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    2019年中國天然氣重卡發展現狀、應用設備及加氣站發展趨勢分析

    來源:[中國產業信息]    發布時間:2020/3/12 點擊次數:2454

    一、現狀

      重卡可以分成柴油重卡和天然氣重卡。使用燃料的不同使得天然氣重卡和柴油重卡在整體結構設計上存在諸多的區別。以發動機為例,天然氣重卡在燃料供給系統上增加了蒸發調壓器、減壓器等零部件,同時取消油泵,以點火傳動裝置替代,在控制系統上采用電控,并增加相應的傳感器等。除此之外,在排氣系統、冷卻水路及燃燒產物等方面也有著明顯的區別。

      2019 年重卡銷量達到歷史高點,天然氣重卡自然水漲船高。2019 年重卡銷量 117.4 萬輛,同比增長 2.3 %,達歷史高點。重卡銷量的波動主要受下游基礎建設投資和房地產投資的影響,2004 年-2017 年,重卡銷量呈現較大的波動,同比增長率在-40%至 80%之間波動,主要由于和基礎建設投資及房地產開發投資同比的關系較明顯,2004 年、2010 年等基建及房地產投資大年的重卡銷量都迎來了 40%以上的增長。2018 年-2019 年波動放緩,保持 2.5%左右低速增長,和基建房地產投資相關性減弱,主要由于存量更新需求,即 2010 年前后高銷量背景下的重卡更新換代需求。

      天然氣重卡自然也水漲船高, 天然氣重卡自然也水漲船高,2019 年銷量增速大幅提升 年銷量增速大幅提升 :一方面由于隨重卡銷量穩定增長而增長,另一方面自身滲透率也在穩步提升。根據國家相關法規要求,重卡從 2019年 7 月 1 日起將率先執行國六 a 階段排放標準,在政策推動下,2019 年 1-6 月,國內天然氣重卡整體銷量一路高歌,總體銷量達到 8.5 萬輛,遠超 2018 年全年。高峰期 6月天然氣重卡單月銷量近 3.9 萬輛。

      隨著各省市打贏藍天保衛戰三年行動計劃方案陸續出臺與實施 ,各地國三標準貨車的淘汰更新政策正在加速實施,同時疊加國六 a 階段排放標準的實施,卡車用戶在19 年二季度尤其是二季度后期(5、6 月)大量提前購買國五排放的天然氣重卡,大幅帶動需求增長。

      進入 2019 年,氣價持續回落,柴油價格上升,使得油氣差價不斷拉大 年,氣價持續回落,柴油價格上升,使得油氣差價不斷拉大(氣價基本在 4.2——4.5 元/公斤左右,柴油價格約 7.5 元/公斤),雖然燃氣車售價比柴油車貴幾萬元,但其使用成本低,如果能維持當前的油氣價差,又能保證貨源充足的話,運行一到兩年就能補齊購車成本的差價。從滲透率來看,2011 年-2019 年間滲透率曲折上升,但仍在處在低位,2019 年 H1 受政策推動,天然氣重卡銷量占重卡市場總銷量大幅上升到 13%。

    二、LNG 重卡應用

      智研咨詢發布的《2020-2026年中國天然氣重卡行業市場深度監測及投資盈利分析報告》數據顯示:天然氣應用形式可分為天然氣應用形式可分為 CNG 和 和 LNG ,來源也不同,CNG 多以管道氣形式運輸,LNG多直接進口。CNG 儲存于高壓常溫鋼瓶,LNG 儲存于中壓低溫鋼瓶。天然氣經過壓縮到 20MPa 形成的高壓天然氣稱為壓縮天然氣(CNG),CNG 儲存在高壓常溫鋼瓶中;天然氣經過超低溫深冷到-162℃形成的液態天然氣稱為液化天然氣(LNG),LNG 儲存在中壓低溫鋼瓶中。

      天然氣重卡可分為天然氣重卡可分為 LNG 重卡和 CNG 重卡,核心裝置均為儲氣鋼瓶及發動機,CNG 儲 存罐稍微有點特殊,在總質量 存罐稍微有點特殊,在總質量 18 噸以上的重卡上還是比較少見,但是在城配微卡和小 噸以上的重卡上還是比較少見,但是在城配微卡和小卡上比較多。在工作原理上,CNG 重卡和 LNG 重卡并沒有較大的差別,都是高壓氣體減壓后進入發動機與空氣混合后燃燒給車供能。但 LNG 和 CNG 能源屬性的不同也使得兩種重卡在儲存系統、燃料供應系統、重卡性能及配套設施等方面存在一定的差別。

