Резкий рост числа автомобилей в современном мире потребовал значительного увеличения объемов выработки бензина. Это подтолкнуло ученых и инженеров во всем мире к активному поиску его замены.
В этом поиске специалисты разных стран обращают свое внимание прежде всего на то, чего на их родине имеется с избытком. Так, в Бразилии каждый пятый автомобиль ездит на чистом спирте, вырабатываемом из сахарного тростника. На Филиппинах в качестве заменителя бензина опробован кокозин, получаемый из мякоти кокосовых орехов. Во Вьетнаме горючее научились делать из скорлупы кокосовых орехов. В ФРГ убеждены, что наилучшей заменой бензину является метанол (метиловый спирт) и прогнозируют, что к 2000 г. каждый четвертый автомобиль в мире будет работать на нем.
В результате поиска альтернативы бензину отечественные специалисты остановили свой выбор на газе. Свою точку зрения они объясняют следующим:
1) ресурсы газа значительно превосходят ресурсы нефти и поэтому можно будет спокойно разрабатывать другие топлива для двигателей внутреннего сгорания или даже новые типы двигателей на неуглеводородном топливе;
2) в выхлопах газового двигателя нет сернистого газа (т.к. в природном газе серы, как правило, нет), а концентрация окиси углерода в несколько раз меньше (благодаря большей полноте сгорания газа);
3) среднее октановое число природного газа равно 105, что выше, чем у лучших марок бензина;
4) двигатели на газовом топливе работают в 1,5...2 раза дольше, чем на бензине, т.к. при сгорании газа образуется меньше твердых частиц и золы, вызывающих абразивный износ цилиндров и поршней; кроме того, газ не смывает масляную пленку с поверхности цилиндров, как бензин, и не вызывает коррозию металла.
Для заправки автомобилей газ может применяться в двух видах: газообразном и жидком. В первом случае используется природный газ, который сжимают до 20...25 МПа, а во втором про-пан-бутановая смесь, которую охлаждают до минус 162 °С и хранят под давлением 1,6 МПа. Затраты на сжижение газа в 2...3 раза больше, чем на сжатие. Поэтому экономически более целесообразно использование сжатого газа.
С 1984 г. Московский автомобильный завод имени Лихачева выпускает автомобили ЗИЛ-138А и ЗИЛ-138И, работающие на сжатом природном газе. В перспективе предполагается перевести на газ весь грузовой транспорт. Газ уже применяется и на легковых автомобилях.
Природный газ является перспективным топливом и для авиации. Во всех промышленно развитых государствах она является одним из крупнейших потребителей нефтепродуктов. В 1997 г. совокупное потребление авиационного топлива всеми авиакомпаниями мира составило около 193 млн. т, в том числе странами СНГ - 10 млн. т. В настоящее время практически единственным топливом для воздушного транспорта является авиационный керосин. Однако уже достаточно давно ведутся работы по подбору альтернативных топлив.
В нашей стране в районах нефтедобычи вертолеты завода им. М.Л. Миля летают на так называемом авиационном сконденсированном топливе (АСКТ), получаемом на основе пропан-бутановых фракций, извлекаемых из попутного нефтяного газа.
Одним из альтернативных топлив для авиации является сжиженный природный газ (СПГ). Его применение в качестве авиатоплива имеет ряд достоинств:
1) выбросы вредных веществ при сжигании СПГ значительно ниже, чем при использовании авиакеросина: окислов азота образуется в 1Д..2 раза меньше, сажи - в 5 раз;
2) при одинаковой полезной нагрузке уменьшаются расход и масса топлива; так установка на самолетах ИЛ-86 двигателей, работающих на СПГ, позволит при той же дальности полета снизить взлетную массу самолета на 25,4 т, а расход топлива на 18,6 т.
Перспективность использования СПГ в качестве авиатоплива подтверждается также тем, что его производство ныне превратилось в развитую отрасль мировой экономики: в 1997 г. в мире было произведено около 140 млрд. м 3 СПГ, а ежегодный прирост торговли им составляет 7 %.
Подводя итог всему вышесказанному, можно сделать вывод, что нефть и газ играют и будут играть важную роль в жизни человека. Несмотря на расширение применения нетрадиционных возобновляемых источников энергии, в обозримой перспективе нефть и газ останутся основными энергоносителями во всех странах мира. Другое дело, что будет происходить некоторое перераспределение ролей между ними: моторные топлива, получаемые из нефти, будут постепенно заменяться сжатым или сжиженным газами.
Невозможно представить себе современную цивилизацию без продуктов переработки нефти и газа. Это направление их использования со временем также будет все более и более развиваться.
Прошло сто лет. В начале ХХI века мировой парк автомобилей превысил 500 миллионов. Цена на нефть постоянно растет. За последние сорок лет она увеличилась с 9 до 110 долларов США за баррель. Для автомобильных двигателей внутреннего сгорания (ДВС) ученые все активнее ищут альтернативу бензину и дизтопливу. Они объявили, что через тридцать лет человечество исчерпает нефть из недр земли. Истории известно, что для работы первых ДВС использовали газовое топливо. Во многих странах выбрали – природный газ. Специалисты давно говорят о возможностях природного газа помочь человечеству успешно решать технические, экономические и экологические проблемы, возникающие на пути автомобилизации. Европейская экономическая комиссия ООН приняла резолюцию, предусматривающую к 2020 году перевести на природный газ 10 процентов (около 30 миллионов) автотранспортных средств. Сенат США принял закон о введении налоговых льгот для владельцев автомобилей, работающих на природном газе. Государственная программа Японии «Транспорт на чистых энергоносителях» предусматривает увеличение числа автомобилей на природном газе до 1 миллиона единиц.
Остановимся на некоторых фактах применения в России, ведущей стране в мире по добыче и запасам природного газа, моторного топлива для работы автомобильных ДВС.
Наша страна одной из первых начала промышленное использование природного газа в автомобильных ДВС. В тезисах автотракторной топливной конференции 1930 года можно прочитать: «Природные газы, богатыми месторождениями которых изобилует наша страна, также могут занять по праву одно из первых мест среди горючего для автотранспорта». Уже в 1939 году ЗИС и ГАЗ освоили серийный выпуск газобаллонных автомобилей (ГБА), а в 1949 году с конвейеров пошли усовершенствованные ГБА ЗИС-156 и ГАЗ-51Б. К 1960 году построили тридцать мощных автомобильных газонаполнительных компрессорных станций (АГНКС) для заправки 40 тысяч автомобилей.
Ученые и инженеры отметили достоинства природного газа: увеличение ресурса двигателя, отсутствие детонации (октановое число газа – 115), снижение расхода масла в полтора раза, отсутствие нагара и сажи в цилиндрах и уменьшение вредных веществ в отработавших газах. К недостаткам отнесли: падение мощности двигателя до 15 процентов, увеличение времени разгона автомобиля на 30 процентов, уменьшение максимальной скорости на 5‑6 процентов и угла преодолеваемого подъема на 30‑40 процентов. Газовые баллоны снижали грузоподъемность. Повышались расходы на обслуживание и ремонт автомобиля.
В 1981-1983 годах в стране были намечены мероприятия до 2000 года, по которым планировалось довести число автомобилей, работающих на природном газе, до 1 миллиона и построить 1012 АГНКС. Для снижения холостых пробегов автомобилей и увеличения использования оборудования АГНКС (особенно во вторую и третью смены) предполагалось выпустить две тысячи передвижных автомобильных газозаправщиков (ПАГЗ). Но в 1991 году в стране произошли события, из‑за которых выполнение программы прекратили.
Отмеченные выше работы выполнялись по принятой концепции переоборудования на компримированный природный газ (КПГ) автомобилей, спроектированных и выпускаемых как бензиновые и дизельные. Было освоено производство газобаллонного оборудования (ГБО). С конвейеров заводов сходили дооборудованные двухтопливные бензогазовые и газодизельные автобусы, грузовые и легковые автомобили. На автопредприятиях самостоятельно оборудовали автомобили комплектами ГБО. Число газобаллонных автомобилей (ГБА), работающих на природном газе, превысило 100 тысяч. Но у бензиновых автомобилей при работе на природном газе ухудшались эксплуатационные свойства, а газодизельные КамАЗы, выпущенные в 1986 году небольшим количеством, не получили одобрения у автомобилистов из‑за логической ошибки в конструкции системы управления двигателем.
Снижение объемов перевозок грузов и пассажиров, возгорания и взрывы автомобилей, отравления газом водителей, отсутствие заправок и другие недостатки вызывали негативное отношение общества к использованию автомобилями природного газа, и их число стало сокращаться. Замедлилось развитие инфраструктуры и строительства АГНКС. На автопредприятиях перестали реконструировать участки и цеха для хранения, обслуживания и ремонта ГБА. Не помогло активизации использования природного газа автотранспортом вышедшее постановление правительства РФ от 15 января 1993 года № 31, по которому стоимость 1 кубометра природного газа для автомобилей не должна превышать 50 процентов стоимости бензина А-76. В результате к 2013 году в России эксплуатировалось примерно 80 тысяч автомобилей (около 0,2 процентов автомобильного парка), переоборудованных для работы на природном газе, и работали 212 АГНКС.
Сегодня по действующей c 2004 года государственной программе газификации автотранспорта (аналогичной программе 1986‑1990 годов) необходимо к 2020 году увеличить число АГНКС до 1100 единиц и перевести на природный газ более 1 миллиона автомобилей. Правительство России для реализации этого плана 13 мая 2013 года выпустило распоряжение за № 767‑р «О регулировании отношений в сфере использования газового моторного топлива, в том числе природного газа». Оно предусматривает разработку комплекса правовых, экономических и организационных мер господдержки производства автомобильной техники на природном газе, создание инфраструктуры и технического регулирования при использовании природного газа в качестве моторного топлива.
Распоряжение активизировало интерес к использованию природного газа в автомобильных ДВС. Уже год на площадках разных уровней проводятся научно-практические форумы и конференции, семинары, презентации новых газовых автомобилей и другой транспортной техники. СМИ широко освещают оптимистичные выступления и рапорты участников об успехах газификации автомобильного транспорта и разработанных перспективных проектах.
Большинство докладчиков указывают на прошлые и современные значительные достижения наших ученых и инженеров в создании газовых автомобилей. Они отмечают, что в России имеются не только благоприятные условия использования природного газа в автомобильных ДВС, но и накоплен опыт эксплуатации автомобильного транспорта на компримированном природном газе (КПГ) и сжиженном природном газе (СПГ).
Для практики широкого использования природного газа в автомобильных ДВС целесообразно критически оценить некоторые причины неудач предыдущих попыток. Специалисты знают, что транспортная система «автомобиль – водитель – среда» может работать в едином технологическом процессе, если все ее звенья исправно функционируют. Сбой в одном из звеньев приводит к отрицательному результату. Эффективная, надежная и долговечная работа автомобильного двигателя возможна только на топливе, для которого он создавался. Применять несоответствующее топливо не допускается, так как увеличиваются затраты на обслуживание и ремонт, ухудшаются эксплуатационные свойства автомобиля, могут разрушиться детали двигателя.
