導(dǎo)語：汽車工業(yè)發(fā)展中能源替代問題一文來源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點(diǎn)，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

1我國石油供需現(xiàn)狀

我國汽車產(chǎn)量和保有量正迅猛增長,汽車運(yùn)行所賴的汽油、柴油,源自原油礦藏。截止2004年底我國累計(jì)原油探明可采儲(chǔ)量為67.91億t,其中已采出43億t,剩余量僅為24.91億t[1]。2005年我國創(chuàng)原油產(chǎn)量新紀(jì)錄(1.81億t),但石油消費(fèi)也創(chuàng)新高(超過3億t),為世界第二。當(dāng)年凈進(jìn)口原油1.1875億t,還凈進(jìn)口成品油0.1742億t,石油進(jìn)口量僅少于美、日,為世界第三。人類迄今所用能源主要仍是化石燃料中的石油、煤和天然氣。非化石燃料主要有水電、核電、生物質(zhì)燃料、風(fēng)能和其他可再生能源,如太陽能、地?zé)?、潮汐能等。世界能源用量?gòu)成石油、煤、天然氣、其他能源的比例約為4∶3∶2∶1。專家們估計(jì)二三十年后此比例將變成2∶3∶3∶2[2]。我國這種以煤為主的能源結(jié)構(gòu),從技術(shù)層面分析是比較不利的。主要是燃煤污染環(huán)境,煙、灰、CO2排放都多,而其他能源較易做到清潔燃燒?，F(xiàn)代交通運(yùn)輸工具中汽車、輪船的動(dòng)力機(jī)主要為耗用汽油、柴油的內(nèi)燃機(jī);火車則為內(nèi)燃機(jī)車和電力機(jī)車并用;飛機(jī)已主用噴氣機(jī),耗用煤油。此外,化工產(chǎn)品中化肥、化纖、塑料、合成橡膠也多以原油的餾分為原料。因此,現(xiàn)代國家的能源結(jié)構(gòu)中,一定比例的石油是很必要的。我國石油產(chǎn)量不足而用量卻不斷攀升,不得不逐漸增加進(jìn)口。我國當(dāng)前能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)與產(chǎn)量結(jié)構(gòu)中最突出的差異正是在石油單項(xiàng),反映了國家不得不大量進(jìn)口的無奈。改革開放以來,我國國內(nèi)生產(chǎn)總值(GDP)超速增長:1980年為7638億元,2005年達(dá)78678億元。不論生產(chǎn)發(fā)展和人民生活改善都會(huì)導(dǎo)致能源消費(fèi)的增長,2005年全國能源消費(fèi)總量為1980年的3.7倍。我國25年來實(shí)際上又是如何處理這高達(dá)3.7倍的能源消費(fèi)上升呢?主要是依靠國家自有資源的開發(fā)。首先以多采煤來應(yīng)對;其次是努力開發(fā)水電,如興建長江三峽、黃河、珠江上游等水電站;還有核電事業(yè)也從無到有、從完全引進(jìn)到自建為主;天然氣的開發(fā)也有較大發(fā)展;現(xiàn)在又開始注目于開發(fā)風(fēng)電事業(yè)。