■■l ENERGY CONSERVATION 中国汽车领域石油替代的可能性水 现状、和长期展望 沈中兀 、, ' 一 (日本能源经济研究所) 摘要进入高油价时代,汽车领域的石油替代在世界范围内得到重视。作为一个汽车化进程快速发展的国 家,中国汽车领域的石油替代燃料的发展对中国和世界都有巨大的影响。文章以各种替代燃料——LPG、CNG、LNG、 乙醇、甲醇、DME(二甲醚)、生物柴油、CTL(煤炭液化),以及电动汽车、混合动力汽车、燃料电池汽车为分析对 象,介绍和分析了中国对于各种替代燃料的态度、以及各种替代燃料的普及现状,并从能源供给的安全性、 替代燃料的经济性、大气环境性能(尾气排放)、综合效率(能源效率和co 排放量)以及汽车性能五个方面就中国 2050年石油替代燃料普及的可能性进行了分析。分析结果显示,在各种汽车替代燃料中,煤炭液化(直接液化>间 接液化)和生物燃料是最有希望的两种替代燃料。如果在2050年这两种燃料的产量能够分别达到2000万吨,届时 中国汽车所需的石油消费量将可以从1.4亿吨下降至1.0亿吨。同时,石油替代项目与能源资源、土地资源、水资 源、生态和环境等问题都密切相关,所以应该始终将能源问题放在全局中通盘考虑。 ● 关键词汽车领域石油替代普及现状LPG CNG LNG乙醇甲醇DME(二甲醚)生物柴油CTL (煤炭液化) 电动汽车 混合动力汽车 燃料电池汽车 了200万辆。同年,伊拉克战争爆发,国际原油价格飞涨;也 引 言 是在同年,中俄原道突生变数,运作多年的原油进口项 目突然走向不明。2003年是中国能源供需形势发生巨变的一 在国际原油价格突破70美元/桶的高油价时代,如何降 年,石油的供应安全问题变得非常突出。在这种形势下,发 低汽车对石油消费的依赖成为当今世界共同关注的一个课题。 展石油替代燃料成为中国能源的一个重要组成部分。 除了传统的电动汽车、LPG汽车、CNG汽车之外,混合动力 2004年,中国出台了各种应对措施。2月,八部委 汽车和燃料电池汽车的开发进一步得到了重视。生物质的替 联合下达了“车用乙醇汽油扩大试点方案”,把乙醇汽油 代燃料备受关注。 (E10)的试点范围推广到东北三省、河南省和安徽省;6月, 中国从重新成为石油净进口国之后,加强了石油替代燃 国家公布了新的 汽车产业发展 以及首部 乘 料的研究工作。但是,上世纪90年代是原油价格十几美元一 用车燃料消耗量限值 ;1 1月,国家又颁布了首部 中 桶的低油价时代,石油替代进展缓慢。 年,中国经济“部分过热”,能源供需全面紧张。与上年相比, 长期节能专项规划 。这些新公布的都和石油消费密切相 石油替代燃料的地位得到快速提升是在2003年。2003 关,对促进汽车领域石油替代燃料的发展有着积极的意义。作为一个汽车化进程快速发展的国家,中国汽车领域石 发电量增长了15%,但缺电现象扩大到全国22个省份;煤炭 油替代燃料的发展对中国和世界都有巨大的影响。本文以各 生产增长21%,达到了16 7亿吨,但依然供应不足;原油进 种替代燃料——LPG(液化石油气)、CNG(压缩天然气)、 口量增加了30%,进口依存度上升到了36%。这一年,中国 LNG(液化天然气)、乙醇、甲醇、DME(二甲醚)、生物柴 的汽车化进程进一步提速,轿车产量增长86%,总产量突破 油、煤制油,以及电动汽车、混合动力汽车、燃料电池汽车 本文最初以日文发表于日本能源经济研究所网页(2006年7月),资料收集截止于7月。本中文版的资料截止日期同日文版。 作者为财团法人日本能源经济研究所主任研究员和中国国家能源研究所客座研究员,曾于2003—2005年受邀并以高级访问学者的身份工作于国家能源研究所、 现工作于日本东京。2006年发表的论文有《从能源经济角度分析中国“国民经济和社会发展的第十一个五年规划纲要” 、《利用收入分布曲线预测中国汽车保有量 、《中国和能 源相关的各类中长期规划*、《真正的原因到底是什么?——中国缺电的原因和解决方法 、《中国汽车领域的节能潜力 等。 6 国际石油经济200611 .维普资讯 http://www.cqvip.com
ENERGY CONSERVATION■—_为分析对象,介绍和分析中国对于各种替代燃料的态度、 替代燃料的基础上,定量展望替代燃料普及的可能性。 ((节能中长期专项规划 (2004年)指出,要“加快发展 以及各种替代燃料的普及现状。最后,在综合评价各种 柴油车”,“发展混合动力汽车,在城市公交客车、出租车等 推广燃气汽车,加快醇类燃料推广和煤炭液化工程实施进度, 发展替代燃料”,同时要“研究鼓励混合动力汽车、纯电动汽 一 中国促进汽车替代燃料发展的 车的生产和消费”。 ((中华人民共和国可再生能源法 (2005年)指出,“国家 同世界其他国家一样,汽车石油替代燃料的进展与 鼓励清洁、高效地开发利用生物质燃料,鼓励发展能源作 的密切相关。如表1所示,中国汽车领域的石油替代燃 物”,同时指出和规定了“国家鼓励生产和利用生物液体燃 料起步于上世纪90年代后期。煤炭液化项目缘于中国对进口 料。石油销售企业应当按照能源主管部门或者省级人 原油的依赖不断增强,燃气汽车的推广主要是因为汽车普及 民的规定,将符合国家标准的生物液体燃料纳入其燃料 导致了城市大气的污染,而近期,由于国际油价高涨,各种 销售体系”。 石油替代燃料的经济性大幅度提高,适时推出了一连串 促进汽车替代燃料发展的(见表2)。 ((关于鼓励发展节能环保型小排量汽车的意见 (2005年12月)指出,要“鼓励开发、生产柴油轿车和微型 ((汽车工业产业》(1994年版)指出,“国家鼓励…… 车,以及使用醇醚燃料、天然气、混合燃料、氢燃料等新型 研究开发新型燃料和新型动力的汽车”。