В начале проектирования автомобильного ДВС необходимо определиться, какого качества природный газ будет заправляться в газовые баллоны. Строгая регламентация параметров природного газа влияет на рабочий процесс и расчетные показатели. Но природный газ с разных месторождений различается по низшей теплоте сгорания в диапазоне от 33 294 до 47 007 кДж / м3, содержанию метана от 69,1 до 99,6 процента и имеет диапазон октанового числа от 80 до 115 единиц. Газы могут содержать большое количество сероводорода, смол, пыли, кислорода, цианистых соединений и других примесей, которые сокращают срок службы ДВС. Это доказывает необходимость химической и механической подготовки природного газа перед заправкой автомобиля на АГНКС.
Можно вспомнить ГОСТ 6367‑53 «Газы сжатые для газобаллонных автомобилей». По нему на заправках отпускались три разные марки газа: «природный», содержащий (по объему) 70‑98 процента метана, 1‑10 процентов этана и другие примеси, «коксовый метанизированный», имеющий метана не менее 65 процентов, и «коксовый обогащенный», в составе которого не менее 50 процентов метана и не более 12 процентов водорода. Эти газы использовались в двигателях, которые работали на бензинах А-56 и А-66. По техническим условиям ТУ 51‑166‑83 «Газ горючий природный сжатый. Топливо для газобаллонных автомобилей» на АГНКС отпускали две марки КПГ: «А» и «Б». Они отличались только плотностью и теплосодержанием из‑за разного объемного состава метана и азота. Основные показатели:
Давление газа в баллонах, не менее 19,62 (200) Мпа (кгс / см2);
Температура газа, подаваемого на заправку газобаллонных автомобилей, °C, не более
* для умеренной и холодной климатических зон +40,
* для жаркой климатической зоны +45;
Компонентный состав объемный, процентов метана
* в СПГ марки А 95±5
* в СПГ марки Б 90±5
Этана, не более 4,0;
Пропана, не более 1,5;
Бутанов, не более 1,0;
Пентанов, не более 0,3;
Двуокиси углерода, не более 1,0;
Кислорода, не более 1,0;
Азота, не более
* в СПГ марки А 0‑4
* в СПГ марки Б 4‑7
Масса сероводорода, грамм на кубометр 0,02;
Масса меркаптановой серы, грамм на кубометр, не менее 0,016;
Массовая доля сероводородной и меркаптановой серы, не более 0,1 процента;
Масса механических примесей, грамм на кубометр, не более 0,001;
Масса влаги, грамм на кубометр, не более 0,009.
Газовое топливо оценивалось по элементарному составу, октановому числу, теплоте сгорания, воспламеняемости, содержанию влаги и степени очистки от загрязняющих примесей.
Сегодня российские автомобилисты получают природный газ, прошедший по газопроводу от скважины до АГНКС, где после сжатия и очистки от примесей его закачивают в газовые баллоны автомобиля. По ГОСТ 27577‑2000 «Газ природный топливный компримированный для двигателей внутреннего сгорания» технология не предусматривает изменения компонентного состава газа.
Такой подход к стандартизации топлива для ДВС объясняется возможностью устанавливать низкую цену на природный газ из‑за отсутствия в технологии этапа переработки сырья с месторождения.
На европейском рынке, в соответствии с Правилами ЕЭК ООН № 49, природный газ как топливо для автомобильных ДВС имеется в двух ассортиментах:
1) ассортимент «H», в котором крайними эталонными топливами являются «GR» и «G23»;
2) ассортимент «L», в котором крайними эталонными топливами являются «G23» и «G25».
Их характеристики приведены в табл. 2.
Видимо, не случайно в п. 1 распоряжения № 767‑р заинтересованные организации должны дать предложения «гармонизации правовых актов Российской Федерации в области стандартизации с соответствующими международными документами в сфере использования природного газа в качестве моторного топлива».
Выполнение этих международных требований к природному газу в дальнейшем позволит сертифицировать и эксплуатировать создаваемые нашими заводами надежные газовые автомобильные ДВС.
Вопросы образования газовоздушной смеси, наполнения цилиндров и процесс горения можно совершенствовать только при стабильном составе топлива и точном учете его расхода. Нужно отметить, что счетчиков расхода природного газа (в нм3) для автомобильных двигателей не разработано.
Нормированный природный газ позволяет зарубежным фирмам выпускать эффективные и надежные газовые двигатели, которые используются на отечественных автобусах и грузовых автомобилях. Уже несколько лет наши исследователи и конструкторы работают над новой концепцией использования природного газа в автомобильных ДВС. Основной ее принцип – создание «чисто газовых» двигателей.
Всплеск использования природного газа в автомобильных ДВС по новой концепции родил у наших соотечественников «новую» идею. В исследованиях, проводившихся сто лет назад, они обнаружили, что если увеличить степень сжатия и установить подачу дизельного топлива, вместо системы питания газовоздушной смесью и электрического зажигания, из газового двигателя получится дизель.
Не изучая глубоко организацию рабочего процесса, кинематику и динамику механизмов, механики сделали наоборот: двигатели, работавшие по циклу Рудольфа Дизеля, КамАЗ-820, ММЗ-245, ЯМЗ и др. с внутренним смесеобразованием и воспламенением от сжатия, перевели на цикл Н. Отто с внешним смесеобразованием и зажиганием от электрической искры. По результатам стендовых испытаний на эталонном природном газе, привезенном из Европы, двигатели получили сертификаты на соответствие требованиям Евро-4. Но внедренная исследователями и конструкторами идея не вызвала интереса и спроса у потребителей. Появились отзывы с замечаниями на эффективность и надежность отечественных газовых двигателей. Поэтому в Санкт-Петербурге замедлилось выполнение распоряжения 767‑р.
Автобусный парк не увеличивает число отечественных автобусов ЛИАЗ-529271 с газовыми двигателями фирмы МАН. Для заправки газовых автомобилей в Санкт-Петербурге работает одна АГНКС, и концепция двигателей, работающих только на газе, для городского пассажирского и коммунального автотранспорта экономически не эффективна.
Для выполнения распоряжения правительства РФ № 767‑р по созданию работоспособной автотранспортной системы на АГНКС должен продаваться природный газ, соответствующий международным стандартам. Учитывая недостаточное развитие инфраструктуры (среды) для эксплуатации газовой автомобильной техники, необходимо откорректировать концепцию перевода на природный газ автомобильных ДВС с учетом современного технического уровня их конструкций.
В основе разработки газового автомобильного двигателя, работающего на высокооктановом природном газе, необходимо использовать современный бензиновый двигатель, работающий на высокооктановом бензине. Это позволит избежать снижения эксплуатационных свойств автомобилей, ранее использовавших бензогазовые двигатели. В случае технологической необходимости для дозаправки газом или отказа в работе газовой системы питания двигатель должен иметь возможность работать на резервном бензине.
Таким образом, в современной городской инфраструктуре будет эффективным автомобиль с двух-топливным газобензиновым двигателем.
Мировой опыт показывает, что в России возникает потребность вернуться к разработке отечественных газодизелей. Известны надежные конструкции с системами управления, использующие принцип количественного регулирования, реализующие рабочий процесс газодизеля с запальной дозой 3‑5 процентов номинальной подачи дизельного топлива и сохранением мощности используемого дизеля.
И последнее. Автомобильная промышленность и автомобильный транспорт являются стратегически важными отраслями. Их развитие делает страну не только экономически сильной, но и повышает ее обороноспособность. Какой сегодня ущерб, в случае мобилизации, нанесет концепция производства автомобильной техники с чисто газовыми двигателями?
Начало применению газа как моторного топлива было положено более 150 лет назад, когда бельгиец Этьен Ленуар создал двигатель внутреннего сгорания, работавший на светильном газе. Особой популярности этот вид топлива не получил. Последовавший вскоре рост добычи нефти и удешевление продуктов ее переработки, а также создание более совершенных двигателей сделали бензин лидером топливного рынка. Вновь интерес к газомоторному топливу возник в первой половине XX века.
В России это направление стало развиваться с 30-х годов, когда из-за дефицита нефти при бурно развивающейся промышленности правительство приняло решение перевести часть транспорта на газ. Соответствующее постановление вышло в 1936 году.
Был налажен выпуск техники, открыты заправки, начались разработки газовых двигателей, причем использовались оба вида газа - компримированный и углеводородный. Полномасштабной реализации программы помешала Великая Отечественная война. Тем не менее, от замысла не отказались: уже в мирное время были спроектированы и переданы в производство новые газобаллонные автомобили, число которых достигло 40 тыс. Для них строились десятки газозаправочных станций.
Когда были открыты крупнейшие запасы углеводородов Западной Сибири и страна
вступила в эпоху нефтяного изобилия, внимание к программе создания газобаллонного транспорта ослабло, хотя работы продолжались. В 80-е годы всерьез заговорили об экономии, и газ опять взял реванш. К 1985 году вышли три постановления Совмина о массовом переводе крупных потребителей топлива на газ. За пять следующих лет были построены около 500 автомобильных газонаполнительных компрессорных станций, на КПГ переведено до 0,5 млн. единиц автотранспорта. Координацией работы занимался межведомственный совет при Министерстве газовой промышленности под председательством Виктора Черномырдина.
Начавшаяся в 90-е годы приватизация привела к исчезновению крупных автохозяйств; в частные руки перешла значительная часть муниципального транспорта. И хотя в это же время отмечалось падение добычи нефти (с 624 млн. т в 1988 г. до 281 млн. т в 1997 г.), из-за сокращения количества потребителей дефицит нефтепродуктов не возник.
В результате бензин и дизтопливо сохранили рыночные позиции. Новый подъем рынка газомоторного топлива в России начался с 1998 года, когда резко увеличился спрос на пропано-бутановую смесь.
Газ как моторное топливо представлен двумя основными разновидностями - компримированный природный газ (КПГ), который поступает на специальные заправки - АГНКС - по газопроводам, и сжиженный углеводородный газ (СУГ). Первый является метаном, а второй - смесью пропана и бутана, продуктом переработки попутного нефтяного газа (ПНГ). Исторически первым распространение получил пропан-бутан. Его преимущество в том, что он легко сжижается при обычной температуре при давлении всего 10-15 атмосфер. При этом для его перевозки достаточно стального баллона с толщиной стенок всего 4-5 мм. С метаном сложнее. Сжижать его можно только при низких температурах, порядка минус 160 градусов по Цельсию. Соответствующие технологии сжижения и «разжижения» недешевы. Метан можно также сжимать. Однако чтобы количество сжатого газа по объему было хотя бы примерно сопоставимо со сжиженной пропан-бутановой смесью, сжаться он должен до 200-250 атмосфер. Поэтому для перевозки компримированного метана нужны гораздо более прочные и тяжелые баллоны. У метановых установок более высокие требования и к безопасности. Поэтому чаще всего на легковые автомобили ставят пропановое оборудование.
