車用燃料煤基二甲醚的生命周期能源消耗、環(huán)境排放與經(jīng)濟(jì)性研究.pdf

1、我國能源結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)明顯的“貧油、少氣、富煤”特點，正面臨著日益增長的車用燃料需求所帶來的能源、環(huán)境與經(jīng)濟(jì)方面的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，發(fā)展煤基車用替代燃料將成為我國緩解油品緊缺、實現(xiàn)煤炭清潔利用的關(guān)鍵方向之一。在傳統(tǒng)柴油的煤基替代燃料當(dāng)中，二甲醚特點突出，不但能夠大幅降低有害排放，而且能夠真正起到“以煤代油”的作用。 本文系統(tǒng)回顧二甲醚的制備方法，二甲醚發(fā)動機(jī)與車輛技術(shù)的研究開發(fā)進(jìn)展，運用生命周期評價原理，建立了適合我國國情的煤基二甲醚全生命周

2、期一次能源消耗與環(huán)境排放分析模型，以二甲醚公交客車為功能單位，運用發(fā)動機(jī)臺架試驗研究結(jié)合整車測試循環(huán)仿真，獲得了該功能單位的燃料消耗與環(huán)境排放因子，得到了車用燃料煤基二甲醚路線的全生命周期一次能源消耗、VOC、CO、NO<,x>、PM<,10>、SO<,2>(標(biāo)準(zhǔn)排放物)與溫室氣體排放數(shù)量，評估了電力結(jié)構(gòu)改變與溫室氣體減排技術(shù)的效果，分析了規(guī)模應(yīng)用對我國能源結(jié)構(gòu)的影響，并將煤基二甲醚路線與傳統(tǒng)柴油和煤制柴油路線進(jìn)行了對比，最后分析了煤基

3、二甲醚的經(jīng)濟(jì)性。 在功能單位方面，本文提出通過發(fā)動機(jī)臺架試驗研究結(jié)合整車測試循環(huán)仿真來獲得車輛的燃料消耗與排放因子。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，與目前技術(shù)水平的柴油機(jī)相比，二甲醚發(fā)動機(jī)可實現(xiàn)全工況無煙燃燒，各項排放指標(biāo)全面達(dá)到EuroⅢ排放法規(guī)的要求。城市交通背景下，二甲醚公交客車的燃料消耗比傳統(tǒng)柴油車降低3.3％，VOC、CO、NO<,x>、PM<,10>、SO<,2>和CO<,2>排放比傳統(tǒng)柴油車依次減少86.3％、73.7％、19.5％、6

4、4.0％、100.0％和10.1％，這對于緩解目益嚴(yán)峻的城市大氣污染意義重大。 與傳統(tǒng)柴油路線相比，煤基二甲醚路線的優(yōu)勢不僅體現(xiàn)在車輛使用階段的燃料消耗、標(biāo)準(zhǔn)排放物與溫室氣體排放方面，也體現(xiàn)在全生命周期的原油消耗和標(biāo)準(zhǔn)排放物方面。從能源消耗結(jié)構(gòu)來看，煤基二甲醚路線的全生命周期原油消耗下降為傳統(tǒng)柴油路線的2.4％。由于我國對進(jìn)口原油的依存度已超過40％，而煤炭產(chǎn)能較強(qiáng)，所以煤基二甲醚的規(guī)模應(yīng)用，不但能夠起到“以煤代油”的作用，而且

5、不會對國內(nèi)能源生產(chǎn)形成明顯壓力，有利于我國能源安全問題的逐步解決。從環(huán)境排放角度來看，煤基二甲醚路線的環(huán)境排放向上游階段的固定源集中，全生命周期VOC、CO、NO<,x>、PM<,10>、SO<,2>排放均比傳統(tǒng)柴油路線明顯減少；伴生的溫室氣體可以通過煤層氣發(fā)電與CO<,2>深埋技術(shù)加以解決，這兩項技術(shù)的綜合應(yīng)用可以使煤基二甲醚路線的全生命周期溫室氣體排放降低到與傳統(tǒng)柴油路線相當(dāng)?shù)乃?，而且不會增加過多的能源消耗，是較為有效的解決方案。

6、此外，降低煤炭發(fā)電比例有利于減少一次能源消耗與溫室氣體排放，并且采用此方法對煤基二甲醚路線的效果比傳統(tǒng)柴油路線更加明顯。與煤制柴油路線相比，在使用溫室氣體減排技術(shù)前，煤基二甲醚路線的一次能源消耗比煤制柴油路線低17.1％，溫室氣體排放少27.3％；在應(yīng)用煤層氣發(fā)電和CO<,2>深埋這兩種溫室氣體減排技術(shù)后，煤基二甲醚路線的溫室氣體排放仍然比煤制柴油路線低4.7％，而且一次能源消耗比煤制柴油路線降低19.5％。所以為代替?zhèn)鹘y(tǒng)柴油，煤基二甲

7、醚路線比煤制柴油路線在能源利用與環(huán)境排放方面具有較為明顯的優(yōu)勢。 經(jīng)濟(jì)性分析表明，若能建立以煤炭開采為始點的一體化產(chǎn)業(yè)鏈，所生產(chǎn)的二甲醚將可以在價格上與傳統(tǒng)柴油展開競爭，項目的財務(wù)內(nèi)部收益率達(dá)到了17.1％，盈利能力超過了行業(yè)基準(zhǔn)，產(chǎn)品成本與項目收益對煤炭和電力的價格較為敏感，而燃油稅政策的實施將有力加強(qiáng)煤基二甲醚的競爭力。 綜上，車用燃料煤基二甲醚的全生命周期分析表明，煤基二甲醚不但能夠改善城市大氣污染狀況，而且能夠顯