УНИВЕРСАЛЬНОЕ МОТОРНОЕ ТОПЛИВО 21ГО ВЕКА

В десятом номере прошлого года мы уже писали о сжиженном природном газе, как об универсальном энергоносителе в мировой энергетике. Но обещали вернуться к теме СПГ и рассказать о нем, как о перспективном моторном топливе для различных видов транспорта.

 

СПГ -  перспективный  вид моторного топлива
  Одним из проявлений перехода   развитых  стран мира на новый  технологический уровень  является стремительно растущее применение   альтернативных видов моторного топлива. В основном ставка делается на природный газ. Его применение на транспортных средствах преследует несколько целей: экономию средств на приобретение топлива, поскольку цена эквивалентного количества газа значительно (до 30-50 %) ниже, чем дизельного топлива или бензина, обеспечение устойчивого топливоснабжения  в перспективе с учетом динамики изменения добычи нефти и газа, их сравнительных запасов и прогнозов истощения месторождений. Кроме этого, характерной  особенностью  применения в двигателях природного газа  является значительное  снижение износа основных деталей, уменьшение расхода смазочного масла и понижение требований к его качеству. Снижение износа основных деталей (цилиндрово-поршневой группы,  кривошипно-шатунного механизма) объясняется тем, что  при работе двигателя на газе отсутствуют  неиспарившиеся жидкие фракции,  которые, проникая в  рабочие цилиндры бензинового  двигателя,  вызывают смывание смазки и корродирование стенок цилиндра, а, проникая в картер, разжижают масло.  При работе двигателя на газе в продуктах сгорания  топлива отсутствуют частицы твердого углерода, вызывающие износ деталей.
Использование природного газа на транспорте  оправдано не только  с технико-экономической точки зрения, но и экологической.    Известно, что автомобильный транспорт потребляет более 60 % нефти и является основным источником загрязнения воздушных бассейнов промышленных центров. Применение природного газа в сравнении с  традиционным   нефтяным  топливом понижает  содержание  вредных компонентов выпускных газов: окиси углерода - до 80%, окислов азота - до 70% и  углеводородов - до 45%.
Природный газ, как моторное топливо, на транспортном  средстве может находиться в двух состояниях: сжиженном (СПГ) и сжатом, т.е. компримированном (КПГ). В обоих случаях в цилиндры двигателя топливо подается в газообразном виде, поэтому выбору подлежит состояние, в котором перевозится запас газа на транспортном средстве. В сжиженном состоянии природный газ находится при температуре минус 160 °С, а для его сохранения  в этом состоянии используются  криогенные емкости.
Необходимо отметить, что еще 3-4 года назад, на транспорте,  в основном,  применялся  компримированный природный газ. Однако,   в связи с развитием  в последние годы инфраструктуры   производства  СПГ в мире и увеличением экспорта сжиженного газа из таких газодобывающих стран, как Алжир, Ливия, Индонезия и другие, в развитые страны мира, наметилась явная тенденция  перехода   на  применение сжиженного  природного  газа   как    наиболее перспективного вида моторного топлива. К тому же для таких  видов транспорта, как железнодорожный и водный, использование компримированного газа  весьма проблематично. Что касается авиации, то перевод ее на газовое топливо возможен только на базе СПГ.
Это связано с тем, что  замена  КПГ на СПГ  позволяет  существенно улучшить технические  показатели транспортных средств: уменьшить габариты и массу системы  хранения  бортового топлива, увеличить  полезную грузоподъемность и  запас хода от одной заправки. Преимущества  использования сжиженного природного газа в качестве моторного топлива  объясняются  более высокой его плотностью (в 3 раза) по отношению к компримированному  природному газу. Сжижение газа, по сравнению со сжатием, приводит к уменьшению массы системы хранения  природного газа  на  транспортном средстве  в 3-4 раза, а объема в 1,5 - 3 раза.
За рубежом  разработано множество различных  технологий и построено достаточно большое количество установок по производству СПГ с целью обеспечения  транспорта этим более дешевым и экологически чистым топливом. Лидерами в области производства таких установок являются фирмы 'Криопак', 'Криогаз Энженеринг Лтд' и др. Так, в США заправка автотранспорта сжиженным газом осуществляется на многочисленных стационарных автозаправочных станциях, куда СПГ доставляется в специальных  криогенных метановозах  от мини-заводов по его производству.


Зарубежный опыт применения СПГ для различных видов транспортных средств
СПГ как моторное топливо для автотранспортных средств применяет  в США,  Германии, Нидерландах, Норвегии,  Франции и  других странах.
В США  более 25% муниципального транспорта используют сжиженный природный газ  как моторное топливо, расширяется производство  грузовых автомобилей   на СПГ. Компания 'Mack' в сотрудничестве с фирмой 'Waste  Managemtnt Inc.' в течение  уже многих лет успешно занимается производством двигателей на СПГ.  Седельный  тягач Mack СН/LNG является самым чистым  грузовым автомобилем на американских  дорогах и отличается  большим запасом хода, который составляет свыше 1000 км. Корпорация 'Kenworth Truck Company'  запустила производство грузовиков 'Kenworth T800 LNG'. По оценкам многих  специалистов этот автомобиль - один из наиболее универсальных грузовиков на современном рынке. Он  используется для многих целей: от магистральных тракторов с роскошной кабиной '86 Studio AeroCab' до предназначенных для эксплуатации в тяжелых условиях внедорожных самосвалов, городских пикапов и легких грузовиков.
В этом году компания 'Sterling Trucks' представила свой новый грузовой автомобиль 'Sterling Set-Back 113'. Новинка агрегатируется 8,9-литровым двигателем Cummins Westport- ISLG с системой повторного сжигания отработанных газов.
Мощность двигателя составляет от 250 до 320 л.с., а содержание в выбросах NOx на 85% меньше, чем у двигателей, работающих на традиционных нефтяных видах топлива. 

