天然气汽车专题：我国天然气汽车的发展及其对汽柴油消费的替代.pdf

研究院 原油与商品策略组 潘翔 能源策略总监兼首席原油研究员 0755-82767160 panxianghtfc 从业资格号： F3023104 投资咨询号： Z0013188 联系人： 孙家南 0755-23887993 sunjiananhtfc 从业资格号： F3039730 宋晨阳 0755-23887993 songchenyanghtfc 从业资格号： F3042880 康远宁 0755-82767160 kangyuanninghtfc 从业资格号： F3049404 华泰期货 |天然气汽车专题 2018-08-31 我国天然气汽车的发展及其对汽柴油消费的替代 早在上世纪 60 年代 ，天然气 汽车已在我国的道路交通领域崭露头角 ， 到如今历经了近 60 年的岁月，已发展到相当的规模。 而在 当下， 我国推行环保和 改善能源消费结构 的 大势所趋 ，天然气汽车作为一种清洁能源汽车 ， 势必将扮演更加重要的角色。 天然气汽车将同新能源汽车一起 改善我国的蓝天白云 ，并替代 大量汽柴油消费， 间接减少我国石油的对外依存度。 本文 将 首先为大家介绍天然气汽车的基本概念， 包括其定义和分类 ， 然后再 回顾天然气汽车在我国的 发展 历史，以及 到 现在 的 规模与市场 细分情况 ； 接着 ， 我们 将分析 影响 天然气汽车 发展的主要 因素，并 由此 展望其未来的走向； 最后，我们 将落脚于天然气 汽车对传统 汽车燃料 的替代 作用 ，利用现有 数据 推算出 当前 天然气汽车对我国汽柴油消费的具体替代量。 华泰期货 |天然气汽车 专题 2018-08-31 2 / 14 天然气汽车基本概念 天然气汽车定义 天然气汽车，即以天然气作为燃料提供动力的汽车。 天然气 是指天然蕴藏于地层中的 烃 类和非烃类气体的混合物。 其主要成分是甲烷（ 4） ，通常含有其他烷烃（乙烷、丙烷、丁烷），有时也含有少量二氧化碳（ 2）、氮、硫化氢（ 2）以及氦。 天然气汽车分类 按照燃料储存状态的不同，天然气汽车可以分为压缩天然气汽车和液化天然气汽车。压缩天然气（ Compressed Natural Gas,简称 CNG）指压缩到压力大于或等于 10MPa 且不大于25MPa 的气态天然气，是天然气加压并以气态储存在容器中。 液化天然气 (Liquefied Natural Gas，简称 LNG)是天然气经压缩、冷却至其沸点（ -161.5 ）温度后变成液体，通常液化天然气储存在 -161.5 摄氏度、 0.1MPa 左右的低温储存罐内。 一般来说，车用压缩天然气的压缩比例大约为 1： 200，即 13压缩天然气能够转化为常压下 2003的天然气；而液化天然气的压缩比例大约为 1： 625，即 13的液化天然气能够转化为常压下 6253的天然气。因此携带相同的体积燃料的压缩天然气汽车和液化天然气 汽车相比，液化天然气汽车的续航里程理论上是压缩天然气汽车的 3 倍以上。 按照燃料使用状况的不同，天然气汽车可以分为单一燃料天然气汽车、两用燃料天然气汽车、双燃料天然气汽车。单一燃料天然气汽车即发动机仅使用天然气一种燃料提供动力的汽车；两用燃料天然气汽车即发动机可以使用天然气或另一种燃料（一般为汽油）提供动力的汽车，但两种燃料不能同时混合使用；双燃料天然气汽车即发动机能同时混合使用天然气和另一种燃料（一般为柴油）的汽车。 实际应用中， LNG 汽车以单一燃料为主， CNG 汽车则以两用燃料与双燃料为主。 按照具体车型（车 辆用途）的不同，天然气汽车可以分为天然气乘用车、天然气商用车。天然气乘用车又可以分为天然气家用车与天然气出租车，天然气商用车可以分为天然气客车与天然气货车。 实际应用中， 天然气乘用 车几乎都是 CNG 汽车， 且多为两用燃料汽车； 而在 天然气商用车领域中 ， CNG 和 LNG 汽车都普遍存在 ，其中 CNG 汽车 同样 多为双燃料汽车。 