Расход сжатого природного газа (в отличие от сжиженного нефтяного газа) измеряется не в литрах, а в наполнительных метрах. Так как КПГ в основном состоит из метана, то его массовая теплота сгорания составляет 49,4 МДж/кг, что на 9% выше, чем у бензина, и на 11% выше, чем у авиакеросина1. У потребителя, если он переходит с традиционного горючего на СУГ, расходы на горючесмазочные материалы сокращаются на 20-25 %. В свою очередь у компримированного природного газа по сравнению с углеводородным тоже есть преимущество. Энергоотдача СУГ примерно на 25 % меньше, чем у КПГ - 6175 ккал/м. куб. и 8280 ккал/м. куб. соответственно. Для потребителя это означает, что на одинаковое расстояние сжиженного углеводородного газа потребуется на 25-30 % больше, к тому же он немного уступает КПГ по экологическим параметрам2.
При этом стоимость газомоторного топлива не превышает 50% стоимости бензина марки А-80. По данным НП «Национальная газомоторная ассоциация»3, наибольшая цена моторного топлива - у водорода. Она составляет 9,01 евро/л. Это почти в девять раз дороже, чем у биодизеля (1,11 евро/л) и бензина (0,66 евро/л). В свою очередь стоимость 1 м³ газа, что эквивалентно 1 литру бензина, дешевле бензина более чем в два раза: стоимость 1 м³ сжиженного нефтяного газа составляет 0,39 евро/л, сжатого природного газа - 0,21 евро/л.
Существенным фактором, стимулирующим государства мирового сообщества к развитию рынка ГМТ, являются экологические проблемы. Вклад автотранспорта в загрязнение воздуха крупных городов и агломераций составляет от 50 до 90 % по всем видам загрязнений. Поэтому требования к снижению токсичности выпускных газов двигателей внутреннего сгорания транспортных средств постоянно возрастают - вводятся стандарты Евро-4 и Евро-5. Между тем перевод автомобилей на газомоторное топливо сокращает выбросы диоксида углерода (основной парниковый газ) на 13%, оксидов азота - на 15-20 %, в 8-10 раз снижает дымность отработанных газов и полностью исключает выбросы соединений свинца. По данным Минэнерго России, если взять бензин качества Евро-4 за эталон, то окажется, что по выбросам оксидов азота КПГ выигрывает почти в три раза, по СН - в 14 раз, по бензапирену - более чем в 16 раз, по саже - в 3 раза (в сравнении с соляркой - в 100 раз). Следовательно, по уровню выбросов вредных веществ в атмосферу сжатый природный газ уступает только электроэнергии. Хотя СУГ немного и отстает по экологическим параметрам, зато он позволяет решить проблему утилизации попутного нефтяного газа, который пока сжигается в факелах, хотя еще в январе 2009 года было подписано постановление «О мерах по стимулированию сокращения загрязнения атмосферного воздуха продуктами сжигания попутного нефтяного газа на факельных установках».
По мнению экспертов, будущее именно за метаном: пропан-бутан, как и нефть, слишком ценное сырье, чтобы использовать его как автомобильное топливо. Хотя оно, конечно, намного удобнее, и пока парк, использующий его, больше: к началу 2011 года в мире количество газобаллонных автомобилей, работающих на СУГ, превысило 15 млн., а на КПГ - 12 млн.4. Годовой оборот пропан-бутана составляет 34 млн. т условного топлива, а компримированного газа - примерно 23 млн.т.
Еще одним преимуществом, которое получает предприятие, эксплуатирующее машины на метане - это повышение уровня безопасности, поскольку по своим физико-химическим свойствам природный газ менее опасен, чем пропан.
Также благодаря использованию природного газа в качестве топлива увеличивается срок службы масла и самого двигателя внутреннего сгорания. При работе мотора на газовом топливе не происходит смывания масляной пленки со стенок блока цилиндров, кроме того, на головке блока цилиндров не образовываются отложения углерода, не закоксовываются поршневые кольца, из-за которых происходит изнашивание элементов двигателя внутреннего сгорания, а его межремонтный пробег увеличивается в полтора-два раза. Кроме того, улучшается работа системы зажигания - срок службы свечей возрастает на 40%5. Все это сокращает затраты на ремонт.
Кроме того, сегмент КПГ является наиболее устойчивым к кризисным явлениям в российской экономике и наиболее динамичным в среднесрочной перспективе. В 2009 г., в связи со снижением деловой активности во время кризиса, российский рынок КПГ снизился на 1,1%, в то время как потребление бензина и пропан-бутана снизилось на 18% и 4% соответственно6.
Оборотной стороной медали использования газа в качестве топлива становится возможная неравномерность работы мотора. Это связано с резонансом во впускной системе и расслоением газовоздушной смеси. Усложняется и пуск холодного двигателя внутреннего сгорания зимой. Это объясняется более высокой температурой воспламенения газового топлива и меньшей скоростью сгорания.
Также определенную сложность представляет переоснащение автомобиля. Цена пропан-бутанового оборудования колеблется в пределах 15-28 тыс. руб., а метанового - начинается с 40 тыс. руб. При этом масса комплекта превышает 50 кг для СУГ и более 100 кг для КПГ. Исходя из этого, выстраивается «специализация» газов: СУГ - для легкового транспорта, а КПГ для тяжелой техники. Самая дорогая и «весомая» деталь - баллон. Для снижения его массы и повышения прочности стенок применяют легированные металлы или алюминий, армированный стеклопластиком, устанавливаются также металлокомпозитные баллоны в базальтовом коконе. В некоторых отраслях техники применяются армированные пластмассовые сосуды, которые очень дороги, но при этом легче стальных в 4-4,5 раза.
Таким образом, в зависимости от количества баллонов со сжатым газом масса грузовика увеличивается на 400 -900 кг. При этом снижается его грузоподъемность и возрастает расход топлива, однако при применении баллонов из композитных материалов этот недостаток не столь существенно сказывается на полезных характеристиках автомобиля.
Резюмируя, к основным положительным и отрицательным моментам использования газа как моторного топлива можно отнести:
Основные плюсы:
Низкая стоимость;
Повышенный уровень безопасности;
Сниженный уровень выбросов вредных веществ в атмосферу;
Увеличение срока службы масла;
Продление сроков изнашивания двигателя;
Снижение теплотворной способности газовоздушной смеси.
Основные минусы:
Возможное возникновение неровности работы двигателя;
Усложнение пуска холодного двигателя в мороз;
Ухудшение динамических характеристик автомобиля;
Увеличение массы машины и снижение ее грузоподъемности;
Увеличение трудоемкости технического обслуживания и ремонта двигателя.
Но главный минус, который называют чиновники и производители машин особенно в России, - неразвитость сети заправок. По сути, этот рынок в России до сих пор не сформирован. Обычных АЗС по стране - около 22 000. То есть АГНКС в 160 раз меньше, и они распределены по стране очень неравномерно. Мировой же рынок компримированного природного газа характеризуется значительным ростом потребления и опережающим развитием инфраструктуры. Потребление компримированного природного газа в мире в 2005-2009 годах выросло на 42%, а количество АГНКС увеличилось более чем на 85%7. Для этого государства проводят ряд мер по развитию сетей АГНКС.
Меры стимулирования развития сетей АГНКС
Иран и страны Евросоюза | Освобождение импортного газозаправочного и газоиспользующего оборудования для природного газа от ввозных таможенных пошлин. |
Запрет на строительство АЗС без блока заправки машин компримированным природным газом. |
|
Выделение грантов и дотаций на строительство АГНКС. |
|
Освобождение на определенный период от уплаты налога на землю при строительстве АГНКС. Снижение налога на имущество при строительстве АГНКС. |
|
Сокращение базы для исчисления налога на имущество на определенный процент от стоимости АГНКС и газобаллонных автомобилей на компримированном природном газе. |
Если розничную торговлю СУГ в России развивают крупные игроки вроде «Газэнергосети», «ЛУКОЙЛа» и «ТНК-ВР» и множество мелких компаний, то направление КПГ практически на 90% занимает «Газпром», которому принадлежит более 200 АГНКС.
Дефицит в России газозаправочных станций и пунктов сервисного обслуживания газобаллонных автомобилей (238 станций и 74 пункта на всю страну) сдерживает желание владельцев транспортных средств переходить на альтернативное топливо. Парк транспортных средств, работающих на ГМТ в зоне доступности действующих автомобильных газонаполнительных компрессорных станций, существенно ниже оптимального (в мировой практике на одну АГНКС приходится 500 единиц транспортной техники). Кроме того, сдерживающим фактором является отсутствие государственных программ, стимулирующих развитие газомоторного бизнеса предоставлением дотаций при покупке газобаллонного оборудования, различных налоговых льгот как в секторе АГНКС, так и для потребителей моторного топлива.
Наряду с этим существуют определенные сложности, возникающие при сооружении газозаправочных станций в условиях городской застройки, связанные с длительностью сроков выделения и оформления земельных участков под строительство, а также с рядом положений Норм пожарной безопасности (НПБ III-98), непосредственно касающихся АГНКС и их отдельных систем. Несмотря на критику НПБ III-98 со стороны заинтересованных организаций, они являются базовым документом для органов пожарной охраны, согласующих проектную документацию на объекты производства ГМТ.
Вышеизложенное, по существу, является тормозом на пути развития газозаправочной сети в России. В результате Россия, занимавшая в 1986-1990 гг. по объему производства и реализации КПГ первое место в мире (более 1,2 млрд. м(3) в год), оказалась позади развитых и даже некоторых развивающихся стран.
В России требования к газозаправочным станциям в отдельный нормативный документ не выделены. При проектировании и строительстве объектов газомоторного бизнеса учитывается довольно значительное число государственных стандартов, строительных норм и правил, экологических норм, норм пожарной безопасности и других документов. Это подчеркивает необходимость разработки норм проектирования газозаправочных станций, в том числе в составе многотопливных. На предприятиях ОАО «Газпром» действуют Правила технической эксплуатации АГНКС, введенные в действие в 2003 г. Качество КПГ, отпускаемого потребителю, регламентируется Государственным стандартом, действующим с 2000 г., который устанавливает такие важнейшие показатели, как объемная теплота сгорания, влагосодержание, содержание серы и механических примесей, давление заправки. Проводится работа по приведению Государственного стандарта в соответствие с Европейским стандартом ISO на газомоторное топливо, что в перспективе должно обеспечить возможность беспрепятственного перемещения газовых автомобилей (NGV) на всем пространстве Евразии. В данное время ведется разработка Государственного стандарта на качество сжиженного природного газа взамен Технических условий 1987 г.
