Дизель на метане принцип работы: Что такое газодизель, экономия, принцип работы газодизельного двигателя

Содержание

Что такое газодизель, экономия, принцип работы газодизельного двигателя

Что собой представляет газодизельный двигатель и принцип его работы:

Двухтопливным газодизельным двигателем называется силовая установка, на которую дополнительно смонтировано оборудование для работы от газа. Принцип работы такой установки заключается в одновременной подаче в камеру сгорания двух видов топлива. Основным топливом является солярка, а дополнительным газ метан. Причем дизтопливо подается в значительно меньшем объеме, чем обычно.

Солярка, по сути, является своеобразным “запалом” для газовоздушной смеси. Подача солярки связана с тем, что температура воспламенения у метана выше, чем у солярки. По этой причине в момент сжатия в камере сгорания сам метан воспламениться не может. Для его поджига на такте впуска в камеру сгорания подается некоторое количество солярки.

Газодизельный двухтопливный двигатель сохраняет возможность работать только от солярки, но не способен работать на одном газу.

 

Какую экономию при этом можно получить?:

Экономия денег от газодизельного режима зависит от того, в каком процентном соотношении происходит замещение дизтоплива газом.

 

Процент замещения солярки метаном может колебаться в пределах от 50 до 85%. На этот показатель влияет несколько факторов:

  • характеристики штатной топливной системы;
  • конструкция применяемой газодизельной системы;
  • манера вождения.

При запуске двигателя, либо при его работе на малых нагрузках, используется практически только дизтопливо. Связано это с тем, что при данных режимах работы затруднительно определить оптимальные параметры подачи газа.

Далее, с повышением нагрузок, создаются оптимальные условия для перехода в газодизельном режиме. Именно в этот момент замещение может вырастать до 85%. В тоже время, во избежание перегрева форсунок и последующего закоксовывания распылителей, сохраняется подача некоторого объема дизтоплива.

При выходе ДВС на полную мощность велик риск появления детонации и возникновения эффекта калильного зажигания. Система управления газодизелем начинает снижать порцию газа.

Для экономичной, в финансовом плане, эксплуатации важным является показатель, определяющий, сколько кубометров метана будет нужно на 1 литр солярки. На всех режимах дизель работает с избытком воздуха. В связи с этим газ, подаваемый в камеру сгорания, разрежен воздухом. Это, в свою очередь, снижает ступень его возгорания. Таким образом, сгорание газо-воздушной смеси протекает в непосредственной близости с каплями солярки. Остатки несгоревшего газа выводятся вместе с выхлопом.

В теории для замещения 1 литра дизтоплива требуется не более 0,9 кубометра метана. На практике, по причине несовершенства процесса горения, коэффициент замены может составлять 1,1 — 1,3 кубометра.

SCANIA DC13 карьерный самосвал SCANIA DC13 седельный тягач Газель Cummins ISF 2.8  
Технология Подача газа перед турбиной, управление подачей дизельного топлива через эмуляцию сигнала педали газа, управление подачей газа через GPS Подача газа перед турбиной, управление подачей дизельного топлива через эмуляцию сигнала педали газа, управление подачей газа через GPS Подача газа перед турбиной, управление подачей дизельного топлива через эмуляцию сигнала педали газа
Замещение 50% 60% 70%
1 литр ДИЗ топлива замещается на 1.1 нм3 1.2 нм3 1.3 нм3

 

Чтобы произвести практические расчеты замещения, за основу берется гарантированный показатель 60%. Эта величина ориентирована на обычные двигатели. Для газового показателя принято учитывать коэффициент 1,2. Отсюда следует, что для замещения 1 литра дизтоплива расходуется 1,2 кубометра метана. При условии соблюдения корректного стиля вождения допустима большая степень замещения. Но гарантий в этом нет.

Чтобы рассчитать экономию, берется сумма затрат на дизельное топливо из расчета расхода на 100 км пробега. Эта сумма должна соответствовать расходам при работе двигателя до перевода на газ. Затем фиксируются затраты на сниженный объем расхода солярки, и прибавляется сумма на приобретение газового топлива.

 

Как осуществляется трансформация в газодизель:

Для переоборудования в газодизель изменение конструкцию штатного двигателя не требуется.

В систему поступления воздуха, расположенную перед турбиной, производится установка газовых инжекторов. Они, получая импульсы от электронного блока управления, впрыскивают газ.

Подобная схема газоподачи имеет ряд преимуществ:

 

  • высокая степень взрыво — пожаробезопасности. В этом режиме газ разбавляется воздухом, и его предельная концентрация не способна загореться.
  •  благодаря прохождению через турбину образуется однородная газовоздушная смесь.
  •  в случае отказа одного или нескольких газоинжекторов происходит обычное снижение тяги двигателя без отрицательных последствий

Подача дизтоплива ограничивается сигналом педали газа или методом эмуляции.

Контроль теплорежимов работы газодизеля осуществляется на основании показаний термопары, которая устанавливается на входе горячей части турбины.

 

Поменяются ли силовые показатели двигателя после перевода в газодизель?:

Установка на ДВС газодизельной системы никак не влияет на его работу. Все характеристики дизеля, включая степень
сжатия, наддув, компрессию остаются без изменений.

Эти сведения основаны на откликах водителей, что их газодизельная машина прекрасно справляется с перевозкой груза
даже на крутых подъемах. При этом была включена передача, на которой обычно они передвигаются на простом дизельном
моторе.

Стендовые испытания двигателей также показали неизменность параметров при их работе с газодизельной установкой.

 

Экологический эффект газодизеля:

Газодизельный ДВС наносит меньший ущерб природе, чем обычный. В тоже время этот показатель меняется в зависимости от
режима эксплуатации мотора и степени замещения солярки.

Европейская ассоциация газомоторных ТС заявляет, что даже при 50% замещении солярки достигается значительное
снижение вредных веществ при выхлопе.

Подробнее про установку ГБО на грузовые автомобили:

Подробнее о Газодизеле

Индивидуальные условия на установку газодизеля: 8 (495) 532-01-11

Газодизель – установка ГБО на дизель

Как понятно из названия, речь – о системах питания газом двигателей, работающих на дизельном топливе.
Действительно, переоборудовать для работы на газовом топливе, неважно, метане (CNG) или пропане (LPG), можно не только бензиновый, но и дизельный двигатель как грузового, так и легкового автомобиля.

Базовые цены на установку газа на дизель *

* Базовая цена без учета баллонной части и опций. Для крупнотоннажных автомобилей цена рассчитывается отдельно. Звоните.

Цены на установку газодизеля с баллонами метан

На 6-цилиндровый дизельный автомобиль.

Баллонная часть Объем баллонов метан, л (м3) Пробег в газодизельном цикле, км* Стоимость
4 баллона тип-1 по 120 л каждый 480 (106 м3) 480 425 000 руб
4 баллона тип-1 по 150 л каждый 600 (134 м3) 600 465 000 руб
4 баллона тип-1 по 170 л каждый 680 (150 м3) 680 490 000 руб
2 баллона тип-1 по 200 л каждый 400 (89 м3) 400 360 000 руб
3 баллона тип-1 по 200 л каждый 600 (133 м3) 600 460 000 руб
4 баллона тип-1 по 200 л каждый 800 (177 м3) 800 560 000 руб

* при условии замещения = 50% дизеля, 50% метана.

Мы гарантируем замещение 50% или мы вернём вам деньги!*

* при условии выполнения наших рекомендаций по мотивации водителей и рекомендаций по вождению, исправности ДВС.

Предложение по газодизелю для корпоративных клиентов

Коммерческое предложение для дизелей с поддержкой от Газпрома.

Наши примеры установки ГБО на дизель

Установка газового оборудования (метан) на дизельные автомобили. Мы работаем с автомобилями:

 

Видео про газодизель

Газодизель Fuso Canter

Теория газодизеля

На сегодняшний день существует два принципиальных способа установки газового оборудования (ГБО) на дизель.

Переоборудование на 100% газ

Первый – полное переоборудование на стопроцентное питание газом, для чего двигатель подвергается основательной модернизации. Так как октановое число метана, к примеру, достигает 120, то штатная степень сжатия дизельного двигателя для него слишком высока, и чтобы избежать детонации и, как следствие, быстрого разрушения агрегата, ее необходимо снизить до 12:1-14:1. Кроме того, температура самовоспламенения газа составляет около 700 °С против 320-380°С у дизтоплива, потому воспламеняться от сжатия он не может и для его поджига цилиндры необходимо оснастить системой искрового зажигания, как на бензиновых моторах: Пример – газомоторная техника компании “РариТЭК” из Набережных Челнов на базе моделей КамАЗ. Разумеется, обратной переделке под дизтопливо такой агрегат не подлежит.

Но есть и более простой и дешевый вариант установки ГБО на дизель, основанный на комбинированном режиме питания, собственно газодизель.

Газодизель – Dual Fuel

Коротко о самом принципе работы на двойном топливе Dual Fuel, использовавшемся в свое время еще создателем дизельных двигателей Рудольфом Дизелем: основным здесь по-прежнему является дизельное, однако часть его замещается газом – метаном или пропаном. Дизельное топливо при этом выполняет функцию поджига топливовоздушной смеси – ведь для воспламенения газа, напомним, необходим искровой или запальный разряд. Степень же замещения основного топлива дополнительным зависит от нагрузки на двигатель и, собственно, самой топливной аппаратуры – оригинальной дизельной и устанавливаемой газовой. В настоящее время системы ведущих мировых производителей позволяют замещать до 50% дизтоплива в случае с метаном и до 30% – в случае с пропаном.

В остальном газодизельные системы мало отличаются от ГБО 4 поколения для бензиновых моторов. Отсюда и их основные преимущества.

Преимущества газодизельных систем

1) Простота монтажа: комплекты оборудования универсальны, подходят для всех типов дизельных двигателей с электрооборудованием как 12V, так и 24V, включая самые современные, и не требуют разборки и модификации силового агрегата, а переход на исходный дизельный режим возможен в любой момент времени простым нажатием на кнопку переключателя в кабине водителя.

2) Увеличение КПД и ресурса. Добавка дозы газа повышает мощность и крутящий момент двигателя – с турбонаддувом рост показателей может достигать 30%. При этом двигатель работает заметно тише и эластичнее, а благодаря снижению нагрузки на систему подачи дизельного топлива увеличивается срок службы ее элементов, особенно в случае с непосредственным впрыском Common Rail, работающим с переменным высоким давлением в зависимости как раз от нагрузки.

3) Экономика и экология. Замещение части дизтоплива газом позволяет до 20% снизить стоимость эксплуатации автомобиля по отношению к стоимости эксплуатации его только на дизельном топливе. А изменение состава и существенное снижение объема отработавших газов улучшает экологические показатели двигателей, уменьшает токсичность и дымность выхлопа и содержание в нем твердых частиц (сажи) настолько, что позволяет отказаться от использования раствора мочевины на агрегатах, отвечающих нормам Евро-4 и Евро-5.

Выводы

Таким образом, модификация дизельного двигателя в газодизель позволяет одновременно решить следующие задачи:
1. снизить расходы на 10-30%;
2. увеличить мощность и крутящий момент на 20-30%;
3. увеличить срок службы элементов системы подачи топлива (прежде всего систем Common Rail) и ресурс двигателя в целом;
4. снизить содержание СО, СН и твердых частиц в выхлопе.

И если для легковых дизелей с их небольшим аппетитом и относительно умеренными суточными и годовыми пробегами тема газодизеля – это скорее чисто академический интерес, то для интенсивно эксплуатирующихся грузовых автомобилей и магистральных тягачей, ежедневно покрывающих внушительные расстояния, установка газодизельного ГБО более чем оправдана с любой точки зрения. И с ростом цен на дизтопливо будет лишь прибавлять в актуальности.

Смотрите также

особенности работы, преимущества и недостатки газодизеля

07.08.2020

Реклама наших партнеров

Как известно, более дешевое по цене газовое топливо позволяет существенно экономить денежные средства в процессе эксплуатации различных транспортных средств. Для этого достаточно установить на автомобиль ГБО.

В случае с бензиновыми двигателями, газобаллонное оборудование используется еще со времен карбюраторных моторов. Дальнейшее развитие систем впрыска газа позволило устанавливать подобные решения на инжекторные двигатели, причем как на двигатели с распределенным впрыском, так и на моторы с непосредственным впрыском.

Что касается дизельных моторов, еще несколько лет назад перевести на газ дизельные двигатели не представлялось возможным или такие работы предполагали большую сложность. Однако сегодня ситуация в корне изменилась. Далее мы поговорим о том, как переводят дизельный двигатель на газ, что такое газодизель, а также какие плюсы и минусы имеет данное решение.

 

Газ для дизельного двигателя

Итак, активное развитие систем газового впрыска привело к появлению пятого поколения ГБО. Такая схема позволяет реализовать жидкий фазированный распределенный впрыск. Решение подходит для установки на любые инжекторные авто, легко интегрируется и совместимо с системами бортовой диагностики OBD и EOBD.

В случае с дизелем за основу также берется данная схема, позволяя современному турбодизелю работать на сжиженном газе. В результате такой мотор часто называют газодизелем благодаря установленному ГБО. При этом важно понимать, что сам процесс установки и настройки сильно отличается от аналогичной процедуры на бензиновых моторах.  Другими словами, поставить ГБО на дизель является более сложной задачей, которая требует значительных доработок.

 

Принцип работы дизеля на газу: особенности

Главным отличием дизельного ДВС от бензинового является принцип воспламенения топлива в цилиндрах. В бензиновых агрегатах для поджига смеси воздуха и топлива используется искра, которая создается на свечах зажигания.

В дизеле сначала сильно сжимается воздух, который нагревается от такого сжатия. После этого в последний момент форсунка впрыскивает солярку в камеру сгорания, затем нагретая и сжатая топливно-воздушная смесь воспламеняется самостоятельно.

Теперь перейдем к ГБО. В качестве газового топлива используется метан или пропан. Однако если подать в цилиндры газ вместо дизтоплива, воспламенения не произойдет. Дело в том, что для самостоятельного поджига газо-воздушной смеси нужны более высокие температуры по сравнению с соляркой.

С учетом данной особенности в дизель необходимо сначала впрыскивать небольшое количество солярки, а уже затем подавать газ. Если просто, солярка воспламеняется от сжатия, затем поджигая газовое топливо.

Естественно, при такой схеме работы возможно только частичное замещение дизтоплива газом, однако в процентном соотношении можно говорить о показателях около 25-30% солярки на 70-75% сжиженного газа. Вполне очевидно, что данное решение способно обеспечить существенную экономию дорогостоящего дизельного топлива.

Добавим, что хотя обязательный подвпрыск солярки не позволяет полностью перейти на газ, однако такая особенность дает возможность сохранить работоспособность дизельных форсунок. На практике это немаловажно, особенно с учетом высокой стоимости любых элементов топливной аппаратуры дизельного двигателя.

Еще отметим, что альтернативой описанному выше решению является полный перевод дизеля на газ. При этом необходимо полностью демонтировать топливную систему дизельного двигателя, поставить внешнюю систему зажигания, доработать ГБЦ и т.д. В результате дизель сможет работать на метане, однако сложность таких доработок и высокая стоимость работ не позволяют этому способу набрать широкую популярность.

Если говорить о первой схеме, система частичного впрыска газа учитывает частоту вращения двигателя, давление нагнетаемого турбокомпрессором воздуха, объем впрыскиваемой солярки, положение педали газа, нагрузку на мотор, температуру ОЖ и целый ряд других важных параметров.