但是其内容没有具体 燃料的汽车”。 说明。 ((产业结构调整指导目录(2005年版) 规定,煤炭行业 ((汽车产业发展 (2004年版)明确指出,“国家…… 中“煤炭气化、液化技术开发及应用”属于鼓励类产业,汽 积极开展电动汽车、车用动力电池等新型动力的研究和产业 车行业中“压缩天然气、氢燃料、合成燃料、液化石油气、醇 化,重点发展混合动力汽车技术和轿车柴油发动机技术。国 醚类燃料汽车和混合动力汽车、电动汽车、燃料电池汽车等 家在科技研究、技术改造、新技术产业化、环境等方面 新能源汽车整车及关键零部件开发及制造”和“先进的轿车 采取措施,促进混合动力汽车的生产和使用”,同时,“国家 用柴油发动机开发制造”属于鼓励类行业。 支持研究开发醇燃料、天然气、混合燃料、氢燃料等新型车 ((国民经济和社会发展第十个五年计划科技教育发展专项 用燃料,鼓励汽车生产企业开发生产新型燃料汽车”。国家对 规划(科技发展规划) (2001年)指出,要在交通运输业“重 石油替代燃料的态度明确而且内容具体。 点实施……电动汽车……等重大项目,继续实施清洁汽车与 表1 中国促进汽车替代燃料发展的 替代燃料/技术 态度。 ◎ ◎ ◎ ◎/G ◎ O 时间 1999正 1999正 1999正 2001正 2006正 2002正 主要内容 主要目的 防治大气污染 防治大气污染 防治大气污染 农民增收、环境治理、石油替代 解决粮食问题 煤炭利用 LPG(液化石油气) CNG(压缩天然气) LNG(液化天然气) 乙醇 甲醇 清洁汽车行动 清洁汽车行动 清洁汽车行动 法律一试验一普及 规划生产基地 “山西省暂定条例” 粮食类 非粮食类 类 A DME(二甲醚) 煤基类 ◎ 石油替代 1997正 上海交大国家项目 防冶大气污染 天然气类 生物柴油 CTL(煤炭液化) 直接液化 间接液化 纯电动 混合动力 燃料电池 GTL(天然气合成油) 油类 A ◎ O 2006正 1997正 分三阶段普及。 国际商谈开始 开工1个(神华集团) 开工2个、计划1个(宁夏) 863混合动力汽车计划 GEF、863计划 石油替代 ◎ ◎ O ◎ ◎ A 2004正 2008正 1996正 1995正 石油替代 石油替代 石油替代 节能 解决能源问题 注:①态度的积极程度:◎>0>△。上述评价结果可能因前提条件变化而变化。②“十一五”期间技术产业化,“十二五”期间生产规模化,2015年以后快速发展,2020 年实现生物燃料占交通燃料15%的目标。 20o6 11国际石油经许鼍 维普资讯 http://www.cqvip.com
■●一ENERGY CONSERVATION 表2 中国发布的汽车替代燃料相关 汽车工 汽车产 业产业 业发展 (1994 (2004 节能中 可再生 长期专 能源法 关于鼓 项规划 励发展 节能环 产业结 构调整 指导目 国家科 国家中 技发展 长期科 规划 学和技 第十个 五年计 划纲要 (2001— 第十一 个五年 规划纲 外商投 资产业 指导目 录(2005 (2001— 术发展 要(2006— 录(2005 相关 年版) 年版) 保型小 排量汽 年版) 2005年) 规划纲 2020年) 2005年) 2010年) 年版) 要(2006— 2005芷 2001芷 2006芷 ◎ ◎ ◎ ◎ ◎ ◎ 2001芷 2006芷 ◎ ◎ ◎ ◎ 2004正 车的意见 制定时间 LPG CNG LNG 粮食类 非粮食类 煤基类 天然气类 煤基类 天然气类 ◎ ◎ ◎ ◎ ◎ ◎ ◎ ◎ ◎ l994年 2004芷 2004芷 2005芷 2005芷 ◎ ◎ 乙醇 甲醇 ◎ DME 生物质类 生物柴油 废弃食用油类 ◎ CTL 纯电动 混合动力 燃料电池 GTL 直接液化 间接液化 ◎ ◎ ◎ ◎ ◎ ◎ ◎ ◎ ◎ ◎ ◎ ◎ ◎ ◎ ◎ ◎ ◎ ◎ ◎ ◎ ◎ ◎ ◎ ◎ 资料来源:根据各种和文件整理。 清洁能源行动”。但是本规划涉及的内容比较简单。 ((国家中长期科学和技术发展规划纲要(2006—2020 液化等)列入“鼓励外商投资产业目录”之中。 另外,中国财政部根据((中华人民共和国可再生能源 (可再生能源发展专项资金管理暂行办法 ,明 年) (2006年)规定,在能源领域要“大力开发煤液化以及 法 ,制定了(煤气化、煤化工等转化技术”,在交通运输行业要“重点研究 确指出“重点扶持发展生物乙醇燃料、生物柴油”等生物燃 开发混合动力汽车、替代燃料汽车和燃料电池汽车整车设计、 料。 集成和制造技术”以及“新能源汽车实验测试及基础设施技 从以上可以看出,中国积极支持汽车替代燃料 术”,“燃料电池发电及车用动力系统集成技术”是重点专项 的发展,特别是在20世纪90年代后期,中国明显加强了 中的前沿技术。 支持的力度。 ((中华人民共和国国民经济和社会发展第十个五年计划纲 要 (2001年)指出,要“积极发展高效节能低排放车用发动 汽车替代燃料的普及现状 目前,在中国较普及的替代燃料汽车是燃气汽车(LPG/ 机和混合动力系统”。但本规划纲要对此阐述得比较简单。 ((中华人民共和国国民经济和社会发展第十一个五年规划 El0)。前者在16个城市中达到22万辆, 纲要(2006—2010年) (2006年)指出,国家“鼓励开发使 CNG)和乙醇汽车(2004年),后者在5个省市(其汽车保 用节能环保和新型燃料汽车”,重点振兴大型煤化工成套设备 年替代汽油150万吨(中的“煤炭液化和气化、煤制烯烃等设备”,“发展煤化工,开 有量为450万辆)年替代汽油100万吨(2005年)。其他替代 发煤基液体燃料,有序推进煤炭液化示范工程建设,促进煤 燃料大多处在计划或者试验阶段,普及数量还较少。