中國(guó)天然氣重卡發(fā)展現(xiàn)狀及加氣站發(fā)展趨勢(shì)分析

中國(guó)天然氣重卡發(fā)展現(xiàn)狀及加氣站發(fā)展趨勢(shì)分析

一、現(xiàn)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(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上存在諸多的區(qū)別.以發(fā)動(dòng)機(jī)為例,天然氣重卡在燃料供給系統(tǒng)上增加了蒸發(fā)調(diào)壓器、減壓器等零部件,同時(shí)取消油泵,以點(diǎn)火傳動(dòng)裝置替代,在控制系統(tǒng)上采用電控,并增加相應(yīng)的傳感器等.除此之外,在排氣系統(tǒng)、冷卻水路及燃燒產(chǎn)物等方面也有著明顯的區(qū)別.天然氣重卡與柴油重卡部分區(qū)別

2019年重卡銷量達(dá)到歷史高點(diǎn),天然氣重卡自然水漲船高.2019年重卡銷量117.4萬(wàn)輛,同比增長(zhǎng)2.3%,達(dá)歷史高點(diǎn).重卡銷量的波動(dòng)主要受下游基礎(chǔ)建設(shè)投資和房地產(chǎn)投資的影響,2004年-2017年,重卡銷量呈現(xiàn)較大的波動(dòng),同比增長(zhǎng)率在-40%至80%之間波動(dòng),主要由于和基礎(chǔ)建設(shè)投資及房地產(chǎn)開發(fā)投資同比的關(guān)系較明顯,2004年、2010年等基建及房地產(chǎn)投資大年的重卡銷量都迎來(lái)了40%以上的增長(zhǎng).2018年-2019年波動(dòng)放緩,保持2.5%左右低速增長(zhǎng),和基建房地產(chǎn)投資相關(guān)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?lián)Q代需求.2000-2019年重卡銷量（萬(wàn)輛）及同比增長(zhǎng)（%）

重卡銷量同比和基建及房地產(chǎn)開發(fā)投資同比（%）

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(wěn)定增長(zhǎng)而增長(zhǎng),另一方面自身滲透率也在穩(wěn)步提升.根據(jù)國(guó)家相關(guān)法規(guī)要求,重卡從2019年7月1日起將率先執(zhí)行國(guó)六a階段排放標(biāo)準(zhǔn),在政策推動(dòng)下,2019年1-6月,國(guó)內(nèi)天然氣重卡整體銷量一路高歌,總體銷量達(dá)到8.5萬(wàn)輛,遠(yuǎn)超2018年全年.高峰期6月天然氣重卡單月銷量近3.9萬(wàn)輛.

隨著各省市打贏藍(lán)天保衛(wèi)戰(zhàn)三年行動(dòng)計(jì)劃方案陸續(xù)出臺(tái)與實(shí)施,各地國(guó)三標(biāo)準(zhǔn)貨車的淘汰更新政策正在加速實(shí)施,同時(shí)疊加國(guó)六a階段排放標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)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(gòu)買國(guó)五排放的天然氣重卡,大幅帶動(dòng)需求增長(zhǎng).

進(jìn)入2019年,氣價(jià)持續(xù)回落,柴油價(jià)格上升,使得油氣差價(jià)不斷拉大年,氣價(jià)持續(xù)回落,柴油價(jià)格上升,使得油氣差價(jià)不斷拉大（氣價(jià)基本在4.2——4.5元/公斤左右,柴油價(jià)格約7.5元/公斤）,雖然燃?xì)廛囀蹆r(jià)比柴油車貴幾萬(wàn)元,但其使用成本低,如果能維持當(dāng)前的油氣價(jià)差,又能保證貨源充足的話,運(yùn)行一到兩年就能補(bǔ)齊購(gòu)車成本的差價(jià).從滲透率來(lái)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(dòng),天然氣重卡銷量占重卡市場(chǎng)總銷量大幅上升到13%.2011-2019H1天然氣重卡產(chǎn)量（萬(wàn)輛）及同比增長(zhǎng)（%）天然氣重卡產(chǎn)量占比（%）