Если просто, благодаря тесному взаимодействию со штатными системами управления ДВС, газовое оборудование «подбирает» и динамично корректирует нужное количество подаваемого газа. Это позволяет найти и сохранить оптимальный баланс между количеством дизтоплива и газа для нормальной и стабильной работы мотора во всех режимах.

 

Советы и рекомендации

Для качественной реализации поставленной задачи рекомендуется приобретать системы ГБО для дизеля от проверенных производителей (Westport, OMVL и т.д.). Важно, чтобы установочные комплекты были специально разработаны и адаптированы для подобных инсталляций, а также были должным образом сертифицированы.

С большой ответственностью стоит подходить и к выбору самих установщиков. Если было принято решение поставить ГБО на дизель, лучше обратиться в крупные установочные центры, которые дают гарантию как на оборудование (в случае приобретения ГБО в конкретном установочном центре), так и на выполненные работы.

При выборе установочного комплекта стоит учесть, что сегодня на территории СНГ одним из самых выгодных и экономически оправданных решений является установка на дизель метанового оборудования.  Дело в том, что такая установка позволяет заместить около 75-80% дизельного топлива метаном, в то время как замещение пропаном возможно только на 40-45%

Еще крайне желательно обращать свое внимание на новейшие разработки и технологии, так установка ГБО на дизель является более «деликатным» процессом сравнительно с бензиновыми аналогами.

Например, технология HPDI является относительно новой схемой, которая позволяет добиться высокоточной комбинированной подачи дизельного топлива и газа метана, при этом соотношение замещения солярки газом достигает отметки 95% газа к 5% дизтоплива.

В основе решения лежит особая форсунка, которая способна последовательно впрыскивать газ и солярку. Другими словами, один инжектор сначала подает в цилиндр небольшую порцию дизтоплива, а уже затем происходит основной впрыск метанового заряда.

Поданное ранее дизтопливо воспламеняется естественным образом от сжатия, играя роль свечи зажигания, а основная порция газа впрыскивается ближе к самому концу такта сжатия и воспламеняется от уже горящего дизельного топлива. Подобные решения позволяют эксплуатировать дизельный ДВС на газу с максимальной экономией.

Также добавим, что электронные системы управления двигателем после установки ГБО нужно обязательно настроить. Для этого должно использоваться уникальное программное обеспечение, которое позволяет выполнять тонкие настройки. В результате состав смеси на всех режимах будет оптимальным, что позволяет увеличить ресурс дизеля на газу, получить нужную отдачу от мотора, снизить уровень токсичности выхлопа и т.д.

 

Подведем итоги

Как показывает практика, на территории СНГ установка ГБО для дизелей не особенно популярна. При этом в Европе такой подход намного более востребован в сфере коммерческого транспорта. Даже с учетом относительно высокой стоимости процедуры перевода дизельного автомобиля на газ, отмечается быстрая окупаемость при больших пробегах.

Кроме экономии на разнице стоимости газа и солярки, водитель также может комбинировать использование двух разных видов топлива. При этом поставить газ сегодня можно практически на любой дизельный двигатель, даже оборудованный сложной системой топливного впрыска Common Rail.

Напоследок хотелось бы отметить, что для легковых дизельных автомобилей, как правило, нет необходимости устанавливать ГБО. Дело в том, что дизель сам по себе является весьма экономичным типом ДВС. Однако если речь идет о коммерческом транспорте, тогда с учетом постоянно растущих цен на топливо ситуация полностью меняется, а выгода от установки ГБО на дизельный мотор становится более очевидной.

 

 

Источник: krutimotor.ru

Реклама наших партнеров

Акционные товары

Техника на газовом топливе по-прежнему считается наиболее перспективной альтернативой дизельным грузовикам и автобусам.

2019.08.26

Техника на газовом топливе по-прежнему считается наиболее перспективной альтернативой дизельным грузовикам и автобусам. Вот и семейство ISUZU пополнилось моделью ELF 7.5 (NPR82) CNG с мотором, работающим на компримированном природном газе (метане). Большой плюс метана — выгодная ­стоимость в сравнении с привычным дизельным топливом. Кроме того, при работе автомобиля на газу в атмосферу производится значительно меньше вредных выбросов. Раз так, почему бы не предложить перевозчикам право выбора, тем более что спрос на подобную технику все больше.

Метановое сердце

Посмотрим, что же стоит знать при выборе автомобиля, работающего на компримированном природном газе. Главная особенность ISUZU ELF 7.5 (NPR82) CNG — новый двигатель ISUZU 4HV1. Несмотря на отличие в маркировке от дизельного варианта всего на одну букву, мотор здесь совсем другой — с принудительным искровым зажиганием, работающий на компримированном природном газе и имеющий три глушителя и нейтрализатор в выхлопной системе. Кроме того, его рабочий объем на 623 см3 меньше, чем у дизеля, и 130 л. с. против «дизельных» 150. Крутящий момент у газового мотора всего 353 Н·м. За подачу топлива в цилиндры здесь отвечает распределенный впрыск с электронным управлением. Метан хранится в двух 150-литровых баллонах, расположенных вдоль обоих бортов машины. Заправочный клапан находится с левого борта, что удобно для водителя — нет необходимости обходить автомобиль вокруг. Если говорить о компоновке в целом, то из изменений стоит отметить только то, что ящик с АКБ переместился на правую сторону в пространство между баллоном и воздушным фильтром.

Газуем!

Впервые сев за руль «метанового» ISUZU ELF после дизельного собрата, вы даже не поймете, что именно поменялось. Потому как единственной отличительной чертой газового грузовика является… топливомер, шкала которого показывает не количество литров в баке, а давление в баллонах. В остальном — привычный ELF. Различия начинаются после запуска двигателя. Газовый мотор имеет свой характерный звук и, по ощущениям, на холостых оборотах менее вибронагружен. Немного преобразился тахометр — красная зона теперь начинается с 3400 мин‑1, а сама шкала размечена до 4600 мин‑1. Как ни крути, но принцип работы газового двигателя все же ближе к бензиновому. То, что силовая установка «метанового» ISUZU ELF на 20 л. с. слабее и ­максимальной мощности достигает только на 3200 мин-1, при движении на порожнем фургоне незаметно вовсе. После его загрузки до полной массы разница уже ощутима, но в диапазоне городских скоростей она скрадывается тем, что крутящий момент достигает своего максимума уже на 1400 мин-1, позволяя уверенно маневрировать в городском потоке и поддерживать его скорость. После активной модернизации инфраструктуры практически все АГНКС получили новые насосы и современные колонки, процесс закачки газа проходит достаточно быстро.

В газовое будущее?

Учитывая вышесказанное, метановый ISUZU ELF выглядит достаточно перспективно. Автомобиль не уступает дизельному аналогу в грузоподъемности и объемах перевозимого груза, но значительно выигрывает по затратам на топливо. При этом динамические показатели остались на достойном уровне. До недавнего времени сильным сдерживающим фактором для распространения метановой техники по стране было малое количество АГНКС. Высокие требования к безопасности заправочных станций и хранилищам сжатого газа, а также дорогое оборудование отпугивали желающих заняться этим бизнесом. Однако упорное стремление правительства перевести значительную часть автотранспорта на метан приносит свои плоды — количество АГНКС растет, и вместе с ними увеличивается число перевозчиков, готовых попробовать в эксплуатации газовые «коммерсанты». И ISUZU ELF 7.5 CNG может стать прекрасным проводником в мир экологичного и экономичного транспорта…

Техническая характеристика автомобиля ISUZU ELF 7.5 LONG (NPR75LL)

Габаритные размеры шасси (Д х Ш х В), мм 7410 × 2115 × 2265
Колесная база, мм 4175
Полная масса, кг 7500
Снаряженная масса, кг 2925
Грузоподъемность, кг 4575
Допустимая нагрузка 1/2-й оси, кг 3100/6000
Полная масса автопоезда, кг 11 000
Двигатель ISUZU 4HV1 (4HV1E5N)
Тип двигателя Газовый, I-4, 16-клапанный, «Евро-5»
Рабочий объем, см³ 4570
Мощность, л. с. 130 при 3200 мин–1
Крутящий момент, Н⋅м 353 при 1400 мин–1
Коробка передач ISUZU MYY6E
Тип коробки передач Механическая
Количество ступеней КП вперед/назад 6/1
Подвеска Передняя — рессорная, с гидравлическими телескопическими амортизаторами и стабилизатором поперечной устойчивости.


Задняя — зависимая, рессорная, с гидравлическими телескопическими амортизаторами
Тормозная система Гидравлическая, двухконтурная, с разделением на контуры по осям, с вакуумным усилителем,


с ABS. Тормозные механизмы передних и задних колес — дисковые. Есть система ESC
Колесная формула 4 × 2
Размерность шин 215/75 R17.5
Вместимость топливного бака, л 150 х 2

подпишитесь прямо сейчас

Комментарии

Shell предсказывает бум СПГ как топлива для судов и грузовиков | Экономика в Германии и мире: новости и аналитика | DW

Мировую газовую промышленность ждет бурный подъем, что в значительной мере связано с усиливающейся борьбой против глобального потепления, требующей сокращения выбросов в атмосферу парниковых газов. До 2040 года спрос на природный газ как самый экологичный ископаемый энергоноситель увеличится на планете примерно на 45 процентов до 5400 миллиардов кубометров.

Быстрее всего будут расти поставки сжиженного газа 

При этом объемы международной торговли газом, составившие в 2017 году порядка 770 миллиардов кубометров (пятая часть глобального потребления), возрастут примерно на две трети. Причем свыше 80 процентов этого прироста обеспечит сжиженный природный газ (СПГ, по-английски LNG).

Обложка доклада Shell о перспективах СПГ

С начала века объемы международной торговли СПГ более чем удвоились и составили в 2017 году 323 миллиарда кубометров. К 2040 году они увеличатся еще более чем в 2,5 раза. В результате через два десятилетия приблизительно 60 процентов экспортно-импортных поставок голубого топлива будут осуществляться в сжиженном виде, а 40 процентов — в газообразном по трубопроводам. В данный момент соотношение прямо противоположное.

В настоящее время СПГ чаще всего вновь превращают в газ (регазифицируют), чтобы использовать в электроэнергетике, для отопления или в качестве сырья для промышленности. Однако впредь он будет играть все более важную роль в жидком виде как моторное топливо для транспортных средств, прежде всего — для судов, но также и для тяжелых грузовых автомобилей. Это позволит существенно снизить вредные выбросы в атмосферу.

Таковы ключевые прогнозы и выводы исследования, проведенного компанией Shell Deutschland — немецким отделением британо-нидерландского нефтегазового концерна Royal Dutch Shell. В работе над докладом «Сжиженный природный газ: Новая энергия для судов и грузовиков? Факты, тренды и перспективы», опубликованным 19 февраля, участвовали Институт транспорта при Немецком центре аэрокосмических исследований (DLR) в Кельне и Технический университет Гамбурга (TUHH). 

«Большой потенциал для СПГ в морском судоходстве«

В мировом судоходстве, отмечается в исследовании, идет интенсивный поиск альтернативных видов топлива, что вызвано, прежде всего, все более строгими экологическими требованиями к водному транспорту, особенно в Европе и Северной Америке. «Единственной серьезно обсуждаемой и достигшей рыночной зрелости альтернативой нефтепродуктам в качестве судового топлива является сегодня СПГ», — подчеркивают авторы доклада.

Правда, пока мировой торговый и пассажирский флот, насчитывающий приблизительно 93 тысячи судов, прибегает к сжиженному газу крайне редко. К концу 2018 года на нем работали около 230 СПГ-танкеров, а также 125 морских судов (в частности, пассажирских паромов), причем половина из них приходилась на Норвегию, которая является мировым лидером в области использования СПГ как судового топлива. Еще 5 единиц насчитываются в европейском речном судоходстве.

Один из танкеров, перевозящих сжиженный газ и работающих на нем

Представленный авторами доклада сценарий опирается на нынешнюю динамику развития мирового водного транспорта и судостроения. «Мы видим большой потенциал для СПГ в морском судоходстве. Это особенно относится к контейнеровозам, которые из-за своей большой мощности расходуют сравнительно много топлива. А в роли первопроходцев будут выступать пассажирские суда», — поясняет  руководитель исследования, главный экономист Shell Deutschland Йорг Адольф (Jörg Adolf).   

Прогноз авторов доклада таков: в 2040 году на СПГ будут работать 6000 судов, в том числе 2200 контейнеровозов, 1660 танкеров, 1100 судов для насыпных (навалочных) грузов. Пассажирских судов и круизных лайнеров окажется порядка 600 единиц. В абсолютных цифрах это сравнительно немного, однако именно в этом сегменте рынка будет самая большая доля перешедших на сжиженный газ судов: пароходствам придется реагировать на растущую экологическую сознательность своих пассажиров и ускоренными темпами переводить флот с дизеля на более чистое топливо.

Переводить с дизеля на СПГ разумнее всего тяжелые грузовики  

В то же время в области автомобильного транспорта «СПГ как альтернатива дизельному топливу лучше всего подходит для тяжелых грузовых автомобилей», подчеркивает один из соавторов доклада, эксперт DLR Андреас Лишке (Andreas Lischke). Речь идет о грузовиках свыше 16 тонн и седельных автопоездах (фурах). Перевести их на электрическую тягу будет несравнимо труднее, чем легковые машины или средние грузовики.

Одна из пока трех немецких АЗС, где можно заправиться сжиженным природным газом

По состоянию на 2016 год на территории Евросоюза сжиженным газом заправлялись 4 тысячи тяжелых грузовиков (только эта категория и рассматривалась). Shell исходит из того, что к 2040 году их число вырастет до 480 тысяч единиц — 460 тысяч фур и 20 тысяч 16-тонников. В таком случае в данном сегменте рынка на СПГ перейдут 17 процентов автомобилей.

Это, естественно, произойдет только при условии создания разветвленной системы автозаправочных станций. В настоящее время, отмечается в докладе, на территории Евросоюза действуют порядка 150 СПГ-заправок, причем большинство из них — в юго-западной части ЕС.

Лидируют Испания (37 заправок), Италия (31) и Франция (27). К тому же имеются 26 заправок в Нидерландах и 13 в Великобритании. В то же время в Германии их пока только 3. Расширение сети таких АЗС предусмотрено различными инфраструктурными программами ЕС, отмечается в докладе.    

С точки зрения защиты глобального климата, подчеркивают авторы исследования, наибольшее значение имел бы переход на сжиженный газ водного транспорта. При реализации представленного сценария (6 тысяч судов к 2040 году) эмиссию парниковых газов удалось бы снизить на 132 миллиона тонн в год. В то же время эффект от перевода 480 тысяч грузовиков на СПГ составил бы не более 4,7 миллиона тонн.

Выводы исследования подчеркивают правильность стратегии компании Shell, которая еще в 1960-е годы занялась производством, транспортировкой и продажей сжиженного природного газа и сегодня рассматривает СПГ как одно из важнейших направлений своей деятельности.

Одновременно доклад подтверждает перспективность российских СПГ-проектов, осуществляемых компаниями «Новатэк», «Газпром» и «Роснефть». В частности, «Новатэк» в октябре 2018 года создала с бельгийским оператором магистральных газопроводов Fluxys совместное предприятие по строительству терминала для СПГ в немецком порту Ростоке. Бизнес предприятия, в частности, должен состоять в заправке сжиженным газом круизных лайнеров и торговых судов.  

Смотрите также:

  • Российский газ в Европе: планы и конкуренты «Газпрома»

    Рекорды сибирского голубого топлива

    В 2017 году доля «Газпрома» на газовом рынке Европы впервые достигла почти 35 процентов, второй год подряд оказались рекордными поставки в Германию — крупнейший экспортный рынок российской компании. В 2018-2019 годах она намерена одновременно осуществить два газотранспортных мегапроекта. В то же время растущую конкуренцию голубому топливу из Сибири составляют новые технологии.