      從燃料儲存系統來看,燃料儲存的氣瓶和重量有所差異。通常 CNG 重卡配備10 個以上的氣瓶(以 HOWO340 馬力 CNG 牽引車為例,該車總共配備了 12個車載氣瓶:8 個 140L 車載氣瓶和 4 個 80L 車載氣瓶),而 LNG 重卡一般配備 2 個以內的儲罐(以 HOWO340 馬力 LNG 牽引車為例,該車配備了 2 個 450L的LNG氣瓶;且目前越來越多的LNG重卡配備單個容量在950L以上的氣瓶)。相比之下,LNG 重卡單輛車氣瓶的重量較小、占用空間較少:LNG 氣瓶通常位于駕駛室后方的位置,而 CNG 氣瓶往往在布滿駕駛室后方之余,車架側邊也需放置氣瓶;重量上,單輛車 LNG 氣瓶的重量約為 600kg,而 CNG 氣瓶的重量在 1000kg 左右。

      從燃料供應系統來看,LNG 。 的供氣系統更加復雜。CNG 重卡中,氣瓶內的 CNG通過減壓閥組將高壓 CNG 的壓力降到 1.5 個大氣壓以后進入發動機;而 LNG重卡中,液化 LNG 首先需要經氣化器處理成 CNG,再通過減壓處理,進入發動機。因此,LNG 重卡的燃料供應系統更加復雜。

      LNG 重卡具有更強的續航能力和更遠的運輸半徑。CNG 重卡總燃料容量在 300 標方左右,而 LNG 重卡總燃料容量是 CNG 重卡的 1.5 倍左右,約 450 標方。氣瓶裝載容積的限制使得 CNG 重卡的續航能力較弱,同時運輸半徑有限,受加氣站的限制較明顯。

      LNG 重卡運輸半徑較大、更適合長途運輸,隨著加注站的建設加快,未來發展前景更加廣闊;CNG 重卡由于燃料裝載容積較小的限制,使得運輸半徑受限,需要充氣的次數較多,因此更適合短途運輸。

    三、天然氣重卡經濟性

      天然氣重卡相比柴油重卡最大的優勢在于燃料的經濟性,氣油價比是天然氣重卡銷量影響變量之一。短期氣油價比難以預測,但長期來看,隨著全球天然氣供給的寬松,國際天然氣價格有望迎來下調。近年隨著美國頁巖氣革命,美國天然氣產量和出口量超預期增長,而大量天然氣的出口壓低了美國和世界天然氣的價格。

      重卡從購置到使用主要包含了一次性的購置成本(或重卡改裝費用)、燃料費用和日常維護費用。其中購置成本和日常維護費用相對固定,燃料費用之差則主要取決于氣油價比。

      日常維護費用:重汽,天然氣重卡每年多出的維保費用主要包括機油更換費用、火花塞與點火線圈更換費用以及抽真空費用。每年天然氣重卡比燃油重卡要多換兩次機油,保養成本約 5000 元/年;一年換一次火花塞和點火線圈,約 1500 元/年;一年抽一次真空,約 500 元/年?傆嬆瓯pB費用多 7000 元/年。

      燃料費用:假設每年總運輸里程 15 萬公里,每百公里 LNG 消耗 50 方,每百公里油耗 40L,2019 年柴油批發價年均價 7.00 元/L,2019 年 LNG 市場價年均價 4.00元/方(即每方 LNG 與每升柴油的氣油價比為 0.57 時),因此每年油耗費用 42 萬元,LNG 燃料費 30 萬元,費用差近 12 萬元/年。

    四、應用設備

      1、車載氣瓶

      天然氣重卡最關鍵的兩個部分:車載氣瓶和發動機。車載氣瓶是天然氣車的核心裝備,是一種用以替代汽車油箱盛裝、貯存、供給燃料(液化天然氣),并且可以多次重復充裝的低溫絕熱壓力容器。

      車載氣瓶的主要結構包括內膽支持、內膽、絕緣層、外殼 車載氣瓶的主要結構包括內膽支持、內膽、絕緣層、外殼 4 個部分:1)內膽能夠承受一定的壓力用來貯存和供給低溫液態的液化天然氣。2)絕緣層是在內膽外壁纏繞由玻璃纖維紙和光潔的鋁箔組成的多層絕熱材料,多層材料在高真空條件下具有熱導率低、隔熱性能高、重量輕的特點。3)外殼主要用來與內膽形成夾層空間(兩層容器之間的絕緣層)和把內膽支撐起來的作用。4)絕緣層被抽成高真空與多層絕熱材料共同形成良好的絕熱系統,用以延長液化天然氣的貯存時間。外殼和內膽之間設置支撐系統將內膽外殼合理固定。支撐系統的設計能夠承受車輛在行駛時產生的加速、減速,運行時的振動。氣瓶所有的外部管路、閥件都設置在氣瓶的一端,并用保護環或保護罩進行防護。

