我國交通燃料清潔化替代研究第一節
交通運輸部門是我國僅次于工業和居民的第三大能源消費部門,也是最主要的石油消費部門。預計2020年替代量將增至6400萬噸,其中以天然氣和電能為主,燃料甲醇燃料乙醇和煤制油的發展則面臨較大的不確定性。為推動交通替代燃料的健康可持續發展,應以市場化為原則,鼓勵各行業公平競爭,不過度依賴補貼、不搞強制封閉運行,同時政府也應完善標準規范、加強市場監管、鼓勵研發創新,并為替代燃料的服務網絡建設提供便利。
A不同燃料技術經濟對比分析
交通替代燃料的發展,需要同時滿足經濟(燃料費用和使用成本)、環保(污染物排放)、便捷(儲運過程、車輛改裝、續航里程、燃料補充等)、可靠(資源豐富、供應穩定)和安全(毒性、腐蝕性、易燃易爆性等)五個基本條件。從經濟性角度看,天然氣和燃料甲醇明顯占優,生物燃料乙醇和電動汽車則相對較差;從環保角度看,電動汽車最為理想,而隨著車輛尾氣排放標準的不斷提高,各類燃料的差距正不斷縮小;從資源可靠性看,電能和燃
料甲醇的供應潛力最大,生物燃料乙醇則受“與人爭糧、與糧爭地”的影響有所制約;從便捷性看,目前的技術水平下電動汽車的推廣使用仍然十分不便;從安全角度分析,CNG汽車和燃料甲醇的推廣可能會受到一定阻力。
(一)天然氣的價格優勢最為顯著
目前,我國主要能源終端價格仍由政府指導制定,且不同地區差異較大,僅從單位熱值價格比較,天然氣成本明顯要低于其他各類車用燃料。以市場化程度較高的上海文體廬山市和資源富余的西安市為例,車用CNG(壓縮天然氣)價97湖西格在分別為5.1元/立方米和3.55元/立方米,即使與居民用電價格相比,天然氣的單位熱值價格也具有明顯優勢。從全國平均看,車用CNG價格與汽油的比價僅為0.48,與柴油比價約為0.52;車用LNG(液化天然氣)價格與柴油的比價約為0.64。以此計算,天然氣汽車可以比燃油車節省15%40%的燃料費用,因此盡管其購置和改裝成本相對偏高,但對于長期運營車輛而言,天然氣出租車僅需不到半年即可收回成本,天然氣公交車和天然氣貨車的成本回收期也可以控制在三年以內。
類似的,使用燃料甲醇的汽車由于改造成本低,經濟效益也十分可觀。但生物燃料乙醇的經濟性則明顯較差,其從誕生之初便享受著國家的大量財稅優惠政策,包括乙醇汽油與同標號普通汽油同質同價,免征燃料乙醇企業5%消費稅,增值稅、土地有償使用費中央部分先征后返,生產調配車用乙醇汽油用變性燃料乙醇所使用的陳化糧享受陳化糧補貼政策等。但隨著優惠政策的到期,其經濟性將明顯受到影響。如果沒有強制推廣的封閉政策,燃料乙醇的市場份額恐怕還要更低。
電能的單位熱值價格略高于天然氣,但考慮到電動機效率遠高于內燃機,其實際燃料成本要遠低于其他各類能源。以比亞迪E6電動汽車為例,綜合工況下百公里耗電21.5千瓦時,按商用電1元/千瓦時計算約花費20元;而同級別汽油車百公里油耗為6—7升,燃料成本接近50元。不過,電動汽車電池(高達整車購置價格的一半左右)的實際使用成本要遠高于燃油和燃氣汽車。在鐵路運輸方面,電力機車則全面超越內燃機車,2012年國家鐵路內燃機車每萬噸公里耗油26.8公斤,電力機車每萬噸公里耗電102.1千瓦時,后者能量效率是前者的三倍,燃料成本也僅為前者的一半左右。
(二)成品油的環保劣勢正在逐漸縮小