结合上述三种分类方式 与实际应用情况 ，我们可以对天然气汽车做一个更为具体的种类划分，如下表所示： 华泰期货 |天然气汽车 专题 2018-08-31 3 / 14 表格 1：天然气汽车分类 按燃料储存状态划分 按燃料使用状况划分 按车辆用途划分 CNG 汽车 CNG/汽油两用燃料汽车 CNG/汽油两用燃料家用车 CNG/汽油两用燃料出租车 CNG/柴油双燃料汽车 CNG/柴油双燃料客车 CNG/柴油双燃料货车 LNG 汽车 LNG 单一燃料汽车 LNG 单一燃料客车 LNG 单一燃料货车 数据来源：公开资料整理 华泰期货研究院 图 1： CNG 乘用车 图 2： LNG 货车 数据 来源： 公开资料 华泰期货研究 院 数据 来源： 公开资料 华泰期货研究 院 中国 天然气汽车历史回顾 作为一种 较为 清洁 的 能源，天然气早 至 上世纪 60 年代 便在我国作为汽车燃料使用，到 现在我国天然气汽车已历经近 60 年的时光。回顾历史， 并 参考中国汽车工程学会特聘专家李永昌先生的文章 中国天然气汽车的发展历程掠影 ，我们可以 大致 将中国天然气汽车的 发展华泰期货 |天然气汽车 专题 2018-08-31 4 / 14 轨迹分为 4 个阶段。 萌芽阶段 （ 1960-1980） 我国 天然气汽车 萌芽于上世纪 60 年代的四川。 1960 年，因汽油供给紧张，四川自贡便利用当地丰富的天然气资源作为汽车燃料，即在客货车上采用橡胶帘布制造的气包来盛装天然气，这种以天然气作为燃料的汽车被称为“气包车”。后来，泸州、宜宾、成都、重庆、中原油田（濮阳）、开封等地也曾先后效仿使用过气包车，气包车也为这些地区克服汽油短缺问题发挥了一定的积极作用。 同样是在 60 年代的四川，我国对 天然气汽车 的系统研究也拉开了序幕。 1961 年左右，为响应国家科委制定的“天然气综合利用规划”，在四川省科委的牵头和组织下，四川省机械研究院、自贡汽研三站等单位开始了对天然气汽车（包括 CNG 汽车和 LNG 汽车）的研究，并在此后十多年的时间进行了大量天然气汽车的试验，取得了一定的进展。 1966 年，我国第一辆 CNG 汽车在自贡诞生； 1971 年，我国第一辆 LNG 汽车在自贡诞生。 启动阶段 （ 1980-1995） 80 年代开始，我国开始从国外学习和引进天然气建站改车方面的先进技术，并开始 CNG 汽车的生产和 CNG 加气站的建设。 1989 年，在自贡市荣县，我国第一个 CNG 加气站建成并投入使用。 1990-1995 年，全国多个地方开始了 CNG 加气站的建设与投产。截至 1995 年，我国共建有CNG 加气站 39 座，其中 24 座在四川；同时，全国 CNG 汽车保有量近 2400 辆，其中约 70%在四川。 在 CNG 汽车发展初见成果之际，我国也在开封、北京、绵阳、吉林等地继续开展着对 LNG汽车的研究、试验与改进。 示范推广阶段（ 1996-2000） 天然气汽车 示范推广阶段，加气站建设和 天然气汽车 推广已上升为政府主导行为。 1996 年，国家科委和原中国石油天然气总公司联合召开了首届北京电动汽车及代用燃料国际展览会。1999 年国家成立了由科技部、交通部、建设部、环保总局等 13 个部委组成的全国清洁汽车协调领导小组，确定了 12 个城市为示范城市开展清洁燃料汽车的试点运行。并主要在公共汽车、出租车行业中推广清洁 天然气汽车 。 这一阶段具有如下特点： 1）加气站建设和 天然气汽车 推广已上升为政府主导行为； 华泰期货 |天然气汽车 专题 2018-08-31 5 / 14 2）制定了一些技术标准，建站改车行为走向规范化； 3）国产设备逐渐走向成熟，多数地区加气站设备已趋向国产化。 快速发展阶段（ 2001- ） 进入新世纪以来，我国 CNG 汽车进入快速发展阶段。 CNG 汽车加气站如雨后春笋般遍布全国各地。 而随着 LNG 汽车相关技术的逐渐成熟，我国 LNG 汽车也开始进入商业推广阶段，全国各地开始建起 LNG 接收站和 LNG 加气站，而 LNG 汽车也逐渐在汽车市场上（特别是客车和重卡市场上）占据一席之地。 到 2012 年底，我国 LNG 汽车保有量达到 7.5 万辆，该数据首次攀升至世界第一； 2014 年底，我国 CNG 汽车保有量达到 441.1 万辆，该数据首次跃居世界第一。 中国天然气汽车现状概况 总体情况 截至 2017 年年底，我国天然气汽车保有量达到 608 万辆，其中压缩天然气汽车保有量达到573 万辆，液化天然气汽车保有量达到 35 万辆；天然气加气站保有量达到 8400 座，其中压缩天然气加气站保有量达到 5300 座，液化天然气加气站保有量达到 3100 座，这六项数据当前 均位居世界第一位。