就石油能源來說,1980年全國產(chǎn)原油1.06億t,當(dāng)時(shí)自用有余,還可大量出口來換取緊缺的外匯。但從1993年起,我國成為成品油凈進(jìn)口國,1996年起成為原油凈進(jìn)口國,終于年年需要進(jìn)口。2005年原油產(chǎn)量達(dá)1.81億t峰值,為1980年的1.7倍,仍遠(yuǎn)不敷需求,進(jìn)口依存度已超過了40%。筆者認(rèn)為不久后,進(jìn)口量將超過國內(nèi)產(chǎn)量。1980年我國能源生產(chǎn)結(jié)構(gòu)中,原油曾達(dá)23.8%峰值,該年煤的比例為69.4%,但由于原油產(chǎn)量不能滿足需求,2004年的能源生產(chǎn)結(jié)構(gòu)中,原油降至13.5%,而煤上升至75.6%[1]。國家其實(shí)早已認(rèn)識(shí)到石油是我能源生產(chǎn)中最薄弱環(huán)節(jié),因此歷來重視其開源,不僅努力加強(qiáng)勘探,包括西去荒漠和向東、向南去海域開發(fā),期望提高油氣的探明儲(chǔ)量,再實(shí)行增產(chǎn);還較早就致力于開發(fā)國外油源,包括向中東、非洲和前蘇聯(lián)國家采購,近日還與南美的委內(nèi)瑞拉洽談。同時(shí)我國又積極向國外投資,共同開發(fā)油氣田,或收購石油企業(yè),以便獲得海外份額油。但以上多方面的努力迄今還不能根本緩解石油的供需矛盾,形勢依然緊張。自然資源在地球上的分布本來就是不均衡的,加上各國開發(fā)能力又有差異,因此各種商品通過國際貿(mào)易等價(jià)交換,互通有無,理應(yīng)是天經(jīng)地義的事情?？墒?石油是一種戰(zhàn)略物資,進(jìn)口依存度大是一種有關(guān)國家安全的很大風(fēng)險(xiǎn),哪怕只是運(yùn)輸通道發(fā)生問題。例如中東和非洲石油,如僅采取船運(yùn)一種辦法,若馬六甲海峽的通道受阻,后果便會(huì)十分嚴(yán)重。還有石油的價(jià)格波動(dòng)也可能成為一種重大風(fēng)險(xiǎn),如始自2004年的油價(jià)飚升,從每桶原油32.5美元,升至60～70美元(即每噸從約240美元猛升至440～515美元),按年進(jìn)口上億噸原油計(jì),進(jìn)口國便要額外多付出200～275億美元,這種經(jīng)濟(jì)風(fēng)險(xiǎn)也是極其巨大的。國際上有人興風(fēng)作浪,把石油漲價(jià)原因歸咎于中國的增購,其實(shí)中國的增購量在世界石油貿(mào)易增量中只占極小份額,中國進(jìn)口量遠(yuǎn)小于美、日,石油價(jià)格突然猛升,主要是由于某國大量基金的投機(jī)炒作。歸咎中國者,若非出于無知,便是別有用心。但是這次風(fēng)波也足以說明石油進(jìn)口依存度大是與國家安全風(fēng)險(xiǎn)有關(guān)的問題。由此可見,我國近幾年提倡節(jié)約能源的重大意義了。對于特別依賴石油的交通運(yùn)輸業(yè)、尤其是汽車行業(yè),如何千方百計(jì)降低油耗以及采用替代能源,是汽車界的一個(gè)重要課題,其中汽車采用天然氣替代石油成為一個(gè)重要的子課題。

