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天然氣汽車簡介與日本業界推展概況

2005/09/05 經濟部能源局 點閱人次: 780

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▓撰文:陳文樹

天然氣(Natural Gas)又稱為天然瓦斯,主要成分為甲烷,並含有些許的乙烷、丙烷、丁烷等成分,以及少量不可燃性氣體之碳氫化合物,是相當乾淨的能源。

車輛的動力有以汽油、柴油做為燃料,也有以電力或太陽能來驅動。最為普遍的汽油車將汽油與空氣於化油器(Carburetor)混合,再將混合氣送至汽缸,經壓縮後以火星塞點燃;柴油車則是將做為燃料的柴油,經高壓泵、噴油嘴增壓後噴出於既經壓縮的空氣而點燃。電力車則是以蓄存有電力的電瓶組做為驅動車輛的動力配備,故並無引擎之裝置,俟電瓶組缺乏電力時再予充電補充;而某些特殊用途的電動車則可與太陽能發電裝置相連結,將日光發電產生之電力補充於電瓶組內。

以下本文所介紹的天然氣汽車(Natural Gas Vehicle,NGV),是指以天然氣做為燃料的汽車,其產生動力的方式和汽油車較為接近,天然氣亦須先和空氣混合再行點燃,使得天然氣內主要的成分甲烷可和空氣中的氧進行激烈燃燒,釋放能量轉化為驅動車輛行進的動力。

20世紀的新興車種

將汽油或柴油引擎改裝為壓縮天然氣(CNG)用之引擎,邊際效益往往不高,因此汽車生產商開發出原裝的CNG汽車和引擎。在早期,駕駛人尚對天然氣汽車(NGV)缺乏認識,亦無足夠的基礎設施,且鑑於NGV的管理規範並不完備,因此對使用NGV的意願並不高。由此觀之,天然氣汽車的推廣工作首要目標為降低成本、提高方便性和普及性。NGV依天然氣的儲存方式,可大致分為:

一、常壓天然氣汽車:指天然氣以常壓方式充裝於汽車頂部的儲氣囊內,直接供給引擎燃燒的天然氣汽車。

二、壓縮天然氣汽車(Compressed NGV):將車用天然氣壓縮並充裝於汽車用壓縮天然氣儲氣瓶內,使用時須先經減壓器減壓,再供給引擎燃燒的天然氣汽車。

三、液化天然氣汽車(Liquidized NGV):將天然氣在-162℃低溫液化後,儲存於液化天然氣儲氣罐中,使用時須先經氣化再供給引擎燃燒的天然氣汽車。

另若依其使用方式作區分,則可分為以下數類:

一、單一燃料天然氣汽車(Dedicated NGV):僅以天然氣做為燃料的汽車。

二、雙燃料天然氣汽車(Bi-Fuel NGV):以汽油、天然氣兩種燃料同時混合燃燒,以產生動力的天然氣汽車。

三、兩用燃料天然氣汽車(DuaL-Fuel NGV):可分別使用汽油、天然氣兩種燃料燃燒而驅動車輛的天然氣汽車。

五花八門的加氣方式 要推廣天然氣汽車的使用,自然要普設天然氣汽車加氣站(Refuelling Stations或Filling Stations),以固定或移動方式使天然氣汽車得以充裝天然氣。一般是先將天然氣壓縮儲存,並有管線設施可對天然氣汽車加氣,這些用於對汽車充裝壓縮天然氣(CNG)的加氣站,可分為幾種設施:

一、固定站(CNG Filling Stations):建置於固定地點,經由壓縮機將天然氣壓縮並儲存在高壓槽體中,再藉由加氣機予汽車加氣。

二、移動站(CNG Mobile Filling Stations):加氣站的相關設備、裝置,安裝在一大型車體上,可移動至不同地點,接上電源與氣管後即能對汽車加氣的可移動站。

三、地下站(CNG Underground Filling Stations):在用地不易覓得的都會區,將壓縮天然氣儲存槽構建於地下,但需以連接管線在地面上對汽車加氣。

四、屋頂站(CNG Roof-Mounted Filling Stations):與前述的地下站相反,係將壓縮天然氣儲存槽等設施建於屋頂,但可在地面對汽車加氣。

五、子母站(CNG MD Filling Stations):在未設置天然氣管道的地區或城市,以大型CNG拖車,將供氣站(即母站)的天然氣運送到多處的加氣站(即子站)之加氣方式。

