Natural gas as vehicle fuel in China: A review
1. Introduction
Vehicles have been used to provide high-quality transport services for human society over the past century. The vehicle transport system gradually evolved into the current status, which is dominated by internal combustion engine (ICE), petroleum-derived liquid fuels and widespread refueling infrastructures. However, with increasing global concerns over energy and environmental issues, the conventional vehicle transport system is facing severe challenges [1].
Global vehicle stock experienced rapid growth over the past decade. Total vehicle stock increased from 0.49 billion in 1985 to 1.18 billion in 2013 [2]. This rapid growth created huge demand for oil. International Energy Agency (IEA) estimated that over 53% of global primary oil consumption was used to meet 94% of global transport energy demand in 2010 [3]. Vehicles are also causing great environmental impacts. As estimated by IEA, road transport was responsible for 16.9% of global energy-related CO2 emissions in 2012 [4]. The tailpipe emissions from vehicles are the major drivers behind urban hazy weather. Substantial technological and behavior changes are needed to achieve a more sustainable vehicle transport system.
To use natural gas as vehicle fuel is one of the most feasible pathways towards sustainable vehicle transport system. Compared with conventional gasoline and diesel vehicles, natural gas vehicles offer the benefits of reducing oil use, CO2 emissions and air pollutants. As estimated by Hekkert et al., the life cycle CO2 emissions of Compressed Natural Gas (CNG) and Liquefied Natural Gas (LNG) vehicles are 25% and 18% lower than their counterpart gasoline vehicle model [5]. Ou et al. conducted a similar study in China׳s context, revealing the fact that 10–20% and 5–10% Greenhouse Gas (GHG) emissions reductions can be achieved by switching from gasoline vehicle to CNG and LNG vehicles [6]. Global natural gas vehicle stock experienced rapid growth over the past decade, from 1.3 million in 2000 to 22.4 million in 2014, as shown in Fig. 1[7–9]. At the same time, natural gas refueling infrastructures have also experienced rapid expansion. The global distribution of natural gas vehicles in 2014 is illustrated in Fig. 2. As estimated by IEA, global natural gas vehicle market share will keep increasing in the coming years and maintain at a level of around 10% through 2050 [10]. More importantly, with the progress of natural gas extracting technology, both the recoverable reserves and actual production of natural gas have increased significantly [11–13]. Under such a circumstance, natural gas is expected to play a much more important role in the transition of vehicle transport system [14–20].
Fig. 1. Global natural gas vehicle stock 2000–2014.
Fig. 2. Global natural gas vehicle distribution in 2014, Note: the bubble size denotes the number of natural gas vehicles in a certain country.
China is very representative when analyzing the role of natural gas vehicle in the transition of vehicle transport system [21,22]. China now has the world׳s largest vehicle market. Domestic vehicle sales increased from 2.1 million in 2000 to 23.5 million in 2014[23]. Accordingly, vehicle stock reached 154 million in 2014 [24]. Considering China׳s huge population basis and low vehicle ownership level, there is solid further growth potential in China׳s vehicle market [25,26]. With such a big and increasing vehicle market, China is facing very severe energy and environmental challenges [27–31]. As a solution to
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天然气作为中国的车辆燃料：综述
1.介绍
在过去的一个世纪中，车辆已被用于为人类社会提供高质量的运输服务。 车辆运输系统逐渐演变为以内燃机（ICE），石油衍生液体燃料和广泛的加油基础设施为主导的现状。 然而，随着全球对能源和环境问题日益关注，传统的车辆运输系统面临严峻的挑战[1].
全球车辆在过去十年中经历了快速增长。 车辆总存量从1985年的4.9亿增加到2013年的11.8亿[2]。 这种快速增长造成了对石油的巨大需求。 国际能源署（IEA）估计，2010年全球原油消费量的53％以上用于满足全球运输能源需求的94％[3]。 车辆也造成巨大的环境影响。 据国际能源署估计，2012年道路运输占全球能源相关一氧化碳2排放量的16.9％[4]。 车辆尾气排放是城市朦胧天气背后的主要驱动力。 实现更可持续的车辆运输系统需要实质性的技术和行为改变。
使用天然气作为车辆燃料是实现可持续车辆运输系统最可行的途径之一。 与传统的汽油和柴油车辆相比，天然气车辆具有减少石油使用，CO2排放和空气污染物的好处。 根据Hekkert等人的估算，压缩天然气（CNG）和液化天然气（LNG）车辆的生命周期CO2排放量比其对应的汽油车型低25％和18％[5]。 欧等人。 在中国的情况下进行了类似的研究，揭示了从汽油车改用CNG和LNG车辆可实现10-20％和5-10％温室气体（GHG）减排量的事实[6]。 如图所示，全球天然气车辆在过去十年中经历了快速增长，从2000年的130万增长到2014年的2240万图。1[7–9]。 与此同时，天然气加油基础设施也经历了快速扩张。 2014年天然气汽车的全球销售情况如图所示图2。 据国际能源署估计，未来几年全球天然气汽车市场份额将继续增加，到2050年保持在10％左右的水平[10]。 更重要的是，随着天然气开采技术的进步，天然气的可采储量和实际生产量均大幅增加[11–13]。 在这种情况下，天然气有望在车辆运输系统的过渡中发挥更加重要的作用[14–20].
