甲醇汽车技术经济评价及规模应用的可行性

徐铭辰　彭　华（赛迪智库工业经济研究所，北京 100048）（北京大学，北京 100871）

甲醇汽车技术经济评价及规模应用的可行性

徐铭辰1，2彭华21（赛迪智库工业经济研究所，北京 100048）2（北京大学，北京 100871）

甲醇究竟是不是优良的车用替代燃料、甲醇汽车能否规模化应用一直是当前中国政府、汽车产业、燃料生产企业密切关注的问题。本文将从甲醇汽车排放性能、相关技术、运营成本等方面进行技术经济评价，同时从资源供应、市场区位增长空间、配套产业发展三方面探讨甲醇汽车规模应用的可行性。研究表明:甲醇汽车的排放性、技术性能、经济性良好；同时规模化发展具备资源长期可供、市场增长空间巨大、配套产业容易发展三方面竞争优势，甲醇燃料及甲醇汽车规模应用对于缓解油气需求压力、在交通领域节能减排、发展中国特色新能源汽车产业具有重要意义。

甲醇汽车 替代燃料 节能减排 全生命周期 技术经济

全球石油供需形势日益紧张，油基车用燃料的一统格局正悄然改变，更多的国家正加快发展替代燃料及替代燃料汽车产业。然而，在车用替代燃料的选择方面，各国又有所不同，其根本原则在于能够发挥一国在燃料、汽车领域的技术经济优势，同时保证燃料的长期供给和资源的综合利用效率。那么，在中国众多的替代能源汽车发展路线中，甲醇燃料及甲醇汽车的技术经济性究竟如何？规模应用是否可行？为此，本文将围绕以上问题展开探讨。

1.1甲醇汽车产品技术评价

甲醇汽车产品相关技术主要包括发动机及重要零部件制造、车型适配、甲醇燃料生产和调配技术等，技术成熟度是甲醇汽车产业化发展的基础。当前，中国拥有较为完善的甲醇汽车技术体系，在发动机及重要零部件制造方面:汽车燃油泵、电控单元、喷油器、密封圈均已针对甲醇燃料特性进行了改造，冷启动、燃料系统耐醇性差等难题已完全解决，形成了甲醇汽车应用技术的核心［1］；目前，甲醇汽车技术研发的重点是尽快实现重型卡车、矿用车、12米以上客车等大马力车型的研发与应用。在甲醇燃料生产技术方面，目前全国已有46家企业建立了甲醇汽油调配基地，分布陕西、贵州、浙江等15个省市区，年调配能力总计超过1100万吨，调配基地具有建设规范、自动化程度高、储存能力强等特点，并广泛供应甲醇重点示范省份，全国范围内初步形成了甲醇燃料生产网络。整体而言，汽车技术和燃料调配技术相对成熟，目前，众多产品已进入汽车产品公告，可有效投入汽车市场。

1.2甲醇汽车排放性能技术评价

1.2.1甲醇汽车与其他替代能源汽车排放性能的综合对比

随着我国大气污染防治行动计划和交通领域减排行动的推进，替代能源汽车的排放性能成为制约产业发展的关键因素。在车用燃料排放对比方面，目前甲醇燃料与其他车用替代燃料的平行对比相对较少，大部分仅限于和汽柴油汽车的对比，难以体现甲醇汽车在众多替代能源汽车中排放性能优越性。在国际领域，IEA曾选择不同类型燃料汽车进行排放对比测试，结果显示:不同燃料常规排放性能的优劣次序依次是:二甲醚、甲醇、天然气、石油气、柴油、汽油［2］。据测算（表1），甲醇汽车的常规排放比汽油汽车好，其中CO、HC、NOx排放量分别比汽油车降低55%、60%、65%，比清洁燃料CNG也略好，NOx排放量是各种燃料中最低的。进一步综合我国对甲醇汽车相关排放测试数据计算［3-5］:相比天然气、石油气、汽油，甲醇燃料的CO排放量分别低了15.3%、61.8%、76.9%，比柴油高了41.7%。HC排放量分别比天然气、石油气、柴油、汽油低了90.2%、66.7%、60%、55.6%，NOx排放量分别比天然气、石油气、柴油、汽油低了23.1%、 37.5%、85.1%、68.8%；总排放量分别比天然气、石油气、柴油、汽油低了48.9%、59%、52.5%、74.5%。整体来看，甲醇汽车除了在CO排放量方面高于柴油外，其它各项排放指标均低于汽柴油及其它车用替代能源（图1）。在当前国家重点关注的机动车PM2.5的排放量方面，甲醇汽车因其较低的碳化合物、氮化合物排放量，PM2.5的排放量也随之降低。根据国家最新汽油车燃用M15甲醇汽油PM2.5排放测试显示:低比例M15甲醇车颗粒物排放数量降低70%以上。

