【摘要】以城市公交客車為應(yīng)用對(duì)象，天然替代采用生命周期評(píng)價(jià)的氣基方法，分析了兩種進(jìn)口天然氣（CNG 和 GTL）利用路徑與傳
統(tǒng)柴油相比的車用石油節(jié)約和排放降低效果。分析結(jié)果表明，燃料在生命周期范圍內(nèi)，排分GTL 路徑的天然替代石油能耗降低 99.4%，PM、氣基CO、車用NOx、燃料 SOx、排分THC 排放分別降低 33.9%、天然替代4.8%、氣基7.3%、車用79.2%、燃料20.9%，排分但 CO2 排放升高 23.4%；CNG 路徑石油能耗降低 99%，CO2、PM、NOx 和 SOx 排放分別降低 8.5%、84.7%、26%、64.5%，但 CO 和 THC 排放分別升高 52.9%和 197.9%。因此，天然氣的利用可以 大幅度降低石油燃料的消耗和污染物的排放量，其中壓縮天然氣路徑的綜合節(jié)能減排效果優(yōu)于目前的 GTL 技術(shù)路徑。

主題詞 生命周期評(píng)價(jià) 城市客車 節(jié)能減排 GTL CNG

Abstract: The petroleum-saving and emission-reduction effects of two imported natural gas pathways (CNG and GTL) were analyzed and compared with traditional diesel pathway in city bus using life cycle assessment method. The results showed that within the full life cycle, the GTL pathway decreased petroleum consumption by 99.4%, and the amount of PM, CO, NOx, SOx and THC emission decreased by 33.9%, 4.8%, 7.3%, 79.2% and 20.9% respectively, while the CO2 emission increased by 23.4%. The CNG pathway decreased petroleum consumption by 99%, and the amount of CO2, PM, NOx and SOx emission decreased by 8.5%, 84.7%, 26% and 64.5% respectively, while the amount of CO and THC emission increased by 52.9% and 197.9%. Therefore, natural gasbased alternative vehicle fuels could substantially reduce the petroleum demands and pollution emission, while the CNG pathway had the better general performance than the current GTL pathway.

Key words: Life Cycle Assessment; City Bus; Energy Conservation and Emission Reduction; GTL; CNG

1. 引言
資源我國(guó)石油能源相對(duì)緊缺，隨著汽車保有量的持續(xù)增加，車用能源安全供應(yīng)壓力劇增，環(huán)境空氣質(zhì) 量惡化日趨嚴(yán)重，節(jié)能減排成為本世紀(jì)汽車工業(yè)的主要議題之一[1] 。大力發(fā)展替代燃料，實(shí)現(xiàn)車用燃料的 多元化是應(yīng)對(duì)這些挑戰(zhàn)的有效途徑[2] 。我國(guó)天然氣儲(chǔ)量相對(duì)石油比較豐富，同時(shí)天然氣的全球資源儲(chǔ)量遠(yuǎn) 高于石油，天然氣在全球能源供應(yīng)中正逐步占據(jù)越來(lái)越重要的位置[3] 。
天然氣在交通領(lǐng)域的應(yīng)用已有相當(dāng)長(zhǎng)的歷史，目前的主要利用方式是壓縮天然氣汽車（CNGV）[4] ， 隨著天然氣合成液體燃料（GTL）技術(shù)的成熟和產(chǎn)業(yè)化發(fā)展，GTL 燃料開始批量供應(yīng)，一種新的利用方式 正在興起[5] ，這為我國(guó)能源多元化的實(shí)現(xiàn)提供了更多的選擇。本文從節(jié)能減排的角度，利用全生命周期分 析評(píng)價(jià)的方法[6] ，在公交客車試驗(yàn)結(jié)果的基礎(chǔ)上，對(duì)包括這一路徑在內(nèi)的天然氣基車用燃料進(jìn)行了分析并 與傳統(tǒng)石油基燃料路徑進(jìn)行了比較。
2. 燃料特性與生產(chǎn)供應(yīng)路徑
2.1. 燃料特性比較
由表 1 可以看出，GTL 燃料與傳統(tǒng)柴油燃料特性的主要區(qū)別以及 CNG 燃料特性可以總結(jié)為以下幾點(diǎn)：
(1) GTL 燃料的十六烷值高，與傳統(tǒng)柴油相比，十六烷值高出 20 個(gè)單位，有利于改善燃料的燃燒性質(zhì)；
(2) GTL 燃料的芳香烴含量幾乎為零，有利于降低 THC 和顆粒排放；
(3) GTL 燃料和 CNG 燃料硫含量幾乎為零，有利于降低顆粒物排放；
(4) CNG 燃料的辛烷值高，與廣泛使用的 97 號(hào)汽油相比，辛烷值高出 23 個(gè)單位，有利于提高壓縮比，提
高燃燒效率。
 