图1. 2000 - 2014年全球天然气车辆库存。
图2. 2014年全球天然气汽车销售情况，注：汽泡尺寸表示某个国家的天然气汽车数量。
在分析天然气汽车在车辆运输系统转型中的作用时，中国具有很强的代表性[21,22]。 中国现在拥有全球最大的汽车市场。 国内汽车销量从2000年的210万辆增加到2014年的2350万辆[23]。 因此，2014年车辆库存达到1.54亿[24]。 考虑到中国庞大的人口基数和较低的汽车保有量水平，中国汽车市场有着稳固的增长潜力[25,26]。 随着汽车市场如此巨大和日益增长，中国正面临着非常严峻的能源和环境挑战[27–31]。 为了应对这些挑战，中国在过去十年中一直在推广天然气汽车[32–35]。 中国400万辆天然气汽车代表着全球最大的天然气车队，占全球汽车总量的17.8％。 同时，2014年中国天然气加气站达到6500多个，占全球总数的24.4％[7–9].
在这项研究中，我们对中国天然气汽车的发展进行了全面的回顾。 本次评估有助于：（1）建立评估车辆运输系统的三视角（燃料 - 车辆 - 基础设施）技术 - 经济框架; （2）为寻求推广天然气汽车的其他国家提供全面的政策评估和经验总结。 整个评估安排如下：下一节讨论从能源供需角度出发，在中国使用天然气作为车辆燃料的必要性。 在此之后，进行了使用天然气作为车辆燃料的可能途径的技术评估。 随后的部分着重于评估与天然气燃料，车辆和基础设施相关的政策。 根据评估结果，下一节将提出政策影响。 最后一节总结整个评论。
2.天然气作为中国的车辆燃料
天然气作为车用燃料在中国的使用主要由三个因素驱动。 首先，中国有强烈的动力寻找传统石油衍生车辆燃料的替代品。 随着汽车行业的蓬勃发展，中国的石油进口量从2000年的70吨（兆吨）增加到2014年的310吨[24]。 因此，石油进口依存度从30.2％上升到59.6％。 在可预见的未来，中国国内石油产量预计将保持在目前的水平，每年约200吨。 石油进口必须满足增加的石油需求。 人们普遍认为，到2030年石油进口依存度将高于70％。这种严重依赖进口石油引起了对国家能源安全的高度关注。 值得注意的是，近几年国际油价维持在低位，部分释放了中国石油进口压力。 但由于石油资源的不可再生性和油价的不确定性，油价长期有可能回到较高水平。 寻找传统石油衍生车辆燃料的替代品是减少石油进口的重要措施。 车辆也是城市空气污染物的重要来源。 根据环境保护部（MEP）的数据，2014年车辆的总NOx，PM，HC和CO排放量分别为6.3吨，0.6吨，4.3吨和34.3吨[36]。 近年来，中国的许多大城市都经历了长时间的朦胧天气，这可能部分归因于车辆使用量的增加。 据估计，北京地方来源的PM2.5排放量占31.1％，是其他单一来源的首要来源[37]。 迫切需要通过转向更清洁的车辆燃料来减少车辆尾气排放。 此外，中国正面临着国际社会对温室气体排放控制的巨大压力。 根据美中气候变化联合公告，中国承诺其总CO2排放量应在2030年前达到峰值[38]。 寻找石油衍生燃料的低碳替代品是中国车辆运输系统的另一个优先事项。
其次，中国的天然气供应能力有很大的增长潜力，如图所示图3。 2014年中国的天然气消费量为1800亿米3，约占一次能源消费总量的6％[24]。 这一份额远低于全球平均水平，2014年为27％[11]。 中国的天然气供应受到国内生产和进口的支持。 关于国内生产，2014年常规天然气产量为1280亿吨3。2014年非常规天然气产量为49亿m3，其中包括36亿吨3煤层气和13亿吨3 ）的页岩气。 根据中国的国家计划，2020年国内常规天然气，煤层气和页岩气的产量预计分别达到185,300亿吨3[39,40]。 关于天然气进口，中国近年来积极推进跨境天然气管道和液化天然气终端建设，如图所示表格1。 因此，天然气进口经历了快速增长。 2014年管道天然气进口和液化天然气进口量分别为31.3和270亿吨3，占天然气总供应量的30％以上。 未来几年，天然气进口预计将保持高于国内产量的增长速度，到2020年将达到1150亿吨左右3。总体而言，中国的天然气总消费量预计将占10％ 2020年的能源消耗[39].
图3.中国天然气供应能力展望到2020年。
表1.中国的天然气进口设施。
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管道/ LNG终端 |
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