к содержанию номера

Рынки

По материалам "Криогенмаш" и "ГазомоторЭкип"

СПГ как топливо

Одной из причин, сдерживавших темпы перевода транспортных средств на газ, была сравнительно низкая цена на бензин и дизельное топливо. Теперь же цены на нефтепродукты существенно увеличились, в то время как популяризация автомобильных газонаполнительных компрессорных станций (АГНКС) остается достаточно низкой. Слабые темпы внедрения в РФ компримированного природного газа (КПГ) на автотранспорте, особенно грузовом, вызваны недостатками как самой бортовой системы КПГ, так и малым количеством АГНКС. Между тем, вышеперечисленные проблемы можно решить относительно быстро, благодаря использованию сжиженного природного газа (СПГ).

Общее количество крупных АГНКС  в России не превышает 200 единиц. Для сравнения,  в Аргентине, существует 1300 газовых заправочных станций, расположенных в 255 городах, а количество транспортных средств, работающих на КПГ, составляет 1 млн. 500 тыс. единиц.  К слову, в течение 2006 года, парк автомобилей, работающих на КПГ, Аргентины предположительно увеличится до 8 млн. единиц.    Для использования природного газа в автомобильном транспорте там были созданы более 1500 постпродажных мастерских, которые ежемесячно  переводят до тысячи автомобилей на КПГ. А учитывая постоянно растущий спрос на газомоторное топлива, в настоящее время ведутся разработки по использованию СПГ и созданию небольших установок по его производству,    

В достаточно большом объеме КПГ в качестве газомоторного топлива применяется и в Италии. Для повышения пробега автомобильного транспорта за одну заправку, там повышают давление газа в баллонах с 20 МПа до 32 МПа, что позволяет в 1,8 – 2 раза увеличить пробег. 

Россия же, располагая сравнительно небольшим количеством АГНКС, не полностью использует даже имеющиеся мощности.  К примеру, по данным "Мосавтогаз" в эксплуатации которого находится 20 АГНКС общей мощностью 186,8 млн.нм³ компримированного газа в год, в период с 1991 по 1998 год использование производственных мощностей снизилось с 21,2% до 1%. К настоящему времени оно возросло до 10-18.0%, но так и не достигло даже своего предыдущего уровня.

Зачем платить больше?

Причины отсутствия популярности АГНКС общеизвестны. Это небольшой пробег транспортного средства за одну заправку, что неприемлемо для больших расстояний, характерных для России; большая масса баллонов и их габариты, что снижает возможность размещения необходимого количества баллонов и снижает грузоподъемность транспортных средств; удаленность АГНКС от автомобильных предприятий, затраты времени на заправку баллонов; отсутствие разветвленной сети АГНКС, удобной для потребителя КПГ и высокая стоимость передвижных автозаправочных станций (ПАГЗ);

Между тем, вышеперечисленные проблемы можно решить благодаря использованию сжиженного природного газа (СПГ). Для наглядности имеет смысл сравнить экономическую значимость химического потенциала природного газа в компримированном виде при давлении 20 и 32 МПа, в сжиженном виде при давлении 0.4 МПа, пропан- бутана при давлении до 1.6 МПа, водорода при давлении 40 МПа, размещенных в баллоне емкостью 50 л  и сравним с расходом бензина А-92 при отпускной стоимости 17.5 руб/л. при удельной теплоте сгорания 34.1 МДж/л.  На этом этапе не учитываем стоимость баллонов и топливной системы, которые относятся к разовым затратам (см. "Потенциал альтернативных видов моторного топлива").

Вполне очевидно, что пропан-бутан по экономичности уступает СПГ из-за взвинчивания отпускных цен. Уже сложилась практика, когда с ростом цен на бензин и дизельное топливо, почти одновременно увеличивается цена пропан-бутана. При увеличении давления природного газа в баллоне с 20.0 до 32.0 МПа экономичность использования КПГ в качестве моторного топлива увеличивается почти на 60%. 

Стоимость перевода двигателя с бензинового топлива на газ, как на КПГ, так и на СПГ практически близки, хотя в топливной системе высокого давления прежде чем подать газ в цилиндры двигателя подвергают его 2-х ступенчатому редуцированию, а при СПГ, из-за низкого давления газа в топливном баке – только одноступенчатому редуцированию. При этом, металлоемкость топливной системы на СПГ значительно ниже, чем на КПГ.  Стоимость криогенного топливного бака для СПГ практически не отличается от стоимости  металлопластиковых баллонов для КПГ, а при переходе на давление 32 МПа, может оказаться еще ниже [3]. Таким образом, при почти равных условиях, баллон емкостью 50л с СПГ обеспечивает экономию финансовых средств почти в 2.2 раза больше, чем на КПГ-200 и в 2.55 раза больше чем на пропан-бутане.  Таким образом, при одном и том же объеме бортового запаса топлива, сжиженный природный газ, как заменитель нефтяного моторного топлива, обеспечивает пробег транспортного транспорта средства за одну заправку  в 2-2.5 раза больше, чем на КПГ и обеспечивает  экономию затрат на топлива в 2.2 раза больше, и в 2.5 раза больше, чем на пропан-бутане при стоимости СПГ 300 долл/т.

Бонус для АЗС

Использование СПГ на АЗС позволяет  расширить  и преобразовать их в многофункциональные автогазозаправочные станции (АГЗС) для заправки автомобильного транспорта как бензином, дизельным топливом, так и компримированным и сжиженным газом, то есть передать им часть функции АГНКС по реализации КПГ. Такое техническое решение позволит значительно увеличить  количество функционирующих газозаправочных станций и приблизить их к потребителям.

