标 是3 US D ／ k w 、 1 ． 4 k W ／ k g 、 4 ． 0 k w／ L，系统效率达到 9 4 9 ／ 6 ，5 5 k w 系统成本达 到 4 4 0 US D。 3 车辆 轻量 化 。采用 先进 合金 和复 合材 料改 进 车辆 性 能并 降 低 成 本 。2 0 2 2年 将 把 车 身减 重 3 5 ， 内件 减 重 5 ，车 轮 和 悬 挂 结 构 减 重 2 5 。摘 录 2 0 1 4年美 国市 场 的 P HE V 燃 油 经 济 有 关 资 料 I 3 ] 并 单位换算后列于表 5 。 表 5 插 电式混合动 力汽 车燃 油经济参考数据 Ta bl e 5 Re f e r e nc e da t a o f pl ug - i n hy b r i d e l e c t r i c v e h i c l e s 4 ． 3 混 合动 力 汽车 的 中远期 燃 油经 济 混合动力汽车的中远期燃油经济数据缺乏确切 资料 ，现参照文献J- 3 ] 中的图，通过换算得 出表 6的 有关数据 ，可供参考。 2 2 4 石油学报 石油加工 第 3 1卷 新轿 车在公路行驶 火 花点火式混合动力 S l HE V 柴油机混合 动力 HE V 火花点火插 电式混合动力 S I P HE V 新轻型卡车在公路行驶 火花点火式 混合动力 S I HE V 柴油机混合动力 HE V 火花点火插电式混合动力 S I P HEV 5 天然气汽 车 N GV和 L NG V 的发展 5 ． 1压缩 天然气 汽车 天 然气 可作 为 替代 石 油 的 内燃 机燃 料 ，利 用 方 式 有压 缩气 态 C NG 和 冷冻 液 态 L NG 两种 。前 者 已广泛 在 中等 以上 的城 市推 广 ，充压 在高 压钢瓶 内 ， 可供出租汽车使用 ，大约每天加气 1 次 。加气站数 量较少 ，但 由于气价低 ，用户数量仍较 多。目前 的 C NG汽车基本是用常规汽油车临时替代 ，燃油经济 较 差 。 HOND A 公 司生 产 的 C NG 汽 车 为 4缸 1 ． 8 I ， 其 综 合 、 城 市 、公 路 的 燃 油 指 标 分 别 是 1 3 、1 1 、 1 6 k m／ L， 年 节省 燃 料 费 1 0 5 0 US D，一 次 行 驶 里 程 3 0 7 k m 。 天 然气 汽 车 NGV 的排 气 中 NO 。含 量 偏 高 ， 早 期 美 国 环 保 署 E P A 的 规 定 是 2 ． 0 g ／ b h p h ， 2 0 0 7年 修 改 为 1 ． 2 g ／ b h p h ，2 0 1 0年 又 改 为 0 ． 2 g ／ b h p h 。日趋严格 的指标不仅要求发动机能 够适应 ，而且要求 NG V 整体能适应。虽然采用贫 气 燃烧 能解 决 问 题 ，但 燃 料 效 率 下 降 。 曾提 出采 用 氢一 天然气混合燃料 HC NG 的解决方案 ，但具体 实 施 难度 大 。E P A 其它 指标 颗粒 物 0 ． 0 1 g ／ b h p ’ h ， 非 甲烷 烃 NMHC 0 ． 1 4 g ／ b h p h 均 可满 足要 求 。 C h e s a p e a k e 公司对美 国 NG V 的发 展远 景 给 出乐 观的预 测 。认 为 2 0 3 5年保 有 量 可达 到 1 6 0 0万 辆 ， 年 销 售 1 6 0万 辆 ， 消 费 天 然 气 6 3 0亿 m 。 。美 国 K i n g f i s h e r T r u c k I n v e n t o r y公 司 的 一 份 材 料 表 明 了 C NG V 的燃料 经 济 性 指 标 为 平 均 4 ． 1 k m／ L 汽 油 当 量 ，费用 0 ． 1 0 U S D ／ k m，相应 的汽油车为3 ． 7 k m／ L， 费用 0 ． 1 9 US D ／ k m 售价 0 ． 6 9 US D ／ I 。 5 ． 2 液化 天然气 汽车 液化天然气单位体积容量为压缩天然气 3倍多， 适 合 替代柴 油用 于长 途 公路 运 输 。美 国 C o n n e c t i c u t 州 2 0 1 0年 开始 就资助 E n v i r o公 司l 6 建 立 了 L N G加 气 站和有 1 8台车 的车 队 ，配 备 We s t p o r t GX 发动 机 3 3 ． 