      車載氣瓶主要由五大工作系統組成:加液系統、出液系統、增壓系統、經濟系統和安全系統。1)加液系統主要包括加液口、加液管路、進液單向閥等,用來持續給發動機補給燃料;2)出液系統包括出液截止閥、過流閥、管路、水浴氣化器、集氣器等;3)增壓系統指當氣瓶壓力低于下限值時,通過打開增壓閥使 LNG 靠重力流出氣瓶,轉化為氣體后重新進入瓶內完成增壓;4)經濟(自降壓)系統,當氣瓶壓力高于上限值時,為了避免造成燃料浪費、性能降低等問題,氣瓶上通常裝有一套降壓系統,當氣瓶壓力高于經濟調節閥設定的壓力時,經濟調節閥自動開啟,氣瓶內上部的氣體通過經濟調節閥進入出液管路,使氣瓶壓力及時下降;5)安全系統,包括一級安全閥、二級安全閥、氣瓶增壓管路安全閥、液位計等,防止氣瓶壓力過高導致出現氣瓶失效。

      容量大型化是車載氣瓶的未來趨勢:相對于小瓶而言,大瓶具備兩方面的優勢:1)瓶子容量越大,保溫效果越好;2)大瓶的經濟性更顯著。從氣瓶重量來看,2 個 500L 的氣瓶自重 1000 千克左右,而一個 995L 的氣瓶自重 800 千克左右,采用大氣瓶重量下降顯著,而整車的重量下降可以降低天然氣車運費。粗略測算下,假設天然氣車年行駛里程 8-12 萬公里,運費 0.4-0.6 元/噸/公里來測算,而使用 995L 氣瓶來替代 500L 的氣瓶,能節省成本 6400-14400 元。自從 2016 年起,市場上 995L 甚至 1000L 的大容量車載氣瓶正在逐漸500L及以下容量的小氣瓶,預計未來1000L大瓶滲透率會持續上升。

      2、發動機

      目前國內天然氣發動機較先進的技術是濰柴動力(招商汽車覆蓋)于 2012年研制的缸內直噴 HPDI 天然氣發動機。HPDI 技術具有開創性的意義,徹底解決了燃氣發動機因火花塞點火技術導致的動力不足的問題,將天然氣重卡的性能提升到柴油重卡、甚至是超越柴油重卡的水平。此外,HPDI 燃氣發動機還兼具排放小、經濟性等優勢。雖然解決了動力不足等問題,但 HPDI 燃氣發動機由于成本較多的緣故(比目前市場產品貴 2-3 萬元),仍未實現普及,因此目前市場上采用的主流發動機還是基于Woodward 或 Bosch 系統。

    五、加氣站

      隨著天然氣重卡保有量的攀升,加氣站密度也逐漸提升,反過來促進滲透率繼續提升。

      1、CNG 加氣站

      CNG 加氣站是國內建設起步最早、數量最多、配套最完善的加氣站建設模式,主要位于城區及周邊。CNG 加氣站可以分為常規站、母站和子站:常規站建在天然氣管道經過的地方,管道內的氣脫硫、脫水、壓縮到 25Mpa 后進入常規站,然后進入售氣機給車加氣;母站多建在城市門站附近,天然氣管道內的氣脫硫、脫水之后,以 1-1.5Mpa的壓力進入母站,母站即可以給車輛加氣,同時也將天然氣以槽車的方式運輸到子站;子站建在距離天然氣管道較遠的地方,通常建設在城市內。

      CNG 加氣站主要包括天然氣預處理系統、壓縮系統、儲存系統、售氣系統和控制系統 加氣站主要包括天然氣預處理系統、壓縮系統、儲存系統、售氣系統和控制系統等多個系統。天然氣預處理系統包括將進入加氣站的天然氣進行脫硫、脫水等過程,脫硫可以防止設備管道腐蝕或氣瓶發生“氫脆現象”,脫水可以預防 CNG 在減壓膨脹降溫過程中出現冰堵;壓縮系統主要由進氣緩沖罐、壓縮機主機、潤滑系統、冷卻系統等部分組成;加氣站儲存常采用分級儲存的方式,分為高壓、中壓、低壓瓶組,由控制盤進行自動控制;售氣系統由質量流量計、電腦控制售氣裝置和壓縮天然氣氣路系統組成,用來給 CNG 車添加燃料。