  • Российский газ в Европе: планы и конкуренты «Газпрома»

    Главная цель — обойти Украину

    Газопроводы «Северный поток-2» и «Турецкий поток» сооружаются одновременно, оба проекта планируется завершить к концу 2019 года. Именно к этому времени истекает десятилетний российско-украинский договор о транзите газа. Объявленная цель «Газпрома»: пустить экспортные потоки в обход Украины. Чем руководствуется компания: коммерческими соображениями или геополитическими установками Кремля?

  • Российский газ в Европе: планы и конкуренты «Газпрома»

    Nord Stream 2: председательствует Шрёдер

    Бывший канцлер ФРГ Герхард Шрёдер (в центре) уже обеспечивал первому газопроводу на Балтике политическую поддержку в Европе, теперь он председательствует и в швейцарской компании Nord Stream 2, прокладывающей «Северный поток-2». На снимке он в Париже рядом с Алексеем Миллером, главой «Газпрома», и Изабель Кошер, гендиректором французской компании Engie, присоединившейся к проекту.

  • Российский газ в Европе: планы и конкуренты «Газпрома»

    «Северному потоку-2» нужен EUGAL

    «Северный поток-2» у всех на слуху, про EUGAL мало кто слышал. Однако без этого сухопутного отвода новый газопровод на Балтике не имеет смысла, ведь его конечная точка — побережье Германии. Отсюда российский газ еще надо будет доставлять потребителям в разных странах ЕС. За прокладку двух мощных труб до Чехии отвечает компания Gascade, совместное предприятие немецкой Wintershall и «Газпрома».

  • Российский газ в Европе: планы и конкуренты «Газпрома»

    Где греческая труба?

    Первая нитка «Турецкого потока» предназначена для снабжения западной части Турции, куда российский газ сейчас поступает транзитом через Украину. Вторую нитку планировалось дотянуть до границы с Грецией, а оттуда проложить новый газопровод в сторону Италии. Президент России Владимир Путин лоббировал этот проект в Афинах в мае 2016 года, но он застопорился.

  • Российский газ в Европе: планы и конкуренты «Газпрома»

    TAP: конкурент на южном маршруте

    Конкурировать с «Газпромом» на важном для него итальянском рынке с 2020 года будет голубое топливо из азербайджанского месторождения «Шах Дениз-2». Согласно международному соглашению, подписанному в Баку в декабре 2013 года, газ, пройдя по Турции, будет поступать в Трансадриатический газопровод (TAP), который сейчас прокладывается через Грецию, Албанию и по дну Адриатического моря в Италию.

  • Российский газ в Европе: планы и конкуренты «Газпрома»

    Сжиженный газ сдерживает цены

    В разных странах ЕС «Газпрому» все чаще приходится теперь конкурировать с поставщиками сжиженного природного газа. Например, в Литве, где плавучий терминал регазификации СПГ заработал в декабре 2014 года. Топливо, поступающее по морю с других континентов, чаще всего дороже трубопроводного газа из России, а потому вряд ли серьезно его потеснит. Однако наличие такой альтернативы сдерживает цены.

  • Российский газ в Европе: планы и конкуренты «Газпрома»

    Нет спроса на газовые турбины

    В европейской и особенно немецкой электроэнергетике все более серьезную конкуренцию газу составляют ветер, солнце и биомасса. Бум возобновляемой энергетики привел к тому, что в Евросоюзе почти перестали строить новые газовые электростанции. Резкое падение спроса на турбины для них вынудили компании Siemens и General Electric объявить в конце 2017 года о радикальном сокращении производства.

  • Российский газ в Европе: планы и конкуренты «Газпрома»

    Топить можно и электричеством

    Природный газ остается в Европе важнейшим источником тепла, но и на этом рынке новые технологии представляют все более серьезную конкуренцию продукции «Газпрома». В Германии и Швейцарии, к примеру, в новых домах все чаще устанавливают не газовое отопление, а тепловые насосы, преобразующие холод в тепло с помощью электроэнергии. А для обогрева воды все чаще используют солнечную энергию.

  • Российский газ в Европе: планы и конкуренты «Газпрома»

    Курс на защиту климата

    Перспективы газа и тем самым «Газпрома» на европейском рынке во многом зависят от того, насколько решительно Евросоюз будет бороться против глобального потепления, стимулируя возобновляемую энергетику и энергосбережение. Соответствующие планы до 2030 года разрабатывают заместитель председателя Еврокомиссии Марош Шевчович и комиссар ЕС по энергетике Мигель Ариас Каньете.

    Автор: Андрей Гурков

 

Газодизель на грузовой автомобиль,газ на дизельный двигатель перевозчикам,установка,двухтопливный двигатель

В условиях увеличения доли топливных затрат многие операторы коммерческих перевозок задумываются о возможности компенсировать рост цен за счет перехода на газ. Однако, такие радикальные методы, как конвертация дизельных двигателей в газовые, имеют свои недостатки. В поисках оптимального решения мы хотим обратить внимание на такой вариант, как газодизель, сочетающий преимущества традиционного дизеля и ГБО.

В отличие от ситуации с бензиновыми двигателями, перевод которых на газообразное топливо (в основном, СУГ — сжиженный углеводородный газ) давно не является экзотикой, стандартный дизельный двигатель не может работать на газовом топливе. Во-первых, температура воспламенения газа на 300-320 градусов выше. Во-вторых, высокая степень сжатия дизельного двигателя будет вызывать детонацию. Поэтому, для перевода двигателя в газомоторный режим на метане (СПГ — сжатом природном газе) или пропане (СУГ) — требуется переделка двигателя.

Для снижения степени сжатия и, соответственно, перехода на сжатый природный газ (метан) потребуется установка проставки под ГБЦ, что увеличивает объем камеры сгорания. Также придется установить другие поршни и удлиненные шатуны. Система впрыска дизельного топлива заменяется на газовую, и, конечно, потребуется система искрового зажигания. После этих доработок двигатель будет работать только на газовом топливе, и возврат в дизельный режим возможен только путем обратной переделки двигателя.

Возможно, в некоторых случаях столь радикальный подход оправдан. Полная конвертация, но пропан может дать эффект снижения топливных затрат до 35-40% экономии на топливе, а на метане – до 40-50%, в зависимости от цены в конкретном регионе. Однако неудобства возрастают пропорционально экономии. При установке пропанового баллона на место штатного топливного бака пробег автомобиля сократится примерно на 30-40%, поскольку потребление топлива увеличивается с коэффициентом 1,2-1,4 в отношении к дизтопливу. В сочетании с высокой стоимостью конвертации дизельного двигателя в газомоторный режим, это препятствует широкому применению данного решения.

В случае с переводом на метан запас хода сокращается очень существенно, а вес системы хранения ощутимо сказывается на максимальной коммерческой загрузке, поскольку СПГ хранится в сжатом состоянии, под давлением порядка 200 атмосфер. Метановые баллоны тяжелы, дороги (а не слишком тяжелые композитные — очень дороги) и требуют частой поверки, которая тоже стоит денег. Проблему запаса можно решить за счет установки еще большего баллонов, но это означает, что еще больше топлива будет расходоваться на перевозку самого топлива. Поэтому на практике метан прижился только там, где большой запас хода не требуется — в городских перевозках и коммунальном хозяйстве.

Все перечисленные причины заставили разработчиков искать иной, компромиссный вариант, дающий возможность сэкономить на топливе без потери преимуществ дизеля в запасе хода, доступности топлива на любой АЗС и, главное, — без необходимости радикально переделывать двигатель. Таким решением является двухтопливный газодизельный двигатель.

Двухтопливный газодизельный двигатель
Двухтопливные газодизельные двигатели при возможности заправиться газом позволяют экономить на дизельном топливе и притом — смело ехать туда, где нет АГЗС. Двухтопливный газодизель является обычным дизельным двигателем, на который установили дополнительные устройства для работы с газовым топливом. В двухтопливном газодизельном режиме в конце такта сжатия в цилиндры подается некоторое количество дизельного топлива, которое и поджигает газо-воздушную смесь, поступившую на такте впуска. Газодизельный двигатель может работать только на дизельном топливе, но не может работать только на газу.

Величина степени замещения может колебаться от 15% до 50% для пропана (пропан-бутан). Конкретные значения зависят от вида топливной аппаратуры исходного двигателя, а также совершенства используемой газодизельной системы. На метане, теоретически, возможно замещение до 85%, однако в целях сохранения проектного теплового режима двигателя надо отставлять как минимум треть потребления ДТ для охлаждения топливных форсунок и клапанов. Поэтому реальная разница в замещении пропаном и бутаном — не превышает 20%. Для практических расчетов можно использовать гарантированную степень замещения в 40-60% для метана и 35-50% для пропана.

Запуск двигателя и его работа в режиме малых нагрузок (до 30% от максимума) осуществляется практически на чистом дизельном топливе, так как в таком режиме очень трудно подобрать устойчивые параметры подачи газа. Далее, с ростом нагрузки, начинается благоприятный для газодизельного режима диапазон, и при нагрузках около 70% достигается максимальная степень замещения дизельного топлива газом. На максимальных оборотах сокращается время рабочего цикла, и доля газа снова уменьшается, поскольку он горит дольше и в больших количествах не успевает продуктивно сгорать.

Учитывая все сказанное выше, украинская компания «Изотоп Прибор Сервис», специализирующаяся на поставке и эксплуатации диагностического оборудования для тяжелой коммерческой техники, взялась за доводку одной из существующих систем управления пропанового газодизеля. Цель проекта — довести систему управления для двигателей объемом 9-16 литров до 50%-ного замещения газом с максимальным экономическим эффектом.

Газодизельная система для конкретных двигателей
Как уже было сказано, метановые баллоны тяжелы и маловместительны, а полная конвертация — сложна и лишает возможности ездить на ДТ, поэтому в «Изотоп Прибор Сервис» остановили свой выбор на пропановом газодизеле. Однако цель не просто в том, чтобы начать продавать оборудование — в мире оно уже существует, и приобрести его не проблематично. Цель — создать готовую систему для установки на популярные двигатели, с таким расчетом, чтобы она оптимально работала на каждом из них.

На данный момент прорабатывается технология впрыска газа в коллектор, после турбонаддува. Дело в том, что при подаче перед турбокомпрессором система слишком инертна и не всегда адекватно реагирует на изменения режима работы двигателя из-за большого объема газовоздушной смеси в интеркулере. Вторая проблема — возможность утечки газа и пожара при повреждении интеркулера. Поэтому предпочтительнее подача газа непосредственно в коллектор перед клапанами — это позволяет поддерживать давление подачи газа из расчета +1,5 атмосферы к давлению в коллекторе. За счет использования коротких трубопроводов удается очень быстро вносить коррекцию для поддержания оптимального смесеобразования при изменении оборотов двигателя.

Состояние системы постоянно отслеживается по температуре ОГ, температуре компрессора, давлению в коллекторе и другим показателям. Вообще, основное отличие системы, используемой «Изотоп Прибор Сервис», — наличие обратной связи. Количество подаваемого газа не просто рассчитывается по «карте», а определяется, исходя из реальной потребности. Когда электроника сообщается с блоком управления двигателя, получая от него все данные о надуве, температуре двигателя и т.д., система быстрее реагирует на какие-либо изменения и адаптируется.

Для корректной работы газодизеля необходима оптимизация подающей газ системы и обратная связь по всем параметрам, которая обеспечит быструю коррекцию — с каждым поворотом коленчатого вала должна автоматически вноситься коррекция. Газ, который подан в цилиндр, должен там эффективно сгореть и выполнить свою работу, то есть максимально выполнить функцию замещения дорого топлива более дешевым.

В системе, которая сейчас тестируется в «Изотоп Прибор Сервис», помимо привязки к педали газа еще есть режим круиз-контроля, который активируется специальным тумблером. В компании поставили перед собой цель сделать так, чтобы система ничем не отличалась по функционалу от той системы, которая установлена на двигателе, вплоть до того, что она должна видеть сигнал скорости, когда нужно включить ограничитель.

Сама система, электроника и блок управления все учитывает. Блоку указывается модель форсунок согласно каталога, а система отслеживает давление газа, температуру и давление во впускном коллекторе. Благодаря этому система точно рассчитывает объем газа, подаваемого в двигатель — ведь газ имеет большой коэффициент температурного расширения, который должен быть учтен. После чего мы видим объем газа. Да, он расчетный, но это — согласно данным производителя. То есть мы видим, какой объем газа бы подан. В любой момент водитель легким нажатием кнопки может отключить систему, и автомобиль плавно перейдет на дизель.

Впрыск газа осуществляется непосредственно во впускной тракт после интеркулера.

Подключение блока управления газовой аппаратурой в тестовом режиме. Показания датчика температуры ОГ используются для определения оптимального соотношения дизтопливо/газ.

Газовое оборудование интегрируется в систему для согласованной работы с дизельной топливной аппаратурой.

Компоненты системы газодизельного двигателя
На данный момент в «Изотоп Прибор Сервис» подбирают оптимальные по цене и характеристикам комплектующие. Форсунки рассматриваются и польские, и китайские, и японские. Производители предоставляют данные о пропускной способности форсунки и том, при каких параметрах достигнута данная производительность. Тут надо понимать, что газовые форсунки отличаются от тех, которые предназначены для жидкого топлива. У разных газовых форсунок отличается пропускная способность — количество подаваемого газа в зависимости от времени, температуры и давления газа, поэтому нет одинаково подходящей для всех моторов форсунки. Кроме того, в форсунку может попасть смола (фильтры всего не удерживают), собраться конденсат, соответственно, снизится пропускная способность, и система должна адекватно на это реагировать.

Что касается баллонов, то уже практически определились с их украинским производителем. Цена на его баллоны ниже, а их качество не уступает импортным аналогам. Возможно, отечественные не так красиво покрашены, но на качество это не влияет, и польские коллеги — специалисты по ГБО — не возражают против использования данных баллонов. Тем более что украинского производства только сам баллон, а все остальное — импортного производства: арматура и мультиклапаны используются импортные, сама арматура надежная, имеет предохранительные клапаны, бронированные и пластиковые трубопроводы, предназначенные специально для пропановых баллонов — все сопровождается сертификатом безопасности.

Компоненты газовой топливной системы: форсунка (1), топливная рампа для форсунок (2), фильтр очистки газа с клапаном и без (3 и 4), блок управления газовой аппаратурой.

Стоимость баллонов украинского производства ниже импортных, а качество им не уступает.

Эксплуатационные характеристики газодизеля
Перевод на газодизельный двухтопливный режим, проведенный правильно, может даже улучшить эксплуатационные характеристики двигателя. Так, в газе отсутствует сера, а при его сгорании выделяется меньше углерода и транспорт становится более экологичным. Основной предрассудок относительно газа — что он снижает ресурс и, в частности, ведет к прогару клапанов, вызван использованием ГБО с неправильными настройками. В частности, если слишком обеднить смесь, то газ горит медленнее и не успевает сгорать полностью, догорая уже на выпуске. Если правильно и грамотно все настроить, отследить параметры, эксплуатация автомобиля не нарушается.

Если заменить большую часть топлива газом, то двигатель будет намного чище, не так будет образовываться нагар, будет дольше служить масло. Таким образом, можно увеличить сервисный интервал по замене масла. Производитель газового оборудования рекомендует межсервисный интервал — 40 000 км пробега.

