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正文內(nèi)容

我國天然氣汽車發(fā)展趨勢的研究本科畢業(yè)論文(編輯修改稿)

2024-10-03 13:47 本頁面
 

【文章內(nèi)容簡介】 了汽車燃用天然氣既經(jīng)濟(jì)又清潔且安全等優(yōu)點(diǎn)。 目前,全球共有 486 萬輛天然氣汽車。 以天然氣為燃料的汽車在哥倫比亞越來越受青睞,該國使用的天然氣為燃料的汽車已達(dá)到 40 萬 輛,成為世界上第八大天然氣燃料汽車國。據(jù)德國聯(lián)邦政府2020 年 透露的一組數(shù)據(jù)顯示, 2020 年德國天然氣汽車保有量增加了 40%,天然氣汽車數(shù)量從 38993 輛增加到 54772 輛。其中, 42765 輛為乘用車、 10124 輛為卡車 。 日本燃?xì)鈪f(xié)會正在致力于推廣環(huán)境友好的天然氣汽車事業(yè)。天然氣汽車是在 20 世紀(jì)80 年代開始進(jìn)入日本市場。從那時起,日本天然氣汽車保有量穩(wěn)步增長。 2020 年11 月底,日本擁有天然氣汽車數(shù)量為 10000 輛;到 2020 年 12 月底日本天然氣汽車保有量超過了 30000 輛,天然氣加氣站數(shù)量達(dá) 324 座 。以上這些數(shù)據(jù)顯示,世界各北華大學(xué)本科畢業(yè) 論文 2 國的天然氣汽車保有量呈逐年上升的趨勢。 國內(nèi) 天然氣汽車的發(fā)展?fàn)顩r 近年來,隨著國家和人們環(huán)保意識的增強(qiáng),改裝天然氣汽車得到很快發(fā)展。我國 NGV 從 20 世紀(jì) 50 年代開始出現(xiàn),主要采用低壓氣 囊式。隨著國民經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展,交通運(yùn)輸及農(nóng)業(yè)機(jī)械對礦物燃料需求急劇增加,燃料緊缺程度加大,從 1986 年以后我國 NGV 出現(xiàn)了良好的勢頭。目前國內(nèi)使用的天然氣汽車主要是由在用車改裝的兩用燃料汽車。 我國于 1998 年啟動“空氣凈化工程清潔汽車行動”后,我國天然氣汽車的發(fā)展速度明顯加快。目前,我國天然氣汽車保有量為 萬輛,國家正式確定的清潔汽車重點(diǎn)推廣應(yīng)用城市(地區(qū))有 19 個。其中,北京公交集團(tuán)已經(jīng)擁有安裝天然氣發(fā)動機(jī)的公共汽車 2759 輛。天然氣汽車區(qū)域化發(fā)展模式逐步形成。 為控制機(jī)動車排氣污染,重慶廣泛 推廣壓縮天然氣汽車,并要求主城區(qū)新增出租車、公交大客車均使用清潔能源,同時還加大對原來使用燃油的機(jī)動車進(jìn)行壓縮天然氣改造。 目前,重慶主城區(qū) 95%以上的出租車和 92%的公交大客車已使用壓縮天然氣汽車 ,使得重慶天然氣汽車的保有量成為全國之最,達(dá)到 4 萬 余量。 發(fā)展天然氣汽車的必要性 能源的短缺 天然氣汽車是在環(huán)境污染日益加劇,車輛逐漸增多,能源短缺情況更加突出,天然氣資源不斷被開發(fā)出來的情況下提出的。 進(jìn)入 21 世紀(jì),隨著國家工業(yè)經(jīng)濟(jì)的崛起,汽車工業(yè)的發(fā)展對全球經(jīng)濟(jì)起到了巨大的推動作用。