2天然氣將成為一種主要的汽油、柴油替代能源煤與天然氣的儲(chǔ)量豐富,固態(tài)的煤用作汽車能源比較困難,須先經(jīng)過較復(fù)雜的液化。

天然氣驅(qū)動(dòng)汽車也有難點(diǎn),但已逐步在解決。天然氣的大規(guī)模開采、輸送和用于加熱鍋爐以發(fā)電和作為化工的原料,這些工業(yè)應(yīng)用早已成熟,用作炊事能源也十分普遍,現(xiàn)在又將是我國汽車業(yè)發(fā)展中的石油重要替代能源。

2.1我國的天然氣資源

我國漢代和晉代地理書中早已記載,玉門和陜北有石油,四川有天然氣。后來四川發(fā)明了鉆井技術(shù),從地下取得天然氣和鹽水,煮得食鹽。自貢市仍保存著國家重點(diǎn)文物“燊海井”古鉆機(jī)和井。但我國能源生產(chǎn)中天然氣比重還不大。2005年才創(chuàng)高產(chǎn)紀(jì)錄500億m3。按國家統(tǒng)計(jì)局各能源平均熱值數(shù)據(jù)推算[3],1m3天然氣熱值相當(dāng)于0.931kg原油,因此500億m3天然氣相當(dāng)于4655萬t原油,與同年我國共消費(fèi)石油3億多噸相比較,仍是一個(gè)可觀的補(bǔ)充量。根據(jù)2004年專家研究結(jié)果,我國天然氣遠(yuǎn)景資源儲(chǔ)量約47~54萬億m3。截止2003年底,探明地質(zhì)儲(chǔ)量累計(jì)為3.86萬億m3,探明可采儲(chǔ)量累計(jì)為2.46萬億m3,扣除累計(jì)采出量后,剩余量為2.08萬億m3[4](其熱值相當(dāng)于19.5億t原油)。石油界認(rèn)為我國天然氣的勘探落后于石油,不僅是由于生產(chǎn)技術(shù)落后,也是由于天然氣的利用落后。過去鉆油井,若打出了天然氣,只能放空燃燒或封井,仍將資源埋在地下。要利用天然氣,一般要靠建設(shè)管道外輸,否則難于異地利用。因此長期只能貨棄于地。但也正因勘探和利用落后,天然氣將有較大增長潛力。以熱值計(jì),上述天然氣探明可采剩余儲(chǔ)量已接近原油探明可采剩余儲(chǔ)量的效用,若考慮到天然氣勘探僅處在初期,我們一定能得出以天然氣替代石油,將大有資源潛力的結(jié)論。我國天然氣勘探究竟進(jìn)展如何呢?2002年9月第17屆世界石油大會(huì)在巴西召開,我國專家發(fā)表3篇石油天然氣勘探報(bào)告,提到天然氣的新增探明可采儲(chǔ)量,~5年共計(jì)億3(即平均年增億3),6~年共達(dá)63億3(即平均年增3億3)。文中預(yù)測~年可增1.3~1.4萬億m3(即平均年增1300~1400億m3)[5]。這個(gè)預(yù)測是留有充分余地的。國家在2005年12月的十一五規(guī)劃則要求2006~2010年力爭新增天然氣探明地質(zhì)儲(chǔ)量為2~2.5萬億m3,即平均年增4000~5000億m3,若按可采儲(chǔ)量為探明儲(chǔ)量的64%估算,可得平均年增可采儲(chǔ)量2560~3200億m3[6]。以上專家預(yù)測和國家規(guī)劃的可信度已可從報(bào)刊和電臺(tái)的零星報(bào)導(dǎo)中得到驗(yàn)證:如2002年鄂爾多斯氣田探明儲(chǔ)量增至6000億m3以上(即增加一倍以上),2003年11月22日新疆探明儲(chǔ)量6148億m3(即比1998年值增1600多億m3),2005年11月16日大慶新探明慶深氣田儲(chǔ)量1000億m3,2006年9月大慶在地下花岡巖深處又探明天然氣2000億m3。我國天然氣實(shí)際年產(chǎn)量2005年峰值為500億m3,顯然每年新增探明可采量遠(yuǎn)大于生產(chǎn)量,我國累計(jì)天然氣剩余可采儲(chǔ)量將在2003年末的2.08萬億m3基數(shù)上逐年會(huì)有較大的增幅。加上我國正努力從印尼、澳大利亞和中東洽商進(jìn)口船運(yùn)液態(tài)天然氣(LNG)和從前蘇聯(lián)國家洽商管道進(jìn)口天然氣,近期、中期我國擴(kuò)大應(yīng)用天然氣是有資源保證的,這就可以沖減每年必須進(jìn)口的石油數(shù)量,改善石油進(jìn)口依存度和石油安全態(tài)勢。