Требования к газотопливному оборудованию на транспортных средствах достаточно четко изложены в соответствующих Правилах ЕЭК ООН (Европейской экономической комиссии Организации Объединенных Наций). В Техническом регламенте «О безопасности колесных транспортных средств» предусмотрено соблюдение требований Правил ЕЭК ООН в России.
Однако, несмотря на многочисленные разговоры о выгодности приобретения так называемых зеленых автомобилей, к которым можно отнести машины, работающие, в том числе и на газу, по данным консалтинговой компании Frost&Sullivan, на данный момент такие автомобили приобретают только 13% потребителей. Однако к 2015 г. Эксперты прогнозируют увеличение этой доли до 30%. Так, общий парк автотранспортных средств через четыре года должен составить 80 млн. и из них 53 - 55% будут приходиться на газовые машины8.
По данным компании Frost&Sullivan.
Популярность сжатого природного газа и пропан-бутана географией его распространения. Так, традиционно сильные рынки Индии, Ирана и Пакистана имеют значительные объемы продаж оборудования и, как ожидается, станут 3л1074 ведущими странами по показателю количества автомобилей, работающих на сжатом природном газе метане и пропан-бутане. В латиноамериканских странах по-прежнему популярнее сжатый природный газ метан. Пропан-бутан удерживает доминирующие позиции в России и Евросоюзе.
Количество газобаллонных автомобилей в 2010 году
Газобаллонные автомобили (ГБА) .ед. |
|
Пакистан | |
Аргентина | |
Бразилия | |
Колумбия | |
Бангладеш | |
По прогнозу экспертов Frost&Sullivan, в ближайшем будущем эти виды топлива станут еще популярнее: ожидается четырехкратный рост продаж таких машин к 2015 г.
Общий объем продаж машин на пропан-бутане и сжатом природном газе в
2009 - 2015 гг., тыс. ед.
По данным компании Frost&Sullivan
Готовность российской промышленности к реализации проекта по увеличению уровня потребления природного газа в качестве моторного топлива пока оценивается противоречиво. Наличие газотранспортных систем и газораспределительных станций в России соседствует с крайне ограниченным арсеналом нового газобаллонного оборудования, самих баллонов и новых автомобильных газовых накопительных компрессорных станций.
Во всем мире развитие газомоторного направления обеспечивает государство при поддержке крупных нефтегазовых компаний - выпускается свыше 85 моделей автомобилей, способных работать на природном газе. Например, в Пакистане организован выпуск метановых легковушек, автобусов и моторикш. Но в России выбор ограничен:
серийно производятся только грузовики «Камаз» и автобусы «Нефаз» («дочка» «Камаза»), а также «ЛиАЗ», «ПАЗ» и «КАвЗ» (группа «Русские машины»).
По данным НП «Национальная газомоторная ассоциация», из 40 млн. автомобилей, эксплуатирующихся в России в 2010 г. (из них 80,8% приходится на легковые машины, 16,5% - на грузовики, включая спецтехнику и 2,7% - на автобусы), объем парка газобаллонных автомобилей, работающих на сжатом природном газе, составляет около 100 тыс. транспортных средств (из них 26,1% - легковые, 50,5% - грузовики, 23,3% - автобусы). Таким образом, почти три четверти газовых машин приходится на грузовики, автобусы и спецтехнику.
Структура парка машин на сжатом природном газе выглядит следующим образом: на автобусы и грузовики категорий M1 и N1 (транспортные средства, используемые для перевозки пассажиров и имеющие, помимо места водителя, не более восьми мест для сидения, а также транспортные средства, предназначенные для перевозки грузов, имеющие максимальную массу не более 3,5 т) приходится 49,5%, легковые категории М1 - 23,3%, спецтехнику - 13,4%, грузовики категорий N2 и N3 (транспортные средства, предназначенные для перевозки грузов, имеющие максимальную массу свыше 3,5 т, но не более 12 т, и транспортные средства, предназначенные для перевозки грузов, имеющие максимальную массу более 12 т) - 12,4%, автобусы категорий М2 и М3 (транспортные средства, используемые для перевозки пассажиров, имеющие, помимо места водителя, более восьми мест для сидения, максимальная масса которых не превышает 5 т, и транспортные средства, используемые для перевозки пассажиров, имеющие, помимо места водителя, более восьми мест для сидения, максимальная масса которых превышает 5 т) - 1,4%, тракторы - 0,05%.
Согласно оптимистичному прогнозу НП «Национальная газомоторная ассоциация», общая динамика развития парка машин к 2020 г. составит 58,5 млн. единиц, к 2030 г. - 85,4, по пессимистичному - в 2020 г. - 38,6 млн., к 2030 г. - 51,3. При этом прогноз потребления моторного топлива в России выглядит следующим образом: доля газовых видов моторного топлива в общем балансе к 2030 г. составит по 3% по сжатому природному газу и по сжиженному нефтяному газу. По результатам 2010 года уровень потребления компримированного природного газа составил 4 млн. т., к 2020 г. Должен достигнуть 20 млн. т., в 2030-м - 51 млн. т. Уровень использования сжиженного углеводородного газа в 2010 г. составил 15 млн. т, к 2020 г. достигнет 30 млн., в 2030 г. - 67 млн. т.
Производственная программа по основным компонентам (по сжатому
природному газу)
Периоды проекта Показатели | 2011 -2015 | 2016 - 2020 | 2021 - 2025 | 2026 - 2030 | Всего |
Потребление сжатого природного газа, млн. м³ | |||||
Новые ГБА, тыс. | |||||
Новые баллоны (экв.50 л), тыс. | |||||
Новые АГНКС |
По данным НП «Национальная газомоторная ассоциация»
Железнодорожный транспорт является одним из крупнейших потребителей моторного топлива. Доля потребления дизельного топлива РЖД составляет 9,1% от общего потребления в стране (3,2 млн. тонн). Сейчас перед РЖД поставлена задача к 2030 году заместить природным газом 30% расходуемого автономными локомотивами дизельного топлива9. Для ее решения потребуется более 1 млн. тонн природного газа в год. Зато выгода будет ощутимой. К примеру, показатели вредных выбросов, зарегистрированные при испытаниях и эксплуатации газотурбовозов, разработанных совместно с «Газпром ВНИИГАЗ», оказались в пять раз ниже охранных требований Евросоюза, выдвигаемых к 2012 году, а внешний шум не превышал санитарных норм Российской Федерации.
Сегодня на Московской и Свердловской железных дорогах в опытной эксплуатации находятся два маневровых газотепловоза ТЭМ18Г. Кроме того, на Экспериментальном кольце Всероссийского научно-исследовательского института железнодорожного транспорта (ВНИИЖТ) в подмосковной Щербинке велись испытания газотепловоза ЧМЭЗГ, которые показали, что оптимальная доля замещения дизельного топлива природным газом составляет от 35 до 50% в зависимости от рода маневровых работ. При этом отмечается снижение выбросов токсичных продуктов сгорания примерно в 1,5 - 2 раза10. Уже подготовлена программа модернизации газотепловозов, что должно повысить их надежность и эффективность, а также увеличить долю замещения дизтоплива до 60%.
Еще в декабре 2006 г. ОАО «РЖД» и Самарский научно-технический комплекс имени Н.Д. Кузнецова подписали соглашение о совместном создании нового типа газовых локомотивов - газотурбовоза. К тому времени специалисты института уже разработали газотурбинный двигатель НК-361 и силовой блок тяговой секции. Проект самого газотурбовоза был предложен учеными Всероссийского научно-исследовательского и конструкторско-технологического института подвижного состава (ВНИКТИ), а опытный образец собрали на Воронежском локомотиворемонтном заводе. В одной из секций локомотива размещена емкость для топлива на 17 т. Одной заправки хватает на 750 км хода. В июне 2009 г. ОАО «РЖД» получило диплом «Книги рекордов России» за разработку этого самого мощного (8300 кВт) магистрального газотурбовоза. В январе 2010 года он впервые в мире провел грузовой состав весом 15 тыс. т (159 вагонов). Ни один современный локомотив не способен на такие рекорды.
Подобный переход на природный газ в качестве моторного топлива для тепловозов осуществляется также в США, Канаде, Германии и Австрии. В частности, в Австрии построен магистральный грузовой газотепловоз GE 3000 мощностью 2200 кВт.
Газомоторное топливо проникает и в авиацию. Так, принадлежащий авиакомпании Qatar Airways (Катар) Airbus A-340-600 с двигателями Rolls-Royce совершил пассажирский перелет по маршруту Лондон - Доха. Воздушное судно заправили топливом производства компании Shell, которое состоит из авиационного керосина и жидкого газа в соотношении один к одному. Кроме того, вице-премьер Катара Абдалла бен Хамад аль-Атыйя присутствовал при запуске экспериментального производства газового керосина по технологии Gas to Liquids (GTL). По предварительным данным, с переходом на газовый керосин авиакомпании мира смогут сэкономить 4 млрд. долларов в год.
Примечательно, что первый отечественный вертолет, способный работать на газе (газолет), был создан и испытан еще в 1987 г. Это была модифицированная серийная машина семейства Ми-8 с двигателем завода им. В.Я. Климова. Вертолет этот выпускается и по сей день. Кроме того, исследования показали, что на газовом топливе могут функционировать практически все летательные аппараты с газотурбинными двигателями (все вертолеты семейства Ми-8, включая Ми-38, и самолеты региональной авиации - Ил-114, Як-40, Ту-136 и т.п.). Но пока существует лишь один экземпляр газолета - Ми8ГТ, - показанный на Международном авиакосмическом салоне еще в 1995г.
Поэтому, чтобы российский рынок развивался, нужна господдержка машиностроителям и покупателям техники. В настоящее время по всему миру уже действуют различные госпрограммы. Энергетическая комиссия ООН 12 декабря 2001 г. приняла резолюцию, предусматривающую к 2020 г. перевод 23% автомобильного парка стран Европы на альтернативные виды моторного топлива, в том числе 10% (23,5 млн. единиц) - на природный газ, 8% (18,8 млн.) - на биогаз и 5% (11,7 млн.) - на водород. В США на стимулирование газомоторного направления выделяется 15 млрд. долларов в год.
В том числе 2,5 млрд. - на программы развития и демонстрацию достижений; 300 млн. - федеральному правительству на приобретение газомоторных автомобилей для служебных нужд; 300 млн. - на замену дизельных школьных автобусов на экологически чистые машины нагазомоторном и ином альтернативном топливе; 300 млн. - на гранты для Пилотных проектов в рамках программы «Чистый город»; 8,4 млрд. - на закупки новых муниципальных автобусов и 3,2 млрд. - на гранты в сфере энергосбережения11.