各种替 炭深度加工转化”,“扩大生物质固体成型燃料、燃料乙醇和 代燃料的普及情况见表3。生物柴油生产能力”,“节约和替代石油在电力、交通运输等 行业实施节油措施,发展煤炭液化、醇醚类燃料等石油替代 产品”。本纲要关于替代燃料的内容详细且具体。 年版不同,首次把“洁净煤技术产品的开发利用”(煤炭气化、 1,CNG、LPG、LNG 中国普及CNG、LPG和LNG汽车始于1999年的“清洁 汽车行动”,其目的是防治空气污染。项目启动的时候将12个 ((外商投资产业指导目录 2005年版与1997年版和2002 城市作为试点城市,现在已经扩大到16个城市。截至2004年年末,全国CNG汽车普及量为10.1万辆,LPG 静国际石油经济2006.11 维普资讯 http://www.cqvip.com
ENERGY CONSERVA"lION——_表3中国的汽车替代燃料普及状况 替代燃料/技术 LPG CNG LNG 乙醇 甲醇 粮食类 非粮食类 煤基类 天然气类 煤基类 DME 料的推广工作,但是随着陈化粮 备注 普及 普及 试验 普及 计划 试验 试验 小规模 小规模 替代状况 “清洁汽车行动”,16个城市,11.4万辆 “清洁汽车行动”,16个城市,1O.1万辆 “清洁汽车行动”,北京等数十辆公共汽车 5省全封闭和4省部分地区,乙醇汽油普及率达到20% 计划在山东、黑龙江、内蒙和等地区建立生产基地 生产能力约470万吨(2OO4年)。山西省4市封闭运行甲醇车 生产能力约为1 3O万吨(2OO4年) 山东省久泰化工15万吨。 泸天化集团6万吨 上海交通大学开发DME公共汽车 问题的解决,继续沿用玉米为原 料的乙醇生产方式无疑将受到制 约。不再继续扩大粮食类乙 醇燃料的生产,而是开始摸索改 用非粮食类作物为原料的乙醇生 产的可能性。有报道称,已 经开始在山东、黑龙江、内蒙古 和等地区开展了高粱、木薯 和甘蔗等作物生产基地的建设。 天然气类 生物柴油 CTL 纯电动 混合动力 生物质类 生产量3,2万吨。 废弃食用油类 生产量3万吨。 3,甲醇燃料 甲醇是最简单的醇类,具有 高辛烷值和低发热量的特点,缺 点是具有较强的腐蚀性和毒性。 2004年,中国甲醇生产能力为 直接液化 开工1个(神华集团) 开工2个(潞安、伊泰),许可2个(宁夏煤业) 5个城市约1o0辆示范运行 一汽和东风开始生产公共汽车。一汽丰田生产普瑞斯轿车 建设 建设 试验 普及 (煤炭液化) 间接液化 燃料电池 GTL 以清华大学、同济大学为中心。1O多辆车示范运行 试验 600万吨,其中75%为煤基类, 25%为天然气类。2004年生产量 为441万吨,进口量为136万吨。 煤基类的甲醇生产成本在1000 2003年 11.4 7.9 2004年 11.4 】O.】 注;①为2005年预计生产能力。②为2006年预计生产量。③重庆华正能源2万吨和四JIl ̄-杉油脂化学有限公司的1.2万吨 合计。④海南正和生物能源公司l万吨和福建龙岩卓越新能源公司2万吨合计。⑤计划在2020年达到2000万吨。其他计划若 干,合计约为3000万吨。⑥内蒙伊泰集团l期l6万吨,山西治潞安2015年520万吨、宁夏煤业2020年800万吨等计划。其 他计划若干,合计约2000万吨。 表4中国燃气汽车的普及状况 1999年 LPG车(万辆) CNG车(万辆) 3.9 0.4 2000年 6 1 】5 2o01年 8.5 2.5 2002年 9.6 5.7 元/吨左右,2005年市场价格为 1900元/吨,经济效益比较好,所 以甲醇项目的投资比较活跃。据 称,正在建设中的甲醇项目生产 能力有500万吨左右。 中国从上世纪70年代开始 合计(万辆) CNG车比率(%) 43 93 7 6 19.7 11.O 22.7 153 37.3 19.3 40 9 21 5 47 0 汽车为l1,4万辆,中国燃气汽车的普及状况见表4。CNG汽车普及比较多的地区是四川省 (5,2万辆)、重庆市(1.9万辆)、西安市(1.0万辆)等天然气资源比较丰富的地方。LPG 研发甲醇替代燃料,主要研发内 汽车普及比较多的地区是上海(3.9万辆)、北京(3,2万辆)、长春(1,0万辆)和广州 容有:1)低比率混合汽油车的 (0.7万辆)。 开发;2)高比率混合汽油车的 LPG汽车一度被认为是比较清洁的汽车,但随着电子控制点火技术的发展,其优势已 开发;3)甲醇和柴油的混合燃 经不十分明显。此外,部分地区由于LPG质量和汽车改造技术的问题,普及的速度有所 料的应用;4)甲醇和柴油的双燃 下降。同LPG汽车相比,由于CNG气源比以前更容易获得,中国的CNG汽车以年均30% 料车的应用等。甲醇汽车的普及 的速度增加。现在中国的CNG汽车保有量次于美国和伊朗等国,列世界第八位。 活动和乙醇汽车基本同步,但由 LNG汽车,北京、乌鲁木齐、长沙分别有l1辆、20辆、2辆LNG公共汽车正在示范 于缺少主要汽车厂商和石油企业 运行中。 的参与,加之没有明确和统 一2,乙醇汽油 及率达到20%。支持乙醇汽油普及的理由主要有:1)有利于农民增收;2)有利于降 的表态,甲醇汽车的普及进展 中国乙醇汽油的普及始于2001年,在的强力推动下,2005年,EIO乙醇汽油普 相对缓慢。目前,甲醇燃料的普及活动 低对石油的依赖;3)有利于降低环境污染;4)有利于经济的持续发展。当然,美国和巴 主要集中在山西省,山西省成立 西的乙醇汽油成功普及也促进了乙醇汽油在中国的普及。但是,当初为解决陈化粮问题可 了“山西省燃料甲醇和甲醇汽车 能是推行乙醇燃料的最直接的原因。 领导小组”,制定了 山西省燃料 现在,乙醇汽油在黑龙江、辽宁、吉林、河南和安徽省五省地区全封闭运行。另外, 五”期间,上述四省也实行全封闭运行。 甲醇和清洁产业化试验管理暂定 省就选择太原、阳泉、临汾、 湖北、河北、山东、江苏四省的部分地区(共27个市)也在开展普及工作,计划在“十 条例 。早在2002年l1月,山西 一乙醇生产量2005年达到100万吨,预计2006年为130万吨。虽然肯定了乙醇燃 晋城四个市为试点城市,进行甲 2006 11国际石油经济 9 维普资讯 http://www.cqvip.com
