甲醇汽車技術經濟評價及規(guī)模應用的可行性

徐銘辰　彭　華（賽迪智庫工業(yè)經濟研究所，北京 100048）（北京大學，北京 100871）

甲醇汽車技術經濟評價及規(guī)模應用的可行性

徐銘辰1，2彭華21
（賽迪智庫工業(yè)經濟研究所，北京 100048）2（北京大學，北京 100871）

甲醇究竟是不是優(yōu)良的車用替代燃料、甲醇汽車能否規(guī)?；瘧靡恢笔钱斍爸袊?、汽車產業(yè)、燃料生產企業(yè)密切關注的問題。本文將從甲醇汽車排放性能、相關技術、運營成本等方面進行技術經濟評價，同時從資源供應、市場區(qū)位增長空間、配套產業(yè)發(fā)展三方面探討甲醇汽車規(guī)模應用的可行性。研究表明:甲醇汽車的排放性、技術性能、經濟性良好；同時規(guī)?；l(fā)展具備資源長期可供、市場增長空間巨大、配套產業(yè)容易發(fā)展三方面競爭優(yōu)勢，甲醇燃料及甲醇汽車規(guī)模應用對于緩解油氣需求壓力、在交通領域節(jié)能減排、發(fā)展中國特色新能源汽車產業(yè)具有重要意義。

甲醇汽車 替代燃料 節(jié)能減排 全生命周期 技術經濟

全球石油供需形勢日益緊張，油基車用燃料的一統(tǒng)格局正悄然改變，更多的國家正加快發(fā)展替代燃料及替代燃料汽車產業(yè)。然而，在車用替代燃料的選擇方面，各國又有所不同，其根本原則在于能夠發(fā)揮一國在燃料、汽車領域的技術經濟優(yōu)勢，同時保證燃料的長期供給和資源的綜合利用效率。那么，在中國眾多的替代能源汽車發(fā)展路線中，甲醇燃料及甲醇汽車的技術經濟性究竟如何？規(guī)模應用是否可行？為此，本文將圍繞以上問題展開探討。

1　甲醇汽車技術評價

1.1甲醇汽車產品技術評價

甲醇汽車產品相關技術主要包括發(fā)動機及重要零部件制造、車型適配、甲醇燃料生產和調配技術等，技術成熟度是甲醇汽車產業(yè)化發(fā)展的基礎。當前，中國擁有較為完善的甲醇汽車技術體系，在發(fā)動機及重要零部件制造方面:汽車燃油泵、電控單元、噴油器、密封圈均已針對甲醇燃料特性進行了改造，冷啟動、燃料系統(tǒng)耐醇性差等難題已完全解決，形成了甲醇汽車應用技術的核心［1］；目前，甲醇汽車技術研發(fā)的重點是盡快實現(xiàn)重型卡車、礦用車、12米以上客車等大馬力車型的研發(fā)與應用。在甲醇燃料生產技術方面，目前全國已有46家企業(yè)建立了甲醇汽油調配基地，分布陜西、貴州、浙江等15個省市區(qū)，年調配能力總計超過1100萬噸，調配基地具有建設規(guī)范、自動化程度高、儲存能力強等特點，并廣泛供應甲醇重點示范省份，全國范圍內初步形成了甲醇燃料生產網絡。整體而言，汽車技術和燃料調配技術相對成熟，目前，眾多產品已進入汽車產品公告，可有效投入汽車市場。

