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2019年中国天然气重卡发展现状、应用设备及加气站发展趋势分析

来源:[中国产业信息]    发布时间:2020/3/12 点击次数:864

一、现状

  重卡可以分成柴油重卡和天然气重卡。使用燃料的不同使得天然气重卡和柴油重卡在整体结构设计上存在诸多的区别。以发动机为例,天然气重卡在燃料供给系统上增加了蒸发调压器、减压器等零部件,同时取消油泵,以点火传动装置替代,在控制系统上采用电控,并增加相应的传感器等。除此之外,在排气系统、冷却水路及燃烧产物等方面也有着明显的区别。

  2019 年重卡销量达到历史高点,天然气重卡自然水涨船高。2019 年重卡销量 117.4 万辆,同比增长 2.3 %,达历史高点。重卡销量的波动主要受下游基础建设投资和房地产投资的影响,2004 年-2017 年,重卡销量呈现较大的波动,同比增长率在-40%至 80%之间波动,主要由于和基础建设投资及房地产开发投资同比的关系较明显,2004 年、2010 年等基建及房地产投资大年的重卡销量都迎来了 40%以上的增长。2018 年-2019 年波动放缓,保持 2.5%左右低速增长,和基建房地产投资相关性减弱,主要由于存量更新需求,即 2010 年前后高销量背景下的重卡更新换代需求。

  天然气重卡自然也水涨船高, 天然气重卡自然也水涨船高,2019 年销量增速大幅提升 年销量增速大幅提升 :一方面由于随重卡销量稳定增长而增长,另一方面自身渗透率也在稳步提升。根据国家相关法规要求,重卡从 2019年 7 月 1 日起将率先执行国六 a 阶段排放标准,在政策推动下,2019 年 1-6 月,国内天然气重卡整体销量一路高歌,总体销量达到 8.5 万辆,远超 2018 年全年。高峰期 6月天然气重卡单月销量近 3.9 万辆。

  随着各省市打赢蓝天保卫战三年行动计划方案陆续出台与实施 ,各地国三标准货车的淘汰更新政策正在加速实施,同时叠加国六 a 阶段排放标准的实施,卡车用户在19 年二季度尤其是二季度后期(5、6 月)大量提前购买国五排放的天然气重卡,大幅带动需求增长。

  进入 2019 年,气价持续回落,柴油价格上升,使得油气差价不断拉大 年,气价持续回落,柴油价格上升,使得油气差价不断拉大(气价基本在 4.2——4.5 元/公斤左右,柴油价格约 7.5 元/公斤),虽然燃气车售价比柴油车贵几万元,但其使用成本低,如果能维持当前的油气价差,又能保证货源充足的话,运行一到两年就能补齐购车成本的差价。从渗透率来看,2011 年-2019 年间渗透率曲折上升,但仍在处在低位,2019 年 H1 受政策推动,天然气重卡销量占重卡市场总销量大幅上升到 13%。

二、LNG 重卡应用

  智研咨询发布的《2020-2026年中国天然气重卡行业市场深度监测及投资盈利分析报告》数据显示:天然气应用形式可分为天然气应用形式可分为 CNG 和 和 LNG ,来源也不同,CNG 多以管道气形式运输,LNG多直接进口。CNG 储存于高压常温钢瓶,LNG 储存于中压低温钢瓶。天然气经过压缩到 20MPa 形成的高压天然气称为压缩天然气(CNG),CNG 储存在高压常温钢瓶中;天然气经过超低温深冷到-162℃形成的液态天然气称为液化天然气(LNG),LNG 储存在中压低温钢瓶中。

  天然气重卡可分为天然气重卡可分为 LNG 重卡和 CNG 重卡,核心装置均为储气钢瓶及发动机,CNG 储 存罐稍微有点特殊,在总质量 存罐稍微有点特殊,在总质量 18 吨以上的重卡上还是比较少见,但是在城配微卡和小 吨以上的重卡上还是比较少见,但是在城配微卡和小卡上比较多。在工作原理上,CNG 重卡和 LNG 重卡并没有较大的差别,都是高压气体减压后进入发动机与空气混合后燃烧给车供能。但 LNG 和 CNG 能源属性的不同也使得两种重卡在储存系统、燃料供应系统、重卡性能及配套设施等方面存在一定的差别。