5 7 k W／ 2 2 3 8 N m ，1 2 0 L的 L N G储罐 ，每台卡 车售 价 2 0 ． 5万 US D 比柴 油 卡 车 贵 9 ． 0万 US D ， 加气站投资 6 2 0万 US D。卡车运输垃圾焚烧场的灰 至 1 7 6 k m远 的填埋场，每车载重 3 6 t ，每车每行驶 4 8 0 k m加气 1次，每周加 气 1 2次，每次 加气 耗 时 1 8 0 S 。一 年 多 的 运 行 数 据 得 出 ，液 化 天 然 气 汽 车 L N GV 每年行 驶 1 6 万 k m 柴 油 车为 2 2万 k in ，其 燃油 经济 含少 量点 火柴 油 为 2 ． 2 k m／ L， 比柴 油车 少 4 ，3年节省的费用可回收增加的投资 。此后南 加州 开 始 行动 l_ 7 ] ，该州 港 口有 1万辆 重 型 柴油 卡 车 从事 运输 ，已有 L NG 汽 车 7 0 0辆 ，2 0 1 2年 前 先 投 入新 L NG汽车 2 1 9辆 。新车发动机符合 环保部标 准 ，每年减少 NO 排放 1 7 8 t 。 L N GV用于短途公交 客车经过 3处使用 ，每处 1 o辆 ，效 果不如 柴油 车 ，其燃 料 消 耗 大 ，操作 费用 高 ，有利 点是 颗 粒 排 放 少 ，但 No 排 放 严 重 超 标 ， 与柴 油 车不相 上下 。 2 0 1 2年 ，中 国 国 内 已经 将 L NGV 纳 入 鼓 励 范 围 ，近 两 年 内增 长 迅 猛 。L NG 和 柴 油 的 价 格 比在 0 ． 6 O ～O ． 6 5 之 间的地 区容 易 推 广 ，个 别 价 格 比高 达 0 ． 8 0以上 的地 区 ，如华南 ，推广受 阻 。2 0 1 4年 6月 底 ，国 内 L N G 项 目总产 能 达 3 ． 6万 t ／ d ，加 上 进 口 的资 源 ，总 的供 应 能力 接 近 1亿 m。 ／ d 含 建 设 中项 目 。河 南 省某 物 流企 业 已拥 有 L NG 加 气 站 7座 ， I NGV货车 3 5 0台 ，客车 1 1 9台。中国石油集 团规 第 2 期 石油替代 战略的综合分析 2 2 5 划在河南省高速公路 网建设 1 2 6座 加气 站，在国道 和省 道 网建设 1 2 2座 加 气 站 。 山东 省 某 企 业 提 出 将 L NG推 广 到全省 。今 后 L NG 加 气 站 网络 在 国 内 的 形成有赖于 C NG网络的发展 。可在 1 5 0 k m范 围内 建设 一 片加 注 站 ，据 此 以 估 计 使 用 L NG 替 代 柴 油 的规 模 。 6 纯 电动汽车的发展 6 ． 1 纯 电动汽 车 的优 缺点 取 消混 合 动力 汽 车 所 组 合 的 内燃 机及 其 驱 动 系 统就 简化 为 单纯 的 电动 汽 车 。结 构 简化 并 不 意 味 着 技术 进 步 ，因为纯 电动 汽 车 只 能用 蓄 电池 储 存 的能 量行驶 ，依靠蓄电池 的能量密度决定行驶里程 ，依 靠 蓄 电池 的功率 密度 决 定 启 动 功 率 。还要 按 照 蓄 电 池 的寿 命决 定 电池 的更 换 。早 期 的 纯 电 动 汽 车使 用 铅 酸 蓄 电池 ，适 合 于 活 动 范 围 很 小 的 载 客 或 运 货 。 改 用镍 镉 电池 或锂 离 子 电池 ，可 将 行 驶 里 程延 长 到 百 公里 级 ，但 一般 仍 限 于城 市 内的 客 货运 输 。当公 路上 的充 电站普 及之 后 ，活动范 围可 扩大 到半 径 3 0 0 k m。概 括来 说 ，推 广 应用 纯 电动 汽车 的主 要 障 碍 是 短距 离 和电池 的更 换 。 燃 料 费用 的节 省 可能抵 不 上购置 维修 费 的增加 ， 好处是以清洁 电力替代 油品并减少碳排放，煤电为 主的地区则是 以发 电厂 的高空排放 替代道路上的汽 车尾 气污 染性 排放 。将纯 电动 汽车 和混合 动力 汽 车 、 燃 料 电池 汽 车合 称 新 能 源 汽 车 ，予 以 大力 开 发 、推 广应 用 ，具有 深远 的意义 。 发 达 国家 多 年来 纯 电 动 汽 车 发 展 也 举 步 维 艰 。 