1.2甲醇汽車排放性能技術評價

1.2.1甲醇汽車與其他替代能源汽車排放性能的綜合對比

隨著我國大氣污染防治行動計劃和交通領域減排行動的推進，替代能源汽車的排放性能成為制約產業(yè)發(fā)展的關鍵因素。在車用燃料排放對比方面，目前甲醇燃料與其他車用替代燃料的平行對比相對較少，大部分僅限于和汽柴油汽車的對比，難以體現(xiàn)甲醇汽車在眾多替代能源汽車中排放性能優(yōu)越性。在國際領域，IEA曾選擇不同類型燃料汽車進行排放對比測試，結果顯示:不同燃料常規(guī)排放性能的優(yōu)劣次序依次是:二甲醚、甲醇、天然氣、石油氣、柴油、汽油［2］。據測算（表1），甲醇汽車的常規(guī)排放比汽油汽車好，其中CO、HC、NOx排放量分別比汽油車降低55%、60%、65%，比清潔燃料CNG也略好，NOx排放量是各種燃料中最低的。進一步綜合我國對甲醇汽車相關排放測試數據計算［3-5］:相比天然氣、石油氣、汽油，甲醇燃料的CO排放量分別低了15.3%、61.8%、76.9%，比柴油高了41.7%。HC排放量分別比天然氣、石油氣、柴油、汽油低了90.2%、66.7%、60%、55.6%，NOx排放量分別比天然氣、石油氣、柴油、汽油低了23.1%、 37.5%、85.1%、68.8%；總排放量分別比天然氣、石油氣、柴油、汽油低了48.9%、59%、52.5%、74.5%。整體來看，甲醇汽車除了在CO排放量方面高于柴油外，其它各項排放指標均低于汽柴油及其它車用替代能源（圖1）。在當前國家重點關注的機動車PM2.5的排放量方面，甲醇汽車因其較低的碳化合物、氮化合物排放量，PM2.5的排放量也隨之降低。根據國家最新汽油車燃用M15甲醇汽油PM2.5排放測試顯示:低比例M15甲醇車顆粒物排放數量降低70%以上。

表1　各種汽車燃料常規(guī)排放比較g/km

圖1　不同汽車燃料常規(guī)排放量測試對比（單位g/km）

在非常規(guī)排放方面，甲醇汽車醛類物排放對環(huán)境的影響是各界關注的焦點，并成為甲醇汽車發(fā)展的重要影響因素［6，7］。根據北京理工大學汽車動力性及排放測試國家實驗室的測試數據計算:甲醇汽車的主要醛類排放物甲醛、乙醛、丙烯醛、丙醛、甲基丙烯醛、丁醛分別比汽油車排放增加了108.9%、916%、-34.8%、86.5%、390%、160%。除了丙烯醛，甲醇汽車醛類排放整體高于汽油車，但在加裝三元催化器后，甲醇汽車的醛類排放物甲醛、乙醛比未加裝催化劑時分別減少了98.4%、98.6%，其排放值與汽油車相當，在現(xiàn)有的技術條件下，甲醇汽車的非常規(guī)排放完全能夠達到國家排放標準。

1.2.2甲醇汽車與其他替代能源汽車全生命周期溫室氣體排放評價

全生命周期溫室氣體排放是衡量汽車排放性能的另一項重要指標，能夠體現(xiàn)替代能源汽車從礦井到車輪（WTW）整個產業(yè)鏈過程中的溫室氣體排放量。根據美國阿貢國家實驗室開發(fā)的GREET軟件中的計算模型［8］，本文參照目前新能源汽車研究及開發(fā)現(xiàn)狀，對車用甲醇燃料全生命周期排放進行了測算和評估，選擇包括甲醇汽車在內的5種新能源汽車與傳統(tǒng)的汽、柴油汽車進行對比（圖2），數據顯示:在WTP階段，E80由于在植物生長階段的光和作用，使得GHG（GHG包括CO2、CH4和N2O等）排放最低，汽油、柴油和CNG的排放接近，EV（電動車）排放最高，如果考慮到我國與美國電力消費結構的差異（中國的火力發(fā)電量占78%，美國火力發(fā)電量占46%），那么我國EV（電動車）在WTP階段的溫室氣體排放大幅升高，從而明顯降低EV在全生命周期內的GHG排放優(yōu)勢；M85的GHG排放為每英里142g，占總排放量的28%，高于傳統(tǒng)汽柴油，與LNG相近。

我國主要的甲醇生產技術路線包括煤制甲醇和焦爐氣制甲醇，產能分別達到65.2%和18.7%，其中，焦爐氣M85在WTP階段利用了原本直接進入大氣的廢氣，因此減少了大量溫室氣體排放（每英里——286g），全生命周期釋放的GHG為每英里74g，用焦爐氣制甲醇來測算甲醇燃料的全生命周期，將遠遠低于其它替代能源汽車的全生命周期排放；在PTW階段，除了電動車實現(xiàn)了零排放，其它新能源汽車的溫室氣體排放量相當，在PTW（燃料加注到車輪）階段，甲醇汽車這個階段的GHG排放為每英里360g，略高于LNG和CNG汽車。