2.2天然氣用于汽車的技術(shù)措施

天然氣適于在內(nèi)燃機(jī)中燃燒供能是不成問題的。德國道依茨發(fā)動(dòng)機(jī)公司早在1867年便在巴黎博覽會(huì)上展出天然氣內(nèi)燃機(jī);1889年戴姆勒—奔馳公司也一直生產(chǎn)甲烷內(nèi)燃機(jī);柴油機(jī)發(fā)明者狄塞爾也先用天然氣作內(nèi)燃機(jī)能源。但是由于汽油和柴油的優(yōu)越性,使天然氣失去了應(yīng)用于汽車的光輝,主要用途轉(zhuǎn)為發(fā)電和作為化工原料。天然氣的主要成分是甲烷CH4,在正常1大氣壓條件下,甲烷的沸點(diǎn)為-162℃,顯然汽車上要?jiǎng)?chuàng)造這樣低溫條件是困難的。因此甲烷不可能像汽油、柴油那樣在常溫常壓下,作為液體注入輕薄油箱存儲(chǔ)。常態(tài)條件下,每升甲烷質(zhì)量只有0.83g,燃燒所能產(chǎn)生的熱值僅為47.7MJ,不像1L汽油質(zhì)量約為750g,可得燃燒熱值32.7GJ,1L柴油質(zhì)量約為830g,可獲燃燒熱值35.2GJ。因此汽車應(yīng)用天然氣的主要方案是采用壓縮天然氣(CompressedNaturalGas,CNG)。國際上通行的方式是在天然氣管道出口,設(shè)高壓站,將天然氣壓縮至20MPa,即約200個(gè)大氣壓,亦即將大氣壓的氣體體積壓縮至。由此可知,M壓力下L壓縮天然氣的質(zhì)量可達(dá)66,可產(chǎn)生燃燒熱值5G。此值雖仍遠(yuǎn)小于同容積的汽油、柴油的熱值,但在汽車上已可以應(yīng)用。美國現(xiàn)在常將天然氣壓縮至25MPa,效果更佳。更有考慮壓力增至40MPa的設(shè)想。但要存儲(chǔ)200個(gè)大氣壓的高壓氣體,需采用厚壁鋼瓶,或采用金屬薄壁罐,外纏高強(qiáng)碳纖維絲這類技術(shù)。這樣的瓶、罐仍占相當(dāng)空間和重量,遠(yuǎn)不如汽油或柴油箱那么輕巧和便宜。即使采用了高壓措施,由于壓縮天然氣能量密度仍較小,汽車每次充氣后的行程仍較短,需要常去高壓站充氣,這就限制了汽車的行駛里程。因此采用CNG辦法,除需管道供氣外,還需要多設(shè)天然氣壓縮充氣站,才能便利汽車充氣續(xù)駛。一般認(rèn)為城市公共汽車最適用CNG,因?yàn)槠囆旭偡秶抻谑袃?nèi)和近郊區(qū),只要在各公共汽車起點(diǎn)站、終點(diǎn)站附近各設(shè)充氣站,形成網(wǎng)絡(luò),便能有效地以壓縮天然氣代替汽油、柴油作為能源了。北京市便有此計(jì)劃。其次,若天然氣輸氣管道順公路而行,則在沿線設(shè)若干充氣站,也能保證天然氣汽車在該公路上暢行。內(nèi)蒙鄂爾多斯既有天然氣資源,又有優(yōu)質(zhì)煤要運(yùn)往鐵路車站,從煤礦至車站公路便采用這一方案,推廣CNG汽車。由于鋪設(shè)天然氣管道和建立壓縮站投資大,現(xiàn)在產(chǎn)生另一種方法,即利用重型汽車車頭拖掛壓縮天然氣儲(chǔ)氣半掛車到汽車運(yùn)行道路邊設(shè)供氣站,就地給汽車充氣。我國已在試行。若天然氣田分布廣泛,并更大規(guī)模地普設(shè)充氣站,汽車隨時(shí)隨地可以便利充氣,則CNG汽車便可更廣泛應(yīng)用,我國四川省正走向這種布局。汽車上應(yīng)用天然氣的新思路是液態(tài)應(yīng)用(Liq-uefiedNaturalGas,LNG)。在1個(gè)大氣壓下,要使天然氣維持液態(tài)必須保持-162℃低溫,因此必須在LNG儲(chǔ)罐外盡量做好絕熱包覆,同時(shí)有控制地容許少量天然氣排空蒸發(fā)。因此盡管外部環(huán)境會(huì)傳熱進(jìn)入LNG儲(chǔ)罐,但液體蒸發(fā)會(huì)吸收較大的潛熱,就能使儲(chǔ)罐內(nèi)LNG仍能維持液態(tài)而不會(huì)氣化。由于LNG蒸發(fā)排空而不斷減量,因此LNG驅(qū)動(dòng)汽車方案一般僅適用于在高速公路上快速運(yùn)貨的重型卡車,保持蒸發(fā)損失相對于運(yùn)輸燃料總耗處在較低水平,經(jīng)濟(jì)上才能合算。天然氣用作汽車能源方案之一是以天然氣為原料,制取液態(tài)甲醇作為汽車燃料。另一方案是將甲烷視為氫的來源,利用氫和氧的結(jié)合放出能量驅(qū)動(dòng)汽車。還有利用天然氣作為烴物質(zhì),采取化工技術(shù)制成“氣轉(zhuǎn)油”(GTLq,GTL),在這種化工過程中,可去除硫等有害成分,制成優(yōu)質(zhì)燃油,如柴油。但以上這些方案都必須降低成本,或國家給以價(jià)格補(bǔ)貼,才能與常用的汽油、柴油競爭。