Есть разница в установке газа на Евро 3 и Евро 4. Во-первых, это скорость обмена данными, наличие катализатора и системы AdBlue (система впрыска карбамида, ее еще называют «мочевина»). Эта система рассчитывает впрыск жидкости — 4% от расхода топлива. На компьютере автомобиля с газодизельным двигателем уменьшается расход дизельного топлива, соответственно уменьшается и расход карбамида. Если расход принять за 18 литров дизельного топлива на 100 километров, соответственно и 4% уменьшаются, что дает существенную экономию на недешевом реактиве AdBlue.

Александр Романенко, тест-инженер «Изотоп Прибор Сервис»:
— В Европе на такие системы также есть спрос, но пока нет производителя контроллеров, который бы мог обеспечить все выдвигаемые в ЕС требования. На данном этапе польский производитель готов развивать систему в данном направлении. А в Украине есть перевозчик, которому интересно поучаствовать в данном эксперименте, и он же предоставил автомобили различных типов и производителей — от Евро 3 до Евро 5.

Сотрудничество с Польшей для нас выгодно, так как мы получаем нормальный продукт, который дальше продвигаем на рынке. Периодически встречаемся с производителями и разработчиками данного оборудования, высказываем свои требования, участвуем в процессе доработки электронной системы. Мы обмениваемся отчетами, снимаем данные с автомобиля, производитель добавляет их в блок управления.

Пока что обкатываем систему на тестовых автомобилях, которые должны пройти определенное расстояние. Мы обвешиваем автомобиль датчиками и манометрами, подбираем форсунки с наименьшим временем реакции (закрытие/открытие клапана), для того чтобы система всегда выполняла коррекцию. Сейчас программа дорабатывается так, чтобы полностью мониторить работу двигателя и автомобиля в целом.

В целом автомобиль эксплуатируется в штатном режиме, единственное, что часть дизельного топлива будет замещена газом без потери мощности или крутящего момента. Мы даже стараемся что-то улучшить и выйти на цифру замещения газом дизеля 50%. При этом у нас не увеличивается расход топлива, то есть, если на каждые 100 км уходило 30 литров ДТ, то и суммарный расход останется в тех же пределах. На сегодняшний день газ почти вдвое дешевле дизельного топлива, т.е. 50% замещения будут означать 25% экономии на топливе. Даже при замещении 35-40% дизельного топлива экономический эффект с лихвой оправдывает установку газового оборудования.

Основные автомобили, на которых мы проводим испытания — стандарта Евро 4. Мы делаем акцент на автомобили новых поколений (Евро 4, Евро 5), потому что на автомобили Евро 0 — Евро 3 поставить газ не проблема, но эффект будет невелик. Мы ориентированы на новые автомобили массовой эксплуатации, так как они более экономичны, а если их еще сделать экономичными в плане используемого топлива, они будут очень выгодными.

Преимущество газа не только в цене — он чище и горит медленнее. При правильной установке весь газ может окисляться в цилиндре — сгорать и нормально работать, давление в цилиндре при этом будет оптимальным. При переходе на крутящий момент температура будет повышаться. На больших автомобилях обороты меньше. Степень сжатия сейчас снизили до 18, хотя раньше она была 22-25. Компенсация происходит за счет турбонаддува. Мы, за счет этого, на газу выигрываем еще больше.

Конечный продукт должен быть прост в установке, чтобы любой установщик, который прошел обучение, мог его просто смонтировать. Под оборудование уже будут готовые прошивки под определенную модель автомобиля, испытанные в разных режимах. Их можно будет корректировать в пределах разумного. Мы также хотим полностью исключить проблемы с некорректной установкой или монтажом. Мы будем обучать специалистов, как это правильно и грамотно сделать, потому что именно за этими системами будущее и они обладают большим потенциалом как для эксплуатантов, так и для установщиков.

Автомобиль с установленной системой.

Заключительное слово в пользу газодизеля
Итак, кратко перечислим все преимущества, которые дает двухтопливный газодизель. Дооборудование дешевле, чем конвертация в газомоторное ТС, и несравнимо дешевле покупки нового экономичного транспорта. Большой пробег на одной заправке (в газодизельном и обычном режиме) достигается за счет более экономного расхода газа, использования части дизельного топлива и отказа от хранения резервного объема газа, поскольку на двухтопливном газодизеле можно ехать «до пустых баллонов». Характеристики двигателя не изменяются. Мощность, момент и их зависимости от оборотов не изменяются.

Срок выполнения работ по установке газодизеля составляет 1-3 дня. Двигатель остается тем же, с теми же недорогими запчастями и процедурами обслуживания, в то время как специальный газовый двигатель требует редких и более дорогих комплектующих. Объем прохождения дизельного топлива через форсунки в газодизельном режиме уменьшается до 2 раз, соответственно и уменьшается негативное воздействие некачественного топлива на форсунки.

Наконец, имеет значение и возможность продажи газодизельного автомобиля без финансовых потерь. Можно самостоятельно перевести ТС обратно в дизельный режим, а снятое газодизельное оборудование установить на новое транспортное средство или продать. Можно взять автомобиль в лизинг, использовать как газодизельный, а потом вернуть в лизинговую компанию, как обычный автомобиль. И конечно, все время использования автомобиля — экономить 25% на топливе.

Подготовил Денис Петров

Опубликовано в журнале autoExpert №6-7 2014. Использование материалов возможно только со ссылкой на источник.

Альтернативное топливо вытесняет традиционное. Вытеснит ли?

Бензин и дизтопливо сегодня занимают первое место в международном рейтинге товарооборота, и человечество использует бензин больше, чем чай и кофе, которые делят второе место, а американцы ежесуточно приобретают этот продукт на $1 млрд.Тем не менее многие предприятия выбирают в качестве топлива для своих грузовиков природный газ. Некоторые из соображений экологического характера, другие видят в этом экономию: стоимость газа ниже традиционных видов топлива, а износ двигателя при его использовании снижается.

Из истории вопроса

Природный газ в качестве топлива успешно используется с 30-х гг. прошлого века, так же как и пропан-бутановая смесь LPG.Автомобили, работающие на сжатом метанеCNG, эксплуатировались еще до Отечественной войны в России, Италии, Великобритании, Чехии. Способ хранения топлива и объем, необходимый для поездок, требовал установки на крышу автомобилей огромного резинового баллона, который заправлялся метаном. Такая конструкция ограничивала максимальную скорость автомобиля, возникала большая вероятность опрокидывания машины при порывах бокового ветра, сложности появлялись при проезде под виадуками и в туннелях, встречающихся на маршрутах. Самой большой проблемой, однако, была небольшая дальность поездки автомобиля, которая составляла 50-70 км.

Такие эксплуатационные проблемы, а затем и резкое снижение цен на нефтяное топливо после войны, стали причиной исчезновения метановых грузовиков. Однако в Китае до 1990-хгг. еще ездили автобусы с впечатляющими резервуарами для метана на крыше. И надо сказать, что время доказало жизнеспособность автомобилей, работающих на метане, они стали достойной альтернативой нефтяному топливу.

В мире используется около 23 млн автомобилей, работающих на топливе в виде природного газа, и это составляет 1,3% от общего числа транспортных средств. В Европе таких автомобилей более 2 млн, в основном они сосредоточены в Италии и Германии. Причем существует вполне реальная вероятность, что уже в ближайшие годы их число в Европе вырастит до 10 млн. Такому всплеску сегодня способствуют многие факторы, и среди наиболее значимых – экологические требования к выхлопным газам транспортных средств, низкие эксплуатационные расходы газомоторной техники, активно растущая инфраструктура и популярность альтернативного топлива, а также льготы и материальные выплаты владельцам газовых автомобилей, уже действующие, например, в Германии. А в Финляндии водителю, использующему грузовик на метане, разрешается даже загружать дополнительную тонну груза.

Кратко о топливных газах

Автобусы, работающие на сжиженном природном газе, ездят по крупнейшим европейским столицам, но мировыми лидерами в использовании природного газа являются Аргентина (около 1,5 млн автомобилей), Бразилия и… Пакистан. В настоящее время многие производители грузовиков представляют модели, работающие на CNG или/иLNG.

CNG(Сompressed Natural Gas) – это природный газ, сжатый до 20–25 MPa, в основном применяется в моторах с искровым зажиганием и с самовоспламенением топлива. Сегодня в мире насчитывается свыше 4 млн автомобилей, работающих на CNG. Основным компонентом CNG является метан – самый простой углеводород, который при достаточном доступе воздуха сгорает полностью, без выброса твердых частиц. В то же время энергетическая ценность 1 м3 метана, а это около 0,7кг, соответствует энергоценности 1 л бензина. К сожалению, за счет разной плотности масса куба бензина соответствует массе тысячи кубов метана.

А называемый по-европейски природный газ LNG (Liquefied Natural Gas) – это газ, находящийся в жидком состоянии при температуре -162℃. При конденсации объем газа уменьшается в 630 раз, 1 т LNG – это примерно 1,38 тыс. м3 природного газа.

В промышленности используется несколько технологий сжижения природного газа, но, так или иначе, сложный процесс сжижения сопровождается очисткой метана от углекислого газа, азота, смеси пропана и бутана, ив итоге получают очень чистое топливо с октановым числом 130.

Широко используемая, особенно на легковом транспорте, у нас и в Европе, пропан-бутановая сжиженная смесь, обозначаемая LPG, наиболее удобна для использования. Этот газ, попутный при нефтедобыче, уже под давлением в 1,0–1,5 MPa переходит в жидкую фазу, и поэтому его достаточно просто хранить, транспортировать и т.д. К тому же пропан-бутановая смесь практически не содержит азота, поэтому присутствие этого чрезвычайно вредного соединения в выхлопных газах практически отсутствует, чего не скажешь о работе двигателя на бензине или дизтопливе. Использование LPG обеспечивает снижение выбросов вредных веществ в выхлопных газах, по сравнению с традиционным топливом, на 10–15% CO2, не менее, чем на 20% CO и на 60% углеводородов.

Но по энергетическим характеристикам LPG уступает вышеописанному CNG, да и стоимость LPG значительно выше метана. К тому же запасы нефти есть не везде в мире. Мы знаем, что в Европе ее почти не добывают. А вот метан получить проще: в Германии для этих целей освоили технологию переработки соломы, оставшуюся после уборки урожая зерновых. Из 10 т соломы там получают примерно 1,65 т метана.

Реальные примеры реального рынка газовых грузовиков

Одними из наиболее распространенных в Европе марок малотоннажных коммерческих автомобилей, так называемых автомобилей LCV(Light Commercial Vehicle) являются модели Fiat серии Professional. В этой серии самый большой ассортимент базовых моделей, в которых завод спроектировал и установил оборудование, позволяющее двигателю работать на метане и бензине.

Это четыре модели в 17 вариантах в зависимости от колесной базы, длины, высоты или остекления. В автомобиле, работающем на метане CNG, помимо спецустановки, необходимо разместить баллоны для хранения метана, обычно их 2–5 шт., их вес существенно снижает полезную грузоподъемность.

Все метановые модели от самой легкой, Fiat Panda, а также Fiat Fiorino, Fiat Doblo и самой крупной, Ducato, имеют отличия от базовых. Так, Fiat Panda создавался на основании версии с колесной формулой 4х4. Один из резервуаров для метана конструкторы расположили в тоннеле для приводного вала, второй поместили под багажником, там, где располагалось запасное колесо, т.е. в этой модели его нет, а также нет возможности и установить прицепное устройство. Но заправленный газом и бензином автомобиль может проехать до 1000 км.

В Fiorino метановые баки емкостью 77 л размещены также, как и в предыдущей модели. Грузовое пространство в этом случае уменьшилось всего на 0,3м3. Модель сохранила полноразмерный бензобак, таким образом машина без дозаправки проезжает 900 км. В самой крупной модели Ducato Natural Power конструкторы Fiat разместили аж пять баков, 3х 40л и 2х 50л, а также имеется бензобак, который считается резервным и рассчитан на 100 км пробега. К сожалению, в метановой версии Ducato полезная грузоподъемность машины уменьшилась на 400 кг, по сравнению с дизельным вариантом.

В группе итальянских автомобилей LVC, рассчитанных на работу мотора на метане/бензине, популярной моделью является Iveco Daily. С 1998г. компания Iveco предлагает своим клиентам автомобили на газе. Сегодня Iveco реализует уже третье поколение фургонов Daily, которое вышло на рынок в 2014 году. ВIvecо разработано несколько исполнений с максимально допустимой массой от 3,5 до 7,2 т. В 7-тонном грузовике компактно, в центральной части шасси, размещаются продольно четыре газовых бака и два дополнительных бака в задней части, всего на 302 л. Бензобак имеет символическую емкость 14 литров, чего хватает почти на 80 км.

А вот компания Scania уже не первый год разрабатывает и выпускает газовые моторы. Осенью прошлого года состоялась презентация силового агрегата OC13, работающего на природном газе– как сжатом, т.е. CNG, так и сжиженном LNG. Это газовый двигатель создавался на базе 13-литрового силового агрегата Scania.

Метановый мотор OC13 развивает мощность до 410 л.с. Для лучшей топливной экономичности и облегчения труда водителя конструкторами компании было принято решение агрегатировать OC13 только с автоматической коробкой передач.

Если принцип работы нового двигателя не изменился при использовании газового топлива, то запас его хода поменялся. Для магистральных автопоездов наиболее удобен двигатель OC13, работающий на сжиженном метане: запас хода на одной заправке достигает 1100 км. На сжатом метане CNG такой же автопоезд может проехать до 500 км, т.е. эти машины относятся к сфере региональных или даже городских перевозок.

Газовые двигатели вообще удобны при поездках по городу – во-первых, они отличаются чистым выхлопом, а во-вторых, низким шумовым фоном, не более 72 dB(A), что позволяет работать и ночью.

В марте прошлого года еще один бренд мирового уровня, компания Renault Trucks представила свою разработку – шасси Renault D WideCNG6х2 с 8,9-литровым двигателем NGT9 стандарта Евро 6 и мощностью 320 л. с. Двигатель может работать либо на природном сжатом газе CNG, либо на биометане. Биометан – возобновляемый источник энергии, получаемый из органических материалов, по сравнению с дизельным топливом он значительно меньше выбрасывает в атмосферу CO2.

Инженеры Renault Trucks предлагают два варианта установки газовых баллонов: это либо шесть баллонов, в которые можно закачать 600 л газа, сжатого до 200 бар. Другой вариант – это использование восьми баллонов, которые заправляются метаном. Баллоны, заправленные800 л метана, соответствуют 120 кг газа и объему в 160 м3. Газовый двигатель отвечает последним экологическим стандартам Евро 6, а шасси с колесной формулой 8×2 имеет грузоподъемность 26 т. Но покупатель может заказать и облегченную модель с колесной формулой 4×2 и грузоподъемностью 19 т, эта версия, конечно, более экономична.

Компания Renault Trucks с 2004 г. занимается конструированием и продажей грузовиков с двигателями, работающими на сжатом метане. Запас хода грузовика на шасси Renault D Wide CNG – до 400 км.

Ярославский «Автодизель» начал серийное производство газовых двигателей семейства ЯМЗ-530с августа 2016 г. Базовый 530-й создавался как рядный дизель, а в конструировании и проектировании новой серии активное участие приняли инженеры австрийской моторостроительной компании AVL и известный производитель газовых моторов, компания Westport из Канады. В результате появились двигатели, аналогов которым в других странах нет.