圖2　不同燃料全生命周期GHG排放對比

整體來看，以煤制甲醇為基礎的甲醇汽車全生命周期溫室氣體排放高于電動車、CNG汽車，接近于天然氣汽車、汽柴油車；在PTW階段，除了電動車零排放，眾多替代燃料汽車的溫室氣體排放差異并不大。在WTP階段，溫室氣體排放從高到底的排序依次為電動車、LNG車、甲醇車、CNG車、汽油車、柴油車，但是如果使用焦爐氣、CO2捕集與封存、高硫煤直接氣化等方式制備甲醇，在WTP階段溫室氣體排放均為負值，將大大降低甲醇汽車全生命周期的溫室氣體排放值，能夠達到和電動車相當的全生命周期溫室氣體排放量，凸顯甲醇汽車的排放優(yōu)勢。

2　甲醇汽車經濟評價

2.1甲醇汽車單車運行經濟性評價

甲醇汽車單車運行的經濟性直接決定了消費群體能否購買和使用甲醇汽車，同時也是在替代能源汽車市場化競爭中長期生存和發(fā)展的關鍵。根據2015年國家試點山西長治甲醇公交客車單車運營數據，在購車價格方面，甲醇汽車價格與相同型號的汽柴油車價格相當，也遠低于LNG和電動汽車。每百公里甲醇汽車運行費用比汽油車節(jié)省約33%，每年比汽油車燃料費用節(jié)省8.4萬元、比天然氣汽車燃料費用高1.9萬元。對于私營公交企業(yè)、出租車企業(yè)、個人使用甲醇汽車來說，在沒有政策補貼的情況下，甲醇汽車在購車價格和燃料費用依舊保持了良好的經濟性，成為開拓市場的關鍵因素。

2.2甲醇燃料長期經濟性評價

保持長期、穩(wěn)定、低廉的價格是甲醇汽車能夠贏得消費者市場的重要保證，也是我國保障能源、經濟安全和選擇車用替代燃料的初衷。近10年來，甲醇價格區(qū)間基本保持在2000～3000元，價格較為平穩(wěn)，根據當前我國多煤、少氣、少油的供應格局，油氣價格長期仍然看漲，而我國煤炭資源豐富、甲醇產能相對過剩，甲醇價格將長期保持低位緩慢增長的趨勢，相比其它燃料汽車，價格優(yōu)勢進一步凸顯。根據甲醇與汽油、甲醇與天然氣、甲醇與柴油的實際替代比1.6∶1、1.8∶1和2.2∶1計算（圖3），相同行駛里程下，使用甲醇燃料比使用汽油可節(jié)省55%左右的燃料成本，比使用天然氣節(jié)省約20%左右的燃料成本，比使用柴油節(jié)省約29%左右的燃料成本，甲醇用作車用燃料成本更低，經濟性更好。

2.3甲醇汽車基礎設施建設經濟性評價

基礎設施建設投資額度的大小直接影響到加注網絡能否大范圍布局，相比天然氣汽車、電動汽車，甲醇汽車燃料加注站的建設具有顯著的經濟優(yōu)勢，天然氣加氣站、電動車充電站的建設費用在300～1000萬元之間，甲醇撬裝式加注站單站建設費用為30～40萬元，僅為加氣站和充電站建設費用的1/10，具有顯著的成本優(yōu)勢；如果對現(xiàn)有的汽柴油加注系統(tǒng)進行改造，費用僅需2～3萬元，大大減少了像天然氣汽車、電動汽車大范圍重新布局所帶來的經濟成本，能夠更好地吸引社會投資。值得一提的是，甲醇與汽柴油同為液體燃料，甲醇燃料加注體系可有效地融入現(xiàn)有的汽柴油加注體系之中，形成“汽油——柴油——甲醇”三位一體的多功能燃料加注站。