—■I ENERGY CONSERVATION 醇汽油的推广试点工作。2005年7月,山西省发 公司、上海交通大学、西安交通大学共同进行了柴油机改造 布了 关于全省全甲醇(MIO0)汽车推广及部分城市甲醇汽油 DME公共汽车的研发工作。 (M15)封闭运作的通知 。按照通知要求,2005年10月至2006 预计借助于2008年的北京奥运会和2010年的上海世博 5.生物柴油 中国生物柴油的研究始干1985年,是由中国农业工程研 年6月,山西省要在条件较好的阳泉、临汾、晋城进行试点 会,DME汽车作为清洁汽车的一种将得到进一步推广。 封闭运作,长远目标是在全省范围内封闭运作。但据省醇汽 办的工作人员介绍,上述三市的封闭运作未如期展开,因为 “封闭运作的标准以及其他配套的东西很多,还没有准备好”。 究设计院进行的。全面进行生物柴油的研究始干中国科学院 除了山西省外,陕西在延安、宝鸡、榆林和西安四市也在进 的“八五”重点研究项目“燃料油植物的研究和应用技术”, 行甲醇汽油试点,参与示范运营的车辆共110辆,包括大轿 该项目调查了金沙江流域的燃料油植物的资源量,并栽培了 车、中巴、小面包、吉普车、小轿车五种车型。也有类 似的做法。 从这些省市的情况可以看出,甲醇燃料的普及活动主要 集中在煤炭资源丰富的地方,这反映了地方要充分利用 本地区资源、发展地方经济的思路。 4.DME(二甲醚) DME是无色、无毒和无腐蚀的气体,当前主要用于生产 气雾剂,但是其燃料替代的作用越来越被看好。我国DME的 生产规模虽然还比较小,但是计划或建设中的项目并不少。山 东省临沂市久泰化工科技股份有限公司2004年DME生产能力 为5万吨,2005年为15万吨,但是该公司的控股子公司久泰 能源内蒙古有限公司年产100万吨的二甲醚项目和久泰能源广 州有限公司年产20万吨的项目正在建设之中,2008年该公司 的DME生产能力将达到100万吨。另有报道称,宁夏煤业集 团计划在银川建设83万吨的煤基类DME生产项目,此外,内 蒙有多个100万吨级的DME建设项目正在计划之中,等等。 天然气类的DME项目比较少。泸天化集团是一个有日本 东洋工程股份有限公司参与的项目,该项目设计能力为l1万 吨,2006年生产量预计可达6万吨。 根据2006年7月4日国家主办的“二甲醚产业发 展研讨会”的会议记录,中国对于DME的发展是:立足 干国内丰富的煤炭资源,促进以煤炭为原料的DME发展。另 外,国家网站载文认为:原则上不应该批准100万吨 以下的DME项目。 DME汽车的研发始干1995年,1997年上海交通大学在 国家自然科学基金的支持下开始着手研究,之后干“十五”计 划期间在科技部主导的“清洁汽车行动”中继续研发工作。 2003年,上海交通大学和上海汽车工业(集团)公司会同上 海申沃客车有限公司、上海柴油机有限公司、上海友谊集团 公司、上海焦化有限公司共同研发了国内首辆DME公共汽 车。根据项目负责人黄震教授所说,如果把现有的柴油机公 共汽车改造成DME汽车,那么费用在一万元左右,而如果大 规模直接生产,则其成本和柴油机大致相同。2006年,DME 的生产基地山东省临沂市计划实施30辆DME公共汽车的示 范运行。另外,吉林大学干2005年和山东久泰化学工业有限 10国际石油经济2006.11 30公顷的麻风树。湖南省林业科学院也在上世纪90年代开始 研究,并且在“八五”和“九五”计划期间承担了国家相关 的研究项目。1999—2002年,中国从南非、美国和巴西引进 了绿玉树,进行了生物柴油相关技术的研究。 目前,中国生物柴油的生产能力为6万吨,生物质类和 废弃食用油类各占一半。具体生产情况是:生产生物质类柴 油的是重庆华正能源开发有限公司和四川古杉油脂化学有限 公司,产量分别达到2万吨和1.2万吨;生产废弃食用油柴油 的是海南正和生物能源公司和福建龙岩卓越新能源公司,产 量分别为1万吨和2万吨。此四家企业均为民营企业。 “十五”期间,中国科学技术部进行了生物柴油应用干柴 油机和柴油车的研究和开发工作,目前,中国汽车研究中心 承担了一部分国家的试验和研究任务。 根据 北京周报 (2006年1月l1日)报道,中国 启动了“能源作物培育计划”,该计划将能源作物分为四类: 一是以制酒精为目的的一年生或多年生作物,如玉米、甘蔗、 甜高粱、甘薯、木薯等;二是以生产燃料油(如生物柴油、烃 类物质)为目的的植物,如油菜、绿玉树、黄连木等;三是 用于直接燃烧的植物;四是可供厌氧发酵的藻类或其他植物。 对于按计划种植的能源植物中国应给予一定的经济支持。 6.CTL(煤炭液化) 中国煤炭液化始于20世纪90年代后期。中国在1993年 重新成为成品油净进121国,1996年原油也变成净进121。当时 的国家计划委员会深刻认识到情况的严重性,干1997年促成 了多个地方关于煤炭液化的国际商谈。根据资料记载, 当时云南省和德国,黑龙江省和日本,神华集团和美国分别 进行了相关谈判。第二年,神华集团首先启动了煤炭液化项 目,并干2003年成立了神华煤制油有限公司。 目前在建的神华集团的煤炭液化项目是国内最大的煤炭 液化项目,按照计划,2007年第一期工程将达到100万吨的 生产规模,2020年将达到2000万吨。据报道,该项目融合了 许多国家(美国、德国、日本、挪威、荷兰、英国和印度等) 的技术,但是重要的液化装置由中国石化(SINOPEC)制造, 氢气发生装置由五环科技有限公司负责制造。该集团干2004 年在上海建设了试验装置,并干同年末开始了中试。神华集 维普资讯 http://www.cqvip.com