Меры стимулирования перевода автотранспорта на газомоторное топливо
Австралия, Великобритания, Канада, Малайзия, Япония | Выделение грантов и дотаций на приобретение автомобилей, работающих на природном газе, газобаллонного оборудования. |
Великобритания, Италия, Чили, Китай | Нераспространение на автомобили, работающие на газе, запрета на въезд в природоохранные зоны. |
Ограничения на использование углеводородных видов моторного топлива, за исключением муниципальных автобусов и мусороуборочных автомобилей. |
|
Франция, Италия, Иран | Предоставление предприятиям, использующим компримированный природный газ, преимущественного права на получение муниципального заказа. |
Обязательное приобретение бюджетными организациями газобаллонных автомобилей при обновлении автотранспортного парка. |
|
Действует нулевой налог для автотранспорта, работающего на метане. До 2013 г. государство выделяет субсидии на закупку «газовых» автобусов. |
Если за рубежом развитию рынка метанового топлива способствуют вышеуказанные меры госстимулирования, то в России это не так. Единственной такой мерой было Постановление Правительства № 31 «О неотложных мерах по расширению замещения моторных топлив природным газом» от 1993 года. В частности, оно устанавливало на период действия регулируемых цен на природный газ предельную отпускную цену на КПГ в размере, не превышающем 50% цены бензина А-76, включая НДС.
Кроме того, в странах Европы и США нормативная документация по применению природного газа входит в пакет национальных стандартов. А в России всего этого тоже нет. Более того, в РФ пока не создано даже нормативное обеспечение, регламентирующее применение метана как моторного топлива. Отсюда и казусы, когда перевозящие сжатый метан компании вынуждены рисовать на газовозах надпись «пропан-бутан», чтобы избежать разбирательств с ГИБДД, сотрудники которого знают о регламентах по перевозке СУГ, но перевозку безрегламентного КПГ воспринимают почти как перевозку динамита.
В конце 2010 года российский премьер-министр Владимир Путин провел совещание, посвященное развитию газовой отрасли на период до 2030 г., по итогам которого были выработаны следующие меры стимулирования к переходу на газовые автомобили:
Появление ФЗ «Об использовании газовых видов моторного топлива»;
Комплексная оценка спроса на газомоторную технику до 2030 г.;
Формирование национального координационного органа;
Мониторинг выполнения ФЗ № 261 «Об энергосбережении и о повышении энергетической эффективности и о внесении изменений в отдельные законодательные акты Российской Федерации» и распоряжений Правительства РФ от 17 ноября2008 г. №№ 1662-р и 1663-р;
Подготовка ФЦП «Альтернативное топливо для транспорта и сельскохозяйственной техники на 2012 - 2020 гг.» и ФЦП «Белой олимпиаде - голубое топливо»;
Долгосрочный государственный заказ на закупку газобаллонных автомобилей для бюджетной сферы.
1 Газовая промышленность, 2011, №3
Автомобильный парк нашей страны значительно вырос за последние годы и его увеличение продолжается.
Связанный с этим рост потребления жидкого топлива на транспорте сопровождается истощением хорошо освоенных и удобно расположенных нефтяных месторождений, вследствие чего приходится осваивать новые, расположенные в труднодоступных районах. Это, в свою очередь, приводит к удорожанию как сырой нефти, так и получаемых из нее нефтепродуктов.
Между тем страна располагает большими запасами высококачественного моторного топлива, не требующего для использования в двигателях никакой химической переработки. Речь идет о природном газе. Как моторное топливо, природный газ в натуральном виде превосходит нефтяное топливо. При использовании его обеспечиваются высокие технико-экономические показатели в ДВС, так как природный газ имеет хорошие антидетонационные качества, создает благоприятные условия смесеобразования и обладает широкими пределами воспламенения в смеси с воздухом. По-видимому, по этой причине первые ДВС делались для работы именно на газе.
В конце 40-х и начале 50-х годов в СССР было освоено производство газобаллонных автомобилей, использовавших сжатый природный газ. Несколько тысяч таких автомобилей в течение нескольких лет эксплуатировались в Украине и Поволжье – районах, достаточно обеспеченных в то время природным газом.
Однако начальный уровень газоснабжения и относительно малый в то время объем добычи газа не позволили расширить применение газобаллонных автомобилей, а возросшая потребность других отраслей промышленности (например, по производству удобрений), не обеспеченных приростом добычи, привела, в конечном итоге, к прекращению выпуска таких машин и изъятия их из эксплуатации.
В настоящее время положение в корне изменилось. Отдельные магистральные газопроводы давно объединены в Единую Систему Газоснабжения, которая густой сетью покрывает всю европейскую часть России, Среднюю Азию, Приморский край и остров Сахалин. И газификация продолжается бурными темпами.
Таким образом, имеется комплекс факторов – от высоких качеств природного газа, как моторного топлива, до эффективного уровня развития Единой Системы Газоснабжения – определяющих широкие перспективы применения газового топлива на транспорте.
Косвенным подтверждением целесообразности использования природного газа в качестве топлива для ДВС служит широкое использование его в Италии, США, Японии, ФРГ, Канаде, Нидерландах и т. д.
Горючие газы, применяемые в качестве моторного топлива для автомобилей, можно условно разделить на три основных вида по условиям специфики содержания, влияющей на возможность использования на разных классах автомобилей (легковых, грузовых, автобусов):
1. Сжиженные нефтяные газы (СНГ).
2. Компримированные (сжатые) природные газы (КПГ).
3. Сжиженные природные газы (СПГ).
Сжиженные нефтяные газы при нормальных температурах (в диапазоне от –20 °C до +20 °C) и относительно небольших давлениях (1,0...2,0 МПа – 10...20 кгс/см2) находятся в жидком состоянии. Их основные компоненты – этан, пропан, бутан и весьма близкие к ним непредельные углеводороды – этилен, пропилен, бутилен и их изомер. Эти газы получаются при добыче и переработке нефти и поэтому их называют сжиженные нефтяные газы (СНГ). Комплект газового оборудования для СНГ вместе с баллоном весит от 40 до 60 кг и вполне подходит для установки на легковых автомобилях. Объем баллона обеспечивает пробег около 300 км, что вполне соизмеримо с расчетным пробегом 400 км для автомобиля, работающего на бензине.
Компримированные (сжатые) природные газы (КПГ) при нормальных температурах и любых высоких давлениях находятся в газообразном состоянии. К таким газам относятся метан, водород и др. Наибольший интерес для использования в качестве горючего на автомобильном транспорте представляет метан. Он является основной частью добываемых природных газов и составной частью биогаза, получаемого в результате брожения различных канализационных отходов.
Главным недостатком природного газа, как моторного топлива, является очень низкая объемная концентрация энергии. Если теплота сгорания одного литра жидкого топлива равна, примерно, 31 426, то у природного газа при нормальных условиях она равна 33,52–35,62 кДж, т. е. почти в 1000 раз меньше. По этой причине для использования газа в качестве моторного топлива на транспортном средстве его надо предварительно сжать до высоких давлений 20–25 МПа и более и заполнить им специальные баллоны.
Для хранения газа под таким давлением выпускаются баллоны из углеродистых и легированных сталей на давление 15–32 МПа. Каждый баллон в незаполненном состоянии весит более 100 кг. Использование их на легковом автомобиле не рационально, так как их вес соизмерим с возможной полезной нагрузкой.
В связи с этим их используют на грузовых автомобилях и автобусах.
Однако, несмотря на то, что применяемые в современной практике баллоны пока тяжелы, они полностью обеспечивают среднесуточный пробег автомобиля и могут применяться повторно при списании автомобиля. В некоторых отраслях техники, применяются армированные пластмассовые сосуды, которые легче стальных в 4–4,5 раза. В этом случае массовый показатель хранения КПГ, хотя и остается ниже, чем у бензина, но отличается от него на величину, малосущественную в практике. Но они очень дороги.
Сжиженные природные газы (СПГ) имеют такое же происхождение и состав, как и компримированные природные газы. Они получаются охлаждением метана до минус 162 °C. Хранятся в теплоизолированных емкостях.
Независимо от качества теплоизоляции газосодержащих емкостей (сосуды Дюара), температура в них повышается, а следовательно, этот способ содержания газового топлива может быть использован при интенсивной эксплуатации транспортного средства и его безгаражном хранении, так как периодически требуется сброс давления, т. е. выпуск порции газа.
При переводе автотранспорта на СПГ его низкую температуру возможно использовать для компенсации потерь мощности или кондиционирования воздуха в салоне автомобиля.
Переоборудование автомобиля для работы на СПГ заключается в установке специальной криогенной емкости, небольшого испарителя, использующего тепло выпускных газов, и монтаже газовой топливной аппаратуры, которая аналогична применяемой на газобаллонных автомобилях при работе на КПГ. Затраты на получение СПГ в 2–3 раза больше, чем на получение КПГ. Поэтому сжиженный природный газ целесообразно применять на автомобилях-рефрижераторах, где он может выполнять дополнительные функции хладагента для холодильников и кондиционеров.
Исходя из вышеизложенного и учитывая, что в книге рассматривается газовое оборудование для легковых и малотоннажных грузовых автомобилей, основное внимание мы уделим двум первым видам газового топлива и устройствам, обеспечивающим их работу на двигателях внутреннего сгорания (ДВС).
Что нам ожидать от газового топлива?
Для ответа на этот вопрос рассмотрим основные физико-химические показатели газовых топлив, а также их влияние на эксплуатационные качества двигателя в сравнении с аналогичными характеристиками бензина.
Познакомим с величинами, их характеризующими.
1 Низшая теплота сгорания (HH, МДж/кг или МДж/м3) характеризует энергетические свойства газа и показывает, какое наименьшее количество теплоты может выделиться при полном сгорании единицы массы или объема.
2 Стехиометрический (массовый или объемный) коэффициент (L0 кг/кг или м3/м3) характеризует количество воздуха, теоретически необходимого для полного сгорания единицы массы или объема газа.
3 Низшая теплотворность горючей смеси (hH МДж/кг или МДж/м3) характеризует содержание тепловой энергии в единице массы ли и объема горючей смеси стехиометрического состава.
Названные показатели связаны между собой соотношением:
4. Плотность (Р, кг/м3) представляет собой массу, заключенную в единице объема газа в жидкой или газообразной его фазе при определенных внешних условиях (температуре и давлении).
5. Октановое число (ОЧ) характеризует антидетонационные свойства газа и служит критерием для установления допустимой степени сжатия двигателя. ОЧ газовых топлив лежит в пределах 70?110. Чем выше ОЧ газа, тем он менее склонен к детонационному сгоранию и тем выше допустимая степень сжатия двигателя и, следовательно, его экономичность.
6. Цетановое число (ЦТ) характеризует воспламеняемость газа: чем оно ниже, тем хуже происходит воспламенение газа и, следовательно, ухудшаются пусковые свойства двигателя на этом газе.
Октановое и цетановое числа связаны между собой линейной зависимостью: чем выше ОЧ, тем ниже ЦТ.