圖3　不同替代燃料價格對比

3　甲醇汽車規(guī)?；瘧玫目尚行?/h2>

3.1豐富的煤基燃料保障規(guī)模應用

長期、充足、穩(wěn)定的燃料供應是替代能源汽車發(fā)展的另一個關鍵環(huán)節(jié)。當前，我國甲醇的產能供應來源主要是煤制甲醇、焦爐氣制甲醇、高硫高灰劣質煤，豐富煤炭資源儲量為煤制甲醇提供了長期的資源保障，除了當前煤化工工藝條件下生產的甲醇外，高硫煤制甲醇和焦爐氣制甲醇是甲醇產能的重要增量和補充，而且兩種技術路線能夠實現(xiàn)煤炭廢棄資源的再利用，大大降低燃料生產過程中溫室氣體的排放量。我國的高硫高灰煤國家一般限制開采，按目前全國煤炭資源預測總量和探明煤炭儲量匡算，高硫煤預測總量和探明儲量分別是4260億噸和620億噸［9，10］。據粗略估算（表2）:高硫煤資源若全部制取甲醇，其等熱量可用燃料量為143億噸，按2015年全國成品油表觀消費量計算，甲醇燃料靜態(tài)使用年限可達40～60年，可以作為過渡時期我國車用燃料的重要補充。

焦爐氣制甲醇是滿足甲醇車用燃料供應的另一重要來源。我國焦爐煤氣產量大，按1噸焦炭可生產430m3焦爐煤氣匡算，2014年我國焦炭產量4.77億噸，占全球總產量的67%以上，并副產數量巨大的焦爐氣。據中國煉焦協(xié)會統(tǒng)計，全國有大、中、小焦化企業(yè)2000多家，其中鋼鐵企業(yè)占據1/3的產能，但其焦爐氣幾乎全部用作燃料或冶煉還原劑；剩余2/3的產能來源于獨立的焦化企業(yè)。按每噸焦炭副產約430m3焦爐氣計算（表3），獨立焦化企業(yè)每年副產焦爐氣1364億m3左右，焦爐氣制甲醇單耗2000m3計算，可生產甲醇6800萬噸，折算成汽油4160萬噸，相當于我國年成品油消費量的15%，可有效填補我國汽柴油的需求缺口。

表2　高硫煤制取甲醇替代燃料計算表

表3　焦爐氣制取甲醇替代燃料計算表

3.2潛在的汽車消費市場和燃料供應網絡保障規(guī)模應用

從汽車消費市場的增長趨勢來看，2000年以來我國汽車消費量年均增速一直保持在10%以上，2014年汽車保有量已達1.54億輛，但按人均汽車保有量來看，中國汽車消費增長空間巨大。從全球汽車保有量的現(xiàn)狀來看，美國百人汽車保有量超過80輛，日本超過60輛，中國為11輛，世界平均百人汽車保有量15輛［13］，中國不僅遠低于發(fā)達國家，也與世界平均水平有相當差距；從發(fā)達國家汽車消費的增長趨勢來看（圖4），在人均GDP 5000美元至人均GDP 22000美元之間（按購買力平價統(tǒng)計），人均汽車保有量大致保持年均7%以上的線性增長趨勢。當前，我國人均GDP9966美元，人均百人汽車保有量為11輛，以發(fā)達國家汽車保有量的增長趨勢為參照，我國在未來很長一段時期內仍將處于汽車消費、燃料油消費的高增長期，長期穩(wěn)定的增長將為甲醇汽車占有汽車消費市場提供廣闊前景。

圖4　發(fā)達國家及中國汽車消費增長趨勢

從我國甲醇燃料供應空間來看，中西部地區(qū)具備汽車消費市場增長空間大、甲醇燃料供應充足的雙重優(yōu)勢。當前，一線城市人均百人汽車擁有量及增速高于二三線城市，已達到世界平均水平，二、三線城市僅為8輛和6輛［14，15］，但隨著經濟的增長，我國汽車消費的重心將逐步向中西部轉移，同時，中西部地區(qū)又是甲醇燃料供應的集中區(qū)域，西北、華北、華中、東北等區(qū)域是中國甲醇產能的富集區(qū)，能夠為甲醇汽車市場的擴張?zhí)峁┏渥闳剂瞎?；汽車潛在的增長市場與燃料供應市場重合，從而能夠更好地保證甲醇汽車的規(guī)模化應用。東部地區(qū)發(fā)展甲醇汽車市場可依賴國外充足的甲醇供應，實現(xiàn)低價、規(guī)模化發(fā)展，一方面能夠實現(xiàn)我國汽車燃料國外供應來源的多元化，擺脫過分依賴、發(fā)展油氣燃料的困境，甚至也可以發(fā)揮我國在甲醇汽車及燃料的全球領先優(yōu)勢，制定并建立行業(yè)國際標準，通過我國成熟的甲醇汽車技術影響全球燃料資源的利用，如向中東、西亞等國外富醇地區(qū)出口甲醇汽車，將有益于中國提高替代能源汽車國際競爭新優(yōu)勢。