从 总体规模 来看，我国天然气汽车 的发展已走在世界前列。 从增长速度来看，近两年我国天然气汽车保有量的增长 有所 放缓， 2016 年和 2017 年的同比增速开始 滑落到 10%以 下， 分别为 7.4%和 9%。 而其中 LNG 汽车的增速要明显高于总体水平，在2017 年的同比增速为 34.6%，与之相比 CNG 汽车的保有量增速仅为 7.8%。 从 天然气汽车 的 燃料 消耗情况来 看 ， 2016 年中国天然气汽车的天然气消费量为 255 亿米方米，同年天然气的整体消费量为 2078 亿立方米，来自于汽车的天然气消费量占到天然气总消费量的 12%。 华泰期货 |天然气汽车 专题 2018-08-31 6 / 14 图 3：中国天然气汽车保有量及增速 单位：万辆 图 4：中国 CNG/LNG 汽车保有量及增速 单位：万辆 数据 来源： 中国能源网 节能与新能源汽车网 华泰期货研究院 数据 来源： 中国能源网 节能与新能源汽车网 华泰期货研究院 图 5： 中国天然气加气站保有量及增速 单位： 座 图 6： 中国 CNG/LNG 加气站保有量及增速 单位：座 数据 来源： 中国能源网 节能与新能源汽车网 华泰期货研究院 数据 来源： 中国能源网 节能与新能源汽车网 华泰期货研究院 图 7： 中国天然气 消费量及增速 单位： 亿立方米 图 8： 中国 交通运输天然气消费量及增速 单位： 亿立方米 数据 来源： Wind 华泰期货研究 院 数据 来源： Wind 华泰期货研究 院 0%10%20%30%40%50%60%01002003004005006007002010 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017天然气汽车保有量 较上年增速0%50%100%150%200%250%300%01002003004005006007002010 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017CNG汽车保有量 LNG汽车保有量CNG保有量较上年增速 LNG保有量较上年增速0.0%10.0%20.0%30.0%40.0%50.0%60.0%01000200030004000500060007000800090002010 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017天然气加气站保有量 天然气加气站较上年增速0%50%100%150%200%250%01000200030004000500060002010 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017CNG加气站保有量 LNG加气站保有量CNG加气站较上年增速 LNG加气站较上年增速0%5%10%15%20%25%05001,0001,5002,0002,5002010 2011 2012 2013 2014 2015 2016天然气消费量 同比增速0%5%10%15%20%25%30%35%0501001502002503002010 2011 2012 2013 2014 2015 2016天然气消费量（交通运输） 同比增速华泰期货 |天然气汽车 专题 2018-08-31 7 / 14 市场 细分情况 对于 天然气汽车的市场细分情况， 从 产量 来看， 各车型在 2017年份额由高至低排列分别为：CNG 两用燃料乘用车、 LNG 重卡、 CNG 两用燃料货车、 LNG 客车以及 CNG 两用燃料客车 ，其在 2017 年的产量分别为： 108794 辆、 95897 辆、 44602 辆、 13270 辆以及 356 辆，相应的份额占比为： 41.38%、 36.47%、 16.96%、 5.05%以及 0.14%。 图 9： 天然气汽车各车型产量（ 2012-2017） 单位： 辆 图 10： 天然气汽车各车型产量占比（ 2017） 数据 来源： Wind 华泰期货研究 院 数据 来源： Wind 华泰期货研究 院 中国天然气汽车前景展望 当前我国天然气汽车 虽然已经具备世界第一的保有量规模，但考虑到我国庞大的人口基数和汽车保有量，这个市场还远远未到饱和的程度。