7. Пределы воспламеняемости газа характеризуют граничные значения содержания газа (в процентах по объему) в воздухе, при которых еще возможно воспламенение горючей смеси. На воспламеняемость газовой смеси оказывают влияние температура, давление и ее турбулентность (завихрение газовых потоков). Переобедненные и переобогащенные газовые смеси не воспламеняются.
Знание этих пределов важно как для организации рабочего процесса и регулирования топливоподачи в двигателях, так и для определения взрыво– и пожаробезопасности концентраций и соответствующего обустройства помещений для хранения и технического обслуживания автомобилей.
8. Критическая температура (Ткр) – температура, при которой плотности жидкости и ее насыщенного пара становятся равными и граница раздела между ними исчезает.
9. Давление насыщенных паров (Ркр) при критической температуре называется критическим давлением.
При температуре выше критической вещество может находиться только в газообразном состоянии независимо от внешнего давления.
Знание критической температуры очень важно для оценки газовых топлив и их классификации.
Рассмотрим таблицу с точки зрения сравнения физико-химических показателей газа и бензина как топлив для ДВС.
Таблица 1. Физико-химические показатели основных углеводородных газов, входящих в состав газовых топлив
* Расшифровка показателей и таблица 1 взяты из справочника «Газобаллонные автомобили», авторы А. И. Морев, В. Н. Ерохов, Б. А. Бекетов и др. – М.: «Транспорт», 1992.
Первый показатель в таблице – химическая формула. Метан и сжиженный нефтяной газ, в состав которого входят этан, пропан, бутан и пентан, ни в своем составе, ни в примесях не имеют свинца, что делает выхлоп при их сгорании экологически более чистым, чем у бензина.
Молекулярная масса у газов ниже, чем у бензина, следовательно, наполнение цилиндров горючей смесью, при прочих равных условиях, будет ниже, чем у бензина. Это минус, так как ведет к снижению мощности ДВС.
Относительная плотность газовой фазы по воздуху – величина, необходимая для расчета механизмов смесеобразования рабочего тела (газовоздушной смеси) и непосредственно не характеризует преимущества, или недостатки газового топлива перед бензином, но говорит о том, что при утечке метан будет уходить вверх, а СНГ будет скапливаться внизу.
Плотность жидкости – характеризует объем сосуда для хранения жидкой фазы топлива. Мы видим, что для одной и той же массы для бензина нужен объем меньше, чем для газа. Это – минус.
Критическая температура. Углеводородные газы, имеющие критическую температуру значительно выше обычных температур окружающей среды (например, у пропана 96,8 °C, а у бутана – 152,0 °C), легко сжижаются и хранятся в сжиженном состоянии при относительно небольшом давлении. Они хранятся в достаточно легких емкостях, позволяющих их использовать для питания двигателей легковых и малотоннажных грузовых автомобилей.
А метан, у которого критическая температура значительно ниже (минус 82,1 °C), будет при любом давлении в газообразном состоянии, и для его использования в качестве газового топлива его содержат в баллонах под давлением 20 МПа.
Низшая теплота сгорания у всех газов больше, чем у бензина. Это является преимуществом газового топлива и компенсирует пониженное наполнение цилиндров из-за малой относительной плотности газа.
Стехиометрический коэффициент у газов выше, чем у бензина.
Октановое число у газа значительно выше, чем у бензина. Это большое преимущество газа, позволяющее избавить двигатель от детонации, увеличить его мощность за счет увеличения степени сжатия и снизить расход топлива.
Температура воспламенения. Не в пользу газа. Это ухудшит пусковые качества двигателя.
Пределы воспламеняемости и коэффициент избытка воздуха в пользу газового топлива. Они говорят о том, что пределы регулирования ДВС на газовом топливе шире, чем на бензиновом.
На основе рассмотренных физико-химических свойств газовых топлив можно утверждать, что они безусловно превосходят бензиновые по следующим параметрам:
– позволяют добиваться более высоких мощностных и топливно-экономических показателей, чем у аналогичных по способу организации рабочего процесса бензиновых двигателей. Специально сконструированные газовые двигатели по удельным показателям мощности превосходят бензиновые, а по топливной экономичности близки к дизельным;
– по экологическим показателям выхлопа значительно превосходят бензины.
Очень ярким доказательством преимущества применения газового топлива перед бензиновым является опыт работы в этом направлении в газовой промышленности. Вот как оценивают опыт применения газового топлива в книге «Природный газ как моторное топливо на транспорте» (издательство «Недра», 1986 год) авторы Ф. Г. Гайнуллин, А. И. Грищенко, Ю. Н. Васильев, Л. С. Золотаревский.
«Обобщение и анализ многолетнего опыта эксплуатации газовых двигателей на различных объектах газовой промышленности, выполненные ВНИИГАЗом, свидетельствуют о том, что при переходе с жидкого топлива на газообразное срок службы двигателя до капитального ремонта возрастает в 1,5 раза, а сроки смены масла увеличиваются в 2 раза...
Достаточно отметить, что коэффициент полезного действия газовых двигателей зe достигает 38–40 % в широком диапазоне режимов. Для сравнения укажем, что зe бензинового двигателя составляет лишь 30–35 % и только на наиболее экономичных режимах работы...
Особенно усложнено приготовление смеси для бензиновых двигателей при низких температурах атмосферного воздуха вследствие того, что бензин в этих условиях плохо испаряется. При газовом топливе приготовление равномерной смеси не вызывает труда...
Отмечается, что токсичность выпускных газов при работе на природном газе на 90 % ниже токсичности выпускаемых газов бензиновых двигателей...
Перевод двигателей на КПГ вместо бензина обеспечил снижение содержания в выпускных газах окиси углерода с 1,3 до 0,13 %, углеводородов с 221 до 88 млн. долей, а окислов и соединений азота с 1000 и более до 100–200 млн. долей. Помимо улучшения экологии использование КПГ в автомобильных двигателях увеличивает срок службы свечей до 85 тыс. км... нет испарения топлива, не образуются паровоздушные пробки в топливоподающей системе, обеспечиваются: устойчивая работа на холостом ходу, хорошая приемистость и пожаробезобасность.
В настоящее время в всем мире эксплуатируется свыше 400 тыс. газобаллонных автомобилей, работающих на КПГ. Самое большое число газобаллонных автомобилей на КПГ, в основном легковых (270 тыс. шт.), эксплуатируется уже несколько десятков лет в Италии...
По данным фирмы «Ford» (США), мощность автомобильного двигателя, работающего на СПГ после 55 тыс. миль пробега, была на 10 % выше, чем аналогичного, работавшего на бензине (соответственно 74 и 66 кВт), а содержание окиси углерода в отработавших газах двигателей на СПГ было в 5 раз ниже (соответственно 0,21 и 1,2 %). Аналогичные результаты показывают также и другие фирмы...».
Естественно, сразу же возникает вопрос: «А почему же мы до сих пор не перешли все на газовое топливо для автомобилей?»
Это связано, в первую очередь, со сложностью создания резервов топлива. Как отмечалось выше, только сейчас размах газификации нашей страны принял такие размеры, которые могут позволить создать необходимую сеть газозаправочных станций для автомобилей.
Система хранения необходимых для бесперебойной работы транспорта запасов газа оказывается чрезвычайно громоздкой и требует значительных капитальных вложений. Достаточно сказать, что стоимость емкостей для хранения часового запаса сжатого газа в несколько раз превышает стоимость компрессора такой же часовой производительности. Стоимость емкостей для длительного хранения сжиженного газа оказывается еще выше вследствие применения дорогостоящих материалов.
И сейчас при определении рентабельности, а то и смысла перехода на газовое оборудование, необходимо учитывать наличие газозаправочных станций в регионах использования автомобиля.
Применение двухтопливных двигателей, способных одинаково надежно работать как на газовом, так и на жидком топливе, частично решает эту проблему. Такие двигатели могут работать как на бензине, так и на газе, или на дизельном топливе и на газе. Но это накладывает свой отпечаток на использование свойств газа, как топлива для двигателей внутреннего сгорания, лишая возможности полной реализации его серьезных преимуществ, таких, как повышение мощности и улучшение топливной экономичности за счет увеличения степени сжатия.
Для полного использования преимуществ газового топлива перед бензинами необходимо конструировать двигатели специально под газовое топливо, что требует серьезной перестройки автомобильной промышленности.
Необходимо создать легкие, высокопрочные и дешевые баллоны для содержания газового топлива в количестве, которое обеспечивает межзаправочный пробег для автомобиля не менее 400 км при минимальных размере и весе.
Это – перспективы.
Сегодня многие регионы обладают достаточной сетью газовых заправок для нормальной эксплуатации автомобилей, использующих газовое топливо.
Созданы различные модели качественного оборудования для перевода двигателей автомобилей в двухтопливные и на практике доказан положительный эффект использования газового топлива для ДВС автомобилей, заключающийся в более полном сгорании газовоздушной смеси, благодаря чему улучшаются условия смазки трущейся пары гильза – поршневые кольца, так как газовое топливо не смывает масло со стеной гильзы. Поэтому же уменьшается нагарообразование в головке блока и на поршнях. Масло можно менять значительно реже, так как оно не разжижается и меньше загрязняется. Расход масла на угар при этом снижается до 15 %. Межремонтный пробег газового двигателя более продолжительный по сравнению с бензиновым. На газовом двигателе увеличивается срок службы свечей зажигания.
Применение газового топлива заметно снижает суммарную токсичность отработавших газов (выхлопа) – окиси углерода СО, двуокиси азота NO2, углеводородов CH. Вредных соединений свинца в отработанном газовом топливе вовсе не существует.
Дымность выхлопа в режиме свободного ускорения при работе на газовом топливе в 3 раза ниже, чем при работе на бензине. При правильно выбранном режиме работы двигателя снижается и уровень шума, что особенно важно в условиях города. И, наконец, стоимость требуемого газового топлива ниже стоимости бензина на величину, позволяющую окупить затраты на приобретение и установку газового оборудования за 25–30 тыс. км пробега с учетом его большего расхода на единицу пути.
Судя по высоким темпам роста мирового газомоторного рынка в последнее десятилетие, можно утверждать, что перевод автотранспорта на газомоторное топливо – общемировая тенденция, которая в ближайшем будущем сохранится и усилится. Надеюсь, моя книга поможет менеджерам газомоторной сферы, предпринимателям и автовладельцам максимально эффективно использовать возможности развивающегося рынка КПГ.
* * *
Приведённый ознакомительный фрагмент книги Метан на транспорте. Проблемы, задачи и перспективы развития рынков компримированного природного газа (А. А. Батталханов) предоставлен нашим книжным партнёром - компанией ЛитРес .
Глава 1. Природный газ как моторное топливо
КПГ, или Сжатый метан
Природный газ, который промышленным способом добывают из недр Земли, на 70-98% состоит из метана – простейшего углеводорода без цвета и запаха. В числе его компонентов также присутствуют более тяжелые углероды (этан, пропан, бутан) и некоторые неуглеродные вещества (водород, сероводород, азот и др).