表1　各种汽车燃料常规排放比较g/km

图1　不同汽车燃料常规排放量测试对比（单位g/km）

在非常规排放方面，甲醇汽车醛类物排放对环境的影响是各界关注的焦点，并成为甲醇汽车发展的重要影响因素［6，7］。根据北京理工大学汽车动力性及排放测试国家实验室的测试数据计算:甲醇汽车的主要醛类排放物甲醛、乙醛、丙烯醛、丙醛、甲基丙烯醛、丁醛分别比汽油车排放增加了108.9%、916%、-34.8%、86.5%、390%、160%。除了丙烯醛，甲醇汽车醛类排放整体高于汽油车，但在加装三元催化器后，甲醇汽车的醛类排放物甲醛、乙醛比未加装催化剂时分别减少了98.4%、98.6%，其排放值与汽油车相当，在现有的技术条件下，甲醇汽车的非常规排放完全能够达到国家排放标准。

1.2.2甲醇汽车与其他替代能源汽车全生命周期温室气体排放评价

全生命周期温室气体排放是衡量汽车排放性能的另一项重要指标，能够体现替代能源汽车从矿井到车轮（WTW）整个产业链过程中的温室气体排放量。根据美国阿贡国家实验室开发的GREET软件中的计算模型［8］，本文参照目前新能源汽车研究及开发现状，对车用甲醇燃料全生命周期排放进行了测算和评估，选择包括甲醇汽车在内的5种新能源汽车与传统的汽、柴油汽车进行对比（图2），数据显示:在WTP阶段，E80由于在植物生长阶段的光和作用，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（电动车）排放最高，如果考虑到我国与美国电力消费结构的差异（中国的火力发电量占78%，美国火力发电量占46%），那么我国EV（电动车）在WTP阶段的温室气体排放大幅升高，从而明显降低EV在全生命周期内的GHG排放优势；M85的GHG排放为每英里142g，占总排放量的28%，高于传统汽柴油，与LNG相近。

我国主要的甲醇生产技术路线包括煤制甲醇和焦炉气制甲醇，产能分别达到65.2%和18.7%，其中，焦炉气M85在WTP阶段利用了原本直接进入大气的废气，因此减少了大量温室气体排放（每英里——286g），全生命周期释放的GHG为每英里74g，用焦炉气制甲醇来测算甲醇燃料的全生命周期，将远远低于其它替代能源汽车的全生命周期排放；在PTW阶段，除了电动车实现了零排放，其它新能源汽车的温室气体排放量相当，在PTW（燃料加注到车轮）阶段，甲醇汽车这个阶段的GHG排放为每英里360g，略高于LNG和CNG汽车。

图2　不同燃料全生命周期GHG排放对比

整体来看，以煤制甲醇为基础的甲醇汽车全生命周期温室气体排放高于电动车、CNG汽车，接近于天然气汽车、汽柴油车；在PTW阶段，除了电动车零排放，众多替代燃料汽车的温室气体排放差异并不大。在WTP阶段，温室气体排放从高到底的排序依次为电动车、LNG车、甲醇车、CNG车、汽油车、柴油车，但是如果使用焦炉气、CO2捕集与封存、高硫煤直接气化等方式制备甲醇，在WTP阶段温室气体排放均为负值，将大大降低甲醇汽车全生命周期的温室气体排放值，能够达到和电动车相当的全生命周期温室气体排放量，凸显甲醇汽车的排放优势。