ENERGY CONSERVATION■■一 团不但拥有丰富的高品质的煤炭资源,同时具有先进的生产 汽车的示范运行通过了国家验收。2005年12月,武汉市进行 技术、运输能力和化工生产技术,因此神华集团的煤炭液化 的95辆纯电动小型公共汽车(另有20辆混合动力公共汽车和 项目特别受到注目。 3辆混合动力轿车)的3年示范运行也通过了国家验收。因为 中国煤炭科学研究总院采用日本新能源和产业技术综合 纯电动汽车受到续航能力的约束,纯电动汽车试验主要集中 机构(NEDO)的技术进行过日产0.1吨的煤炭液化试验,而 在小型公共汽车上。 最近的报道则称中国大唐国际发电股份有限公司和山东新汶 混合动力的研发比较活跃。目前进行混合动力汽车研发 矿业集团与NEDO开始了更大规模的煤炭液化项目的合作。 的主要企业有第一汽车、上海大众、东风汽车、长安汽车、奇 按照计划,该项目在2010年将达到日产3000吨(年产110万 瑞汽车、吉利汽车、比亚迪汽车、上海华普、上海通用等企 吨)的生产能力。 业(见表5)。 煤炭间接液化项目有两项开工,分别是内蒙伊泰集团的 一第一汽车从1999年开始混合动力汽车的研发,2002年起 期16万吨项目和山西治潞安的2015年520万吨项目。 得到国家863计划的支持,2005年12月开始生产混合动力公 目前,计划中的煤炭直接液化和煤炭间接液化项目比较 普通公共汽车高约30%。 另外,宁夏煤业的2020年800万吨的液化项目也在计划之中。 共汽车。该公共汽车采用了双轴并联驱动方式,制造成本比 多,到2020年将分别有3000万吨和2000万吨的规模,主要 东风汽车公司自主开发了混合动力公共汽车 集中在掌握着煤炭资源的神华集团、山东兖州煤业、宁夏煤 “EQ61 10HEV”,该产品在2006年5月被列入国家“汽车生 业集团等企业中,在2020年煤炭直接液化的3000万吨计划项 产目录”,其生产的20辆混合动力公共汽车在武汉市作示范 目中,有2000万吨是神华的。 2006年6月2日,总理视察神华煤炭液化项目时 部分,但是也明确指出,当前煤炭液化的主要任务是先试验, 运行。 上海则开发了途安轿车、海尚305轿车、申新1号公共 另一方面,2005年12月,一汽丰田开始生产普瑞斯混合 辆,根据当地法人宣传部资料,截至5月底,销售数量为600 指出,神华的煤炭液化项目是国家能源安全战略的重要组成 汽车等混合动力汽车。 要避免一窝蜂的现象。国家网页载文认为:300万吨以 动力汽车,定价为28、22万元。其2006年的销售目标为3000 下的煤炭液化项目原则上应不予批准。 基类燃料发动机的相关试验。 此外,中国科学院山西煤化所和西安交通大学进行了煤 台,而根据中国汽车工业协会的速报,其销售量为1 178台。 笔者分析,两者的差来自是否把订单作为销售数量。同期,广 州本田和东风本田也相继宣布要尽早实现雅阁和思域的混合 7.纯电动汽车、混合动力汽车和燃料电池汽车 中国从上世纪90年代后期开始进行纯电动汽车、混合动 动力汽车的生产。5月份,北京现代则宣布要在2008年前在 力汽车、燃料电池汽车技术的研发工作。“十五”期间,在“863 中国进行混合动力汽车的生产。 计划电动汽车重特大项目”下,电动汽车的研发工作得到了 电池汽车这三种电动汽车和多燃料动力控制技术、发动机和 驱动系统技术、电池和电池管理系统 技术这三个技术有机结合起来(被称 为“三纵三横”),对电动汽车进行了 综合的研发工作。 目前,进行纯电动汽车示范运 企业 以上分析表明,混合动力汽车的开发和生产计划在我国 燃料电池汽车以清华大学和上海同济大学为中心进行研 表5混合动力汽车的开发和生产状况 动向 备注 进一步的促进。该项目把纯电动汽车、混合动力汽车、燃料 的汽车企业中相当活跃。 第一汽车 东风汽车 长安汽车 上海大众 奇瑞汽车 吉利汽车 比亚迪汽车 公共汽车。2005年l2月生产开始 公共汽车。2006年4月登录 汽车生产目录” CV9。计划2008年批量生产。l3~l5万元 “途安”,2008年计划500辆,2010年批量生产 样车推出,计划2007年开始生产 研发中,计划2008年生产样车 研发了Hybrid・S 863计划 863计划 863计划 与德国合作 民族工业 民族工业 电池生产企业 行的城市有若干个,但是规模都比较 小。根据“中国电动汽车网”报道, 2006年1月,湖南省株州市有50台 小型电动汽车进行社区内运行,该市 有若干辆电动公共汽车也在运行中。 2006年4月,浙江省杭州市启动了电 动汽车示范项目,6辆轿车和5辆公 上海华普 上海通用 山东中通客车 一海尚305,2008年实现少量生产 君威和凯越的混合动力版计划 公共汽车。计划2006年l0月运行 20o5年l2月开始生产普瑞斯 计划2008年前开始生产 宣称要尽早实现雅阁的混合动力版 与同济,交通大学合作 与美国合作 山东省“十一五”计划 丰田 1995年起与起亚合作 东风本田则为思域 汽丰田 北京现代 广州本田 共汽车在市内进行示范运行。2005年 1月,天津市的22辆轿车和1辆公共 资料来源:根据各种资料整理。 2006.11国际石油经济嚣 维普资讯 http://www.cqvip.com