但汽車每年要消耗大 量石油資源,按目前人類消耗石油的速度。全球已探明的石油資源僅能使用四十余年。而我國的石油探明總儲量為 33 億噸。僅可開采 年。從 1993 年起,我國就成為石油凈進(jìn)口國, 2020 年進(jìn)口 800O 萬噸。到 2020 年這一缺口將達(dá)到 30000 萬噸。我國煤炭儲量大省山西省照現(xiàn)在開采速度最多只能開采 40 年。因此調(diào)整汽車能源結(jié)構(gòu)是緩解煤炭石油資源匱乏的有效途徑之一。尋找新的汽車能源已成為當(dāng)今世界矚目的重大課題。 1 緒論 3 環(huán)境的污染 由于汽車數(shù)量的不斷增加,汽車尾氣造成了嚴(yán)重的城市污染。近年來,我國機(jī)動車行業(yè)發(fā)展迅速, 2020 年, 我國成為世界上汽車第四大生產(chǎn)國和第三大消費(fèi)國, 汽車產(chǎn)量達(dá) 700 萬輛,保有量 2925 萬輛; 2020 年我國摩托車產(chǎn)量達(dá) 1450 萬輛,居世界第一,保有量 5929 萬輛;農(nóng)用車年產(chǎn)量達(dá) 290 萬輛,保有量 2400 萬輛。在2020 年我國機(jī)動車快速增長 38% 的基礎(chǔ)上, 2020 年我國汽車和轎車產(chǎn)量分別增長42% 和 80%,如此快速的增長在世界汽車發(fā)展史上是絕無僅有的。 隨著機(jī)動車保有量的持續(xù)增長,全國機(jī)動車污染物排放總量持續(xù)攀升。來自國家環(huán)??偩治劭厮镜臄?shù)據(jù)顯示: 2020 年,全國機(jī)動車碳?xì)浠衔?、一氧化碳和氮氧化物排放?已分別達(dá)到 、 和 萬噸,比 1995 年增加了 、 和 倍。 2020 年 340 個城市環(huán)境空氣質(zhì)量監(jiān)測結(jié)果顯示,能夠達(dá)到二級空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的城市不足 42%,三級和三級以下的城市高達(dá) 58%。北京、上海、廣州等大城市機(jī)動車排放的一氧化碳、碳?xì)浠衔?、氮氧化物、?xì)顆粒物在大氣污染物中所占平均比例分別為 80% 、 75% 、 68% 和 50% , 已成為這些城市空氣污染的第一大污染源。據(jù)預(yù)測,按照目前機(jī)動車的發(fā)展趨勢, 2020 年我國機(jī)動車排氣污染在城市大氣污染中所占的平均比例將達(dá)到 79% ,從環(huán)境變化的趨勢分析,如果不能有效控制機(jī)動車污染,到 2020 年,我國 661 個城市中將有 400 個城市的環(huán)境空氣污染會從煤煙型轉(zhuǎn)化為機(jī)動車污染型。 良好的經(jīng)濟(jì)性 國際上天然氣貿(mào)易的歷史數(shù)據(jù)及價格走勢表明,天然氣較燃油、液化石油氣等具有一定的價格優(yōu)勢,而且國家發(fā)展和改革委員會能源研究所等單位在 2020 年《中國天然氣發(fā)電政策研究綜合報告》中指出:“盡管天然氣價格也受國際能源供需形勢的影響,但影響沒有石油大,按等熱值計(jì)算,天然氣 (包括 LNG)在價格上比石油有優(yōu)勢”。同等熱量下,天然氣價格較原油低 30%左右,因此推廣 使用液化天然氣汽車具有一定的經(jīng)濟(jì)效益。 