表 7列 出美 国市 场 销售 额 的 变化 趋 势 ⋯ 8 ] ，近年 来 形 势看 好 。 表 7 美国纯电动汽车市场销 售额 的变化趋势 Ta bl e 7 US ma r k e t s a l e s s i nc e i ni t i a l i n t r 0 du c t i 0 n 0 f ba t t e r i c e l e c t r i c v e hi c l e s 配合混合动力汽车和纯 电动汽车所需蓄电池 的 供 应 ，2 0 1 3年 美 国市 场 数 量 为 6 0万 台 ，总 容 量 约 3 4 0 万 k w h 。几 个 国外 生 产 厂 家 的 纯 电 动 汽 车 牌 号 的性 能列 于表 8 E 。 表 8 国外厂 家生产 纯电动汽车性能指标 Ta bl e 8 Ch ar a c t e r i s t i c s of b at t e r i c e l e c t r i c v e hi c l e s f r om f o r e i g n ma nuf a c t u r e r s 1 1 MP G 一0 ． 4 2 5 k m／ L A 交流永磁感应电机 ；c 永磁 同步 电机 ；D 直流永磁 无刷 电机；1 交流感应 电机 6 ． 2电机 、 电池 和 电控 的开 发 电机 、电池 和 电控 是 电动 汽车 开发 的三 大关 键 ， 其中电池开发难度最大。美国先进电池协会 U S AB C提 出了先进电池 2 0 2 0年产业化性能 目标 ，选录于表 9 。 2 2 6 石 油 学 报 石 油 加 工 第 3 1卷 表 9 2 0 2 0年先进 电池产 业化性能 目标 Ta b l e 9 Go a l s f o r a dv a nc e d ba t t e r i e s f o r EVs CY 2 02 0 c o mme r c i a l i z a t i o n 7燃料 电池汽车的发展 7 ． 1 燃料 电池 汽车发 展历 程 燃料 电池 汽 车 的研 制 起 步很 早 ，示 范 汽 车 曾 经 用 7 d时间从 美 国西 海 岸 行驶 到东 海 岸 。但 是 一 系 列技术经济难题使产业化步伐 十分缓慢。从改善城 市环境角度，发达国家首先采用燃料 电池汽车确有 必要 。在 2 0 0 3年 ，美 国政府 即令 能源部 把氢 能和 燃 料 电池汽 车列 为重 大 攻 关 项 目，资助 大批 研 发 与 示 范课 题 ，组织 很 多科 研 院 校 攻关 ；每 年 召开 汇 报 和 评估 会议 ，投 人 不 少 资金 和精 力 ，成 果 突 出 。但 因 难度极大，原定 目标值迄今仍未实现。 在氢 能领 域 ，廉 价 氢 的 生产 分散 或 集 中 、储 存 和运输 、向汽车 加入 氢 的加 氢 站 的 一整 套 方 案 均 属重 大课 题 。 车 载高压 储 氢瓶 的研 制 和 价位 问题 突 出。如 果 采用车上制氢原料 甲醇 、石脑油或其它在车上能分 解产氢的化合物 ，就需要微型车载制氢设备。研制 成 功后 因该设 备 启 动 时 间长 而 被否 决 。氢 的 出厂 价 格 目标 值 是 2 US D ／ k g ，加 氢 站 氢 价 格 目标 值 是 3 US D／ k g 。 在 燃料 电池 领 域 ，单 个 电池 和 电池 组 的研 发 涉 及 众多课 题 ，其 中包 括 ，铂 电极 材料 性 能 优 异 ，但 用量大则成本高，存在供 应条件和废料 回收问题 ； 低铂化又影响性能和寿命 ，铂合金需筛选 ；隔膜材 料选择问题 ；电池组有空气管理、加湿管理和系统 集 成等 问题 。燃 料 电 池 组 的价 格 US D／ k wh 应 比照汽 油 内燃 机 的价位 。 此外还有安全 、科普宣 传、社 会教育 等问题 ， 兹不 多述 。 7 ． 2技 术指标 2 0 1 2 年 ，美 国能 源 部 提 出 的 2 0 2 0年 车用 燃 料 电池 的技 术指标 归 纳为 以下 9点 。 1 能量效率 2 0 1 1 年实况为 5 9 ，2 0 1 7年 目 标 为 6 0 2 5 额定功 率 。 2 Q／ a丁一1 ． 4 5 k w／ ℃ 。 3 功 率 密度 8 5 0 W／ I 系 统 ，2 5 0 0 W／ L 电 池组 。2 0 1 1 年 实 况是 4 0 0 w／