  从燃料储存系统来看,燃料储存的气瓶和重量有所差异。通常 CNG 重卡配备10 个以上的气瓶(以 HOWO340 马力 CNG 牵引车为例,该车总共配备了 12个车载气瓶:8 个 140L 车载气瓶和 4 个 80L 车载气瓶),而 LNG 重卡一般配备 2 个以内的储罐(以 HOWO340 马力 LNG 牵引车为例,该车配备了 2 个 450L的LNG气瓶;且目前越来越多的LNG重卡配备单个容量在950L以上的气瓶)。相比之下,LNG 重卡单辆车气瓶的重量较小、占用空间较少:LNG 气瓶通常位于驾驶室后方的位置,而 CNG 气瓶往往在布满驾驶室后方之余,车架侧边也需放置气瓶;重量上,单辆车 LNG 气瓶的重量约为 600kg,而 CNG 气瓶的重量在 1000kg 左右。

  从燃料供应系统来看,LNG 。 的供气系统更加复杂。CNG 重卡中,气瓶内的 CNG通过减压阀组将高压 CNG 的压力降到 1.5 个大气压以后进入发动机;而 LNG重卡中,液化 LNG 首先需要经气化器处理成 CNG,再通过减压处理,进入发动机。因此,LNG 重卡的燃料供应系统更加复杂。

  LNG 重卡具有更强的续航能力和更远的运输半径。CNG 重卡总燃料容量在 300 标方左右,而 LNG 重卡总燃料容量是 CNG 重卡的 1.5 倍左右,约 450 标方。气瓶装载容积的限制使得 CNG 重卡的续航能力较弱,同时运输半径有限,受加气站的限制较明显。

  LNG 重卡运输半径较大、更适合长途运输,随着加注站的建设加快,未来发展前景更加广阔;CNG 重卡由于燃料装载容积较小的限制,使得运输半径受限,需要充气的次数较多,因此更适合短途运输。

三、天然气重卡经济性

  天然气重卡相比柴油重卡最大的优势在于燃料的经济性,气油价比是天然气重卡销量影响变量之一。短期气油价比难以预测,但长期来看,随着全球天然气供给的宽松,国际天然气价格有望迎来下调。近年随着美国页岩气革命,美国天然气产量和出口量超预期增长,而大量天然气的出口压低了美国和世界天然气的价格。

  重卡从购置到使用主要包含了一次性的购置成本(或重卡改装费用)、燃料费用和日常维护费用。其中购置成本和日常维护费用相对固定,燃料费用之差则主要取决于气油价比。

  日常维护费用:重汽,天然气重卡每年多出的维保费用主要包括机油更换费用、火花塞与点火线圈更换费用以及抽真空费用。每年天然气重卡比燃油重卡要多换两次机油,保养成本约 5000 元/年;一年换一次火花塞和点火线圈,约 1500 元/年;一年抽一次真空,约 500 元/年。总计年保养费用多 7000 元/年。

  燃料费用:假设每年总运输里程 15 万公里,每百公里 LNG 消耗 50 方,每百公里油耗 40L,2019 年柴油批发价年均价 7.00 元/L,2019 年 LNG 市场价年均价 4.00元/方(即每方 LNG 与每升柴油的气油价比为 0.57 时),因此每年油耗费用 42 万元,LNG 燃料费 30 万元,费用差近 12 万元/年。

四、应用设备

  1、车载气瓶

  天然气重卡最关键的两个部分:车载气瓶和发动机。车载气瓶是天然气车的核心装备,是一种用以替代汽车油箱盛装、贮存、供给燃料(液化天然气),并且可以多次重复充装的低温绝热压力容器。