交通工具排放的大氣污染物主要包括一氧化碳、氮氧化物、各種烴類化合物和固體顆粒物等。單就直接排放而言,電能顯然是最清潔的交通燃料;而即便從全生命周期的角度計算,綜合考慮到我國以火電為主的電源結構和遠距離大容量輸配電損耗,電動汽車全生命周期的溫室氣體及各類污染物排放也要明顯優于其他以化石能源和可再生能源為燃料的汽車。關于交通工具尾氣排放的研究十分復雜,需要測試不同燃料的車輛在多種條件下(如燃料標準、是否加裝尾氣處理裝置)各類污染物的排放數據。目前國內尚無全面、系統的不同燃料尾氣排放檢測對比數據,但與普通的汽油車和柴油車相比,以天然氣、燃料甲醇或燃料乙醇為燃料的汽車仍具有一定的環保優勢。
隨著車輛發動機技術、尾氣排放標準和燃料質量標準的不斷提高,成品油與其他燃料相比的排放劣勢正在不斷縮小。芬蘭VTT技術研究中心研究指出,歐四標準燃油公交車的一氧化碳排放量略高于CNG公交車,但歐四燃油公交車使用廢氣再循環裝置或尾氣凈化催化劑后,其一氧化碳排放量則明顯低于CNG公交車。德國聯邦機動車運輸管理局(GermanKraftfahrtBundesamt)對上百輛汽車的檢測也表明,天然氣汽車的氮氧化物和固體顆粒物排放要明顯優于燃油汽車,但其烴類化合物的排放量明顯高于后者,而輕型天然氣汽車的一氧化碳排放也大幅超過輕型柴油車。
(三)其他特性的對比分析
除了成本和環境兩個方面外,還有其他很多因素影響著交通替代燃料的推廣和使用。例如甲烷的辛烷值高、抗爆性好,天然氣汽車的發動機噪音要明顯低于燃油車;但CNG為高壓易燃易爆氣體,使用的危險性較高,能量密度也相對偏低,導致續航里程短、動力差;而LNG由于其低溫常壓液態的屬性,不僅安全性高于成品油,能量密度也與其十分接近,作為重型車燃料更具優勢,同時還適用于極端低溫環境。燃料甲醇的最大優勢在于資源豐富,無論是國內的煤制甲醇還是國外的天然氣制甲醇,都有可靠的原料保障,同時兼具較大的成本優勢。但燃料甲醇由于揮發性、毒性、腐蝕性、溶脹性、親水性、飽和蒸汽壓低和汽化潛熱高等缺點,容易出現液相分離、高溫氣阻、低溫冷啟動困難和油路腐蝕等問題,導致其市場認可度低,同時還受到了來自汽車制造企業的廣泛抵制,全球汽車制造商組織聯合發布的“世界燃油規范”中明確要求“不允許使用甲醇”。盡管上述部分問題可以通過改性、添加劑、雙燃料等方式在一定程度上解決,但會造成更高的成本,也給使用帶來更多不便。燃料乙醇的特性與燃料甲醇基本類似,但由于其不具有毒性,且使用可再生資源作為原料,因此推廣應用的阻力相對較小,糧食安全和成本問題是限制國內生物燃料乙醇發展的主要瓶頸。
電能方面,由于電源技術尚無法滿足商業化的性能與成本要求(儲能密度高、能量輸出密度高、環境適應性強、快速充電和深度放電、循環使用壽命長、購置使用成本低),大規模配套基礎設施需要系統籌劃和巨額投資,以及備受關注的碰撞安全性、電磁波輻射和重金屬污染等問題,目前電動汽車的發展仍處于示范應用階段。
在鐵路運輸方面,電能的優勢則得到了突出的體現,甚至對民航業產生巨大影響。在城際高速鐵路開通后,鄭州—西安、武漢一南京、成都一重慶等700公里以內的短程航線已經全部停飛,北京一上海、哈爾濱一大連、天津一南京等運距在700—1500公里的航線也受到了嚴重沖擊。根據國家民航總局和發展改革委聯合發布的通知,2013年10月20日起國內航線取消票價下浮的限制。
根據統計,2012年電力機車萬噸公里煤耗僅為102.1千瓦時(按熱工當量法計算約合12.5千克標準煤,按發電煤耗法計算約合33.7千克標準煤),內燃機車萬噸公里油耗則高達2851千克(約合4195千克標準煤),而民航的萬噸公里油耗則高達2851千克(約合4195千克標準煤),是前二者的上百倍。

責任編輯:電力交易小郭
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