3.3容易建設的配套設施保障規(guī)模應用

替代燃料汽車能夠在未來10～20年規(guī)模化應用，不能長期在國家計劃支持、資金補貼的基礎上發(fā)展，而應更多地讓市場去決定其方向，作為最重要的基礎設施建設，建設成本、技術難易度、能夠快速復制和推廣是保障能否規(guī)?；瘧玫闹匾獥l件。甲醇汽車配套設施是基于汽柴油燃料儲運、輸配、加注系統(tǒng)的技術基礎上改造而成，技術成熟、成本較低，20萬元可新建一座撬裝式加注站，2萬元可改造一座油罐，低廉的加注站建設費用較易吸引投資和建設。從替代能源加注站布局的特點來看，在天然氣管網、電網尚未覆蓋的區(qū)域，甲醇汽車加注網絡的建設布局具有周期短、費用少、可快速復制的特點，可依托礦山、公交、物流場所、旅游等現(xiàn)有的燃料加注設施改造建設，而且還可以在高速沿線、城際公交沿線、甲醇貿易物流沿線布局甲醇加注站，進而實現(xiàn)區(qū)域性、全國性的加注網絡，實現(xiàn)分布式的替代能源利用。如果能在現(xiàn)有的汽柴油加注站配備甲醇撬裝式加注設施，將大大縮減土地、資質審批、建站費用及建站時間，實現(xiàn)車用燃料的大規(guī)模替代，可以說，相比電動汽車、天然氣汽車，甲醇汽車加注網絡的規(guī)?；l(fā)展更具有成本優(yōu)勢，技術門檻低、推廣更加便利。

4　結 語

對于中國汽車產業(yè)發(fā)展和燃料安全供給而言，立足于國內的資源稟賦、技術優(yōu)勢，發(fā)展具有中國特色的替代能源汽車尤其重要。甲醇汽車技術成熟、經濟性較好、大范圍運行資源長期可供，是中國未來10—20年替代能源汽車發(fā)展的重要補充，作者認為甲醇汽車產業(yè)擁有技術、經濟優(yōu)勢和良好的產業(yè)發(fā)展前景，應加快建立集技術研發(fā)、規(guī)?；a、多樣化服務為一體的產業(yè)化體系，成為中國車用替代燃料及替代燃料汽車發(fā)展的重要組成部分。

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Technical and Economic Evaluation of Methanol-fueled Vehicle and Its Feasibility of Scale Application

Xu Mingchen1，2Peng Hua2
（1.China Center for Information Industry Development，Beijing 100048，China；2.Peking University，Beijing 100871，China）

At present，Chinese government，automotive industry and fuel producers pay close attention to superiority and largescale development of methanol fueled vehicle.This article will make technical and economic evaluation to methanol-fueled vehicle，which includes the emissions performance，the technology of methanol fueled vehicle and its operating costs，and further discuss the feasibility of large-scale application from three aspects，which includes the resource availability，the growth of regional market and the development of supporting industries.The study shows that methanol-fueled vehicle has good performance in terms of emission，economy and technology. Meanwhile，it has competitive advantage in the long-term availability of methanol，the growth of regional market and the ease of supporting industries.It is feasible to develop methanol as substitute fuel in large-scale，and it will promote energy saving and emission reduction in China’s transportation sector.Meanwhile，it has great significance of developing new energy vehicles with Chinese characteristics.

methanol fueled vehicle；alternative fuel；energy conservation and emission reduction；full life cycle；technical and economic

10.3969/j.issn.1004-910X.2016.11.002

F062.4

A

2016—05—19

國家社會科學基金課題“中國戰(zhàn)略性礦產資源國際話語權研究”（項目編號:14CGJ018）；北京大學世界新能源戰(zhàn)略研究中心第四期資助課題“中國車用替代燃料大規(guī)模應用可行性研究”（項目編號:201414）。

徐銘辰，賽迪智庫工業(yè)經濟研究所經濟學博士，北京大學國際關系學院博士后。研究方向:工業(yè)經濟、替代燃料汽車、能源戰(zhàn)略。彭華，北京大學國際關系學院碩士研究生。研究方向:替代燃料、新能源應用。

（責任編輯:史 琳）