六、小型加氣裝置(Small CNG Filling Stations):供家庭汽車加氣的小型慢式加氣裝置,其加氣速度為每小時8立方公尺左右。

七、快充CNG加氣站(CNG Quick Filling Stations):係將天然氣高壓儲存,俾可較一般的固定加氣站對天然氣汽車進行快速加氣。

八、慢充CNG加氣站(CNG Slow Filling Stations):建置在車輛集中停放的停車場,是用壓縮機在夜間或車輛停放時對汽車加氣。

加氣站除了對天然氣汽車充裝已先壓縮過之天然氣外,亦有充裝液化天然氣(LNG)的LNG加氣站,但因投資費用高於充裝壓縮天然氣的加氣站,且站內的電力消耗較大,故數量不若充裝CNG的加氣站普遍。

從環保角度出發的日本

日本是亞洲國家當中,對推廣天然氣汽車較具興趣、也較具成效者。日本的天然氣大多以LNG形式自國外進口,之所以推廣天然氣汽車,目的與將天然氣做為廉價替代燃料的國家有別,旨在減少空氣污染。日本相關業界如公用燃氣公司與汽車生產商,自1980年代以來,即在天然氣汽車的領域投入相當多的努力和經費,在1992年獲得斯時「運輸省」的批准試驗,並被認定是在未來具有市場擴展價值的車種。在後續的試驗中,天然氣汽車可在公共道路上進行一般性的行駛,以測試它是否實用與安全。公用燃氣公司和地方政府,則是經由這些車輛的實地行駛來收集資料。迄1995年12月底,參加試驗的474部車輛,總共累計的行駛里程為480萬公里。此外,通產省也在天然氣汽車的實用性能上,從事極為充實的研究,其中尚包含有碰撞和引致氣爆火焚的危險性實驗。

日本的汽車生產商則在20世紀行將結束之際,已先後致力於天然氣公共汽車和卡車的開發,顯示了天然氣車輛性能的提高和價格的降低將是指日可待。隨著天然氣汽車產量的提高,大多數業者已開始如同生產汽油車和柴油車般的,開闢生產線以量產方式組裝天然氣汽車。一開始,是由公用燃氣公司對汽車生產業者承諾,同意承受一定的開發成本,並購買所生產的全部汽車。受此激勵,汽車生產商自然會樂於投入製造NGV中,而公用燃氣公司也積極宣導其用戶試用NGV,並且由公用燃氣公司承擔有關的費用,以大力創造需求。在進行這些測試時,公用燃氣公司亦向汽車生產商,提供在實際試用過程中獲致的諸多訊息,且對於汽車生產商而言,有關NGV實際使用的資訊,甚至可能比直接的資金協助更加重要。

現今全日本約有7,000餘萬輛的汽車,其中佔17%左右的柴油車所排放出的廢氣,是氮氧化物和懸浮微粒的主要污染源。且根據氣候變化綱要公約第三次締約國大會所簽訂的「京都議定書」,日本應降低二氧化碳的排放量。同時日本政府對於日益嚴重的空氣污染遭受頗大的壓力,認為必須採行有效的措施做為因應,而此一壓力也促使日本對NGV的關切和倚賴愈趨加深。

目前,汽車生產商已積極的開發NGV,其動機並非著眼於公用燃氣公司的要求,而是來自於用戶對NGV的需求,亦即已有市場導向之機制明確浮現了。用戶們正在比較各種高性能、高可靠性和價格公道的天然氣汽車,此一情況對於NGV在市場領域的持續拓展是十分樂觀的。隨著各地方政府開始將NGV引用至在固定線路行駛的公共汽車和垃圾車等,天然氣汽車的推廣開始有大幅的突破,而加氣站的數量也相對增多,之後連運輸公司也開始大規模的使用天然氣卡車。

在很多的日本城市,開始時多半是由公用燃氣公司,假自己的土地建設加氣站,惟隨著天然氣汽車應用規模的擴大,已有頗多的加氣站是由地方政府當局或民營公司建造,以供轄內的車輛使用。此外,若干汽車生產商也跟著建置加氣站,並對公眾開放,致力於經由普設加氣站而推動天然氣汽車的應用。經由前述的努力,現行日本國內的加氣站,已形成了一特定的網狀分布,這對擴展NGV的使用和運行區域的範圍有極大之助益。(作者為中華郵政研究員)


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