Чтобы потребители могли вовремя отреагировать на утечки природного газа в его состав специально добавляют одоранты – ароматизирующие примеси в незначительных, а потому не представляющих угрозу здоровью, количествах. Чаще всего в качестве одорантов используют серосодержащие органические соединения, обдающие неприятным запахом, который заставляет обратить на себя внимание.
«На сегодняшний день природный газ является наиболее значимым альтернативным топливом.»
– ТимКеллер, Erdgas Mobil GmbH
Поскольку в качестве топлива используются только углероды, то сразу после добычи природный газ очищается от неуглеродных примесей. Из очищенной смеси углеродов отдельно извлекается метан, который обычно и называют природным газом, а также смесь пропана и бутана, которая являет собой отдельный продукт и обычно называется «углеводородным газом» или «сжиженным углеводородным газом» (СУВГ). По сути настоящий природный газ – это смесь углеродных газов, которые в целях потребления промышленным способом отделяются друг от друга.
Область применения природного газа очень широка. Он используется как источник электрической и тепловой энергии, в химической промышленности, а также в качестве моторного топлива в сжатом или сжиженном виде. Именно это качество природного газа (далее под ним я буду иметь в виду только очищенный метан) является темой этой книги.
Любой газ для использования в качестве моторного топлива сжимают или сжижают, чтобы сократить объем и тем самым упростить и удешевить транспортировку и использование. Объем сжатого метана сокращается в 200-250 раз, сжиженного – в 600 раз.
Сжижение позволяет максимально сократить объем газа, поэтому на первый взгляд сжижение кажется более выгодным, но поскольку это более сложный и дорогой технологический процесс, что резко увеличивает производственные затраты, то метан для использования в качестве автомобильного топлива обычно не сжижают, а сжимают.
Также следует заметить, что энергоотдача пропан-бутановой смеси (СУВГ) почти на 25% ниже, чем энергоотдача метана. То есть пропан-бутана нужно как минимум на 25% больше, чем метана, чтобы проехать одно и то же расстояние, поскольку сжиженная пропан-бутановая смесь не во столько раз дешевле сжатого метана, во сколько раз в отличие от него меньше места занимает в баллоне. СУВГ дешевле бензина на 40-50%, в то время как КПГ дешевле на 30-50%.
Хотя на сегодняшний день использовать сжиженную пропан-бутановую смесь финансово выгоднее, чем сжатый метан, это преимущество временное. Учитывая тот факт, что запасы пропана и бутана гораздо ниже запасов метана, будущее газомоторного топлива за метаном. Точнее за сжиженным метаном или компримированным природным газом (далее – КПГ).
Сжатие метана происходит путем внешнего давления. Очищенный метан сжимают при помощи компрессора и закачивают в специальные баллоны, которые способны выдержать определенный уровень давления. После добычи природный газ доставляютна завод илиавтомобильные газонаполнительные компрессорные станции (АГНКС) по подземному газопроводу, где он очищается, измеряется и сжимается для последующей заправки автомобилей конечными пользователями.
Экологически чистое топливо
Газификация автомобильного транспорта в первую очередь вызвана необходимостью улучшить экологическую ситуацию в крупных городах, жители которых задыхаются от смога. Из-за загрязнения воздуха, которое по оценкам специалистов от 50 до 90% вызвано выбросами вредных веществ при эксплуатации автотранспорта, люди часто страдают от заболеваний дыхательных путей, онкологических и других серьезных болезней.
Эксперты считают, что при массовом использовании автомобилей на газомоторном топливе вред выбросов для здоровья человека на 60% ниже, чем при массовом использовании бензина и дизельного топлива. Кроме этого перевод 20 млн единиц транспорта на газ в мировом масштабе позволит на 20% сократить парниковые выбросы.
Таблица 1. Удельные выбросы токсичных веществ автомобильными ДВС
Сгорая, метан выделяет в основном воду и углекислый газ. Нет ни золы, ни копоти, портящих двигатели и загрязняющих атмосферу.
КПГ в отличие от бензина и по сравнению с ним:
полностью избавляет выбросы от свинцовых соединений, поскольку не содержит свинца;
в 5 раз снижает количество выбросов окиси углерода;
в 2 раза снижает количество выбросов несгоревших углеводородов;
в 9 раз снижает задымленность атмосферы;
в 2 раза снижет уровень шума при работе двигателя, что также очень важно для больших шумных городов.
КПГ содержит немного серы, ароматических углеводородов и других примесей. То есть продукты его сгорания не являются абсолютно безвредными для человека, но все же метан одно из самых экологически чистых видов моторного топлива, поэтому его использование устраняет и уменьшает ряд серьезных экологических проблем.
Стандарты качества моторного топлива постоянно меняются. Требования к его экологической чистотевсе время повышаются, поскольку чем оно чище, тем безопаснее и дешевле обходится эксплуатация автомобильного двигателя и меньший вред наносится окружающей среде.
Природный газ позволяет перейти на использование экологически чистого моторного топлива, которое соответствует стандарту Евро 5, быстро окупив вложения на переоборудование авто за счет его более низкой стоимости по сравнению с бензином и дизельным топливом.
К метану технически невозможно добавить какую-то химическую смесь, поэтому он не может быть некачественным. Его только можно плохо очистить от углеводородных или неуглеродных примесей, однако современные технологии позволяют делать это на достаточно высоком уровне, чтобы потребители не волновались за чистоту КПГ.
Экономическая выгода
Актуальность перевода автотранспорта на газ вызвана не только необходимостью улучшить экологическую обстановку, проблемы с которой сказываются на состоянии здоровья населения и, как следствие, понижают качество жизни, уровень производительности труда и требуют увеличения расходов на медицину, но и многими другими причинами.
«Мировые лидеры по числу газобаллонных автомобилей – Иран, Аргентина, Бразилия, Индия, Китай, Италия. Если сравнить этот список со списком наиболее развивающихся экономик мира, то можно найти прямую связь. Экономичность, экологичность и безопасность – вот три составляющие, которые характеризуют газовое топливо.»
– Рафаэль Батыршин, Альфред Гатиятов, ООО «РариТЭК»
Обратить внимание на газомоторное топливо многие страны мира вынуждает дефицит и дороговизна бензина, зависимость от импортного топлива, необходимость сократить темпы инфляции, которые частично зависят от роста цен на моторное топливо, удешевить моторное топливо для населения и организаций, рационально использовать природные ресурсы и необходимость повысить бюджетную эффективность.
Сжатый метан стоит в 2-3 раза дешевле, чем бензин А-92. Его использование в качестве моторного топлива на 15-20% уменьшает эксплуатационные расходы автомобиля.
Все это делает природный газ самым низко затратным способом перехода на экологически чистый вид топлива как для частных автовладельцев и коммерческих предприятий, обладающих собственным автопарком, так и для коммунальных служб.
Преимущества газификации автомобиля:
не требует переделки двигателя;
увеличивает срок службы двигателя в 2 раза, поскольку тот меньше загрязняется продуктами сгорания;
увеличивает срок службы моторных масел в 1,5-2,0 раза;
увеличивает срок службы свечей зажигания на 40%;
делает работу двигателя более пожаробезопасной, поскольку при утечке метан не скапливается, а быстро улетучивается.
Некоторые эксперты предлагают отнести метан к числу возобновляемых источников энергии, поскольку его можно производить промышленным способом (биометан), используя органические отходы, что одновременно решает и часть экологических, и часть экономических (энергетических) проблем человечества.
Как я уже неоднократно писал, развитие газомоторного рынка, которое снизит уровень негативного воздействия автотранспорта на окружающую среду и здоровье населения, требует решения ряда задач научного, технического и организационного характера. В их числе которых:
«сокращение выбросов загрязняющих веществ автотранспортом вследствие применения экологически чистого топлива;
расширение и стабилизацию рынка моторных топлив за счет увеличения доли использования газового топлива;
введение новых мощностей по производству КПГ позволит обеспечить внутренние потребности в автомобильном топливе в долгосрочной перспективе;
повышение эффективности использования существующих мощностей с целью энергосбережения;
наращивание инвестиций в реальную экономику в посткризисный период;
внедрение новых технологий во все отрасли экономики;
развитие газификации и надежное газоснабжение потребителей;
развитие газозаправочной сети;
размещениеавтогазозаправочных пунктов на основных международных транспортных коридорах»1 .
Поскольку экологические проблемы усугубляются, газодобывающие и газоперерабатывающие технологии совершенствуются, а запасы нефти истощаются, интерес к метану как источнику энергии и альтернативному виду моторного топлива продолжает расти. В качестве моторного топлива метан особо ценен для стран, у которых есть большие запасы природного газа или возможности для выработки биометана, а также для тех стран, где остро стоят вопросы повышения бюджетной эффективности, улучшения экологической обстановки и обеспечения энергетической безопасности.
Преимущества для частных автовладельцев
Частных автовладельцев переводить автомобили на газ чаще всего стимулирует дороговизна бензина и дизельного топлива. Тем, кто много передвигается на колесах, ежемесячное снижение расходов на топливо и других эксплуатационных расходов в 2-3 раза, позволяет больше денег оставить в семейном бюджете, не отказываясь от использования автомобиля и не урезая другие статьи семейных расходов.
Следует отметить, что переход на газомоторное топливо наиболее выгоден тем частным автовладельцам, которые много и часто пользуются автомобилем. Тем, кто лишь изредка пользуется своим авто, придется долго ждать, пока окупится переоборудование машины, что и сдерживает их от покупки и установки на машину ГБО. Однако если речь идет о покупке нового или подержанного автомобиля, рассчитанного на газомоторное топливо, то такая покупка с финансовой точки зрения является более выгодным решением, чем покупка нового авто на бензине.
Бюджетная эффективность
Не секрет, что бюджеты коммунальных служб всегда ограничены, а экономия на транспортных расходах в связи с переводом общественного транспорта и транспорта коммунальных служб на газомоторное топливо, позволяет им потратить часть денег на другие цели.
Главная экономическая выгода от автогазификации заключается в экономии приблизительно третьей части расходов на заправку автомобилей, автобусов и другой автомобильной техники. Также, поскольку реализация газомоторных проектов всегда улучшает экологическую обстановку в регионе. Люди меньше и реже болеют, что также сокращает расходы на медицинское обслуживание и выплаты по временной нетрудоспособности.
Развитие малого бизнеса
Потребление КПГ в кризисные периоды по сравнению с потреблением бензина снижается крайне незначительно. К примеру, в 2009 году в период мирового финансового кризиса российский рынок КПГсократился всего на 1,1%, рынок пропан-бутановой смеси на 4%, а рынок бензина – на 18%2 . Это значит, что участники газомоторного рынка, особенно сегмента КПГ, меньше подвержены риску убытков и риску неполучения прибыли, чем участники других рынков моторного топлива.