      CNG 加氣站發展成加氣站發展成熟,增速趨緩,主要服務出租車和部分私家車。1988 年我國開始引進 CNG 加氣站的全套設施、改裝汽車部件及高壓氣瓶,建設 CNG 汽車加氣站。目前除部分重要零部件外,國內 CNG 加氣站設備的制造技術和工藝已經成熟。CNG 加氣站主要服務出租車和部分私家車,技術相對簡單,在中國發展較早,數量較多,目前發展成熟,增速趨緩。據統計 2018 年底我國 CNG 加氣站保有量為 5600 座,未來 CNG加氣站數量仍將繼續保持年 5%-10%的增速增加。

      2、LNG加氣站

      LNG 加氣站是針對 LNG 車的加氣站,目前主要布局在 LNG 資源豐富的地區。LNG 加氣站主要有 LNG 槽車、LNG 儲罐、LNG 低溫泵、加氣機、調壓增壓器等系統組成,可以分為常規站和橇裝站。常規站建立在固定地點,LNG 通過卸氣裝置儲存在儲罐之中,用加氣機加氣;橇裝站將加氣站相關的設備裝置在橇體或汽車上,規模較小,便于運輸。

      LNG 加氣站主要包括卸車、調壓、加氣和卸壓四個步驟。卸車指將槽車或罐箱內的LNG 轉移到 LNG 加氣站儲罐內,有三種方式:增壓器卸車、浸沒式低溫泵卸車、增壓器和低溫泵聯合卸車;LNG 運輸到儲罐之后,通過增壓器或者泵低溫循環的方式增壓,得到一定壓力的飽和氣體;加氣機通過單線或雙線的方式給車載氣瓶輸氣;4當儲罐中的 LNG 氣化導致系統壓力升高時,BOG 回收系統或安全閥將開啟,降低氣體壓力。

      我國 LNG 加氣站設備制造起步較晚,但隨著我國天然氣需求和消費水平的日益增長,加氣站設備制造起步較晚,但隨著我國天然氣需求和消費水平的日益增長,LNG 加氣站未來數量和占比有望提升,也將帶動 LNG 重卡占比提升。

      3、L-CNG 加氣站

      L-CNG加氣站是LNG與CNG兩種加氣方式的結合,可以將加氣站內LNG氣化成CNG,并給 CNG 車加氣的加氣站。其站內主要設備包括 LNG 儲罐、LNG 泵、氣化器、儲氣瓶、CNG 加氣機、壓縮機等。

      三種加氣站各有特點,CNG 加氣站發展較早,技術發展較成熟,目前布局相對全面; 加氣站發展較早,技術發展較成熟,目前布局相對全面;而 LNG 加氣站和 L-CNG 加氣站起步較晚,部分設備依賴國外進口,目前數量還較少, 加氣站起步較晚,部分設備依賴國外進口,目前數量還較少,但有著加氣能力更強、加氣速度更快等優點。

      LNG 加氣站設備投資成本最低,L-CNG 加氣站次之,CNG 加氣站設備成本最高。假設同樣規模的三種加氣站,其中 LNG 加氣站設備成本在 170 萬元,而 CNG 加氣站設備成本在 226 萬元,高 33%。從成本分布來看,加氣站最貴、最重要的設備就是 LNG 儲罐和 CNG 氣瓶,而其他系統的投資成本較低。此外,三種加氣站的運營成本也有著類似的關系:LNG 加氣站運營成本最低,CNG 加氣站最高。一年運營 330 天、水費 3.3 元/t、電費 0.62 元/kWh、人工費 3.6x10^4 /人.年來計算,LNG 加氣站一年的運營費用 33 萬元,而 CNG 加氣站年運營費用 94 萬元,相差解決 2 倍。因此,無論是設備投資成本還是年運營成本,相比 CNG 加氣站,LNG 加氣站和 L-CNG 加氣站都有著一定成本優勢。

      日益增長的加氣站數量,是天然氣重卡銷量快速增長的重要原因。截止 2018 年 12 月,我國已建成加氣站 9000 座,是加氣站保有量最高的國家,占全球加氣站總保有量的28.8%。預測2020 年前天然氣加氣站需不少于 1.2 萬座。

           
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