Четырехцилиндровый моторЯМЗ-534CNG с турбонаддувом, рециркуляцией выхлопных газов и свечами зажигания Bosch вместо форсунок сегодня устанавливают на грузовики «Газон Next», на новые автобусы Павловского завода «Вектор Next». Для автобуса выбрана средняя настройка мощности: 150 л.с. при 2300 об/мин и 590 Н.м при 1200-1600 об/мин.Специалисты утверждают, что это самый востребованный двигатель для «Вектор Next»: тяговитый, экономичный, надежный. Пока же на другие модели ПАЗов ставят дизель Cummins ISF 3.8 и Cummins ISB.

ДвигателиЯМЗ-534 CNG устанавливают так же на военные бронеавтомобили «Тигр», а модификация ЯМЗ-536 используется для комплектации тяжелых «Уралов Next».А еще эти моторы ставят на тракторы «Кировец», комбайны, дорожные машины, даже на суда на воздушной подушке и на спецтехнику, поставляемую из Беларуси. Объемы выпуска немалые, около 15,5 тыс. двигателей в год, но 530-я серия не залеживается. Причем в 2016 г.двигатели серии собирали в основном из импортных компонентов, а сегодня уровень локализации достиг 80%.

Электрические грузовики еще себя покажут!

По прогнозам немецких специалистов концерна VW, к 2050 году автомобилей с традиционными ДВС не останется: их заменят электрические. А пока продолжается модернизация существующих моторов, создаются различные варианты гибридных и электрических силовых установок, очень популярен сегодня вариант использования газомоторного топлива в сфере грузовых перевозок.

Ведущие производители грузовиков выделяют огромные средства на проведение исследовательских и экспериментальных работ в области электропривода, из чего следует, что это одно из приоритетных направлений развития их модельных рядов, в этом они видят для себя перспективу на годы вперед.

Руководство DAF не раз заявляло, что возлагает большие надежды на гибридные технологии и работает в направлении создания легких аккумуляторов очень большой емкости. Уже в 2020 г. компания планирует начать серийное производство электроприводных моделей: DAF СА Electric, DAFFL Electric и гибридной моделиDAF СF Hybrid.

В 2018 г. концерн представил покупателям полностью электрический грузовик CF Electric с колесной формулой 4х2.Новую модель можно охарактеризовать как городской тягач, поскольку машина массой 9,7 т способна транспортировать груз массой до37 т, но дальность движения на одной зарядке ограничивается 100 км. Однако специалисты DAF предлагают покупателям систему быстрой зарядки, продолжительность которой всего 30 мин, а полная зарядка аккумуляторов CF Electric занимает 90 мин.

Новый тягач создавался путем внесения изменений в силовую часть базовой моделиDAFCF. Эта машина была представлена на авторитетном международном конкурсе в г. Лионе, где удостоилась звания «Международный автомобиль 2018 года».

Основным элементом привода CF Electric, разработанного компанией VDL и получившего названиеE-Power, является э/двигатель мощностью 210 кВт. Для хранения энергии автомобиль располагает литий-ионными АКБ емкостью 170 кВтч.

В Renault Trucks создали гамму электрогрузовиков, состоящую из трех моделей: Renault Master Z.E., Renault Trucks D Z.E. и Renault Trucks D Wide Z.E. Автомобили создавались для выполнения широкого круга различных работ в пределах одного мегаполиса.

Так, Renault Trucks Master Z.E. с полной массой 3,1 т комплектуется 57-килловатным двигателем, что позволяет разгоняться до 100 км/ч. Полного заряда аккумуляторов хватает на поездку по городу длиной 120 км, затем необходима зарядка. До 100% АКБ заряжаются примерно за 6 ч.

Вторая модель, Renault Trucks D Z.E., комплектуется двигателем мощностью 130 кВт, максимальная же мощность достигает 185 кВт. Заряд батарей позволяет рассчитывать на запас хода в 300 км. Модель допустимой массой 16 т удобна для перевозки грузов внутри городской черты, в Renault даже предлагается покупателям вариант исполнения в виде рефрижератора.

Наиболее крупная, 26-тонная, модель Renault Trucks D Wide Z.E. создавалась для выполнения функций мусоровоза. В грузовике установлено два э/двигателя общей мощностью 260 кВт, максимальная мощность –370 кВт. Двигатели приводит в действие АКБ емкостью 200 кВтч, обеспечивается пробег до 200 км. Имеющаяся система быстрой зарядки Combo CCS зарядит аккумуляторы до 150 кВт за 1,5-2 ч, полную же зарядку рекомендовано производить в течение 12 ч.

Компания Mercedes-Benz производит целую гамму транспортных средств с электроприводом, от городских автобусов до тягачей автопоездов. В 2018 г. Mercedes предоставил своим клиентам полностью электрический грузовикe Actros, доступный в двух вариантах: 2-осный грузовик общей массой в 18 т и 3-осный общей массой25 т.EActros был создан в основном для доставок грузов внутри городских районов. Грузовик приводится в движение двумя асинхронными э/двигателями с жидкостным охлаждением, расположены они в колесах задней оси, каждый из них обеспечивает мощность в 170 л.с. Общая емкость одиннадцати литий-ионных АКБ – 240 кВтч, и это дает возможность eActros преодолевать расстояние в 200 км.

Сегодня компания Mercedes-Benzзанимается продвижением на рынке электрогрузовика FUSO eCanter, поскольку марка FUSO входит в состав концерна Daimler.E Canter имеет электродвигатель мощностью 180 л.с., грузоподъемностью машины до 4,5 т. Энергия накапливается в литий-ионных батареях общей мощностью 82,8 кВтч. Автомобиль разгоняется до 80 км/ч, и на одной зарядке может проехать более 100 км. По сравнению с дизельными аналогами, эксплуатация eCanter обеспечивает экономию в €1000 евро на каждые 10тыс. км пробега.

Компания MANвпервые в сентябре 2016 г. представила на международной автомобильной выставке IAA в Ганновере тягач MAN eTruck TGS с электроприводом. Затем, в течение короткого времени, в MAN были созданы на основе модели MAN TGM модели грузоподъемностью от 18 до 26 т. Емкости АКБ, представляющей комплект из трех литий-ионных батарей емкостью 35,3 кВтч каждая, размещенных под кабиной, хватает на пробег от 50 до 150 км, в зависимости от условий эксплуатации.

Подзарядка же, по задумке конструкторов, осуществляется ночью, хотя устройством машины предусмотрена возможностьOpportunity-Charging– подзарядки в процессе эксплуатации. Также производитель предусматривает возможность установки на раме еще четырех батарей по 35,3 кВтч каждая или же монтаж топливных водородных элементов. К 2021 г. в компании собираются официально предлагать варианты по переоборудованию всем клиентам в виде опций.

Что ждет в ближайшем будущем?

В мире, безусловно, идет острая конкуренция в сфере автомобильного топлива. Производители бензина не сидят сложа руки: если прежде, в 19 веке, бензин получали в результате прямой перегонки нефти, что позволяло получить не более 25% бензина от первоначального объема, то при современных методах получают уже до 80% высококачественного горючего от первоначального объема нефти, а эту самую нефть перерабатывать практически на 100%. Многие ученые утверждают, что возможности традиционного топлива еще далеко не исчерпаны, в то же время альтернативное имеет серьезные недостатки.

Это и опасность взрыва газа, и повышенный его расход, по сравнению с дизтопливом и бензином, дорогостоящее топливное оборудование, невозможность создать запас в бытовых условиях. А в северных районах нашей страны заряд электромобиля садится, как телефон на морозе, поскольку емкость аккумуляторной батареи на холоде резко падает. Если летом при полной зарядке, например, можно проехать 170 км, то в сильный мороз аккумулятора хватит только на 50 км, много энергии забирает печка, на обогрев уходит порядка 30% энергии. В общем, вопросов много, но в ситуации с топливом есть и политическая составляющая.

До 2020 г. в США будут введены в эксплуатацию пять терминалов по экспорту CNG общей мощностью 57,8 млн т/год, и произведенный газ нужно реализовывать. В России также уже с 2018 г. действуют два крупных предприятия, поставляющие метан. Это «CNG-завод» проекта «Сахалин-2», он запущен в 2009 г. и контрольный пакет принадлежит «Газпрому». По итогам 2015 г. производство составило 10,8 млн т/год.

Вторым крупным игроком на рынке российского метана становится компания «Новатэк», которая в январе 2018 г. ввела в эксплуатацию «CNG-завод» на проекте «Ямал-СПГ».

На европейском газовом рынке начнется противостояние американского CNG и российского сетевого газа.

 

AMF

Природный газ используется для множества различных целей, таких как производство электроэнергии, бытовое использование, транспорт, а также в качестве сырья для производства удобрений на основе аммиака. Это преобладающее альтернативное топливо для автомобильного транспорта в дополнение к этанолу. Поскольку природный газ содержит в основном метан, вместо него можно использовать биометан.

В автотранспортных средствах метан в основном используется в сжатом виде (сжатый природный газ, CNG или сжатый биогаз, CBG), но есть также определенный интерес к сжиженной форме (сжиженный природный газ, LNG или сжиженный биогаз, LBG).При поездках на большие расстояния природный газ обычно отправляется в виде СПГ, а затем повторно газифицируется на прибрежных терминалах для закачки в сеть природного газа. Во всех направлениях состав природного газа сильно варьируется. Биометан можно производить на месте. Следовательно, он не так зависит от газовой сети или транспортировки, как природный газ.

Метан традиционно используется в двигателе Отто либо в стехиометрических условиях, либо в условиях сжигания обедненной смеси. В последние годы были разработаны и другие технологии двигателей, например.грамм. двухтопливные двигатели с воспламенением от сжатия. Энергоэффективность выше для обедненного сжигания, чем для стехиометрического газового двигателя, но стехиометрический двигатель может эффективно контролировать выбросы с помощью трехкомпонентного катализатора; также NO x выбросов, которые проблематичны для двигателей, работающих на обедненном природном газе. Двухтопливные двигатели необходимо оборудовать технологией последующей обработки, аналогичной дизельным двигателям, чтобы соответствовать законодательству по выбросам во многих регионах. Все двигатели, работающие на природном газе, обеспечивают низкий уровень выбросов твердых частиц. Выбросы метана от транспортных средств, работающих на природном газе, значительны, но многие другие нерегулируемые выбросы, как сообщается, для транспортных средств, работающих на природном газе, ниже, чем для автомобилей с бензиновым или дизельным двигателем.

Недавно AMF Task 51 Key Messages указала, что «Использование метана на транспорте, по прогнозам, будет расти, особенно в жидкой форме на большегрузном автомобильном транспорте и в морском секторе. Метан сокращает, например, выбросы твердых частиц, и удерживается обещание сократить выбросы CO2 до 20… 25%. Однако почти все двигатели, работающие на метане, имеют проскок метана, который может свести на нет выгоду от выбросов CO2. Задача AMF 51 показывает, что существуют технологии для смягчения этой проблемы ».

Общие

Природный газ используется в качестве источника энергии и автомобильного топлива, чтобы удовлетворить потребность в снижении зависимости от нефти и, таким образом, повысить надежность энергоснабжения.Природный газ — это бесцветное, без запаха и экологически чистое горючее топливо, которое использовалось и используется в настоящее время для многих различных применений, таких как производство электроэнергии, бытовое использование, транспорт, а также в качестве сырья для производства удобрений на основе аммиака. Помимо этанола, основным альтернативным топливом для автомобильного транспорта является природный газ. По данным журнала NGV Journal (http://www.ngvjournal.com/worldwide-ngv-statistics/, число 17.7.2016). С учетом количества автомобилей малой и большой грузоподъемности, их пробега и расхода топлива глобальное потребление природного газа на автомобильном транспорте составит не более 60 Мтнэ. Синтетическое дизельное топливо производится из природного газа путем сжижения (Gas-to-Liquid, GTL). Согласно сводным данным МЭА по энергетике за 2015 год, глобальное использование природного газа в транспортном секторе в 2013 году составило 96,2 Мтнэ, что указывает на потенциальное использование природного газа в качестве GTL в диапазоне 30 Мтнэ.

Как уже упоминалось, часть природного газа конвертируется в GTL для использования в автомобильном транспорте.Однако существуют и другие пути конверсии природного газа. Природный газ может быть преобразован в метанол или синтетический бензин, которые являются жидким топливом, или он может быть преобразован в газообразное топливо другого типа, такое как DME или LPG. Водород можно производить из природного газа посредством риформинга метана, а электричество можно вырабатывать на установке, работающей на природном газе, для дорожных транспортных средств. Чтобы топливо, полученное из природного газа, было выбрано для реализации, его необходимо производить, доставлять и использовать в транспортных средствах по ценам, конкурентоспособным с традиционными видами топлива.Помимо стоимости, акцент должен быть сделан на экологических преимуществах, использовании энергии и энергетической безопасности, которые каждый вид топлива может предложить конкретной стране. В Задаче 48 AMF была оценена возможность использования различных путей природного газа в автотранспортных средствах для определения преимуществ и недостатков каждого варианта. Чтобы продемонстрировать, насколько по-разному влияет каждый фактор, были проведены тематические исследования в шести разных странах на трех континентах. (Задача 48 AMF: Sikes et al.2015).

Термин биометан относится к метану возобновляемого происхождения. Он производится путем анаэробного переваривания органических веществ (мертвые животные и растительный материал, навоз, ил сточных вод, органические отходы и т. Д.), Которые хранятся в герметичных резервуарах, чтобы создать наилучшие условия для образования анаэробных микробов. газ в процессе пищеварения. Он также может образовываться в результате анаэробного разложения органических веществ на свалках, и это называется свалочным газом.Неочищенный газ известен как биогаз, в основном состоящий из метана и CO 2 плюс некоторые второстепенные следовые компоненты, которые в значительной степени зависят от исходного сырья. Биометан известен как усовершенствованная форма биогаза, и его окончательное качество / состав зависит от эксплуатационных параметров конечного использования и от используемой технологии модернизации. Т.е. биометан — это богатый метаном газ, получаемый из биогаза. Третий путь получения биометана — это газификация биомассы. Большим преимуществом биогаза / биометана является то, что его можно производить из самых разных источников: в основном, для этой цели можно использовать все типы биоматериала, например, отходы.Однако не все субстраты ведут себя одинаково в отношении эффективности производства биогаза или имеют одинаковый потенциал экономии выбросов. Поскольку метан является основным компонентом природного газа, биометан можно использовать в транспортных средствах, работающих на природном газе, без каких-либо модификаций.

Ископаемый метан — это традиционно природный газ, улавливаемый под поверхностью земли. При образовании ископаемый природный газ пытается достичь поверхности, поскольку это жидкость с низкой плотностью. Затем газ задерживается в различных геологических формациях, состоящих из слоев осадочной пористой породы, покрытых непроницаемой формацией, которая действует как кровля.Газ извлекается путем бурения через непроницаемую породу, и выделяемый газ обычно находится под давлением. После экстракции ПГ должен пройти некоторые процессы, в основном, для удаления нефти, воды и некоторых других микрокомпонентов из неочищенного добытого газа.