●■l ENERGY CONSERVATION 现在以粮食为原料的乙醇燃料的生产需要国家的财政补贴,包 括17%的退还,5%消费税的减免,享受陈化粮补贴,还包 发工作。1998年,清华大学开发了中国首辆高尔夫用 车(5kW),之后,清华大学和北京绿能公司、三星公 司、丰田公司共同进行了燃料电池汽车的研发工作。 在上海,同济大学和上海神力科技公司共同开发 括企业亏损情况下的国家财政补贴等等。就是说,现有乙醇燃料的 生产不仅仅受到很多不同意见所说的粮食问题的制约,还受到经济 了“超越1号”,现在已经改良至“超越3号”。2005 性问题的制约。但是,生物燃料的经济性问题可能在以下几个方面 得到改善:1)国际油价继续居高不下;2)燃油税的开征;3)从现 年,生产了两辆“超越3号MPV”和两辆“超越3号 桑塔纳3000”;2006年,计划进行10辆“超越3号”燃 料电池汽车的示范运行。同济大学汽车学院院长余卓 有的粮食类原料向非粮食类原料的转换,比如,木薯的经济性要远 远胜过玉米(中国经济时报,2005年7月15日)。 关于煤炭液化,神华的煤炭直接液化项目曾经对外宣称,只要 平教授认为:燃料电池汽车的生产量2008年将达到 100辆,2010年达到1000辆。而上海市则推出了 “百千万计划”,即普及量2008年达到100辆,2009年 达到l000辆,20l2年达到l万辆。 对替代燃料的综合评价 下面就中国正在积极推进的石油替代燃料的前景 进行分析。 作为汽车的替代燃料,有几个重要因素必须考 虑。星博彦(2004年)列举了5个重要因素(见表6): 1)汽车性能;2)经济性;3)大气环境性能(尾气 排放);4)综合效率和CO 排放量;5)能源安全供 给性。很明显,不能一概而论哪个是最重要的因素。例 如,从防止地球变暖的角度考虑,综合效率和CO 排 放量的因素尤为重要;从防止城市空气污染的角度 看,大气环境污染(尾气排放)的因素很重要;从汽 车厂商的角度看,汽车性能被认为最重要;而从消费 者角度看,经济性是一个很重要的因素。 1.能源的安全供给 如果回到中国为什么现在积极推进石油替代燃料 普及这个原点来考虑,无疑可以认为,解决能源的供 应安全问题是最为直接的出发点,所以选择何种燃料 作为石油替代燃料应该首先考虑的就是其资源赋存量。 从中国的煤炭资源和土地资源这个角度出发,有望大 规模替代石油的燃料可以锁定在煤基类燃料和非粮食 类的生物质燃料(生物质乙醇、生物质柴油、生物质 DME等)上。 中国的煤炭剩余可采储量为1145亿吨,说明中国 的煤炭资源可以在相当长的时期内保证供应。而国家 网页所载文章显示,中国生物质燃料的资源量 (见表7)也相当客观,因为是可再生能源,长期稳定供 应的优点就很突出。 2.经济性 要实现长期和大量的普及,替代燃料的经济性 是一个关键因素。 12 国际石油经济2006.11 原油价格在每桶20美元以上,其经济性就能得到保证;但是最近受 到原油和原材料价格上涨的影响,神华认为原油价格每桶30美元以 上是可行的。虽然今后的国际油价很难预测,但是从长期来看,油 价的高位震荡是个大趋势。而对于神华集团来说,其得天独厚的煤 炭资源和运输能力是最有希望保证煤炭液化项目成功的。 中国煤炭科学研究总院对于煤基类的各种合成燃料做过分析 (见表8),结果显示,煤炭的直接液化的经济性虽然劣于甲醇,但 要优于其他合成燃料。当然,各种合成燃料的生产所需的煤炭的种 类、水资源消耗量以及对于生态的影响程度都各不相同,在发展煤 基类合成燃料的时候应该注意保持煤炭品种的多样性。 3,大气环境性能 一般认为,二甲醚(DME)和天然气的大气环境性能比较好,但 是如表8所示,煤基类DME在生产阶段会排放大量的NOx和粉尘, 表6汽车用燃料的评价标准 指标 内容 汽车性能 一次加油或充电的续航距离,输出功率等 经济性 汽车价格、燃料价格、燃料供给的基础设施 大气环境性能 尾气排放 综合效率 wTw能源效率、CO:排放量 能源安全供给 资源量、多样性、燃料自身的安全性(毒性、火灾危险性等) 注:w1w——Well To Wheel,从油井到车轮,即从能源的开采到终端消费。 资料来源:星博彦(20O4年)。 表7中国生物质燃料的资源量 单位:万吨,年 燃料 数量 作物 生物乙醇 3o()o 高梁、木薯、甘蔗等 生物柴油 大干1000 黄连树、桐子树等 5(x】 废弃食用油 资料来源:根据国家网页资料整理。 表8各种煤基类合成燃料经济性比较 指标 直接液化 间接液化 间接液化 甲醇 DME 高温合成 低温合成 能源效率,% 59 75 41 56 41.26 45.64 41 21 水消费,吨/吨 7.(x】 l1.21 l1.96 7.05 10 73 生产成本,元/吨 1771 2756 2131 1O64 18l1 CO2,kg—C/GJ 20.09 34.72 35.61 29.22 35 23 SO2,kg/GJ 0 01 0.O04 0.0O4 0.(x】3 0O04 NOx,kg/GJ O.o9 O 133 O 186 0 17 0 17 粉尘,kg/GJ 0 01 0.01 0 013 0.02 0.02 资料来源:俞珠峰,陈贵峰.杨丽(2006年)。 维普资讯 http://www.cqvip.com