2.1甲醇汽车单车运行经济性评价

甲醇汽车单车运行的经济性直接决定了消费群体能否购买和使用甲醇汽车，同时也是在替代能源汽车市场化竞争中长期生存和发展的关键。根据2015年国家试点山西长治甲醇公交客车单车运营数据，在购车价格方面，甲醇汽车价格与相同型号的汽柴油车价格相当，也远低于LNG和电动汽车。每百公里甲醇汽车运行费用比汽油车节省约33%，每年比汽油车燃料费用节省8.4万元、比天然气汽车燃料费用高1.9万元。对于私营公交企业、出租车企业、个人使用甲醇汽车来说，在没有政策补贴的情况下，甲醇汽车在购车价格和燃料费用依旧保持了良好的经济性，成为开拓市场的关键因素。

2.2甲醇燃料长期经济性评价

保持长期、稳定、低廉的价格是甲醇汽车能够赢得消费者市场的重要保证，也是我国保障能源、经济安全和选择车用替代燃料的初衷。近10年来，甲醇价格区间基本保持在2000～3000元，价格较为平稳，根据当前我国多煤、少气、少油的供应格局，油气价格长期仍然看涨，而我国煤炭资源丰富、甲醇产能相对过剩，甲醇价格将长期保持低位缓慢增长的趋势，相比其它燃料汽车，价格优势进一步凸显。根据甲醇与汽油、甲醇与天然气、甲醇与柴油的实际替代比1.6∶1、1.8∶1和2.2∶1计算（图3），相同行驶里程下，使用甲醇燃料比使用汽油可节省55%左右的燃料成本，比使用天然气节省约20%左右的燃料成本，比使用柴油节省约29%左右的燃料成本，甲醇用作车用燃料成本更低，经济性更好。

2.3甲醇汽车基础设施建设经济性评价

基础设施建设投资额度的大小直接影响到加注网络能否大范围布局，相比天然气汽车、电动汽车，甲醇汽车燃料加注站的建设具有显着的经济优势，天然气加气站、电动车充电站的建设费用在300～1000万元之间，甲醇撬装式加注站单站建设费用为30～40万元，仅为加气站和充电站建设费用的1/10，具有显着的成本优势；如果对现有的汽柴油加注系统进行改造，费用仅需2～3万元，大大减少了像天然气汽车、电动汽车大范围重新布局所带来的经济成本，能够更好地吸引社会投资。值得一提的是，甲醇与汽柴油同为液体燃料，甲醇燃料加注体系可有效地融入现有的汽柴油加注体系之中，形成“汽油——柴油——甲醇”三位一体的多功能燃料加注站。

图3　不同替代燃料价格对比

3.1丰富的煤基燃料保障规模应用

长期、充足、稳定的燃料供应是替代能源汽车发展的另一个关键环节。当前，我国甲醇的产能供应来源主要是煤制甲醇、焦炉气制甲醇、高硫高灰劣质煤，丰富煤炭资源储量为煤制甲醇提供了长期的资源保障，除了当前煤化工工艺条件下生产的甲醇外，高硫煤制甲醇和焦炉气制甲醇是甲醇产能的重要增量和补充，而且两种技术路线能够实现煤炭废弃资源的再利用，大大降低燃料生产过程中温室气体的排放量。我国的高硫高灰煤国家一般限制开采，按目前全国煤炭资源预测总量和探明煤炭储量匡算，高硫煤预测总量和探明储量分别是4260亿吨和620亿吨［9，10］。据粗略估算（表2）:高硫煤资源若全部制取甲醇，其等热量可用燃料量为143亿吨，按2015年全国成品油表观消费量计算，甲醇燃料静态使用年限可达40～60年，可以作为过渡时期我国车用燃料的重要补充。