Помимо традиционного ископаемого метана, сегодня важны нетрадиционные источники ископаемого метана. Ископаемый нетрадиционный метан может происходить из нескольких источников. 1) Сланцевый газ — это форма природного газа, заключенного в сланцы, которые представляют собой мелкозернистые и богатые органическими веществами горные образования.Оценка его потенциала и существующих запасов существенно изменилась за последние годы, что привело к увеличению мирового рынка природного газа. Это можно объяснить прогрессом в технологии добычи, гидроразрыва пласта и технологий горизонтального бурения. 2) Угольный газ — это форма природного газа, который в почти жидком состоянии может быть адсорбирован твердой матрицей угля. Газ угольных пластов, не содержащий H 2 S, содержит меньшее количество более тяжелых углеводородов, таких как этан, пропан и бутан, чем обычный природный газ.3) Плотный газ (или газ из плотного песчаника) — это природный газ, обнаруженный в водонепроницаемых породах и непористых песчаниках или известняковых образованиях. Таким образом, его добыча более сложна и обычно выполняется гидроразрывом или кислотной обработкой. Классификация плотного газа как обычного или нетрадиционного природного газа может варьироваться, поэтому часто считается, что он попадает между двумя классами. 4) Гидраты метана представляют собой твердые соединения, в которых метан удерживается внутри кристаллической структуры воды, образуя твердую структуру, подобную льду.Значительные запасы гидратов метана были обнаружены под отложениями под дном океана. Промышленная добыча газа из этих пластов никогда не производилась, но за последние годы было проведено несколько пробных и полевых испытаний. Один из недавних методов был основан на закачке CO 2 в гидраты, который затем заменяет и высвобождает молекулы метана, заблокированные во «льду».

Законодательство, стандарты и свойства

Стандарты

актуальны, так как конструкция двигателей должна основываться на известной топливной композиции и ее потенциальной изменчивости.

ISO 15403: 2006 определяет природный газ как газ с

  • более 70% об. / Моль метана и
  • более высокая теплотворная способность 30–45 МДж / Нм 3 .

Также рекомендуются пределы для

  • влажность и пыль, 3 об.% Для обоих, и
  • для CO 2 , O 2 и H 2 S предел <5 мг / м 3 .

В 2016/2017 были опубликованы следующие европейские спецификации для автомобильного топлива на основе природного газа и биометана:

  • EN 16723-1 Природный газ и биометан для использования на транспорте и биометан для закачки в сеть природного газа — Часть 1: Технические условия на биометан для закачки в сеть природного газа (в стадии утверждения)
  • EN 16723-2 Природный газ и биометан для использования на транспорте и биометан для закачки в сеть природного газа — Часть 2: Характеристики автомобильного топлива (в стадии утверждения)

Требования стандарта EN 16723-2: 2017 , например:

  • Метановое число более 65
  • Общий летучий кремний ≤ 0.3 мгSi / м 3
  • Водород ≤ 2 мас.%
  • Сера общая ≤ 30 мг / м 3

Метановое число также является важным свойством природного газа. Это значение, рассчитанное с использованием подхода Юго-Западного научно-исследовательского института, указывает на детонационную стойкость топлива; метановое число 80 дает такое же детонационное поведение, что и смесь 20% водорода и 80% метана. В стандарте EN 437: 2003 «Контрольные газы • Испытательные давления • Категории устройств» представлены диапазоны индекса Воббе для «Контрольных эталонных газов».Индекс Воббе является показателем взаимозаменяемости топливных газов (высшая теплота сгорания, деленная на квадратный корень из удельного веса). Однако оба стандарта имеют ограниченное применение при рассмотрении характеристик транспортных средств, работающих на природном газе (NGV), экономии топлива, выбросов и защиты потребительских цен.

Правила № 83 ЕЭК ООН определяют стандарты выбросов для легковых автомобилей, включая газомоторные автомобили. Регламент определяет технические характеристики эталонного газа (G20 и G25), которые будут использоваться во время испытаний, и они должны быть репрезентативными для различных существующих рыночных качеств.Правила № 49 ЕЭК ООН определяют процедуру официального утверждения типа двигателей большой мощности, а Правило 83 содержит технические требования к эталонному топливу для тяжелых газомоторных транспортных средств. Чтобы охватить ожидаемую изменчивость качества природного газа в Европе, в нормативных актах представлены соответствующие различия / характеристики для газов, отличающихся от чистого метана (G20) до указанного GR-G23 (для диапазона H-газов) и G23-G25 (для L- диапазон).

Существенной проблемой является степень, в которой эталонное топливо, используемое в испытаниях на выбросы, имеет свойства, аналогичные свойствам топлива в реальной ситуации.Следующая сводка и таблица 1 суммируют некоторую важную информацию и предоставляют соответствующие корреляции:

  • Биометан, особенно в его жидкой форме (LBM), является ближайшим к эталонному испытательному газу G20 (чистый метан). Сжижение удаляет CO 2 , серу и металлы, которые присутствуют в сыром биогазе.
  • Более 95% СПГ обычно имеет более высокое содержание, чем испытательный газ G23 и трубопроводный газ высокого качества. СПГ содержит очень мало азота, а G23 образуется при разбавлении метана ~ 7.5% азота.
  • Трубопроводный газ низкого качества моделируется тестовым газом G25, который генерируется добавлением ~ 14% азота к метану. Однако L-газ имеет более высокое содержание C2, что дает более высокий индекс Воббе и более низкое метановое число, чем G25.
  • Высокое содержание C2 в Rich-LNG моделируется тестовым газом GR путем добавления 13% этана к метану. Однако Rich-LNG имеет более высокое содержание C3 +, что дает более высокий индекс Воббе и более низкое метановое число, чем GR
  • .

Общий вывод состоит в том, что составы эталонных тестовых газов G23, G25 и GR не совсем репрезентативны для фактического состава, доступного на рынках газопроводов и СПГ.В тестовых газах метан разбавляется азотом или этаном, тогда как метан в реальном газе «разбавляется» этаном (и C3 +) и / или инертными газами (N 2 и CO 2 ), в зависимости от источника.

Таблица 1. Контрольный образец NG по сравнению с типичными композициями NG / биометана (NGVA Europe’s LNG Position Paper. A. Nicotra — 2012.).

a Относится к неочищенному биогазу с содержанием H менее 500 мг / м 3 H 2 S.
b Потери метана зависят от условий эксплуатации. Эти цифры гарантируются производителями или предоставляются операторами.
c Качество биометана зависит от рабочих параметров.
d Сырой газ, сжатый до 7 бар.
e Количество проверенных ссылок.
f CarboTech./Quest Air.
г Мальмберг / Флотек.

Таблица 2 отражает различия, которые могут быть обнаружены для некоторых соответствующих компонентов между различными спецификациями трубопроводного газа (для некоторых стран это типичные значения, встречающиеся в системе транспортировки природного газа) в Европе.

Таблица 2. Краткое изложение технических характеристик европейского газопровода (обязательные и типовые значения смешаны) для некоторых соответствующих компонентов. (Источник: проект GASQUAL).

Природный газ представляет собой смесь различных углеводородов, основной составляющей которой является метан (обычно 87–97%). Он также может содержать некоторые примеси, такие как азот или CO 2 . Для природного газа основные варианты включают:

  • теплотворная способность
  • метановое число
  • содержание серы
  • содержание инертных веществ (азота и углекислого газа)
  • содержание высших углеводородов

Биометан улучшен из биогаза, который в основном состоит из метана и CO 2 плюс некоторые второстепенные / следовые компоненты, которые в значительной степени зависят от исходного сырья (Таблица 3).

Таблица 3. Примеры составов биогаза из разных источников (Kajolinna et al. 2015).

Конечное качество / состав биометана зависит от эксплуатационных параметров конечного использования и от используемой технологии модернизации (Таблица 4). В зависимости от источника при использовании биометана в качестве автомобильного топлива необходимо тщательно контролировать некоторые следовые компоненты, в том числе:

  • Силоксаны (опасность истирания и повышенная вероятность детонации)
  • Водород (риск охрупчивания металлических материалов)
  • Вода (опасность коррозии и проблемы с управляемостью)
  • Сероводород, h3S (вызывает коррозию в присутствии воды, может повлиять на устройства доочистки, а продукты сгорания могут создать проблемы из-за заедания клапанов двигателя)

Таблица 4.Сравнение выбранных параметров для общих процессов модернизации (Урбан и др., 2008 г.).

СПГ страдает от большого разнообразия источников импорта и конечного использования. На рисунке 1 показано, как меняются метановое число и индекс Воббе для импортируемого СПГ в Европу:

Рис. 1. Сравнение метанового числа с индексом Воббе для импортируемого СПГ в Европу. (GIIGNL 2010 / E.ON Ruhrgas).

Соотношение между температурой и давлением для насыщенного СПГ показано на Рисунке 2.

Рис. 2. Зависимость давления от температуры насыщенного СПГ (в виде чистого Ch5) (NGVA Europe. Данные NIST).

В целом, как следствие многоцелевого использования природного газа в качестве энергоносителя вместе с различными источниками импорта, рынок природного газа характеризуется значительными вариациями в составе газа. Это важный фактор, когда речь идет об автомобильном топливе.

Распределение

Биометан можно производить на месте, поэтому его распределение во многих отношениях отличается от природного газа.Однако метан биологического происхождения и ископаемый метан используется в сжатом или сжиженном состоянии для хранения и для целей транспортировки.

  • Сжатый метан (CNG, CBG): природный газ или биометан подверглись сжатию после обработки; в основном используется для автомобилей и обычно сжимается до 200 бар.
  • Сжиженный метан (LNG, LBG): природный газ или биометан были сжижены после обработки. Температура составляет около -161,7 ° C при атмосферном давлении, и при использовании в качестве автомобильного топлива его можно хранить в бортовых криогенных резервуарах (резервуарах из нержавеющей стали с вакуумной изоляцией), которые имеют различные диапазоны рабочего давления.

Природный газ транспортируется на большие расстояния в сжатом по трубопроводу или в сжиженном виде на судах. Давление в трубопроводе природного газа в Европе обычно составляет от 2 до 80 бар. В настоящее время наблюдается тенденция к увеличению давления в международных соединительных трубопроводах с целью снижения транспортных расходов. Давление в трубопроводах, проложенных на дне моря, должно быть достаточным, поскольку невозможно установить промежуточные компрессорные станции. Природный газ транспортируется в сжиженном виде морским транспортом, например, при больших расстояниях до точки потребления (более 4.000 км), например, при транспортировке больших объемов по морю. Обычно большая часть СПГ газифицируется и закачивается в сеть природного газа. Однако часть его можно напрямую использовать в качестве СПГ, а затем, как правило, транспортировать автоцистернами для СПГ.

Пути газообразного и сжиженного природного газа нельзя четко отделить друг от друга, поскольку многие из импортируемого СПГ повторно газифицируются на прибрежных терминалах СПГ, чтобы его можно было закачать в сеть природного газа. Следует подчеркнуть, что оба пути зависят от того факта, что состав транспортируемого природного газа очень изменчив.

На рис. 3 показано визуальное сравнение объемного эквивалента дизельного топлива, КПГ и СПГ для заданного энергосодержания.

Рис. 3. Энергия КПГ / СПГ / дизельное топливо и эквивалент по объему (АПГ в Европе).

Одоризация

Хорошо известной практикой в ​​секторе природного газа является добавление одорантов, чтобы помочь идентифицировать ПГ в случае утечки. Исторически это делалось по-разному, поскольку практически каждая европейская страна следовала своим собственным национальным кодексам / стандартам по этому вопросу.В течение многих лет наиболее используемыми одорантами были тетрагидротиофен (THT) и меркаптан, оба отдушки на основе серы. В течение последних 10-15 лет несколько европейских стран начали осуществлять технические программы по замене THT и меркаптанов на одоранты, не содержащие серы. Такие страны, как Германия, в которых практика одоризации регулируется стандартом DVGW G 280-1 «Одоризация газа», начали в 1995 году разработку одоранта, не содержащего серы, для газораспределительных сетей, и уже в 2007 году более 40 газораспределителей в Германии, Австрия и Швейцария изменили свои методы одоризации с THT или меркаптанов на одоранты, не содержащие серы, такие как Gasodor ™ S-Free ™.Однако ситуация в Европе все еще не сбалансирована, поскольку все еще есть страны, использующие THT и меркаптаны при проведении одоризации. Уровень серы, полученный при добавлении THT и меркаптана, связан с точным расположением измерительного оборудования, поскольку концентрация серы тем выше, чем ближе измерение выполняется к точке одоризации. По данным E.ON Ruhrgas AG (и хотя в разных странах используются разные суммы), это могут быть ориентировочные значения:

  • Среднее содержание серы до одоризации: 3.5–6 мг / м 3
  • THT обычно добавляет 5–10 мг / м 3 (измеряется как S)
  • Меркаптан обычно добавляют 1–3 мг / м 3 (измеряется как S)

Использование одорантов, не содержащих серы, будет означать дальнейшее снижение и без того низкого содержания серы в природном газе. Сера известна своим отрицательным влиянием на правильное функционирование систем последующей обработки выхлопных газов двигателя, что со временем приводит к снижению эффективности преобразования.

Контроль выноса масла и воды / влажности на АЗС

Заправочные станции природного газа могут быть станциями КПГ, СПГ или СПГ, которые могут предлагать сжатый, сжиженный или оба типа природного газа.На станции СПГ подается СПГ, а КПГ производится с испарителем. Помимо этого, станции КПГ могут питаться либо напрямую от сети природного газа, либо от СПГ, который затем испаряется и подвергается давлению, чтобы давление достигло 200 бар. Во время фазы сжатия на станции заправки природным газом некоторые загрязнители, такие как вода и масло, могут попасть в конечный сжатый газ, что будет мешать правильному функционированию газомоторного автомобиля. Некоторые из загрязняющих веществ могут поступать из газа, распределенного по сети, а некоторые другие, например, масла, могут поступать из самих смазочных материалов компрессора.Для станций, питающихся напрямую от сети, а также для станций, питающихся от мобильных хранилищ природного газа, типично, что газ обрабатывается на площадке заправки, чтобы сделать две основные адаптации для его использования в транспортных средствах:

  • Сушка: NG должен быть достаточно сухим, чтобы не вызвать коррозию и проблемы с управляемостью при воздействии высокого давления. Значения содержания воды 5 мг / кг достижимы и в настоящее время достаточно хороши, чтобы гарантировать надлежащую работу транспортных средств и их систем.
  • Фильтрация: не существует подходящего метода для измерения частиц в газе, но для защиты газомоторных систем (двигателей и связанных компонентов) он необходим для обеспечения надлежащего и надежного функционирования. Сегодня существует несколько поставщиков коалесцирующих фильтров для КПГ. По заявлению поставщиков, их продукты способны удалять 99,995% аэрозолей размером от 0,3 до 0,6 микрон при последовательной установке с другими фильтрами предварительной очистки. Обычно рекомендуется использовать два фильтра после компрессора (и перед системой хранения) и еще один мелкоячеистый фильтр перед колонкой СПГ.

Некоторые другие факторы, которые следует учитывать: насколько хороши фильтры для удаления аэрозолей и какова необходимость в надлежащей программе обслуживания систем фильтрации. Опыт доказал, что, если их не контролировать, эти два аспекта могут иметь серьезные негативные последствия для транспортных средств, например: в виде коррозии металлических резервуаров КПГ. Это может повлиять на безопасность в долгосрочной перспективе, проблемы с управляемостью из-за осаждения воды в связи с охлаждением за счет расширения, которое происходит, когда газ течет из резервуара для хранения к впускному отверстию двигателя, и может создавать ледяные пробки, истирание механических частей из-за твердых частиц. попадание в систему, отложение масла в системе распределения двигателя и т. д.

Двигатели на метане

Если говорить об использовании метана в качестве топлива для автомобильной промышленности, то на сегодняшний день основной технологией двигателей является двигатель Отто, работающий либо в условиях стехиометрического, либо в обедненном режиме топливовоздушной смеси. Тем не менее, были разработаны и другие технологии двигателей, например двухтопливные двигатели, которые представляют собой двигатели с воспламенением от сжатия.