从保有量渗透率的数据也可以看出， 2017年，我国 天然气汽车保有量占汽车总保有量的比例仅为 2.8%，这个数字远远低于部分发展中国家（如伊朗 32%，巴基斯坦 33%）。理论上来说，我国天然气汽车依然拥有广阔的发展空间，但 发展不仅需要空间 ， 还需要动力。 要探究 中国 天然气汽车的 前景 ，我们 还 需要 进一步 分析 影响 天然气汽车 发展的主要因素， 找到 其背后 潜在 的推动力。 影响 我国 天然气汽车发展的主要因素 相较于传统燃油汽车，天然气汽车 当前的 优势 主要 在于环保性 与 经济性。 天然气 汽车的环保性很好地吻合了国家节能减排的绿色发展要求，同时 天然气汽车 对传统汽柴油的替代以及对天然气资源的利用也助于国家减少石油消耗，改善整体能源消费结构。因此在宏观层面，政府将通过各种政策和规划支持 天然气汽车 的发展，引导其形成合理的市场规模和结构 。 而 天然气汽车 的 经济性则将直接从微观层面影响消费者对 其 的购买（改0200004000060000800001000001200001400002012 2013 2014 2015 2016 2017CNG两用燃料货车 CNG两用燃料客车 CNG两用燃料乘用车LNG重卡 LNG客车16.96%0.14%41.38%36.47%5.05%CNG两用燃料货车 CNG两用燃料客车 CNG两用燃料乘用车LNG重卡 LNG客车华泰期货 |天然气汽车 专题 2018-08-31 8 / 14 装）和使用。 综上，对于中国 天然气 汽车的未来发展，其主要动力来源有两个：一是国家对于 天然气汽车的政策支持与导向， 二 是其自身的经济性。中国道路协会 通过 调研， 也给出了相似的结论：即 当前国家政策和车用天然气价格是影响天然气汽车发展的主要因素 。 因此我们接下来 将从这两方面入手，探索天然气汽车 未来 发展的动力 所在 。 我国天然气汽车的相关政策 我们对近几年我国有关天然气汽车的 主要 国家政策进行了一个梳理，具体情况如下表： 表格 2：天然气汽车 相关国家政策汇总 政策名称 发布时间 发布机构 相关内容 能源发展战略行动计划（ 2014-2020） 2014 年 6 月 国务院办公厅 “ 到 2020 年，天然气消费占一次能源消费比重达到 10%” “ 稳步发展天然气交通运输。稳步发展天然气交通运输。结合国家天然气发展规划布局，制定天然气交通发展中长期规划，加快天然气加气站设施建设，以城市出租车、公交车为重点，积极有序发展液化天然气汽车和压缩天然气汽车，稳妥发展天然气家庭轿车、城际客车、重型卡车和轮船。 “ 国家应对气候变化规划（ 2014-2020 年） 2014 年 9 月 国务院 “把推广使用天然气车船作为控制交通领域排放的重要措施” “积极推广天然气动力汽车” 关于节约能源 使用新能源车船车船税优惠政策的通知（财税 201551 号） 2015 年 5 月 财政部 国家税务总局 工信部 “将天然气商用车列为节约能源商用车减半征收车船税。” 天然气发展“十三五”规划 2016 年 12 月 24日 发改委 “积极支持天然气汽车发展，包括城市公交车、出租车、物流配送车、载客汽车、环卫车和载货汽车等以天然气（ LNG）为燃料的华泰期货 |天然气汽车 专题 2018-08-31 9 / 14 运输车辆，鼓励在内河、湖泊和沿海发展以天然气（ LNG）为燃料的运输船舶。 2020 年气化各类车辆约 1000 万辆，配套建设加气站超过 1.2 万座，船用加注站超过 200 座 。” 加快推进天然气利用的意见 2017 年 6 月 23日 发改委 “到 2030 年，力争将天然气在一次能源消费中的占比提高到 15%左右” ” 在高速公路、国道省道沿线、矿区、物流集中区、旅游区、公路客运中心等，鼓励发展 CNG 加气站、 LNG 加气站、 CNG/LNG 两用站、油气合建站、油气电合建站等。” 数据来源：公开资料整理 华泰期货研究院 总体来说，我国对天然气汽车的发展是持支持鼓励态度的 ， 但相较于新能源汽车，国家 层面对天然气汽车缺少相应的补贴政策，仅有部分地方政府对天然气公交车、重卡给予补贴（但相应 的 补贴政策基本都在 18 年之前到期）。