焦炉气制甲醇是满足甲醇车用燃料供应的另一重要来源。我国焦炉煤气产量大，按1吨焦炭可生产430m3焦炉煤气匡算，2014年我国焦炭产量4.77亿吨，占全球总产量的67%以上，并副产数量巨大的焦炉气。据中国炼焦协会统计，全国有大、中、小焦化企业2000多家，其中钢铁企业占据1/3的产能，但其焦炉气几乎全部用作燃料或冶炼还原剂；剩余2/3的产能来源于独立的焦化企业。按每吨焦炭副产约430m3焦炉气计算（表3），独立焦化企业每年副产焦炉气1364亿m3左右，焦炉气制甲醇单耗2000m3计算，可生产甲醇6800万吨，折算成汽油4160万吨，相当于我国年成品油消费量的15%，可有效填补我国汽柴油的需求缺口。

表2　高硫煤制取甲醇替代燃料计算表

表3　焦炉气制取甲醇替代燃料计算表

3.2潜在的汽车消费市场和燃料供应网络保障规模应用

从汽车消费市场的增长趋势来看，2000年以来我国汽车消费量年均增速一直保持在10%以上，2014年汽车保有量已达1.54亿辆，但按人均汽车保有量来看，中国汽车消费增长空间巨大。从全球汽车保有量的现状来看，美国百人汽车保有量超过80辆，日本超过60辆，中国为11辆，世界平均百人汽车保有量15辆［13］，中国不仅远低于发达国家，也与世界平均水平有相当差距；从发达国家汽车消费的增长趋势来看（图4），在人均GDP 5000美元至人均GDP 22000美元之间（按购买力平价统计），人均汽车保有量大致保持年均7%以上的线性增长趋势。当前，我国人均GDP9966美元，人均百人汽车保有量为11辆，以发达国家汽车保有量的增长趋势为参照，我国在未来很长一段时期内仍将处于汽车消费、燃料油消费的高增长期，长期稳定的增长将为甲醇汽车占有汽车消费市场提供广阔前景。

图4　发达国家及中国汽车消费增长趋势

从我国甲醇燃料供应空间来看，中西部地区具备汽车消费市场增长空间大、甲醇燃料供应充足的双重优势。当前，一线城市人均百人汽车拥有量及增速高于二三线城市，已达到世界平均水平，二、三线城市仅为8辆和6辆［14，15］，但随着经济的增长，我国汽车消费的重心将逐步向中西部转移，同时，中西部地区又是甲醇燃料供应的集中区域，西北、华北、华中、东北等区域是中国甲醇产能的富集区，能够为甲醇汽车市场的扩张提供充足燃料供应；汽车潜在的增长市场与燃料供应市场重合，从而能够更好地保证甲醇汽车的规模化应用。东部地区发展甲醇汽车市场可依赖国外充足的甲醇供应，实现低价、规模化发展，一方面能够实现我国汽车燃料国外供应来源的多元化，摆脱过分依赖、发展油气燃料的困境，甚至也可以发挥我国在甲醇汽车及燃料的全球领先优势，制定并建立行业国际标准，通过我国成熟的甲醇汽车技术影响全球燃料资源的利用，如向中东、西亚等国外富醇地区出口甲醇汽车，将有益于中国提高替代能源汽车国际竞争新优势。