北華大學(xué)本科畢業(yè) 論文 4 2 天然氣汽車技術(shù) 天然氣的特性 天然氣以甲烷為主要成分,隨產(chǎn)地的不同,甲烷的含量為 83%~ 99%,由于組成的變化,理論混合比、發(fā)熱量也將發(fā)生差異 ,常見的天然氣特性主要有以下幾點(diǎn): 一 .密度低,天然氣的密度一般為 kg/ m179。,而汽油蒸汽密度為 kg/m179。,可見,天然氣密度遠(yuǎn)比汽油蒸汽小,而且低于空氣密度,泄漏的氣體很快會在空氣中散發(fā),不容易形成爆炸氣體 ; 二 .甲烷的沸點(diǎn)為 162℃ ,與常溫下處于液態(tài)的汽油與柴油的搬運(yùn)和存儲方法有很大的差異; 三 .天然氣的辛 烷值為 130,十六烷值為 0,所以只能點(diǎn)燃,不能壓燃; 四 .燃燒完全 , 天然氣本身是氣態(tài),與空氣混合均勻,燃燒完全,不結(jié)炭,可提高熱效率 10%以上 ; 五 .天然氣的熱值高,是人工煤氣的 倍,因而比人工煤氣耐用; 六 .天然氣的雜質(zhì)含量極少是潔凈能源,其燃燒所造成的污染僅為石油的1/煤炭的 1/800; 七 .來源豐富,按近幾年的勘察情況看,天然氣的儲量比汽油的多,世界上的天然氣大約可以開采 60 年,而石油大約可以開采 40 年。而我國的天然氣可以開采上百年,而石油只夠開采 20 年。 天然氣汽車的特點(diǎn) 天然氣汽車存在的 優(yōu)點(diǎn) 天然氣作為汽車能源的突出優(yōu)點(diǎn)是:汽車發(fā)動機(jī)不必做大的變動就可直接使用,而且由于天然氣的主要成分是丙烷和丁烷,它們在發(fā)動機(jī)內(nèi)可以充分燃燒,與使用汽油車相比,天然氣汽車顆粒物排放幾乎為零, NO、 CO 和 THC 的排放也顯著降低,從而使汽車所排放的有毒氣體成分大大低于汽油發(fā)動機(jī)和柴油發(fā)動機(jī)汽車。天然氣的價格比汽油便宜,約是汽油的一半。 一 .熱效率高 2 天然氣汽車技術(shù) 5 天然氣的辛烷值比汽油高,高達(dá) 130,燃用天然氣比燃用汽油時許用的壓縮比高 2~ 4 個單位,相應(yīng)的理論熱循環(huán)熱效率可以提高 7%~ 12%。此外 ,天燃?xì)馀c空氣的混合氣形成質(zhì)量 比汽油與空氣的好,燃燒的完全度高, 有利于熱效率的提高。 二 .燃料價格較低 如果 l 立方米售價為 元,而汽油 l 升為 元 按熱值算, l 立方米天然氣相當(dāng)于 0. 8l 升汽油,因此天然氣要比汽油便宜。壓縮天然氣汽車是城市公交車及出租車改裝的首選車型 , 下面以出租車為例說明壓縮天然氣汽車的經(jīng)濟(jì)性。如果出租車的改裝費(fèi)用為 4000 元,壓縮天然氣與汽油的經(jīng)濟(jì)比較如表 l、表 2 所示。從表中可以看出,使用壓縮天然氣后,以每日行駛 200km 計(jì)算,每日節(jié)省燃料費(fèi) 元,月節(jié)省燃料費(fèi)為 1300 元左右,改裝費(fèi)用可在 3 個月左右收回 ,則以后每年可節(jié)約燃料費(fèi) 10000 元左右。從此可以看出,使用壓縮天然氣的經(jīng)濟(jì)性是非常良好的。 表 1 小轎車使用壓縮天然氣、汽油的比較 燃料種類 單車日行駛 里程 /KM 價格 行駛 100KM燃料消耗量 單車日耗燃料費(fèi) 用 /元 單車日節(jié)約燃料費(fèi)用 /元 汽油 200 /L — 天然氣 200 /m179。 179。 