Различие в принципах действия вызывает также существенные различия в выбросах загрязняющих веществ, производимых этими двигателями, и, следовательно, также значительные различия в стратегиях последующей обработки.Некоторые из основных отличий:

  • Двигатели, работающие на природном газе со стехиометрическим искровым зажиганием (SI): характеризуются гомогенной топливно-воздушной смесью, причем соотношение воздух-топливо регулируется с помощью датчика кислорода (или лямбда-зонда), установленного в потоке выхлопных газов.
  • Двигатели NG с искровым зажиганием и обедненной смесью: характеризуются расслоением топливовоздушной смеси. Эти двигатели обычно требуют непрямого впрыска топлива или прямого впрыска топлива с индуцированной турбулентностью. Непрямой впрыск топлива требует, чтобы топливо впрыскивалось в предварительную камеру, сконструированную таким образом, чтобы поддерживать топливно-воздушную смесь в стехиометрических условиях до тех пор, пока она не всасывается в камеру сгорания.Превышение концентрации кислорода в выхлопе контролируется линейным датчиком кислорода.
  • Двухтопливные газовые / дизельные двигатели с воспламенением от сжатия: двухтопливные двигатели отличаются от специализированных двигателей своей способностью сжигать два топлива одновременно. В двухтопливных двигателях в качестве основного источника воспламенения смеси природного газа и воздуха используется дизельное топливо. Коэффициенты замещения дизельного топлива могут варьироваться в зависимости от технологии двухтопливного двигателя, а также в зависимости от работы самого двигателя.

Теоретически энергоэффективность выше, а выбросы выхлопных газов ниже для двигателей с обедненной смесью, чем для стехиометрических двигателей.Однако стехиометрический двигатель способен эффективно контролировать выбросы с помощью трехкомпонентного катализатора (TWC), который окисляет CO и HC, уменьшая при этом NO x . Из-за избытка кислорода TWC не могут использоваться для двигателей с обедненной смесью. Вместо этого для окисления CO и HC используются катализаторы окисления, но без воздействия на NO x . Для двухтопливного двигателя действующие и будущие законы о выбросах (EURO V и EURO VI) требуют, чтобы двигатель был оборудован такой же технологией последующей обработки, что и дизельные двигатели, что означает установку селективного каталитического восстановления (SCR), окисления. катализатор и сажевый фильтр (DPF).Газомоторные автомобили, оборудованные TWC, соответствуют даже требованиям EURO VI NO x по выбросам.

Выбросы выхлопных газов и эффективность (исследование автобусов)

Регулируемые выбросы, а именно CO, HC, NO x и PM, зависят от сложности двигателя и системы управления выхлопом. Метан в качестве моторного топлива может обеспечить преимущества в отношении выбросов выхлопных газов по сравнению с дизельным топливом, особенно для транспортных средств, работающих на сжатом природном газе, оснащенных двигателями со стехиометрическими SI и TWC. Недостатком является то, что газовые двигатели с искровым зажиганием обладают меньшей энергоэффективностью, чем дизельные.Поэтому автомобили, работающие на КПГ, потребляют больше энергии (МДж / км), чем автомобили с дизельным двигателем. Однако потребление энергии автомобилями, работающими на метане, ниже, чем у автомобилей, работающих на бензине (Karlsson et al. 2008).

Углеродистость метана лучше, чем у дизельного топлива из-за более высокого водородно-углеродного отношения метана (CH 4 ) по сравнению с дизельным топливом (C 15 H 28 ) или бензином (C 7 H 15 ). Это обычно приводит к меньшим или сопоставимым выбросам CO 2 из выхлопной трубы с СПГ, как для дизельных, так и бензиновых двигателей, в зависимости от двигателя.

В Задаче 37 AMF были изучены топливные и технологические альтернативы для автобусов, и сравнение одного автобуса показано на рисунке 4. Здесь отмечается, что выбросы углекислого газа из выхлопной трубы являются лишь частью выбросов парниковых газов в течение жизненного цикла.

Рис. 4. Выхлопная труба CO 2 e Результаты выбросов для европейских транспортных средств большой грузоподъемности. Выбросы метана учитываются с коэффициентом 21. (Nylund, Koponen 2012).

Hesterberg et al.(2008) проанализировали 25 исследований выбросов от тяжелых и легких автомобилей, работающих на КПГ и дизельном топливе. При оснащении системами нейтрализации выхлопных газов большинство выбросов было на том же уровне, что и автобусы с дизельным двигателем и КПГ. Однако выбросы NO x были значительно ниже с автобусами, оборудованными TWC, чем с дизельными автобусами. Поскольку газомоторные автомобили оснащены двигателями с искровым зажиганием, выхлопные газы NO x и выбросы твердых частиц обычно ниже, чем у дизельных двигателей.

Исследование автобусов AMF Task 37, представленное Nylund и Koponen (2012), показало, что природный газ в сочетании со стехиометрическим сгоранием и TWC обеспечивает низкие регулируемые выбросы, тогда как двигатели на обедненном природном газе характеризуются высокими выбросами NO x . (Рисунок 5).Все двигатели, работающие на природном газе, независимо от системы сгорания, обеспечивают низкий уровень выбросов твердых частиц, то есть эквивалентны дизельным двигателям, оснащенным сажевым фильтром.

Для дизельных двигателей определенные устройства последующей обработки увеличивают выбросы NO 2 из выхлопной трубы, что также характерно для двигателей, работающих на обедненном газе, тогда как стехиометрические двигатели, работающие на сжатом природном газе, имеют низкий уровень выбросов NO 2 . Доля NO 2 из NO x составляла 35–70%, когда двигатели были оснащены NO 2 , производящими устройства последующей обработки, но в других случаях менее 5% в Nylund and Koponen (2012).Например, среднее отношение NO 2 / NO x для типичных дизельных двигателей большой мощности (классифицированных EEV) находится в диапазоне от 0,4 до 0,6, в то время как типичные значения для соответствующих двигателей, работающих на природном газе, находятся в диапазоне 0,01. до 0,05 (Kytö et al. 2009).

Рис. 5. NO x и результаты выбросов ТЧ для европейских автомобилей (Nylund and Koponen 2012).

Задача 39 AMF (Повышение эффективности выбросов и топливной эффективности для двигателей, работающих на метане высокого давления), о которой сообщили Olofssen et al.(2014) были направлены на изучение уровня развития двигателей, работающих на метане, для большегрузных транспортных средств и возможности достижения высоких показателей энергоэффективности, устойчивости и выбросов. Задача 39 включала изучение литературы (Broman et al. 2010) и тестирование в Швеции, Финляндии и Канаде. Испытываемые автомобили представляли собой специальные газовые двигатели с искровым зажиганием (SI) и автомобили, оснащенные двухтопливными двигателями, работающими на ПГ / Дизель. Используемый метан представлял собой КПГ и иногда смешивался с биометаном.

Испытания в Канаде с двухтопливной концепцией прямого впрыска под высоким давлением (HPDI), где дизельное топливо — это небольшое количество дизельного топлива, которое впрыскивается только для воспламенения смеси газообразного метана и дизельного топлива.В качестве топлива использовался метан — сжиженный природный газ (СПГ). Испытанные специализированные газовые автобусы SI работают только на газе, в то время как концепции природного газа / метана могут использовать только дизельное топливо или переменную смесь дизельного топлива и метана. Однако грузовик, использующий технологию HPDI, мог нормально работать только при наличии метана и дизельного топлива.

Результаты испытаний автомобилей большой грузоподъемности, оснащенных специальными двигателями, работающими на метане SI, показывают низкий уровень выбросов. В Швеции энергоэффективность этих двигателей не находится в том же диапазоне, что и у большегрузных автомобилей (~ 18% vs.~ 33%). В Финляндии испытанный автобус с двигателем SI полностью соответствовал требованиям выбросов Евро VI и был признан «лучшим в своем классе».

Результаты испытаний автомобилей большой грузоподъемности, оснащенных технологией газового / дизельного топлива, показали, что теоретическая мощность замены дизельного топлива 75-80% была труднодостижимой, особенно при низких нагрузках на двигатель. Кроме того, для достижения уровней выбросов Euro V / EEV и Euro VI, очевидно, необходимы усовершенствованные средства контроля горения и управления температурным режимом.

Новая двухтопливная технология (HPDI 2.0) находится в стадии разработки и, как ожидается, будет соответствовать требованиям Euro VI и EPA 2014 в стадии разработки. Кроме того, в феврале 2014 года была представлена ​​недавно разработанная двухтопливная система с использованием технологии «фумигации», отвечающая требованиям выбросов Евро IV и V (газовое дизельное топливо с улучшенным содержанием метана, GEMDi). По оценкам, средний коэффициент замены дизельного топлива составит около 60%.

AMF Task 39 включала также ограниченные испытания с модернизированными системами, в которых старые автомобили HD Euro III были переоборудованы для использования технологии газового / дизельного топлива.Это сильно отрицательно скажется на показателях выбросов, за исключением выбросов ТЧ. Однако возможное преимущество может заключаться в снижении эксплуатационных расходов на автомобиль.

В США правила выбросов регулируют двухтопливную технологию, основанную на соотношении дизельное топливо / газ (без учета выбросов метана). В Европе была начата работа по изменению нынешних правил с целью включения процедуры утверждения двухтопливной технологии, работающей на газе / дизельном топливе.

Задача 39 AMF выделила следующие результаты:

  • Двухтопливные концепции NG / дизельное топливо:

o Трудно обеспечить соответствие нормам выбросов Euro V / VI с технологией, доступной к 2014 году

o Подходит только для OEM-приложений (не для дооснащения)

o Замена дизельного топлива зависит от нагрузки и ниже ожидаемой

o Суммарные выбросы ПГ могут быть выше для ПГ / дизельного топлива, чем для автомобилей с дизельным двигателем

  • Специальные двигатели с искровым зажиганием (SI)

o Нет проблем с соблюдением требований Euro V / EEV по выбросам

o Более низкий КПД двигателя по сравнению с дизельным двигателем, особенно при использовании обедненной смеси (18% по сравнению с33%)

o Концепция Lean-Mix, работающая в основном на Æ ›1

Выбросы метана

Как и в случае регулируемых выбросов (Таблица 5), устройства последующей обработки выхлопных газов снижают большинство нерегулируемых выбросов до чрезвычайно низкого уровня (Таблица 6), однако выбросы метана от транспортных средств, работающих на КПГ, являются значительными. В более ранних исследованиях выбросы метана из автобуса, работающего на КПГ, составляли около 150 мг / км (Murtonen and Aakko-Saksa, 2009) и даже доходили до 2750 мг / км (обзор, Hesterberg et al.2008 г.). Карлссон и др. (2008) заметили, что при использовании биометана метан составляет 74% выбросов углеводородов при нормальной температуре.

Недавно в Задаче 51 AMF были опубликованы следующие результаты:

  • Ключевые механизмы, лежащие в основе выбросов несгоревшего метана, были определены как: пропуски зажигания / гашение в объеме, гашение стенок, объемы щелей, постокисление и синхронизация / перекрытие клапанов. Все эти механизмы являются важными факторами, но закалка стенок становится более важной по мере того, как двигатель становится менее экономичным.
  • Основные проблемы с образованием несгоревшего метана связаны со среднеоборотными 4-тактными двухтопливными двигателями.
  • Поскольку несгоревшие выбросы метана происходят из областей вблизи стенок камеры сгорания, разумный путь вперед — прямой впрыск природного газа / биометана с целью сокращения выбросов.
  • Добавление водорода к природному газу в испытании на автомобиле, работающем на КПГ со стехиометрическим приводом, соответствует стандарту Евро-4, что показало значительное снижение выбросов THC и NOx.Смешение водорода может быть интересным вариантом для процессов с образованием разбавленной смеси (режим обедненной смеси или рециркуляции отработавших газов).
  • Был испытан ряд конструкций катализаторов Rh / цеолит для окисления выхлопных газов Ch5. Катализатор 1 мас.% Rh / цеолит имел более высокую активность по сравнению с коммерческим катализатором при тех же условиях эксплуатации. Поиск более эффективных методов регенерации продолжается.
  • Другой случай исследовал характеристики катализатора на основе Pd. В этом исследовании были обнаружены некоторые ключевые факторы, которые увеличили активность и долговечность существующих катализаторов СПГ на основе Pd.
  • Регенерация используемых катализаторов является важным вопросом, и был изучен метод регенерации водородом. С катализатором, выдержанным до эффективности преобразования 37%, можно было поддерживать этот уровень и даже повышать эффективность после регенерации и повторного старения, применяя регенерационные газы, содержащие 2,5% водорода.
  • Ряд автомобилей был испытан на выбросы метана из выхлопной трубы, а также другие выбросы метана. Результат этого исследования показывает, что основной вклад метана происходит из-за скольжения во время движения, т.е.е. выхлопные газы.

Нерегулируемые выбросы

Сообщается, что выбросы формальдегида, ацетальдегида, 1,3-бутадиена и бензола ниже для транспортных средств, работающих на КПГ, особенно для автомобилей, предназначенных для КПГ, чем для автомобилей с бензиновым или дизельным двигателем. Карлссон и др. (2008) исследовали двухтопливный биометановый автомобиль в сравнении с бензиновым автомобилем и обнаружили довольно небольшие различия в выбросах при -7 ° C.

Выбросы аммиака имеют тенденцию быть высокими у бензиновых автомобилей, оборудованных трехкомпонентными катализаторами (Aakko-Saksa et al.2012). То же самое относится и к шине CNG, оснащенной TWC, показанной в Таблице 6.

Низкие выбросы канцерогенных выбросов, таких как 4-кольцевые полициклические ароматические углеводороды, наблюдаются при использовании транспортных средств, работающих на КПГ. Кроме того, мутагенность Эймса твердых частиц была ниже для автомобилей, работающих на КПГ, по сравнению с автомобилями с дизельным двигателем в исследовании Муртонена и Аакко-Сакса (2009).

Средние численные результаты для транзитных автобусов, грузовиков и автомобилей, работающих на дизельном топливе с уловителем или СПГ с TWC, из обзора Hesterberg et al.(2008) показаны в Таблице 5. Резюме выбранных исследований по нерегулируемым выбросам с использованием КПГ, дизельного топлива и бензина представлено в Таблице 6.

Таблица 5. Обзор регулируемых выбросов (Hesterberg et al. 2008).

Таблица 6. Краткое изложение отдельных исследований по нерегулируемым выбросам КПГ, дизельного топлива и бензина.

Неоптимизированные автомобили, работающие на сжигании обедненного природного газа, могут выделять высокие выбросы выхлопных газов, в то время как выбросы выхлопных газов оптимизированных автомобилей, работающих на сжатом природном газе, низкие (Таблица 6, Nylund et al.2004 г.).

Таблица 6. Выбросы выхлопных газов по результатам трех исследований (Nylund et al. 2004).

CNG обеспечивает очень низкий уровень выбросов твердых частиц, почти на два порядка меньше, чем у дизельных технологий (Рисунок 6). Однако дизельные автомобили, оснащенные сажевым фильтром, производят частицы, сопоставимые с количеством частиц СПГ. В исследовании Nylund и Koponen (2012) наивысшее количество частиц четко наблюдалось в автобусах с дизельным двигателем без сажевого фильтра. Карлссон и др. (2008) наблюдали более низкую массу и количество твердых частиц в выбросах для автомобилей, работающих на биометане, чем для автомобилей с бензиновым двигателем.

Рис. 6. Распределение частиц по размерам для ряда альтернативных технологий (ориентировочно). (Нюлунд и Копонен 2012).