3.3容易建设的配套设施保障规模应用

替代燃料汽车能够在未来10～20年规模化应用，不能长期在国家计划支持、资金补贴的基础上发展，而应更多地让市场去决定其方向，作为最重要的基础设施建设，建设成本、技术难易度、能够快速复制和推广是保障能否规模化应用的重要条件。甲醇汽车配套设施是基于汽柴油燃料储运、输配、加注系统的技术基础上改造而成，技术成熟、成本较低，20万元可新建一座撬装式加注站，2万元可改造一座油罐，低廉的加注站建设费用较易吸引投资和建设。从替代能源加注站布局的特点来看，在天然气管网、电网尚未覆盖的区域，甲醇汽车加注网络的建设布局具有周期短、费用少、可快速复制的特点，可依托矿山、公交、物流场所、旅游等现有的燃料加注设施改造建设，而且还可以在高速沿线、城际公交沿线、甲醇贸易物流沿线布局甲醇加注站，进而实现区域性、全国性的加注网络，实现分布式的替代能源利用。如果能在现有的汽柴油加注站配备甲醇撬装式加注设施，将大大缩减土地、资质审批、建站费用及建站时间，实现车用燃料的大规模替代，可以说，相比电动汽车、天然气汽车，甲醇汽车加注网络的规模化发展更具有成本优势，技术门槛低、推广更加便利。

对于中国汽车产业发展和燃料安全供给而言，立足于国内的资源禀赋、技术优势，发展具有中国特色的替代能源汽车尤其重要。甲醇汽车技术成熟、经济性较好、大范围运行资源长期可供，是中国未来10—20年替代能源汽车发展的重要补充，作者认为甲醇汽车产业拥有技术、经济优势和良好的产业发展前景，应加快建立集技术研发、规模化生产、多样化服务为一体的产业化体系，成为中国车用替代燃料及替代燃料汽车发展的重要组成部分。

［1］何光远.甲醇汽车与煤炭高效清洁综合利用［N］.中国工业报，2015-11-27，（A02）

［2］张智力，李茂德.几种汽车替代燃料的技术经济比较［J］.能源研究与信息，2002，（2）:80～85

［3］尹航，郝春晓，葛蕴珊，等.不同掺混比例甲醇汽油车的排放特性［J］.环境科学研究，2011，（8）:917～924

［4］谢聪.甲醇汽油的排放特性和毒性分析［J］.中外能源，2014，（12）:22～27

［5］夏琦，姚春德，魏立江，等.柴油/甲醇组合燃烧发动机的氮氧化物排放研究［J］.环境科学学报，2014，（2）:345～348

［6］金盼盼.汽车非常规污染与甲醇含量测试方法研究［D］.西安:长安大学，2013

［7］谭建伟，李鲁强，宋亚楠，等.甲醇燃料汽车醛酮排放测试技术研究［J］.实验室科学，2015，（3）:40～43，47

［8］Alternative Fuel Life-Cycle Environmental and Economic Transportation（AFLEET）Tool［EB/OL］.https:∥greet.es.anl.gov/files/ afleet-tool

［9］戴和武，李连仲，谢可玉，等.谈高硫煤资源及其利用［J］.中国煤炭，1999，（11）:26～30

［10］张卫国，朱勇.我国高硫煤资源研究［J］.广州化工，2014，（2）:24～25

［11］宋洪柱.中国煤炭资源分布特征与勘查开发前景研究［D］.北京:中国地质大学，2013

［12］陈文敏，白向飞，丁华.浅谈中国煤炭资源的高效洁净利用［J］.煤质技术，2015，（S1）:6～15

［13］世界银行.机动车（每千人）［EB/OL］.http:∥data.worldbank.org.cn/indicator/IS.VEH.NVEH.P3.2012，2012-09-14

［14］赵玮.中国区域汽车产业发展之现状［J］.汽车与配件，2014，（1）:35～36

［15］新华网.中国二、三线城市汽车市场增长空间巨大［EB/ OL］.http:∥news.xinhuanet.com/fortune/2013-07/14/c-116528941.htm，2013-07-14

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 Chinas 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

国家社会科学基金课题“中国战略性矿产资源国际话语权研究”（项目编号:14CGJ018）；北京大学世界新能源战略研究中心第四期资助课题“中国车用替代燃料大规模应用可行性研究”（项目编号:201414）。

徐铭辰，赛迪智库工业经济研究所经济学博士，北京大学国际关系学院博士后。研究方向:工业经济、替代燃料汽车、能源战略。彭华，北京大学国际关系学院硕士研究生。研究方向:替代燃料、新能源应用。

（责任编辑:史 琳）