表 2 壓縮天然氣、汽油熱值比較 燃料 熱值 價格 按熱值計(jì)算價格 /(元 MJ) 汽油 天然氣 179。 /m179。 三 . 排污少 天然氣的燃燒比較完全,故排放物當(dāng)中 CO 比汽油低 9O%, HC 低 5O%,微顆粒低 40%。天然氣的熱值低,燃燒溫度較低,故 XNO 排放濃度小 30%,天然氣中含硫量極少, 2SO 低 70%,鉛的排放也幾乎為零,在發(fā)熱量相同時排氣中的 2CO 低23%。 四 .發(fā)動機(jī)使用壽命長 1) 天然氣含硫量少,所以燃燒后的硫化物腐蝕性減輕,提高了壽命 ; 2) 天然氣以氣態(tài)供入氣缸對氣缸壁的沖刷作用小,對潤滑油的污染輕,使損害減輕。 五 .維修費(fèi)用少,可減少 50% 北華大學(xué)本科畢業(yè) 論文 6 1) 天然氣以氣態(tài)形式存在不會稀釋液態(tài)的潤滑油,使換油周期增長, 1 萬公里可換潤滑油一次。 2) 天然氣燃燒完全,所產(chǎn)生的積炭少,使火花塞、活塞環(huán)壽命增長。 六 .怠速及過度工況運(yùn)行穩(wěn)定性好 不存在汽油所面臨的汽油霧化、蒸發(fā)、管壁油膜等不穩(wěn)定因素的影響,混合氣濃度易于滿足工況要求。 七 .使用天然氣更安全可靠。 NGV 系統(tǒng)設(shè)有緊急切斷、安全放散;充裝限制 、超流量自動截止等裝置,不易泄漏和爆炸燃燒。天然氣汽車可以像汽油車一樣安全運(yùn)行。 天然氣汽車存在的缺點(diǎn) 一 .動力性較低 天然氣與汽油相比,混合氣的熱值低 (天燃?xì)猓諝饣旌蠚鉄嶂禐?3. 36MJ/ m179。,汽油/空氣混合氣熱值為 3. 82MJ/ m179。),動力性下降 20%。 二 .儲氣瓶占用空間較大 lm179。常壓天然氣裝 入 2OMPa的儲氣瓶中,約占 5 L 容積,而與之等熱量的汽油 , CNG所占容積等于汽油的 。要保證相同續(xù)駛里程,天然氣汽車的儲氣瓶的體積要比汽油箱就要大許多,同時增加了布置上的 難度。 三 .汽車用戶的初期投資較大 天然氣汽車的一些部件如儲氣瓶、安全閥等成本較高。對于采用較多的兩用燃料汽車,在原車的基礎(chǔ)上則要增加一套數(shù)千元到數(shù)萬元人民幣不等的天然氣改裝供氣系統(tǒng)部件。 四 .建站費(fèi)用較高 全世界的天然氣汽車多達(dá) 480多萬輛,建成的加氣站約有 3000多座。建一座加氣站約需 500~ l000萬元人民幣,要推廣天然氣汽車,必須要有完善的加氣網(wǎng)絡(luò) ,因此需要投入大量的資金 。 天然氣汽車改裝 天然氣可以用壓縮天然氣( CNG)和液化天然氣( LNG)的方式在內(nèi)燃機(jī)中加以利用,由于天然氣汽車的沸點(diǎn)很低( 162℃),液化困難,所以目前大部分以 CNG 的方式利用。在 CNG 的利用方面,目前以在用車改裝為主,而改裝的車輛又以汽油車2 天然氣汽車技術(shù) 7 為主。 天然氣汽車的構(gòu)成 CNG 汽車一般是在原汽油車上增裝高壓天然氣儲氣瓶、充氣閥、減壓調(diào)節(jié)器、天然氣空氣混合器、燃料選擇轉(zhuǎn)換開關(guān),點(diǎn)火提前角調(diào)節(jié)器、電磁閥及配管接頭等部件組成,成為 兩用 燃料汽車。 一 .高壓天然氣儲氣瓶 視汽車類型設(shè)置不同規(guī)格和個數(shù)的儲氣瓶,如
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