二、LNG重卡應(yīng)用

天然氣應(yīng)用形式可分為天然氣應(yīng)用形式可分為CNG和和LNG,來(lái)源也不同,CNG多以管道氣形式運(yùn)輸,LNG多直接進(jìn)口.CNG儲(chǔ)存于高壓常溫鋼瓶,LNG儲(chǔ)存于中壓低溫鋼瓶.天然氣經(jīng)過(guò)壓縮到20MPa形成的高壓天然氣稱為壓縮天然氣（CNG）,CNG儲(chǔ)存在高壓常溫鋼瓶中；天然氣經(jīng)過(guò)超低溫深冷到-162℃形成的液態(tài)天然氣稱為液化天然氣（LNG）,LNG儲(chǔ)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L(zhǎng)NG重卡和CNG重卡,核心裝置均為儲(chǔ)氣鋼瓶及發(fā)動(dòng)機(jī),CNG儲(chǔ)存罐稍微有點(diǎn)特殊,在總質(zhì)量存罐稍微有點(diǎn)特殊,在總質(zhì)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(méi)有較大的差別,都是高壓氣體減壓后進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)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(chǔ)存系統(tǒng)、燃料供應(yīng)系統(tǒng)、重卡性能及配套設(shè)施等方面存在一定的差別.

從燃料儲(chǔ)存系統(tǒng)來(lái)看,燃料儲(chǔ)存的氣瓶和重量有所區(qū)別.通常CNG重卡配備10個(gè)以上的氣瓶（以HOWO340馬力CNG牽引車為例,該車總共配備了12個(gè)車載氣瓶：8個(gè)140L車載氣瓶和4個(gè)80L車載氣瓶）,而LNG重卡一般配備2個(gè)以內(nèi)的儲(chǔ)罐（以HOWO340馬力LNG牽引車為例,該車配備了2個(gè)450L的LNG氣瓶；且目前越來(lái)越多的LNG重卡配備單個(gè)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(cè)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(yīng)系統(tǒng)來(lái)看,LNG.的供氣系統(tǒng)更加復(fù)雜.CNG重卡中,氣瓶?jī)?nèi)的CNG通過(guò)減壓閥組將高壓CNG的壓力降到1.5個(gè)大氣壓以后進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)；而LNG重卡中,液化LNG首先需要經(jīng)氣化器處理成CNG,再通過(guò)減壓處理,進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī).因此,LNG重卡的燃料供應(yīng)系統(tǒng)更加復(fù)雜.

LNG重卡具有更強(qiáng)的續(xù)航能力和更遠(yuǎn)的運(yùn)輸半徑.CNG重卡總?cè)剂先萘吭?00標(biāo)方左右,而LNG重卡總?cè)剂先萘渴荂NG重卡的1.5倍左右,約450標(biāo)方.氣瓶裝載容積的限制使得CNG重卡的續(xù)航能力較弱,同時(shí)運(yùn)輸半徑有限,受加氣站的限制較明顯.

LNG重卡運(yùn)輸半徑較大、更適合長(zhǎng)途運(yùn)輸,隨著加注站的建設(shè)加快,未來(lái)發(fā)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(yùn)輸半徑受限,需要充氣的次數(shù)較多,因此更適合短途運(yùn)輸.LNG重卡、CNG重卡優(yōu)勢(shì)對(duì)比

三、天然氣重卡經(jīng)濟(jì)性

天然氣重卡相比柴油重卡最大的優(yōu)勢(shì)在于燃料的經(jīng)濟(jì)性,氣油價(jià)比是天然氣重卡銷量影響變量之一.短期氣油價(jià)比難以預(yù)測(cè),但長(zhǎng)期來(lái)看,隨著全球天然氣供給的寬松,國(guó)際天然氣價(jià)格有望迎來(lái)下調(diào).近年隨著美國(guó)頁(yè)巖氣革命,美國(guó)天然氣產(chǎn)量和出口量超預(yù)期增長(zhǎng),而大量天然氣的出口壓低了美國(guó)和世界天然氣的價(jià)格.

重卡從購(gòu)置到使用主要包含了一次性的購(gòu)置成本（或重卡改裝費(fèi)用）、燃料費(fèi)用和日常維護(hù)費(fèi)用.其中購(gòu)置成本和日常維護(hù)費(fèi)用相對(duì)固定,燃料費(fèi)用之差則主要取決于氣油價(jià)比.

