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.