瑚 ENERGY CONSERVA"IION—■I如 。 从wTw的观点出发,煤基类DME的大气性能值得商榷。甲醇因为具有一定的毒性, 液体燃料要优于气体燃料,普通柴 所以作为汽车替代燃料进行大规模的推广受到多方面的质疑。 4.综合效率(能源效率和CO 排放量) 油要优于生物柴油。但是长期来看, 合成燃料的各种弱点都不会是克服 汽车替代燃料的效率评价应该采用wTw方式进行综合分析,CO 的排出量也应 不了的困难。 该采用此方式。欧盟(EU)2006年5月的研究结果显示(见图1):煤基类DME和煤 炭间接液化在wTw方式下,能源利用效率和CO 排出量都很接近;煤基类甲醇效率 虽然比较高,但是其CO 排放量多。各种替代燃料的环境性比较见表9。 四 2030年石油 替代燃料普及的可能性 各种汽车替代燃料的评价结果 5.汽车性能 各种替代燃料是否适合作为汽车燃料也是一个重要因素,而现有的各种替代燃料 与汽油或者柴油相比,或多或少都有一些弱点。从汽车生产商的角度出发,毫无疑问, 柴油=100 呈 蓁 萋攀 萋 曩 曩: 蓁 逛j 薹 E好 娉皿 量 蠢 注:数据采用现在的ICE技术获得。蓝色代表能源效率,紫色代表CO:排放。 w1w——从能源开采到终端消费。 图1 各种替代燃料的能源效率和CO 排出量的wTw比较 资料来源:European Commission,2006年5月。 表9各种替代燃料的环境性比较 单位:温室气体CO 当量克/千米 替代能源/技术 TTW 普通技术 WTT WTW TTW 混合动力技术 .1T WTW LPG l48 l8 l66 CNG l30 3l l6l 8l 20 lo0 粮食类 l68 25 l93 l20 l8 l39 乙醇 非粮食类 l68 20 l88 l20 14 l35 煤基类 l09 188 297 甲醇 天然气类 l09 44 l54 煤基类 l27 235 36l 97 l8l 278 DME 天然气类 l27 5l l78 97 40 l36 生物 生物质类 143 —65 78 l09 —50 59 柴油 废弃食用油 CTL(煤炭液化) l33 236 369 l02 l82 284 燃料 煤炭气化压缩氢气 0 2l9 2l9 0 l95 l95 电池 煤炭电解压缩氢气 0 398 398 0 354 354 GTL l33 46 l79 l05 36 l4l 汽油 l68 28 l96 l20 20 l40 柴油 l38 26 l64 l05 20 l25 注:兀w——Tank—To—Wheels;wTT——Well-To—Tank;w1w——Well-To—Wheels(从能源开采到终端消费)。 资料来源:European Commission,2006年5月。 (见表l0)显示,在各种汽车替代燃 料中,煤炭液化(直接液化>间接液 化)和生物燃料是最有希望的两种 替代燃料。 定量预测各种替代燃料的普及 性无疑非常困难,本文为了定量探 讨替代燃料在中国汽车能源消费中 的作用,假定2030年煤炭液化和生 物质燃料将分别达到2000万吨。前 者相当于神华集团目前计划中的煤 炭液化项目生产规模的80%左右,而 后者则相当于2020年的目标 (其中生物乙醇l500万吨,生物柴油 500万吨)。对于其他替代燃料,本文 不做定量预测,但是为了保持能源 供应的多样性,在资源许可的地区 应该适当推广LPG和CNG汽车,在 汽车普及较多的地区适当推广DME 汽车,在短途的运输区间适当推广 电动汽车等等。而作为后混合动力 汽车的燃料电池汽车,中国应该从 长计议,继续开展研发和示范工作, 以免再一次落后于世界。 笔者在“利用收入分布曲线预 测中国汽车保有量”(2006)的论文 中预测了中国在2030年的汽车保有 量。在假定人口数量达到l5亿、城 市化率达到62%、GDP年均增长率 为6 5%(20l0—2030年)、表示收 入差距的基尼系数城市为0 32、农村 为0.35(假定收入差距分别缩小到 2000年水平)的前提下,家用汽车保 有量将达到1.474亿辆,商用客车将 达到400l万辆,货车4045万辆,摩 托车1.338亿辆,农用车(这里沿用 2006,11国际石油柽济13 维普资讯 http://www.cqvip.com
■■l ENERGY CONSERVATION 旧概念)将保持在2000万辆。如果按1辆汽车=3辆农用车 2030年汽车的石油消费量将达到2.6亿吨(原油当量,多数 =10辆摩托车换算,那么2030年的汽车(当量)拥有量将 研究机关预测值为2.5~3.OiL吨),而上述节能潜力如果能够 实现,那么汽车的石油消费量可以降至1.4亿吨。 达到2.479亿辆,每100人拥有量为16.5辆。 同时,笔者在“中国汽车领域的节能潜力”(2006)的论 本文在分析了各种石油替代燃料的普及现状、 文中,通过中国和日本的比较分析,得出中国现有的汽车每 和各种石油替代燃料在资源量、经济性、环境性等各方面的 百公里耗油量要高出日本3升左右,换算成节能率为33%。分 优势和劣势后,认为煤炭液化和生物燃料将是最有可能普及 析同时指出,如果能够积极采用混合动力技术,适当普及柴 的两种替代燃料。如果在2030年二者的产量能够分别达到 油乘用车,积极推进小排量汽车的普及,那么2030年的汽车 2000万吨,那么届时中国汽车所需的石油消费量将可以继续 节能可以达到48%。也就是说,如果按照现在的油耗水平, 从1 4亿吨下降至1.0亿吨(见图2)。 表1 0对各种替代燃料的综合评价 能源供应安全性 替代燃料/技术 资源量 多样性 安全性 △ △ 粮食类 非粮食类 煤基类 天然气类 煤基类 天然气类 生物质类 废弃食用油类 △ @ ◎ △ ◎ △ @ O 经济性 汽车价格 燃料价格 基础设施 O △ △ O @ △ O △ O △ 大气环境性能 尾气排放 综合效率 wTw效率 WTWC02 汽车性能 续航距离 输出功率等 O O O O O O O O O O LPG CNG(LNG) O ◎ O O △ △ O ◎ O O O △ O O △ O △ O O O 乙醇 甲醇 DME 生物柴油 CTL 纯电动 混合动力 燃料电池 GTL 直接液化 间接液化 ◎ @ ◎ ◎ ◎ △ C △ O O △ △ C O ◎ @ ◎ @ C △ △ @ @ O C O O/△ @ @/O O 注:◎>O>△。上述评价结果可能因为前提条件的变化而变化 1o0 - 趣 梁 隧 一 取 趣 2ooo ̄ 2O3O年 现状 节油 代油 1980 1990 2000 2010 2O2O 2O3O年 图2对中国汽车用石油消费的长期展望 (下转第1 7页) 14国际石油经济200611 .维普资讯 http://www.cqvip.com