日常維護(hù)費(fèi)用：重汽,天然氣重卡每年多出的維保費(fèi)用主要包括機(jī)油更換費(fèi)用、火花塞與點(diǎn)火線圈更換費(fèi)用以及抽真空費(fèi)用.每年天然氣重卡比燃油重卡要多換兩次機(jī)油,保養(yǎng)成本約5000元/年；一年換一次火花塞和點(diǎn)火線圈,約1500元/年；一年抽一次真空,約500元/年.總計(jì)年保養(yǎng)費(fèi)用多7000元/年.

燃料費(fèi)用：假設(shè)每年總運(yùn)輸里程15萬(wàn)公里,每百公里L(fēng)NG消耗50方,每百公里油耗40L,2019年柴油批發(fā)價(jià)年均價(jià)7.00元/L,2019年LNG市場(chǎng)價(jià)年均價(jià)4.00元/方（即每方LNG與每升柴油的氣油價(jià)比為0.57時(shí)）,因此每年油耗費(fèi)用42萬(wàn)元,LNG燃料費(fèi)30萬(wàn)元,費(fèi)用差近12萬(wàn)元/年.天然氣重卡、柴油重卡經(jīng)濟(jì)性比較2014年-2019氣油比

四、應(yīng)用設(shè)備

1、車載氣瓶

天然氣重卡最關(guān)鍵的兩個(gè)部分：車載氣瓶和發(fā)動(dòng)機(jī).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(fù)充裝的低溫絕熱壓力容器.

車載氣瓶的主要結(jié)構(gòu)包括內(nèi)膽支持、內(nèi)膽、絕緣層、外殼車載氣瓶的主要結(jié)構(gòu)包括內(nèi)膽支持、內(nèi)膽、絕緣層、外殼4個(gè)部分：1）內(nèi)膽能夠承受一定的壓力用來(lái)貯存和供給低溫液態(tài)的液化天然氣.2）絕緣層是在內(nèi)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(dǎo)率低、隔熱性能高、重量輕的特點(diǎn).3）外殼主要用來(lái)與內(nèi)膽形成夾層空間（兩層容器之間的絕緣層）和把內(nèi)膽支撐起來(lái)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(tǒng),用以延長(zhǎng)液化天然氣的貯存時(shí)間.外殼和內(nèi)膽之間設(shè)置支撐系統(tǒng)將內(nèi)膽外殼合理固定.支撐系統(tǒng)的設(shè)計(jì)能夠承受車輛在行駛時(shí)產(chǎn)生的加速、減速,運(yùn)行時(shí)的振動(dòng).氣瓶所有的外部管路、閥件都設(shè)置在氣瓶的一端,并用保護(hù)環(huán)或保護(hù)罩進(jìn)行防護(hù).

車載氣瓶主要由五大工作系統(tǒng)組成：加液系統(tǒng)、出液系統(tǒng)、增壓系統(tǒng)、經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)和安全系統(tǒng).1）加液系統(tǒng)主要包括加液口、加液管路、進(jìn)液?jiǎn)蜗蜷y等,用來(lái)持續(xù)給發(fā)動(dòng)機(jī)補(bǔ)給燃料；2）出液系統(tǒng)包括出液截止閥、過(guò)流閥、管路、水浴氣化器、集氣器等；3）增壓系統(tǒng)指當(dāng)氣瓶壓力低于下限值時(shí),通過(guò)打開增壓閥使LNG靠重力流出氣瓶,轉(zhuǎn)化為氣體后重新進(jìn)入瓶?jī)?nèi)完成增壓；4）經(jīng)濟(jì)（自降壓）系統(tǒng),當(dāng)氣瓶壓力高于上限值時(shí),為了避免造成燃料浪費(fèi)、性能降低等問(wèn)題,氣瓶上通常裝有一套降壓系統(tǒng),當(dāng)氣瓶壓力高于經(jīng)濟(jì)調(diào)節(jié)閥設(shè)定的壓力時(shí),經(jīng)濟(jì)調(diào)節(jié)閥自動(dòng)開啟,氣瓶?jī)?nèi)上部的氣體通過(guò)經(jīng)濟(jì)調(diào)節(jié)閥進(jìn)入出液管路,使氣瓶壓力及時(shí)下降；5）安全系統(tǒng),包括一級(jí)安全閥、二級(jí)安全閥、氣瓶增壓管路安全閥、液位計(jì)等,防止氣瓶壓力過(guò)高導(dǎo)致出現(xiàn)氣瓶失效.車載氣瓶簡(jiǎn)化工作原理圖車載氣瓶簡(jiǎn)化工作原理圖