2.2. 供應(yīng)路徑設(shè)定
石油方面，目前我國(guó)石油進(jìn)口依存度接近 50%，其中約有 60％的進(jìn)口原油來(lái)自中東地區(qū)[7] ，因此設(shè)
定原油從中東地區(qū)海運(yùn)至中國(guó)，然后在國(guó)內(nèi)煉油廠生產(chǎn)加工，最后供國(guó)內(nèi)柴油客車使用。
天然氣方面，2007 年我國(guó)進(jìn)口 291 萬(wàn)噸 LNG，其中有 248 萬(wàn)噸來(lái)自澳大利亞，占總進(jìn)口量的 85%[8] 。 因此設(shè)定 LNG 從澳大利亞海運(yùn)至中國(guó)，在國(guó)內(nèi)加氣站氣化生產(chǎn) CNG 供客車使用。
由于澳大利亞正在建設(shè) GTL 工廠[9] ，為盡量統(tǒng)一燃料來(lái)源，設(shè)定 GTL 燃料利用澳大利亞的天然氣生 產(chǎn)，然后從澳大利亞海運(yùn)至中國(guó)。
圖 1 為三條燃料原料開采-產(chǎn)品生產(chǎn)-運(yùn)輸-利用的路徑設(shè)定。
 
圖 1 供應(yīng)路徑設(shè)定

3. 車輛描述與運(yùn)行路線
3.1. 車輛描述 為了獲得客車在運(yùn)行時(shí)的能耗和排放數(shù)據(jù)，本文選擇在北京市公交系統(tǒng)中廣泛使用的
CNG 公交開展研究，具體參數(shù)見(jiàn)表 2：
表 2 客車參數(shù)對(duì)比
 
3.2. 運(yùn)行路線
為了全面反映北京市公共交通的運(yùn)行狀況，經(jīng)過(guò)調(diào)研，選取了包含城市交通擁堵路段、市內(nèi)快速交通
路段、城鄉(xiāng)結(jié)合路段在內(nèi)的試驗(yàn)線路，具體線路如圖 2。試驗(yàn)線路總長(zhǎng) 44km，其中擁堵路段 18km，快速 交通路段 15km，城鄉(xiāng)結(jié)合路段 11km。
 
圖 2 運(yùn)行路線
分析模型
模型設(shè)定 在全生命周期評(píng)價(jià)模型分析中，在對(duì)結(jié)果的影響可以忽略的前提下，做如下設(shè)定：
忽略除海運(yùn)以外的運(yùn)輸和分配環(huán)節(jié)。
忽略 LNG 氣化制取 CNG 環(huán)節(jié)的能耗和排放。
在計(jì)算上游階段某環(huán)節(jié)排放時(shí)，除電力生產(chǎn)外，只考慮該環(huán)節(jié)過(guò)程燃料燃燒所產(chǎn)生的排放，不考慮生 產(chǎn)過(guò)程燃料時(shí)產(chǎn)生的排放。
每種過(guò)程燃料只設(shè)定一種最具代表性的燃燒裝置。

上游階段數(shù)據(jù)
(1) 能耗數(shù)據(jù) 能耗數(shù)據(jù)包括原料開采、燃料生產(chǎn)以及運(yùn)輸分配等環(huán)節(jié)的能量效率以及消耗的過(guò)程燃料的比例。 其中，原油的開采在中東地區(qū)進(jìn)行，考慮到該地區(qū)石油儲(chǔ)量豐富，將其開采效率設(shè)為 96%[10] 。原油
從中東 地區(qū) 通過(guò)遠(yuǎn) 洋油 輪運(yùn)輸 到中 國(guó)，設(shè) 定其 海運(yùn)距 離 為 10556 公里， 油輪 的能量 消耗 率 為
0.7J/(MJ•km)[11] ，使用的燃料為重油，相應(yīng)的運(yùn)輸過(guò)程能量效率約為 99.3%。柴油、汽油、渣油的生產(chǎn)在 國(guó)內(nèi)煉油廠進(jìn)行，其效率根據(jù)國(guó)內(nèi)情況分別設(shè)定為 95%、88%、95.5%[12] 。所有環(huán)節(jié)的過(guò)程燃料比例參考 GREET 模型[11] 并根據(jù)國(guó)內(nèi)情況做適當(dāng)修改[12] 。
天然氣的開采和處理以及 LNG 和 GTL 的生產(chǎn)均在澳大利亞進(jìn)行，認(rèn)為其生產(chǎn)效率與美國(guó)接近，所以 主要采用 GREET 模型中的數(shù)據(jù)[11] ，同時(shí)參考國(guó)外相關(guān)報(bào)告數(shù)據(jù)[13] 。LNG 和 GTL 從澳大利亞通過(guò)遠(yuǎn)洋
油輪運(yùn)輸?shù)街袊?guó)，設(shè)定其海運(yùn)距離為 5334 公里，油輪的能量消耗率分別為 1.35J/(MJ•km) 和 1.02
J/(MJ•km)[11] ，相應(yīng)的運(yùn)輸過(guò)程能量效率分別為 99.3%和 99.5%。LNG 和 GTL 的生產(chǎn)效率分別為 90%和
65%，并認(rèn)為使用單一天然氣作為過(guò)程燃料[10] 。電力生產(chǎn)方面使用天然氣進(jìn)行火力發(fā)電，效率設(shè)定為 40%[11] 。各種燃料路徑上游階段的能耗如表 3 所示。
 
 

(2) 排放數(shù)據(jù)
排放數(shù)據(jù)包括各種燃燒裝置的排放因子，每種過(guò)程燃料只設(shè)定一種最具代表性的燃燒裝置，排放因子
參考 GREET 模型根據(jù)國(guó)內(nèi)實(shí)際情況做一定調(diào)整[12] ，具體的設(shè)定如表 4 所示。