  车载气瓶的主要结构包括内胆支持、内胆、绝缘层、外壳 车载气瓶的主要结构包括内胆支持、内胆、绝缘层、外壳 4 个部分:1)内胆能够承受一定的压力用来贮存和供给低温液态的液化天然气。2)绝缘层是在内胆外壁缠绕由玻璃纤维纸和光洁的铝箔组成的多层绝热材料,多层材料在高真空条件下具有热导率低、隔热性能高、重量轻的特点。3)外壳主要用来与内胆形成夹层空间(两层容器之间的绝缘层)和把内胆支撑起来的作用。4)绝缘层被抽成高真空与多层绝热材料共同形成良好的绝热系统,用以延长液化天然气的贮存时间。外壳和内胆之间设置支撑系统将内胆外壳合理固定。支撑系统的设计能够承受车辆在行驶时产生的加速、减速,运行时的振动。气瓶所有的外部管路、阀件都设置在气瓶的一端,并用保护环或保护罩进行防护。

  车载气瓶主要由五大工作系统组成:加液系统、出液系统、增压系统、经济系统和安全系统。1)加液系统主要包括加液口、加液管路、进液单向阀等,用来持续给发动机补给燃料;2)出液系统包括出液截止阀、过流阀、管路、水浴气化器、集气器等;3)增压系统指当气瓶压力低于下限值时,通过打开增压阀使 LNG 靠重力流出气瓶,转化为气体后重新进入瓶内完成增压;4)经济(自降压)系统,当气瓶压力高于上限值时,为了避免造成燃料浪费、性能降低等问题,气瓶上通常装有一套降压系统,当气瓶压力高于经济调节阀设定的压力时,经济调节阀自动开启,气瓶内上部的气体通过经济调节阀进入出液管路,使气瓶压力及时下降;5)安全系统,包括一级安全阀、二级安全阀、气瓶增压管路安全阀、液位计等,防止气瓶压力过高导致出现气瓶失效。

  容量大型化是车载气瓶的未来趋势:相对于小瓶而言,大瓶具备两方面的优势:1)瓶子容量越大,保温效果越好;2)大瓶的经济性更显著。从气瓶重量来看,2 个 500L 的气瓶自重 1000 千克左右,而一个 995L 的气瓶自重 800 千克左右,采用大气瓶重量下降显著,而整车的重量下降可以降低天然气车运费。粗略测算下,假设天然气车年行驶里程 8-12 万公里,运费 0.4-0.6 元/吨/公里来测算,而使用 995L 气瓶来替代 500L 的气瓶,能节省成本 6400-14400 元。自从 2016 年起,市场上 995L 甚至 1000L 的大容量车载气瓶正在逐渐500L及以下容量的小气瓶,预计未来1000L大瓶渗透率会持续上升。

  2、发动机

  目前国内天然气发动机较先进的技术是潍柴动力(招商汽车覆盖)于 2012年研制的缸内直喷 HPDI 天然气发动机。HPDI 技术具有开创性的意义,彻底解决了燃气发动机因火花塞点火技术导致的动力不足的问题,将天然气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 燃气发动机还兼具排放小、经济性等优势。虽然解决了动力不足等问题,但 HPDI 燃气发动机由于成本较多的缘故(比目前市场产品贵 2-3 万元),仍未实现普及,因此目前市场上采用的主流发动机还是基于Woodward 或 Bosch 系统。

五、加气站

  随着天然气重卡保有量的攀升,加气站密度也逐渐提升,反过来促进渗透率继续提升。

  1、CNG 加气站

  CNG 加气站是国内建设起步最早、数量最多、配套最完善的加气站建设模式,主要位于城区及周边。CNG 加气站可以分为常规站、母站和子站:常规站建在天然气管道经过的地方,管道内的气脱硫、脱水、压缩到 25Mpa 后进入常规站,然后进入售气机给车加气;母站多建在城市门站附近,天然气管道内的气脱硫、脱水之后,以 1-1.5Mpa的压力进入母站,母站即可以给车辆加气,同时也将天然气以槽车的方式运输到子站;子站建在距离天然气管道较远的地方,通常建设在城市内。

  CNG 加气站主要包括天然气预处理系统、压缩系统、储存系统、售气系统和控制系统 加气站主要包括天然气预处理系统、压缩系统、储存系统、售气系统和控制系统等多个系统。天然气预处理系统包括将进入加气站的天然气进行脱硫、脱水等过程,脱硫可以防止设备管道腐蚀或气瓶发生“氢脆现象”,脱水可以预防 CNG 在减压膨胀降温过程中出现冰堵;压缩系统主要由进气缓冲罐、压缩机主机、润滑系统、冷却系统等部分组成;加气站储存常采用分级储存的方式,分为高压、中压、低压瓶组,由控制盘进行自动控制;售气系统由质量流量计、电脑控制售气装置和压缩天然气气路系统组成,用来给 CNG 车添加燃料。