容量大型化是車載氣瓶的未來(lái)趨勢(shì)：相對(duì)于小瓶而言,大瓶具備兩方面的優(yōu)勢(shì)：1）瓶子容量越大,保溫效果越好；2）大瓶的經(jīng)濟(jì)性更顯著.從氣瓶重量來(lái)看,2個(gè)500L的氣瓶自重1000千克左右,而一個(gè)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(yùn)費(fèi).粗略測(cè)算下,假設(shè)天然氣車年行駛里程8-12萬(wàn)公里,運(yùn)費(fèi)0.4-0.6元/噸/公里來(lái)測(cè)算,而使用995L氣瓶來(lái)替代500L的氣瓶,能節(jié)省成本6400-14400元.自從2016年起,市場(chǎng)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(yù)計(jì)未來(lái)1000L大瓶滲透率會(huì)持續(xù)上升.

2、發(fā)動(dòng)機(jī)

目前國(guó)內(nèi)天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)較先進(jìn)的技術(shù)是濰柴動(dòng)力（招商汽車覆蓋）于2012年研制的缸內(nèi)直噴HPDI天然氣發(fā)動(dòng)機(jī).HPDI技術(shù)具有開創(chuàng)性的意義,徹底解決了燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)因火花塞點(diǎn)火技術(shù)導(dǎo)致的動(dòng)力不足的問(wèn)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?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)還兼具排放小、經(jīng)濟(jì)性等優(yōu)勢(shì).雖然解決了動(dòng)力不足等問(wèn)題,但HPDI燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)由于成本較多的緣故（比目前市場(chǎng)產(chǎn)品貴2-3萬(wàn)元）,仍未實(shí)現(xiàn)普及,因此目前市場(chǎng)上采用的主流發(fā)動(dòng)機(jī)還是基于Woodward或Bosch系統(tǒng).

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(guò)來(lái)促進(jìn)滲透率繼續(xù)提升.

1、CNG加氣站

CNG加氣站是國(guó)內(nèi)建設(shè)起步最早、數(shù)量最多、配套最完善的加氣站建設(shè)模式,主要位于城區(qū)及周邊.CNG加氣站可以分為常規(guī)站、母站和子站：常規(guī)站建在天然氣管道經(jīng)過(guò)的地方,管道內(nèi)的氣脫硫、脫水、壓縮到25Mpa后進(jìn)入常規(guī)站,然后進(jìn)入售氣機(jī)給車加氣；母站多建在城市門站附近,天然氣管道內(nèi)的氣脫硫、脫水之后,以1-1.5Mpa的壓力進(jìn)入母站,母站即可以給車輛加氣,同時(shí)也將天然氣以槽車的方式運(yùn)輸?shù)阶诱?；子站建在距離天然氣管道較遠(yuǎn)的地方,通常建設(shè)在城市內(nèi).

CNG加氣站主要包括天然氣預(yù)處理系統(tǒng)、壓縮系統(tǒng)、儲(chǔ)存系統(tǒng)、售氣系統(tǒng)和控制系統(tǒng)加氣站主要包括天然氣預(yù)處理系統(tǒng)、壓縮系統(tǒng)、儲(chǔ)存系統(tǒng)、售氣系統(tǒng)和控制系統(tǒng)等多個(gè)系統(tǒng).天然氣預(yù)處理系統(tǒng)包括將進(jìn)入加氣站的天然氣進(jìn)行脫硫、脫水等過(guò)程,脫硫可以防止設(shè)備管道腐蝕或氣瓶發(fā)生“氫脆現(xiàn)象”,脫水可以預(yù)防CNG在減壓膨脹降溫過(guò)程中出現(xiàn)冰堵；壓縮系統(tǒng)主要由進(jìn)氣緩沖罐、壓縮機(jī)主機(jī)、潤(rùn)滑系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)等部分組成；加氣站儲(chǔ)存常采用分級(jí)儲(chǔ)存的方式,分為高壓、中壓、低壓瓶組,由控制盤進(jìn)行自動(dòng)控制；售氣系統(tǒng)由質(zhì)量流量計(jì)、電腦控制售氣裝置和壓縮天然氣氣路系統(tǒng)組成,用來(lái)給CNG車添加燃料.