Малому бизнесу, особенно занятому грузовыми и пассажирскими перевозками, перевод транспорта на газомоторное топливо часто не только позволяет выжить, но и дает возможность получить конкурентное преимущество в цене товаров и услуг для конечного потребителя через снижение их себестоимости.
Развенчивание мифов
Количество автотранспорта в мире постоянно растет. С одной стороны это свидетельствует о развитии экономики и росте благосостояния людей, с другой – об увеличении потребности в доступном моторном топливе и обострении экологическим проблем, связанных с выбросами вредных продуктов сгорания. Перевод автотранспорта на газомоторное топливо успешно решает и те, и другие проблемы, однако в силу ряда факторов процесс газификации происходит медленно и скачкообразно.
Ускоренному развитию газомоторного топлива в частности препятствует недостаточная информированность конечных потребителей о преимуществах метана в качестве моторного топлива. Некоторые частные автовладельцы опасаются, что использование КПГ небезопасно, снижает мощность двигателя и грузоподъемность автомобиля. Такие мифы нужно развенчивать, поскольку они препятствуют развитию газомоторного рынка.
Заблуждение: метан легко взрывается
Реальность: метан безопаснее бензина и пропана
Метан легче воздуха, пропан и бензин – тяжелее. После утечки метан быстро улетучивается, пропан – скапливается в любом удобном месте. Поэтому по техническим причинам иногда загораются автомобили, в которых установлены пропан-бутановые или бензиновые двигатели, но не метановые. Метан быстро испаряется даже при низкой температуре воздуха.
Автовладельцы боятся, что ГБО по какой-то причине взорвется и в салоне нельзя курить. На самом деле газовые баллоны выдерживают не только давление сжатого газа, но и сильные удары. Они специально созданы так, чтобы выдерживать гораздо большее давление, чем давление сжатого в 200-250 раз природного газа.
Метановые автомобили с установленным качественным ГБО не загораются и не взрываются. А если газобаллонная система качественная, нет проблем с герметичностью, все клапаны исправны, запаха газа не чувствуется, то бояться пожара не стоит, даже автомобиль ездит на пропан-бутановой смеси. Придерживаясь техники безопасности, используя любое топливо, нет причин чего-то либо бояться.
Заблуждение: метановое ГБО очень тяжелое
Реальность: современное метановое ГБО бывает очень легким
Есть тяжелые и легкие баллоны для КПГ. Вопрос в цене. Тяжелые баллоны для сжатого метана стоят дешевле. Легкие баллоны стоят гораздо дороже, но они есть. Если вес ГБО для водителя или автовладельца критически важен, то найти легкий газовый баллон не трудно, просто на его покупку придется потратить большую сумму.
Заблуждение: установка ГБО портит автомобиль
Реальность: правильная установка не портит автомобиль
Ошибки в установке ГБО могут привести к поломке автомобиля, но это не имеет отношение к ГБО как таковому, а только к квалификации механиков, выполняющих работы по его установке. Профессиональный механик не допустит подобных ошибок, поэтому переоборудовать авто нужно не в кустарных условиях, а в профессиональном специализированном сервисе. Там же нужно регулярно проводить его техосмотр.
Использование метана также не приводит к более быстрому износу двигателя. В старых двигателях, где сухой смазкой в клапанах выступал свинец, такая проблема действительно была. В новых двигателях свинец для смазки клапанов не используется, поэтому перевод автомобиля на газ не приводит к более быстрому износу двигателя.
Заблуждение: двигатель значительно теряет мощность
Реальность: максимум на 10%
Потеря мощности двигателя при переоборудовании на метан до 10% многими автовладельцами даже не ощущается. Любители быстрой езды могут протестировать автомобиль с заводским газовым оборудованием от Mersedes, Passat или Volvo и убедиться в том, что возможности современных газовых автомобилей ничуть уступают бензиновым.
Техническое обеспечение
В последние годы в мире наблюдается рост количества автомобилей, использующих природный газ в качестве моторного топлива. В их числе находятся и переоборудованные под использование газа автомобили, и заводские газомоторные автомобили, и гибридные автомобили, в которых предусмотрены два источники энергии.
Для массовой газификации автомобилей нужны:
достаточное количество добытого и очищенного метана;
развитая газотранспортная сеть для транспортировки природного газа после добычи;
автомобильные газонаполнительные компрессорные станции (АГНКС), которые обеспечивают комплексную обработку (очистку, замеры, сжатие) и хранение газа;
газобаллонное оборудование (ГБО), которое устанавливается на автомобили;
заводские газомоторные автомобили (легковые, грузовые, специальная техника);
специализированные сервисы, которые занимаются установкой и техническим обслуживанием ГБО.
Транспорт на метановом топливе
Крупные автопроизводители давно выпускают гибридные автомобили и автомобили с метановыми двигателями. К сожалению, из-за низкого спроса (по сравнению с бензиновыми автомобилями) количество газовых моделей не так уже велико (около сотни3 ), но оно постоянно увеличивается.
Грузовые и легковые газомоторные автомобили производят такие автогиганты как Volkswagen, Volvo, Audi, Ореl, Fiat, Renault, КАМАЗ, Группа ГАЗ, Komatsu. Коммунальные службы, сельскохозяйственные и строительные компании закупают газомоторные автобусы Hengtong, Volgabus, Volvo, Группы ГАЗ; специальную технику Iveco (грузовики); Dayun и Volvo (тягачи); Valtra (тракторы), КАМАЗ (разнообразная сельскохозяйственная, коммунальная, дорожно-строительная техника).
Газобаллонное оборудование (ГБО)
На практике принято различать несколько поколений ГБО. Каждое новое поколение гораздо дороже, но и гораздо совершеннее предыдущего: обеспечивает высшую безопасность, более комфортное использование, меньшую потерю мощности двигателя и грузоподъемности автомобиля.
ГБО состоит из небольшого количества элементов, основными среди которых являются следующие:
заправочное устройство (используется для заправки баллона газом и предупреждения утечек газа);
баллон (резервуар для газа);
редуктор (обеспечивает снижение давления газа при его непосредственной подачи из баллона в двигатель);
форсунки (выдает порцию газа и распыляет ее);
клапан (включает и выключает подачу газа из баллона);
датчик уровня топлива;
манометр (измеряет уровень давления газа);
дозатор топлива;
переключатель (производит переключение между источниками топлива в гибридных авто).
Количество и тип деталей (электрические, механические) зависит от поколения ГБО и типа авто: карбюраторное или инжекторное.
Вес и объем баллонов раньше являлся весомой причиной, по которой автовладельцы не желали устанавливать ГБО на легковые автомобили. Современные технологии устранили эту проблему: баллоны стали легче и безопаснее, а также долговечнее и удобнее. Для грузовиков баллоны делают более объемными и их количество в одном автомобиле доходит до десяти. Баллоны для легковых автомобилей компактные, к тому же обычно их устанавливают не больше одного.
Баллоны для КПГ, в основном цилиндрической формы, делают из стали, металлопластика и полимерных композиционных материалов. Самые тяжелые и дешевые баллоны – стальные, самые легкие и дорогие – полимерно-композитные (на 70% легче, чем металлические). Стальные баллоны традиционно считаются более надежными, хотя современные полимерно-композитные баллоны полностью защищены от утечек газа, не боятся ударов и огня, поэтому полностью взрывобезопасны.
Автомобильные газонаполнительные компрессорные станции бывают частными и общественными, материнскими (ведущими) и дочерними; стационарными и мобильными. Среди мобильных АГНКС в частности различаютблочно-контейнерные, в том числе модульные, и индивидуальные (бытовые, домашние) газозаправочные станции.
Стационарные АГНКС обычно занимают большую площадь и получают метан непосредственно из подземного магистрального газопровода. Такая АГНКС состоит из нескольких блоков, обеспечивающих передачу газа из газопровода, его осушку, очистку, сжатие, хранение, редуцирование и заправку в баллоны.
Изредка стационарные АГНКС могут быть не подключены к газопроводу, получая КПГ из АГНКС, которая в нему подключена. В таком случае АНГКС, которая подключена к газопроводу, называют «материнской», «ведущей», в АНГКС, получающую газ из материнской, – «дочерней».
В некоторых странах используются передвижные автомобильные газовые заправщики – ПАГЗ, которые часто называют просто передвижными автозаправочными станциями. В основном ПАГЗ используются для доставки КПГ в местности, где ни одна АГНКС еще не построена по причине отсутствия заинтересованных инвесторов или же в места, где нет магистрального трубопровода, к которому можно было подключить новую АГНКС.
В некоторых странах используется схема эксплуатации материнской и дочерних АГНКС при помощи ПАГЗ. К примеру, в Италии, при помощи ПАГЗ доставляют метан на общественные АГНКС, которые не подключены к магистральному трубопроводу по причине его отсутствия. В этом случае при помощи компрессорной установки на материнской АГНКС газ заправляют в ПАГЗ, потом отправляют его на дочернюю АГНКС, где в процессе передачи КПГ в цистерне падает давление, из-за чего возникает потребность в дополнительном компримировании газа, которое и проводится на дочерней АГНКС, также оборудованной соответствующим компрессором.
Обычно дочерние АГНКС строят рядом с крупными населенными пунктами, где использовать ПАГЗ не представляется возможным в виду того, что потребности в КПГ слишком большие и его нужно постоянно доставлять на станцию. То есть ПАГЗы фактически выполняют функцию автоперевозчика моторного топлива, а непосредственная заправка автомобилей осуществляется на стационарной дочерней АГНКС.
Сравнительно небольшое количество частных газифицированных автомобилей делает бизнес автозаправщиков не особо выгодным. Частично эту проблему решают мини-АГНКС. Каждое предприятие, обладающие собственным автопарком, может перевести его на газомоторное топливо и приобрести мини-АГНКС, мощностей которой хватит для удовлетворения собственных нужд в газомоторном топливе.
Модульный принцип устройства мини-АГНКС позволяет владельцу выбрать именно ту мощность станции, которая ему нужна, что позволяет окупить ее за 1-1,5 года. При расширении автопарка количество насосных агрегатов можно легко увеличить, тем самым увеличив мощность собственной АГНКС. Обычно мини-АГНКС устанавливают владельцы таксопарков, сельскохозяйственные предприятия и предприятия коммунального транспорта, торговые сети и строительные организации.
Специализированные сервисы
Метановое ГБО можно установить практически на любой автомобиль, но только в специализированном сервисе. Иногда его устанавливают в кустарных условиях, но такая практика не рекомендуется специалистами из соображений безопасности. В профессиональном сервисе ГБО не только правильно установят и настроят, но и дадут гарантию на работы и рассчитают примерный срок его окупаемости.
Кроме установки ГБО такие автосервисы проводят испытания газобаллонного оборудования, регулярный технический осмотр авто, ремонт и замену изношенных запчастей, а также консультируют потребителей по всем вопросам, связанным с переоборудованием и эксплуатацией транспорта, использующего газ в качестве моторного топлива.