当前国家对 天然气汽车 的政策支持更多是站在利用天然气资源、改善能源消费结构的角度，把天然气汽车作为推进天然气资源利用的重要力量 ，而不是一项单独的产业来推动。 虽然国家对于 天然气 汽车发展缺少直接的补贴支持，但对天然气资源的利用推进，对 天然气汽车 基础设施的建设，为 天然气汽车 获得稳定燃料来源提供更厚实的基础，并有望在未来进一步降低 燃料 成本，提高 天然气汽车 的经济性，间接地促进 天然气汽车 的发展。 天然气汽车的经济性 对于汽车车主，尤其是营运性车辆车主而言，燃料的 价格 和车辆购置（改装）的成本无疑是选择 是否使用 天然气汽车 时的 重要 考虑因素 。 这里为了更直观地体现天然气汽车的经济性，我们以 CNG 出租车和 LNG 重 卡为代表，用具体例子 来做说明。 对于 CNG 出租车，我们以山东济南运营的出租车为例，以汽油为燃料的百公里耗油量大概为 10 升， 结合热值与实际燃烧效率，我们 在这里 假设 汽油 和天然气消耗比为 1 升 :1 立方米， 则 CNG 为燃料的百公里耗气量大概为 10 立方米。 采用 18 年 5 月 12 号的市场零售价，93 号汽油价格为 7.19 元 /升，车用 CNG 零售价为 3.8 元 /立方米，则每百公里汽油成本为71.9 元，百公里 CNG 成本为 38 元，每百公里可节省燃油费用 33.9 元 。 大部分的 CNG 汽车来源于“油改气”改装，一般一次“油改气”的成本大约在 4000-8000 元，若以 6000 元华泰期货 |天然气汽车 专题 2018-08-31 10 / 14 来算，则对于当前济南运营的出租车司机来说，运行约 1.77 万公里节省的燃料费用可完全覆盖改装成本。 对于 LNG 重卡，我们 以广东深圳运营的重卡为例，以柴油为燃料的每百公里油耗以 45L来算 ,结合 热值与实际燃烧效率，我们 在这里 假设 柴油和天然气消耗比为 1 升 :1.2 立方米，则消耗天然气大约为 54 立方米， 大约 相当于 36.7 公斤 LNG。 采用 18 年 5 月 12 号的市场零售价， 0 号柴油价格为 6.85 元 /升，车用 LNG 价格为 4.3 元 /公斤。则使用柴油每百公里成本约为 308 元，使用 LNG 每百公里成本约为 158 元 。每百公里 LNG 重卡比柴油重卡节约燃料成本 150 元，。 LNG 重卡购置成本大约要比同马力国 VI标准柴油重卡高 10 万元左右，则依以上计算结果只需运行 约 6.7 万公里 则可以收回成本。 从这两个例子可以看出，在当前的油气差价下，无论是 CNG 汽车还是 LNG 汽车，其 当前的燃料油价格优势 都是十分明显的。 事实上， 按照 上述例子中的计算过程，我们可以脱离当前的 燃料价格水平，对天然气汽车经济性的“边界”做一个理论上的 大致 推算。 对于 CNG 出租车，其百公里 油耗量 /气耗量继续使用前文的假设，对于汽油价格我们设为 y元 /升，而对于 CNG 价格我们设为 x 元 /升。则每百公里汽油成本为 10*y 元，百公里 CNG成本为 10*x 元，因此每百公里可节省燃油费用为 10*（ y-x）元， 假设出租车司机 希望 运行2 万公里收回改装成本，则： 200*10*（ y-x） 6000，最终得到结果为： y-x 3。因此 ，当汽油单价与 CNG 单价的差值大于 3 元时， CNG 汽车便相较汽油汽车具有经济性。 对于 LNG 重卡，其百公里油耗量 /气耗量继续使用前文的假设，对于柴油价格我们设为 y元/升，而对于 LNG 价格我们设为 x 元 /公斤 ，因此每百公里可节省燃油费用为 45*y-36.7*x，这里我们假设重卡司机希望运行 20 万公里后收回额外的购置成本 ， 则依照与前面相同的计算过程， 得到： 2000*（ 45*y-36.7x） 100000，由此 我们可以算出 LNG 重卡经济性的条件为： y-0.815*x 109 。 当然，前文的 2 万公里和 20 万公里都只是我们对 营运性车辆 车主 成本回收 预期的一个主观估计， 其中对于乘用车来说， 家用车车主的心理预期又 可能 会与 出租车 车主的截然不同。 这里我们可以通过设置不同的成本回收里程，来得到不同 预期下 的天然气汽车经济性的“边界”。其具体情况如下图：