CNG加氣站發(fā)展成加氣站發(fā)展成熟,增速趨緩,主要服務(wù)出租車和部分私家車.1988年中國(guó)開始引進(jìn)CNG加氣站的全套設(shè)施、改裝汽車部件及高壓氣瓶,建設(shè)CNG汽車加氣站.目前除部分重要零部件外,國(guó)內(nèi)CNG加氣站設(shè)備的制造技術(shù)和工藝已經(jīng)成熟.CNG加氣站主要服務(wù)出租車和部分私家車,技術(shù)相對(duì)簡(jiǎn)單,在中國(guó)發(fā)展較早,數(shù)量較多,目前發(fā)展成熟,增速趨緩.據(jù)統(tǒng)計(jì)2018年底中國(guó)CNG加氣站保有量為5600座,未來(lái)CNG加氣站數(shù)量仍將繼續(xù)保持年5%-10%的增速增加.

2、LNG加氣站

LNG加氣站是針對(duì)LNG車的加氣站,目前主要布局在LNG資源豐富的地區(qū).LNG加氣站主要有LNG槽車、LNG儲(chǔ)罐、LNG低溫泵、加氣機(jī)、調(diào)壓增壓器等系統(tǒng)組成,可以分為常規(guī)站和橇裝站.常規(guī)站建立在固定地點(diǎn),LNG通過(guò)卸氣裝置儲(chǔ)存在儲(chǔ)罐之中,用加氣機(jī)加氣；橇裝站將加氣站相關(guān)的設(shè)備裝置在橇體或汽車上,規(guī)模較小,便于運(yùn)輸.

LNG加氣站主要包括卸車、調(diào)壓、加氣和卸壓四個(gè)步驟.卸車指將槽車或罐箱內(nèi)的LNG轉(zhuǎn)移到LNG加氣站儲(chǔ)罐內(nèi),有三種方式：增壓器卸車、浸沒(méi)式低溫泵卸車、增壓器和低溫泵聯(lián)合卸車；LNG運(yùn)輸?shù)絻?chǔ)罐之后,通過(guò)增壓器或者泵低溫循環(huán)的方式增壓,得到一定壓力的飽和氣體；加氣機(jī)通過(guò)單線或雙線的方式給車載氣瓶輸氣；4當(dāng)儲(chǔ)罐中的LNG氣化導(dǎo)致系統(tǒng)壓力升高時(shí),BOG回收系統(tǒng)或安全閥將開啟,降低氣體壓力.

中國(guó)LNG加氣站設(shè)備制造起步較晚,但隨著中國(guó)天然氣需求和消費(fèi)水平的日益增長(zhǎng),加氣站設(shè)備制造起步較晚,但隨著中國(guó)天然氣需求和消費(fèi)水平的日益增長(zhǎng),LNG加氣站未來(lái)數(shù)量和占比有望提升,也將帶動(dòng)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(jié)合,可以將加氣站內(nèi)LNG氣化成CNG,并給CNG車加氣的加氣站.其站內(nèi)主要設(shè)備包括LNG儲(chǔ)罐、LNG泵、氣化器、儲(chǔ)氣瓶、CNG加氣機(jī)、壓縮機(jī)等.

三種加氣站各有特點(diǎn),CNG加氣站發(fā)展較早,技術(shù)發(fā)展較成熟,目前布局相對(duì)全面；加氣站發(fā)展較早,技術(shù)發(fā)展較成熟,目前布局相對(duì)全面；而LNG加氣站和