晉城市發展煤層氣燃料汽車的探討

周保山

(晉城市煤氣開發利用中心，山西晉城048000)

晉城市位于山西省東南部，境內礦產資源豐富，沁水煤田盆地面積23 900 km2，煤碳資源量3 200億t，煤層氣儲量約6.5萬億m3，占全國的近1/5，是全國目前煤層氣最具開發前景的地區之一。

煤層氣(Coal Bed Methane，CBM)是煤層的伴生資源，是一種清潔能源，其氣體組分接近天然氣，甲烷體積分數超過90%;井下抽放回收的煤層氣又叫做礦井瓦斯氣(Coal Mine Methane，CMM)，其甲烷含量約為35% ～60%，由于CMM氧含量較高，CMM的儲氣壓力不能過高，因此CMM不能作為汽車燃料用氣，作為汽車燃料主要是CBM。煤層氣不僅環境性能好，而且熱效率高。眾所周知，我國的能源結構為富煤貧油(氣)，因此，煤層氣作為常規天然氣最現實可靠的補充或替代能源，發展煤層氣代替汽油或天然氣，具有劃時代的經濟意義。

1 晉城地區煤層氣燃料汽車和加氣站的發展

近年來，隨著國際油價的不斷飆升，煤層氣的經濟性能不斷凸顯。目前，晉城市使用煤層氣的汽車已逾2 000輛，市內已建成并投入使用的加氣站8座，其中加氣母站一座，子站7座。目前，在晉城市內，使用煤層氣的汽車主要是出租車、公交車和部分家庭轎車。煤層氣燃料汽車的發展，不僅減少了城市的空氣污染，而且使廣大用戶得到了實實在在的優惠，隨著供氣系統的進一步完善，煤層氣燃料汽車必將得到進一步的發展。

2 煤層氣燃料汽車的優勢

煤層氣與其它汽車燃料相比有著無法替代的優勢。主要表現在以下6個方面。

(1)燃料價格便宜。按目前市場價格，93號汽油價格為7元/L，煤層氣價格為3.4元/m3，而每m3煤層氣動力值相當于1.13 L汽油。如一輛出租車每天汽油消耗為200元，用煤層氣只需86元;一輛公交車每天汽油費為400元，用煤層氣只需172元。

(2)煤層氣燃料汽車排氣污染小。煤層氣是一種潔凈能源，主要成分是甲烷，燃燒后的主要生成物為CO2和水，其產生的溫室氣體量只有煤炭的1/2，石油的2/3，與燃油汽車相比，煤層氣燃料汽車尾氣的排放量中CO下降約90%，碳氫化合物(CH)下降約80%，NOX下降約30%，SO2下降約20%，CO2下降約23%，微粒下降約40%，鉛化合物下降約100%，非甲烷烴類可降低50%左右。綜上所述，煤層氣對環境造成的污染遠小于石油和煤炭，已成為一種優良的汽車發動機綠色代用燃料。

(3)不積碳，車輛部件損耗小。用煤層氣作燃料，發動機運轉平穩，噪聲低，對機動車潤滑油的稀釋作用小，燃燒性能好，氣缸積碳少，不需經常更換潤滑油和火花塞，可延長發動機使用壽命，汽車大修里程可提高20%，且煤層氣燃料汽車在冬季的起動性能好。不需經常更換機油和火花塞，可節約50%以上的維修費用。

(4)安全可靠。煤層氣燃點高達650℃以上，比汽油、柴油和LPG(液化石油氣)的燃點高，不易點燃;煤層氣辛烷值高，達到了130(汽油的辛烷值低于100)，抗爆點火性能也高于汽油、柴油和LPG，所以比汽油、柴油和LPG更難點燃。另外煤層氣的爆炸極限僅為5% ～15%，標況下的密度小于空氣，而LPG的爆炸極限為2.4% ～9.5%，氣化后密度大于空氣;汽油爆炸極限為1% ～7.6%;柴油爆炸極限為0.5% ～4.1%，它們都比空氣重，更易在空氣中形成聚集而發生爆炸。可見，煤層氣燃料比LPG、汽油、柴油更安全。據資料介紹，在美國，天然氣燃料汽車發生的1 300多起碰撞事故中，天然系統均未引起爆炸或著火，車用儲氣瓶都經過火燒、爆炸、墮落、槍擊等測試合格后方可使用。中外發展天然氣燃料汽車60年來，從未出現過因天然氣爆炸、燃燒而導致車輛事故，因此煤層氣燃料汽車安全性更高。

(5)車輛改裝簡單。在保留原車供油系統的情況下，只需增加一套專用壓縮煤層氣裝置。目前，在晉城地區改裝一輛公交車約需8 000元，出租車約需3 000～4 000元，約200天可收回改裝成本。