Для этого, на действующей АЗС, необходимо установить, например, криогенный резервуар емкостью 10 м³, холодный плунжерный насос высокого давления, теплообменник с источником тепла и колонку для отпуска КПГ. Такой комплекс оборудования потребует сравнительно небольшой площади, всего около 15м^2.-20м² . СПГ в криогенном резервуаре емкостью 10м³ по своей теплотворной способности практически эквивалентен бензину в сосуде емкостью более 5000л и позволяет заправить КПГ за одну заправку криогенного резервуара более 75 автомашин, работающих на баллонном газе.

Установка криогенного резервуара с СПГ на АЗС не нарушает безопасность его эксплуатации, так как  природный газ менее взрывоопасен, чем бензин. Так, например, температура воспламенения бензина составляет 190 – 230^оС, а природного газа – 542^оС. Взрывоопасная концентрация паров бензина равна 1.4-7.0%, дизельного топлива – 1.1 – 8.0%,  а природного газа (метана) – 5 –15%. Кроме того, метан более безопасен, чем пропан-бутан, так как  пары метана легче воздуха, поэтому они улетучивается, тогда как пары пропан-бутана в 1.4-1.6 раз тяжелее воздуха и  могут "стелиться" и накапливаться на поверхности земли и образовывать взрывоопасную смесь с кислородом воздуха.

В настоящее время созданы мощности и действуют установки по производству СПГ в количестве до 80т в сутки, что эквивалентно 110.0тыс.нм³ газообразного метана. При пока неразвитом рынке сбыта СПГ экономически целесообразно организовать его производство на незагруженных мощностях АГНКС, а также на ГРС и ГРП с использованием апробированных технологий сжижения природного газа. При создании новых АГНКС экономически и технически целесообразно организовать их на базе блочно-контейнерного исполнения с учетом выбора не менее 2-х комплектов, один комплект для производства и реализации КПГ, а второй - для производства и реализации СПГ, что позволяет более эффективно использовать создаваемые мощности и вкладываемые средства.

Кроме того, при перевозке СПГ любым видом транспорта в единице объема резервуара транспортируют в 2-3 раза больше газа, чем в сжатом виде. При этом удельная материалоемкость на единицу перевозимого объема газа на СПГ почти в 7 раз меньше, чем при транспортировании КПГ давлением 32.0МПа  ПАГЗ-ом. 

Корпоратив

Чтобы увеличить масштабы использования природного газа в качестве моторного топлива на автотракторной технике и повышения её пробега за одну заправку, необходимо повысить давление газа в баллонах до 32.0МПа.  Однако для перевода существующих АГНКС с 20.0МПа на 32.0МПа необходимо заменить компрессорное оборудование и всю коммуникацию, установить новые газовые компрессоры на давление до 37.0 МПа, что потребует больших капитальных вложений.

Некоторые сельскохозяйственные районы уже начали переводить свои средства механизации на КПГ. Активность перевода двигателей с/х механизмов, работающих в дизельном режиме в сельскохозяйственных регионах сейчас значительно выше, чем в городских условиях. При этом, при переводе двигателей на газодизельный режим используется 25 –35% дизельное топливо, от номинального расхода в качестве запального средства, и 75-65% природный газ, как заменитель дизельного топлива.  Несмотря, на то, что в газодизельном режиме работы двигателя замещается только часть дизельного топлива,  срок окупаемости затрат на перевод транспортных средств на природный газ составляет не более одного года. Сегодня уже имеются агропромышленные комплексы, например, в Ставропольском крае, где более чем 60% транспортных средств переведены на КПГ.

Кроме того, использование СПГ позволяет решить проблему перевода железнодорожного транспорта с дизельного топлива на газодизельный режим.

По предварительным расчетам, для перевода магистрального тепловоза на газодизельный режим с учетом замещения до 70% расходуемого дизельного топлива, необходимо создать бортовой запас природного газа в размере 10.5т + неприкосновенный запас. При использовании в качестве бортового запаса КПГ в указанном количестве при давлении 20.0МПа, необходимо иметь резервуар высокого давления объемом около 80м³. При этом возникают организационные и технические сложности по первоначальной и промежуточной заправке.  

Задача намного упрощается при использовании СПГ. В этом случае криогенный резервуар, например,  емкостью 30-50 м³ размещается на открытом тендере между секциями тепловоза на железнодорожной тележке, например, производства ГП "Уралвагонзавод".

Маневровые тепловозы, ввиду специфики их работы, а именно, небольшое плечо обслуживания, необходимость широкой обзорности, частые переключение режимов и направлений движений, целесообразно перевести на КПГ. При этом, СПГ  также может быть использован для заправки баллонов высокого давления, по вышеописанной схеме для АЗГС. Учитывая близость заправочного пункта и скорость заправки, можно уменьшить бортовые запасы природного газа, тем самым уменьшить объем и количество устанавливаемых на маневровый тепловоз баллонов.  

С конца 80-х годов прошлого столетия  был принят ряд соответ-ствующих программ и решений на уровне МПС СССР и РЖД РФ по внедрению СПГ в желдортранспорт,  однако эти "благие" намерения, утверждённые на самом высоком "уровне"  буксуют уже не первое десятилетие из-за постоянных сбоев в финансировании.

Потенциал альтернативных видов моторного топлива                                                                                        

Примечание: * отпускная цена СПГ принята в размере 300 долл./т  или 8460 руб./т или 5755.1 руб./1000нм³ ; 

** отпускная цена водорода должна быть не выше 5.0 руб./нм³ или менее 55.0 руб./кг, чтобы обеспечить рентабельность замены бензина на водород.

*** - исходные данные по удельной низшей теплотворной способности газов [2].

к содержанию номера

ЗИМА-2022

все статьи номера