Расширяется применение СПГ на автомобильном транспорте  и в Западной Европе.  Городские власти многих городов Германии планируют перевести на СПГ весь  муниципальный транспорт. Фирмами 'Mercedes-Benz' и 'Messer' уже разработаны и производятся городские мусоровозы, работающие  на сжиженном природном газе.  Сейчас только в г. Франкфурте  эксплуатируется  более 80 таких  муниципальных машин.
На ярмарке 'Европейский дорожный транспорт 2007' в Амстердаме (Нидерланды), компания 'Даймлер' представила седельный тягач Mercedes Econic, работающий на СПГ. Автомобиль оснащен рядным 6-цилиндровым газовым  двигателем ОM 906 LAG объемом 6,88 л с распределенной подачей газа, мощностью 250 kW (279 лс), максимальным крутящим моментом 1000 Nm при 1400 об/мин и максимальной скоростью вращения 2200 об./мин. Колесная формула: 4 х 2 (грузоподъемность 18 т) и 6x2/4 (грузоподъемнлсть 26 т). Пробег на одну заправку CПГ составляет 1100 км. В настоящее время инженеры компании прорабатывают вариант газового магистрального тягача для международного  проекта 'Голубой коридор',  который соединит  города  Западной  Европы и России.
В настоящее время в Европе  формируется новый вид транспорта на  СПГ - авторефрижераторный, который предполагается использовать для доставки в магазины свежих и подвергнутых глубокой заморозке продовольственных товаров. В Германии серийное производство  авторефрижераторов на СПГ уже освоено  фирмами  'MAN' и 'REWE' (совместный проект). Грузовики снабжены шестицилиндровыми двигателями    MAN-19.232  мощностью 170 кВт и изотермическими кузовами вместимостью 18 т. Среднегодовой  пробег  авторефрижератора составляет  более 30 тыс. км, при ежедневном пробеге в 159 км. Средний расход топлива (СПГ) составляет 28 кг/100 км. Автомобиль при ежедневном пробеге в 200 км потребляет 143 л СПГ.

 

Применение СПГ   на водном транспорте
В настоящее время  в мире уже  эксплуатируется более 200 крупных морских  судов-метановозов, предназначенных для перевозки СПГ  и использующих его в качестве моторного топлива.  В Норвегии  компания 'Statoil'   приступила  к серийному  производству средних и малых судов на СПГ. Преимущества СПГ  по сравнению с  обычным бункерным  топливом  с экологической точки зрения очевидны:  использование его только на двух судах в течение года  сокращает выбросы окислов азота  до 420 тонн.  Инициатива   'Statoil'    активно поддерживается министром  нефти и энергетики Норвегии, который считает ее началом полномасштабного перехода судов на  СПГ. Экспериментальные суда на СПГ построены и эксплуатируются   в США, Германии и ряде других стран мира.


 

Применение СПГ на железнодорожном транспорте
Работы по применению природного газа в качестве моторного топлива на тепловозах проводятся в США, Германии, Канаде, Австрии. Так, в США в 1992-1994гг. переоборудованы для работы по газодизельному циклу два тепловоза серии SD40-2 с двигателями фирмы General Motors мощностью 2200 кВт и два маневровых тепловоза МК 1200с с двигателями Саterpillarг мощностью 1527 кВт. В настоящее время ведутся работы по переводу на газ локомотивных двигателей EMD 645, КТАSOG3 (Cummins). В Германии для работы на газе переоборудован маневровый тепловоз серии Кof 360, созданы промышленные газотепловозы КG230 и МАК G1600. В Австрии построен магистральный грузовой газотепловоз GЕ 3000 мощностью 2200 кВт.
Многолетняя  безаварийная  эксплуатация  магистральных и маневровых тепловозов на СПГ  железнодорожными  компаниями 'Берлингтон Нозерн', 'Моррисон-Кнудсен', 'Санта Фе',  'Юнион Пасифик' говорят об объективных преимуществах  этого вида  топлива.

 

Применение СПГ в авиации
Результаты, проведенных за рубежом исследований показывают,  что внедрение СПГ в авиацию позволит значительно увеличить  скорости и освоить 'мертвое' пространство между высотами полетов, достигнутыми авиаций и ракетно-космической техникой. При внедрении СПГ в авиацию экономится топливо: метановое топливо позволит снизить расход топлива  на транспорт единицы массы полезной нагрузки на 16-27%, по сравнению с авиакеросином. Резко улучшится экологическая обстановка, поскольку  необходимо учитывать, что современные самолеты летают на высотах, ниже которых находится 80% всей массы атмосферы. Этот атмосферный слой очень чувствителен к выбросам отработавших газов.
 Ведущие авиакомпании США, Японии и Западной Европы ('Боинг', 'Локхид', 'Дойче Аэроспейс', 'Эрбас Индастри') прогнозируют использование  СПГ как основного топлива для авиации. Все они сходятся в том, что, начиная с 2010-2020 годов, развернется широкое внедрение криогеники в мировое авиастроение.

 

Заключение
Использование СПГ как универсального моторного топлива XXI века - интенсивно развивающееся направление, которое  уже в ближайшее время  превратится за рубежом в самостоятельную высокорентабельную отрасль экономики развитых стран. О том насколько  это направление перспективно для России статья в  следующем  номере журнал.


2005-2008 Все права защищены. Журнал "Машины и механизмы"