3 煤層氣燃料汽車發展中存在的問題

盡管使用煤層氣作為汽車動力有很多優勢，但是由于煤層氣的存儲條件及燃燒特性等方面與汽油相比有所不同，供氣體系不完善，因此煤層氣汽車的發展還存在如下一些問題。

3.1 供氣體系不完善

晉城市區目前有8座加氣站，但周邊縣區、市加氣站很少，煤層氣汽車加一次氣只能行駛150 km左右，如果要到附近的長治、鄭州、臨汾等地的話，當氣用完了，就必須用油。煤層氣燃料汽車加氣站的布局不合理，導致煤層氣燃料車輛的續航能力差。周邊縣市即使有加氣站，也不給外地車加氣，原因是怕不安全，發生爆炸。要解決此問題，筆者認為國家應出臺統一的標準，完善煤層氣(天然氣)加氣站的建設，只要煤層氣加氣站的密度達到一定水平，煤層氣燃料汽車的發展肯定會再上一個新的臺階。另外，建一座煤層氣(CNG)加氣站及配套設施約需500萬元，這在一定程度上也影響了晉城市煤層氣燃料汽車的發展。

3.2 動力性降低

在煤層氣汽車的內燃氣運行過程中，甲烷的含量控制在5%～16%爆炸極限之間，電子點火后，甲烷在氣缸內充分爆炸做功，推動活塞往復運動，帶動曲軸旋轉。因此，燃用煤層氣與燃用汽油相比，混合氣的熱值低，煤層氣/空氣混合低熱值為3.36 MJ/m3，汽油/空氣混合氣低熱值為3.82 MJ/m3，進氣(空氣)量少，分子變更系數小，動力性約下降20%。如果匹配不良，動力性會更加惡化。

3.3 汽車儲氣瓶占用空間較大

氣態煤層氣的能量密度比汽油小得多。1 m3標準狀況下的煤層氣壓縮后裝入20 MPa的儲氣瓶中，約占5 L容積，而與之等熱量的汽油(0.81 kg)只占1.1 L容積，煤層氣所占容積等于汽油的4.5倍(容積系數等于4.47)。要保證相同的行駛里程，煤層氣燃料汽車就要攜帶更大的儲氣瓶，但汽車上的空間是有限的，這在一定程度上也限制了煤層氣汽車的發展。

3.4 制造成本較高

煤層氣發動機工作溫度較高，對零部件的制造工藝的要求也就相應較高，與汽油車相比天然氣燃料汽車的制造成本要高13%左右。

4 晉城市煤層氣燃料汽車發展的對策

當今及今后一段時間，煤層氣燃料汽車都將是晉城燃氣燃料汽車的重點發展方向，為了降低空氣污染，減少尾氣排放，發展煤層氣燃料汽車勢在必行，但同時發展煤層氣燃料汽車也有許多工作要做。

4.1 加快煤層氣加氣站的建設步伐

壓縮煤層氣的能量密度低，續航能力差，同時加氣站數量少，加氣時間長，這是當前煤層氣燃料汽車發展的主要障礙。因此，晉城必須加快CNG加氣站的建設步伐，政府應從政策、規劃、技術、經濟等方面給予支持、協調和配合，使晉城市的壓縮煤層氣加氣站盡快形成規模;同時，要在附近的幾個縣及主要干道上建設壓縮煤層氣加氣站，增加煤層氣燃料汽車的續航能力。

4.2 發展液化煤層氣燃料汽車

從氣體本質上講，地面抽放煤層氣與天然氣無本質區別，其甲烷含量都在90%以上，因此，天然氣能夠液化，煤層氣同樣可以液化。在這方面，晉城已走在了全國的前列。液化煤層氣是煤層氣的另一儲存方式，它是煤層氣經凈化處理后低溫液化而成。目前，晉城已建成煤層氣液化項目2個，形成日液化能力100×104m3/d。煤層氣液化主要有以下一些優點:液化煤層氣是壓縮煤層氣能量密度的2.5倍，以相同容積儲罐計算，液化煤層氣燃料汽車的行駛里程將是壓縮煤層氣燃料汽車的2.5倍，達到400 km，這將大大刺激煤層氣燃料汽車的發展，到那時，限制煤層氣燃料汽車發展瓶頸將不復存在。

另外，液化煤層氣加氣機的充裝速度是壓縮煤層氣加氣機的5倍，并且由于液化煤層氣低溫，低質儲存，工作壓力小于1.6 MPa，遠低于壓縮煤層氣工作壓力，安全性能得到了極大改善。目前，制約液化煤層氣發展的是壓力控制和液化鋼瓶制造兩大問題，隨著這些問題的解決，晉城的煤層氣燃料汽車發展將會迎來新一輪的發展。

4.3 政府政策的支持

改裝的煤層氣燃料汽車，由于沒有相關技術標準，年檢時不得不卸下煤層氣裝置，審驗后再重新裝上，給車主帶來很多不便;另外，晉城市的煤層氣燃料汽車到周邊縣(市)加不上氣，原因是怕不安全，發生爆炸。因此必須盡快制定并統一汽車使用煤層氣的相關標準，因煤層氣汽車使用范圍逐漸擴大，晉城市政府已經安排質量技術監督部門著手制定汽車使用煤層氣的相關標準，并希望得到國家和省質量監督部門的支持。

5 結束語

目前晉城市煤層氣燃料汽車的發展已經邁出了堅實的一步，盡管在發展中還會遇到各種各樣的困難，但從長遠來看，發展煤層氣燃料汽車對減少城市污染，提高能源綜合利用水平都具有重大的現實意義。因此，煤層氣燃料汽車的發展前景將是非常廣闊的。