3天然氣汽車的應(yīng)用

天然氣在汽車上的儲(chǔ)存性不及液體能源,它的遠(yuǎn)程運(yùn)輸需要建設(shè)昂貴的管網(wǎng),它在汽車上的應(yīng)用還需要有高壓充氣分配網(wǎng)系,這些都使它與液體能源相比處于不利位置,實(shí)際上多年受冷遇。美國的汽車保有量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過其他國家,也是全世界石油消費(fèi)和進(jìn)口最多的國家,盡管他對天然氣用于汽車的技術(shù)早就進(jìn)行了大量試驗(yàn)研究和組織過多次較大批量的實(shí)際運(yùn)用,積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)和數(shù)據(jù),并在歷年各次SAE會(huì)議上有汽車界、石油界和高校、研究機(jī)構(gòu)發(fā)表的許許多多論文,但真正在生產(chǎn)上大規(guī)模應(yīng)用卻是滯后的。根據(jù)中國工程院和中國汽車工程學(xué)會(huì)2005年10月舉辦的學(xué)術(shù)會(huì)議發(fā)表的世界天然氣汽車統(tǒng)計(jì),全世界天然氣汽車共計(jì)超過362萬輛,其中有18個(gè)國家保有天然氣汽車超過1萬輛,按車數(shù)排列為阿根廷124.9萬輛,巴西70.6萬輛,巴基斯坦47.5萬輛,意大利38.1萬輛,印度22.2萬輛,美國13萬輛,中國8.69萬輛。世界生產(chǎn)汽車第二大國日本天然氣汽車保有量僅2.07萬輛,居第13位。以上數(shù)據(jù)說明,在美國和日本還能控制和采購到足量石油時(shí),并不熱衷于改變自己所保有的汽車能源結(jié)構(gòu)(美國天然氣汽車只占汽車保有總量的0.1%,主要用于重型汽車和公共汽車等大型車輛)。相反,那些石油資源貧乏的國家卻是天然氣汽車特別是大量轎車實(shí)際應(yīng)用的先鋒。促使各發(fā)達(dá)國家開始青睞天然氣汽車而競相研究的主要推動(dòng)力是天然氣汽車排放的潔凈性,作為氣體的甲烷可以燃燒得更徹底。與汽油汽車相比,其NOx和CO的排放遠(yuǎn)低于歐III標(biāo)準(zhǔn),HC排放為汽油機(jī)的80%;與柴油機(jī)相比,可減少90%以上的CO和顆粒物,50%以上的NOx。我國現(xiàn)已成為石油消耗第二大國,原油自產(chǎn)不足,必須進(jìn)口;城市人口不斷增加,與幅員相當(dāng)?shù)拿绹鴮Ρ?美國現(xiàn)在100萬人口以上的大城市有9個(gè),而我國2000年時(shí)100萬以上人口的大城市已有40個(gè),包括200萬以上人口特大城市13個(gè),而50～100萬人口的城市還有53個(gè)。近年大城市數(shù)還在繼續(xù)增加。由于各市中心區(qū)人口比美國更加密集,汽車尾氣排放必成為城市大氣的主要污染源,因此更需推廣清潔燃料。北京市起了帶頭作用,已有天然氣公交車在運(yùn)營,還擬投資50億元以上更換舊的公交車8000輛,其中2005年招標(biāo)采購半數(shù),不久后還要采購半數(shù)。副市長吉林說,到2008年奧運(yùn)會(huì)時(shí)北京天然氣公交車將達(dá)到5000輛。由此可見,我國既缺石油資源,又多人口密集的城市,政府出臺(tái)政策推廣天然氣汽車,必將成為重要契機(jī)。四川省和重慶市政府便以推廣天然氣汽車作為本地區(qū)的政策而取得很大進(jìn)展,便是明證。在天然氣輸氣管道網(wǎng)正在大規(guī)模推進(jìn)的今天,必定會(huì)促進(jìn)我國實(shí)現(xiàn)更大規(guī)模的天然氣勘探開發(fā),和向國外采購管道天然氣和船運(yùn)LNG,建設(shè)天然氣接收站和分配網(wǎng)。天然氣壓縮設(shè)施和分配設(shè)施的科研和制造將成為一個(gè)新興行業(yè)和產(chǎn)值增長點(diǎn),也會(huì)促進(jìn)汽車制造業(yè)更積極地開發(fā)和生產(chǎn)純天然氣汽車和汽柴油/天然氣兩用汽車的發(fā)展。我國東風(fēng)汽車公司和一汽有世界幾乎絕跡的大汽油機(jī)EQ6100、EQ6105和CA6102,完全可以充分利用存量資產(chǎn)生產(chǎn)成本和售價(jià)較低的火花塞點(diǎn)火的天然氣發(fā)動(dòng)機(jī),其他生產(chǎn)汽油和柴油機(jī)型的工廠也可在生產(chǎn)原有機(jī)型的同時(shí)開發(fā)應(yīng)用天然氣的機(jī)型。天然氣用于汽車能源符合國情,適應(yīng)時(shí)代要求,汽車技術(shù)界、產(chǎn)業(yè)界應(yīng)當(dāng)努力呀!