MARKET ANALYSIS■—I换进度,优化用气结构。 (5)处理好东西部区域之间的关系 这并不意味着我国也必须这样做。笔者通过对不同燃料电厂 进行的调研发现,在我国,大力发展天然气发电并不可取。特 我国天然气资源主要分布在西部,而市场主要集中在东 别是在目前阶段,天然气资源供应相对不足,发展天然气发 部,要充分发挥西部的资源优势和东部的市场优势,促进区 电必将加剧天然气供应紧张的矛盾。 域协调发展。 2、应对季节性天然气供应紧张的主要建议 为了解决或缓解季节性供应紧张,首先,要精心组织气 以西部某气田为例。由于该气田天然气资源丰富,国家 实施了天然气东输计划,然而气田周边省份认为天然气应就 源,提高天然气供应能力,加快天然气管网及其配套设施建 地利用,极力反对东输计划,快速发展周边用户。其结果,东 设,特别是地下储气库等调峰能力的建设,优化调配供应,在 输管线建成投产后,东输量只有几亿立方米,还没有实现大 供应上做到主动。 规模东输之时,该气田已出现供气紧张。可见,要解决供用 气平衡问题,必须协调好产气区域与用气区域的关系,在这 方面,需要发挥作用。 (4)处理好行业之间的关系 天然气具有多种用途,优化天然气用户结构的一个重要 原则就是最大程度发挥天然气的综合效益,将有限的天然气 资源应用于更能突出环保效益和社会效益的领域。笔者认为, 应将天然气优先用于城市燃气,其次是工业用户。在处理行 业之间的关系时,应根据我国国情加以权衡,避免照搬国外 模式或以偏概全。比如,世界上许多国家都用天然气来发电, (上接第1 4页) 五 结语 随着中国经济的高速稳定发展和人均收入水平的大幅度 提高,中国的汽车化进程也在加快。虽然中国已经成为世界 第二大汽车消费市场,但是预测显示,到2030年,中国汽车 的拥有量将扩大到现在的7倍以上。这样快速的发展,不仅 对汽车工业本身来说是一个非常大的商机,而且对与汽车相 关的各种制造业和服务业来说都蕴藏着巨大的机会。从短期 来看,中国正在积极推进的汽车小型化和石油替代燃料的发 展,应该予以特别关注,尤其是后者,由于其导向性比 较强,更值得关注。 中国的能源问题不仅对本国经济发展有着巨大的影响, 对于国际能源市场和全球气候变化的影响也不容忽视,所以 中国的能源问题应该作为世界能源问题来考虑。从这个观点 出发,日本可以在很多方面与中国开展合作,包括汽车油耗 技术的改善、油品质量的提高、替代燃料的生产技术等,同 时,介绍日本的节能制度和经验也是一项非常有意义的工作。 对中国来说,吸收国外的成功经验或者技术可能是一条 解决能源问题的简便易行的方法。如果仅限于汽车领域,从 151本几家主要汽车生产商的力量对比的变化历史来看,掌握 生产技术最为关键。没有技术,不仅汽车制造受制于他人,汽 车领域的节能和石油替代都难以游刃有余。 其次,在消费结构上,以居民、公共福利事业单位等为 重点用户,适度压缩工业用户,以较充足的储气库夏季注气 量,确保冬季调峰和供气安全。 再次,必须在上下游制定冬季供用气应急预案。通过科 学管理和监控调度,加强对国家基干管网的系统安全管理和 用气调度,建立月计划、周平衡、日指定运行机制,实行24 小时值班和实时监控,在保证管网安全平稳运行的同时,尽 可能地满足用户的用气需要。 收稿日期:2006-】1-09 编 辑:海松 另外,近期中国有很多石油替代燃料的相关出台, 相关项目也纷纷上马,这反映了在高油价下石油替代工作的 重要性和急迫性。但是应该看到,石油替代项目与能源资源、 土地资源、水资源、生态和环境问题等都密切相关,所以应 该始终将能源问题放在全局中通盘考虑,避免就事论事。 参考文献: [1] EUR0PEAN C0MMISS10N.WeU—To—Wheels Analysis of Future Automotive Fuels and Powertrains in the European Context.A joint study by EUCAR I JRC I CONCAWE.2003—10—12 http://ies.jrc.ec.europa.eu/ WTW. [2]李钢.中国汽车产业第11个5年计划纲要介绍.中日节能和环保综 合论坛资料,2006(5). [3]俞珠峰,陈贵峰,杨丽.煤基液体燃料生产技术的评价[J1.中国能源, 2006(2). [4]蒋剑春.生物柴油研究进展[J1.中国能源,2006(2). [5]星博彦 将来汽车用燃料和能源技术的动向(日文)[J1l能源综合工学 2004,127(1) [6]沈中元 利用收入分布曲线预测中国汽车保有量[ 中国能源 2006(8) [7]沈中元 中国汽车领域的节能潜力[J1l国际石油经济,2006(8). 收稿日期:2006-1 0-1 8 编 辑:王立敏 2006 11国际石油经济17
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