天然气发动机市场多大?天然气发动机行业现状及发展前景分析

近年来，世界上众多国家，例如美国、德国、日本、韩国、泰国等都相继制定了天然气动力应用的发展规划。我国相继实行了“清洁汽车”、“十城千辆”等政策，大力推广新能源汽车，使得天然气发动机在城市公交、出租车上得到的广泛的应用我国对天然气发动机的研发工作起步较晚，从上世纪八十年代开始，但发展迅速，尤其是全国开展“清洁汽车”行动后。天然气发动机未来仍将保持高速发展的态势。

根据中研普华产业研究院的报告《2021-2026年中国天然气发动机产业运行态势及发展趋势预测研究报告》分析显示

天然气发动机行业市场分析

虽然我国天然气发动机的发展较快，但在总体技术上与国外先进水平仍有不小的差距，这阻碍了我国天然气发动机的自主研发和更广泛的推广。

天然气发动机主要有两种工作方式，第一种是点燃式，顾名思义，就是由火花塞点火引燃燃烧室内的混合气。第二种则是压燃式，通常是由缸内直喷的柴油进行引燃。天然气主要成分是甲烷、乙烃、三碳丙烷以及氮气和二氧化碳，不同状态气体组分的含量会有所不同。

据介绍，国际权威检测机构德国TüV南德意志集团分别为潍柴高热效率发动机开发团队代表颁发认证证书。经美国西南研究院查新检索证明，潍柴柴油机与天然气发动机本体热效率均为全球首次超过52%、54%。

“热效率水平被视为一个国家内燃机技术综合实力的标志，提升热效率是全球柴油机行业125年来的共同追求。”谭旭光表示，近年来，潍柴不断挑战热效率极限，实现三年三大跨越。“在2020年柴油机本体热效率达到50.23%、今年1月达到51.09%的基础上，潍柴再次把热效率提高一个百分点，进一步扩大了对国际一流竞品的领先优势，让中国柴油机行业创造了新的世界纪录。”

中国内燃机学会在给潍柴发的贺信中表示，“潍柴发动机本体热效率指标的持续突破，体现了公司在该项技术上的雄厚实力，为我国节能减排工作作出重大贡献，对我国能源安全具有重要战略意义。”

从公开的数据来看，即将实施的国六标准，主要对PEMS的PN、远程排放管理车载终端数据发送要求、高海拔排放要求和PEMS测试范围进行了重新定义。

点燃式发动机按照混合气浓度可以分为当量燃烧和稀薄燃烧两种方式，采用当量燃烧的天然气发动机是目前应用的主要形式，这是因为采用当量燃烧可以使用三元催化器(TWC)来降低排气污染物。

在当量比为1：1时，TWC对含氮氧化物(NOx)和碳氢化合物(THC)有着接近100%的转化效率，但是随着空气浓度的增加，转化效率大幅降低。天然气发动机的颗粒物本身排放量就较低，采用当量燃烧，结合三元催化器比较容易达到国六排放标准。

为了提高发动机的热效率，发动机也经常使用稀薄燃烧的方式，也就是空气质量在燃烧室内占比较重。目前，为了满足国六要求，通常会采取燃烧室以及进气道结构优化、预燃室设计、分层燃烧技术、废气再循环等技术，对天然气发动机进行优化。

如果使用的是压燃式发动机，为了满足国六排放法规，采用机内净化+后处理的技术方案，机内净化主要是采用EGR技术来降低NOx的排放。目前常用的后处理器组合包括DOC+DPF+SCR，与柴油机的后处理器组合差别不大。

业内人士表示，本体热效率越高，发动机的经济性越好。潍柴在柴油机和天然气发动机热效率领域的一系列重大突破，将对我国节能减排产生巨大的推动作用。

据介绍，与市场现有主流产品(平均46%热效率柴油机)相比，潍柴52.28%本体热效率技术的商业化应用，可实现油耗、二氧化碳排放分别降低12%。“每年可为我国节油1900万吨、减少二氧化碳排放量6000万吨。在国家全面倡导绿色低碳高质量发展的大势下，该技术的自主突破，意义重大。”潍柴相关负责人表示。

另一方面，本体热效率达到54.16%的天然气发动机也将给全社会带来巨大的环保价值。上述负责人介绍，“相比普通天然气发动机，该款发动机的推广应用，可实现燃料费用节省20%以上，碳排放水平降低25%，全行业每年可减碳3000万吨。”

天然气发动机行业前景分析

随着近几年国内汽车行业的快速发展，国家汽车保有量有了井喷式的增长，汽车已成为民众日常出行最重要的代步工具，在此背景下，网约营运车也快速兴起，据前瞻产业研究院统计数据显示，截止2018年，随着网约车用户规模的增加，其市场规模增加至2720.5亿元，较2017年同比增加28.31%[1]。在油價不断攀升，经营成本居高不下的压力下，越来越多的营运车主向市场提出了低成本燃料发动机的需求。同时，油耗及排放法规的日益严苛，也让市场意识到清洁代用燃料需求的紧迫性。天然气作为具有高燃烧热值、高稳定性、低成本、应用范围广的清洁能源，逐渐在市场需求下崭露头角，跻身为最热门的汽车代用燃料之一。

2018年国务院发布的“打赢蓝天保卫战三年行动计划”中要求，我国必须加快推进国三及以下排放标准营运柴油货车提前淘汰更新。2019年7月1日起，重点区域、珠三角地区、成渝地区提前实施国六排放标准，推广使用达到国六排放标准的燃气汽车。

生态环境部等11个部门联合发布的《柴油货车污染治理攻坚战行动计划》也提出，2020年底前加快淘汰国三及以下标准排放标准运营柴油货车100万辆。据资料显示，我国目前拥有国三以下的车辆总数为6326.3万辆。这意味着，大量不合格车辆短期内均需更新，将会有一部分车辆替换为天然气汽车。

天然气的主要成分是甲烷(CH4)，通常CNG的甲烷含量在80-95%，LNG的甲烷含量在88%-99%之间。所以以天然气作为汽车燃料，会有效减少污染物排放。根据笔者对天然气车辆排放物调查对比，使用CNG代替汽油作为汽车燃料，可使颗粒物排放减少约40%，二氧化碳减少约24%，碳氢化合物减少约72%，一氧化碳排放量减少约97%，相比汽油和柴油燃料，更易达成当前国六阶段排放法规要求。但是，由于天然气的燃点高，缸内燃烧温度会较汽油机和柴油机偏高，这一特点对于氮氧化物的排放是不利的，可考虑由目前国五天然气发动机采用的稀薄燃烧改为当量燃烧，减少氮氧化物的排放。

天然气汽车与汽油相比在安全性上具有一定的优势，而并非直观感觉上的高危险性，其在安全性能方面主要有以下几个特点：第一，天然气相对空气的密度低，为0.48，如果出现气体泄漏，会快速在空气中散发，很难达到遇明火而燃烧的浓度;第二，本身具有高燃点，前文中也已说到，其燃点比汽油高近220℃，所以与汽油相比更不易被点燃;第三，天然气的爆炸极限窄，仅为5%～15%，在自然环境下达到爆炸条件比较困难。

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