  CNG 加气站发展成加气站发展成熟,增速趋缓,主要服务出租车和部分私家车。1988 年我国开始引进 CNG 加气站的全套设施、改装汽车部件及高压气瓶,建设 CNG 汽车加气站。目前除部分重要零部件外,国内 CNG 加气站设备的制造技术和工艺已经成熟。CNG 加气站主要服务出租车和部分私家车,技术相对简单,在中国发展较早,数量较多,目前发展成熟,增速趋缓。据统计 2018 年底我国 CNG 加气站保有量为 5600 座,未来 CNG加气站数量仍将继续保持年 5%-10%的增速增加。

  2、LNG加气站

  LNG 加气站是针对 LNG 车的加气站,目前主要布局在 LNG 资源丰富的地区。LNG 加气站主要有 LNG 槽车、LNG 储罐、LNG 低温泵、加气机、调压增压器等系统组成,可以分为常规站和橇装站。常规站建立在固定地点,LNG 通过卸气装置储存在储罐之中,用加气机加气;橇装站将加气站相关的设备装置在橇体或汽车上,规模较小,便于运输。

  LNG 加气站主要包括卸车、调压、加气和卸压四个步骤。卸车指将槽车或罐箱内的LNG 转移到 LNG 加气站储罐内,有三种方式:增压器卸车、浸没式低温泵卸车、增压器和低温泵联合卸车;LNG 运输到储罐之后,通过增压器或者泵低温循环的方式增压,得到一定压力的饱和气体;加气机通过单线或双线的方式给车载气瓶输气;4当储罐中的 LNG 气化导致系统压力升高时,BOG 回收系统或安全阀将开启,降低气体压力。

  我国 LNG 加气站设备制造起步较晚,但随着我国天然气需求和消费水平的日益增长,加气站设备制造起步较晚,但随着我国天然气需求和消费水平的日益增长,LNG 加气站未来数量和占比有望提升,也将带动 LNG 重卡占比提升。

  3、L-CNG 加气站

  L-CNG加气站是LNG与CNG两种加气方式的结合,可以将加气站内LNG气化成CNG,并给 CNG 车加气的加气站。其站内主要设备包括 LNG 储罐、LNG 泵、气化器、储气瓶、CNG 加气机、压缩机等。

  三种加气站各有特点,CNG 加气站发展较早,技术发展较成熟,目前布局相对全面; 加气站发展较早,技术发展较成熟,目前布局相对全面;而 LNG 加气站和 L-CNG 加气站起步较晚,部分设备依赖国外进口,目前数量还较少, 加气站起步较晚,部分设备依赖国外进口,目前数量还较少,但有着加气能力更强、加气速度更快等优点。

  LNG 加气站设备投资成本最低,L-CNG 加气站次之,CNG 加气站设备成本最高。假设同样规模的三种加气站,其中 LNG 加气站设备成本在 170 万元,而 CNG 加气站设备成本在 226 万元,高 33%。从成本分布来看,加气站最贵、最重要的设备就是 LNG 储罐和 CNG 气瓶,而其他系统的投资成本较低。此外,三种加气站的运营成本也有着类似的关系:LNG 加气站运营成本最低,CNG 加气站最高。一年运营 330 天、水费 3.3 元/t、电费 0.62 元/kWh、人工费 3.6x10^4 /人.年来计算,LNG 加气站一年的运营费用 33 万元,而 CNG 加气站年运营费用 94 万元,相差解决 2 倍。因此,无论是设备投资成本还是年运营成本,相比 CNG 加气站,LNG 加气站和 L-CNG 加气站都有着一定成本优势。

  日益增长的加气站数量,是天然气重卡销量快速增长的重要原因。截止 2018 年 12 月,我国已建成加气站 9000 座,是加气站保有量最高的国家,占全球加气站总保有量的28.8%。预测2020 年前天然气加气站需不少于 1.2 万座。

       
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