Выбросы автомобилей при низких температурах

От автомобилей, работающих на природном газе, выбросы CO, HC и NO x являются низкими, что также наблюдалось в Приложении 22 AMF, о котором сообщают Аакко и Нюлунд (2003) (Рисунок 7). Кроме того, этот специальный монотопливный автомобиль, работающий на КПГ, совершенно нечувствителен к температуре окружающей среды, тогда как выбросы CO и HC от бензиновых автомобилей увеличиваются при снижении температуры окружающей среды до -7 ° C.Карлссон и др. (2008) сообщили о трудностях переключения топлива с бензина на биометан (CBG) для двухтопливного газомоторного автомобиля после холодного пуска при -7 ° C. В этом случае автомобиль, работающий на сжатом биометане, показал более высокие выбросы CO, но более низкие выбросы NO x и твердых частиц, чем бензиновый автомобиль при -7 ° C.

Рис. 7. Регулируемые выбросы от автомобилей с дизельным двигателем (TDI и IDI), автомобилей с бензиновым двигателем (MPI и G-DI), автомобилей E85, CNG и LPG (Aakko and Nylund 2003).

Список литературы

Аакко-Сакса, П., Рантанен-Колехмайнен, Л., Копонен, П., Энгман, А. и Кихлман, Дж. (2011) Варианты биогазолина — возможности для достижения высокой доли биогазолина и совместимости с обычными автомобилями. SAE International Journal of Fuels and Lubricants, 4: 298–317 (также SAE Technical Paper 2011-24-0111). Полный технический отчет: отчет VTT W187.

Аакко П. и Нюлунд Н. О.. (2003) Выбросы твердых частиц при умеренных и низких температурах с использованием различных видов топлива. AMF Задача 22 . Отчет по проекту PRO3 / P5057 / 03. (скачать отчет).

Броман, Р., Столхаммар, П. и Эрландссон, Л. (2010) Улучшенные показатели выбросов и топливная эффективность для двигателей с высоким содержанием метана. Литературоведение. AMF Задача 39, Заключительный отчет. AVL MTC 9913. Май 2010 г.

Хестерберг Т., Лапин К. и Банн В. (2008) Сравнение выбросов от транспортных средств, работающих на дизельном топливе или сжатом природном газе. Экологическая наука и технологии. Vol. 42, № 17, 2008. 6437-6445.

Kajolinna, T., Aakko-Saksa, P., Roine, J., and Kåll. L. «Проверка эффективности трех систем удаления силоксана из биогаза в присутствии D5, D6, лимонена и толуола», Fuel Processing Technology, 139, 2015, pp. 242-247.

Карлссон, Х., Госсте, Дж. И Осман, П. (2008) Регулируемые и нерегулируемые выбросы от транспортных средств, работающих на альтернативном топливе стандарта Евро-4. Общество Автомобильных Инженеров. Технический документ SAE 2008-01-1770.

Китё, М., Эрккиля, К. и Нюлунд, Н.О. (2009) Тяжелые автомобили: безопасность, воздействие на окружающую среду и новые технологии.Сводный отчет за 2006–2008 гг. VTT-R-04084-09. Июнь 2009г.

Муртонен Т. и Аакко-Сакса П. (2009) Альтернативные виды топлива для двигателей и транспортных средств большой мощности. Вклад VTT. Рабочие документы VTT: 128.

Nylund, N-O., Erkkilä, K., Lappi, M. и Ikonen, M. (2004) Исследование выбросов от автобусов, работающих на транзитном автобусе: Сравнение выбросов от автобусов, работающих на дизельном топливе и природном газе. Отчет об исследовании VTT PRO3 / P5150 / 04.

Nylund, N-O. и Koponen, K. (2012) Альтернативы топлива и технологий для автобусов. Общая энергоэффективность и показатели выбросов. AMF Задача 37 . Основные исследования VTT 46.

Олофссон, М., Эрландссон, Л. и Виллнер, К. (2014) Улучшенные показатели выбросов и топливная эффективность для двигателей с высоким содержанием метана. AMF Task 39 , Заключительный отчет. AVL MTC Report OMT 1032, 2014. (скачать отчет, ключевые сообщения).

Шрамм, Дж. Контроль выбросов метана. AMF Task 51 , Заключительный отчет.

Сайкс, К., Форд, Дж., Блэкберн, Дж. И МакГилл, Р. Возможность использования транспортных средств для транспортировки природного газа — международное сравнение. AMF Task 48 , Заключительный отчет, август 2015 г. (скачать отчет)

Что такое выбросы дизельного топлива

Что такое выбросы дизельного топлива

W. Адди Маевски

Это предварительный просмотр статьи, ограниченный некоторым исходным содержанием. Для полного доступа требуется подписка DieselNet.
Пожалуйста, войдите в систему , чтобы просмотреть полную версию этого документа.

Abstract : Регулируемые выбросы от двигателей внутреннего сгорания включают NOx, PM, HC и CO.С момента принятия первых стандартов выбросов выбросы загрязняющих веществ из дизельных двигателей сократились на два порядка. Более поздние правила выбросов также вводят ограничения на выбросы CO 2 и других парниковых газов.

Введение

Дизельный двигатель, как и другие двигатели внутреннего сгорания, преобразует химическую энергию, содержащуюся в топливе, в механическую энергию. Дизельное топливо представляет собой смесь углеводородов, которая во время идеального процесса сгорания будет производить только диоксид углерода (CO 2 ) и водяной пар (H 2 O).Действительно, выхлопные газы дизельных двигателей в основном состоят из CO 2 , H 2 O и неиспользованной части наддувочного воздуха двигателя. Объемные концентрации этих газов в выхлопных газах дизельных двигателей обычно находятся в следующих диапазонах:

  • CO 2 — 2 … 12%
  • H 2 O — 2 … 12%
  • O 2 — 3 … 17%
  • N 2 — баланс.

Концентрации зависят от нагрузки двигателя, при этом содержание CO 2 и H 2 O увеличивается, а содержание O 2 уменьшается с увеличением нагрузки на двигатель.Ни один из этих основных выбросов дизельного топлива (за исключением CO 2 из-за его свойств парникового газа) не оказывает вредного воздействия на здоровье или окружающую среду.

Выбросы дизельного топлива включают также загрязняющие вещества, которые могут иметь неблагоприятные последствия для здоровья и / или окружающей среды. Большинство этих загрязнителей возникает в результате различных неидеальных процессов при сгорании, таких как неполное сгорание топлива, реакции между компонентами смеси при высокой температуре и давлении, сгорание моторного смазочного масла и присадок к маслу, а также сгорание неуглеводородных компонентов дизельного топлива. топливо, такое как соединения серы и присадки к топливу.Общие загрязнители включают несгоревшие углеводороды (HC), монооксид углерода (CO), оксиды азота (NOx) или твердые частицы (PM). Общая концентрация загрязняющих веществ в выхлопных газах дизельных двигателей обычно составляет около десятых долей процента — это схематично показано на Рисунке 1. Современные дизельные двигатели, оборудованные устройствами для нейтрализации выбросов, такими как NOx, выбрасывают гораздо более низкие, «почти нулевые» уровни загрязняющих веществ. восстановительные катализаторы и сажевые фильтры.

Рисунок 1 . Относительная концентрация выбросов загрязняющих веществ в выхлопных газах дизельных двигателей

Представитель дизельных двигателей до внедрения усовершенствованной системы нейтрализации выхлопных газов

Существуют и другие источники, которые могут способствовать выбросам загрязняющих веществ из двигателей внутреннего сгорания — обычно в небольших концентрациях, но в некоторых случаях содержат материалы с высокой токсичностью.Эти дополнительные выбросы могут включать металлы и другие соединения в результате износа двигателя или соединения, выделяемые катализаторами контроля выбросов (в результате истирания катализатора или улетучивания твердых соединений при высоких температурах выхлопных газов). Катализаторы также могут способствовать образованию новых частиц, обычно не присутствующих в выхлопных газах двигателя. Это особенно характерно для случая, когда катализаторы вводятся в камеру сгорания. Например, некоторые присадки к топливу — так называемые «топливные катализаторы» — используемые для поддержки регенерации сажевых фильтров, связаны с выбросами высокотоксичных диоксинов и фуранов [2532] .Возможность новых выбросов следует учитывать всякий раз, когда добавки (каталитические или нет) вводятся в топливо или смазочное масло, а также когда жидкости попадают в выхлопные газы. Хорошо известным примером является мочевина, используемая в качестве восстановителя NOx в каталитических системах SCR — выбросы от двигателей SCR могут включать аммиак, а также ряд продуктов неполного разложения мочевины. Еще одним источником выбросов может быть низкокачественное топливо — например, остаточное топливо, используемое в крупных судовых двигателях, содержит тяжелые металлы и другие соединения, известные своим вредным воздействием на здоровье и окружающую среду.

###

Двигатели на природном газе

Двигатели на природном газе

Hannu Jääskeläinen

Это предварительный просмотр статьи, ограниченный некоторым исходным содержанием. Для полного доступа требуется подписка DieselNet.
Пожалуйста, войдите в систему , чтобы просмотреть полную версию этого документа.

Abstract : Двигатели, работающие на природном газе, могут варьироваться от небольших двигателей малой мощности до низкооборотных двухтактных судовых двигателей мощностью более 60 МВт. Доминирующим циклом двигателя может быть Отто или Дизель, с использованием нескольких различных методов приготовления смеси и зажигания.Большинство коммерческих и разрабатываемых двигателей, работающих на природном газе, можно разделить на четыре типа технологий: (1) двигатели со стехиометрическим циклом Отто; (2) сжигание обедненной смеси, двигатели с циклом Отто; (3) двухтопливные двигатели смешанного цикла (комбинация Отто и Дизеля) и (4) дизельные двигатели, работающие на природном газе. Эти технологии демонстрируют различия в тепловом КПД, производительности и требованиях к последующей обработке.

Введение

Низкая стоимость природного газа по сравнению с дизельным топливом и бензином в сочетании с различными регулирующими мерами, связанными с выбросами, продолжает вызывать значительный интерес к природному газу как альтернативному топливу для двигателей внутреннего сгорания.Производители двигателей ответили поставкой новых, специально созданных двигателей, работающих на природном газе, в размерах от небольших легких двигателей мощностью несколько кВт до низкооборотных двухтактных судовых двигателей мощностью более 60 МВт. В 2019 году WinGD заявила, что их двухтопливный двигатель 12X92DF является самым мощным двигателем с циклом Отто с мощностью 63 840 кВт [4829] . Производители оригинального оборудования и поставщики послепродажного обслуживания также предоставляют комплекты для переоборудования, позволяющие переоборудовать существующие дизельные и бензиновые двигатели для работы на природном газе.

Двигатели, работающие на природном газе, можно разделить на категории по многочисленным параметрам, включая: подготовка смеси (предварительно смешанная или не предварительно смешанная), зажигание (искровое зажигание или пилотный дизель) и преобладающий цикл двигателя (отто или дизель).Одна из распространенных категорий: Рис. 1 [4247] :

  • Предварительная смесь, искровое зажигание, только природный газ
  • Предварительная смесь, пилотное зажигание дизеля, комбинированное топливо — природный газ / дизельное топливо
  • Прямой впрыск природного газа под высоким давлением, пилотное зажигание дизеля, комбинированное топливо природный газ / дизельное топливо

Рисунок 1 . Три категории двигателей, работающих на природном газе

(Источник: Wärtsilä)

Приведенная выше группа адекватно охватывает коммерческие двигатели размером примерно до 2.5 л / цилиндр, когда также рассматриваются более крупные двигатели, возникает ряд проблем при представлении общих концепций между некоторыми из различных подходов. В частности, двухтопливные двигатели, работающие на обедненной смеси, с воспламенением от небольшого (<~ 5% топливной энергии) дизельного микропилотного двигателя имеют больше общего с двигателями SI, работающими на обедненной смеси, чем с двухтопливными двигателями, использующими гораздо более крупный дизельный пилот % топливной энергии). Он также не охватывает некоторые концепции, находящиеся на стадии разработки. Следующая категоризация является более общей и отражает общие концепции различных подходов:

  • Стехиометрические двигатели по циклу Отто
  • Бедное сжигание, двигатели с циклом Отто
  • Двухтопливные двигатели со смешанным циклом (комбинация Отто и Дизеля)
  • Дизельные двигатели, работающие на природном газе

В двигателях со стехиометрическим циклом Отто используется предварительно смешанная «почти стехиометрическая» воздушно-топливная смесь, и они воспламеняются свечой зажигания.Важной мотивацией для использования стехиометрических двигателей является тот факт, что они могут использовать трехкомпонентный катализатор (TWC), иногда также называемый катализатором неселективного каталитического восстановления (NSCR), для снижения NOx и окисления CO и углеводородов в выхлопных газах. . Следует отметить, что пиковая эффективность преобразования NOx, CO и HC в TWC с природным газом просто богата стехиометрией, и двигатели, работающие на природном газе, работающие на «стехиометрической» топливовоздушной смеси, обычно калибруются для работы на слегка обогащенной смеси.Это отражено в терминологии, используемой для стационарных двигателей, работающих на природном газе, для которых двигатели, работающие на природном газе, использующие смесь, близкую к стехиометрической, иногда называют двигателями «богатого горения».

В двигателях с циклом Отто с обедненным сжиганием используется обедненная предварительно смешанная воздушно-топливная смесь с несколькими вариантами зажигания. Свеча зажигания или дизельный микропилот — два наиболее распространенных варианта. Свечи накаливания также нашли ограниченное коммерческое применение. Одним из важных преимуществ двигателей с циклом Отто, работающего на обедненной смеси, является их высокий термический КПД тормозов (BTE), который во многих случаях может достигать 50%.Если на двигателях, работающих на обедненной смеси, требуется дополнительная обработка, для контроля выбросов NOx можно использовать СКВ мочевины. Катализаторы окисления метана требуют высокой температуры выхлопных газов, чтобы быть эффективными, и полезны только в некоторых стационарных применениях.

В двухтопливных двигателях смешанного цикла используется обедненная предварительно смешанная воздушно-топливная смесь, воспламеняемая значительным пилотным двигателем дизельного топлива, что составляет более ~ 15% общей энергии топлива. Они упоминаются здесь как двигатели со смешанным циклом, потому что пилотный дизельный двигатель вносит значительный вклад в общее тепловыделение при сгорании предварительно смешанной смеси природного газа и воздуха.Важным преимуществом этого подхода является то, что существующие дизельные двигатели (либо используемые двигатели, либо существующие платформы дизельных двигателей от производителя двигателей) могут быть относительно легко преобразованы для использования природного газа — популярное соображение, когда разница в ценах на дизельное топливо и природный газ составляет большой.

В дизельных двигателях, работающих на природном газе, природный газ предварительно не смешивается с воздухом. Вместо этого природный газ впрыскивается прямо в камеру сгорания под высоким давлением почти так же, как это делается в дизельном двигателе.Однако, в отличие от дизельных двигателей, требуется источник воспламенения. Основным средством зажигания струй природного газа является зажигание небольшого дизельного двигателя непосредственно перед впрыском газа. Этот подход иногда называют прямым впрыском высокого давления (HPDI) или газодизелем. Также исследуются возможности зажигания через свечу накаливания или свечу зажигания с форкамерой. Важным преимуществом этого подхода является то, что достижима более высокая плотность мощности и может использоваться более высокая степень сжатия по сравнению с подходами с предварительным смешиванием.

В таблице 1 суммированы эти подходы с более подробной информацией, представленной ниже. Доступны и другие сводки, аналогичные таблице 1, но в основном они ориентированы только на приложения с тяжелыми условиями эксплуатации [3568] [4323] .

907

55

  • Свеча зажигания форкамеры (пассивная или активная)
  • Дизельный микропилот с открытой камерой
  • Дизельный микропилот, форкамера
  • Свеча накаливания, предварительная камера (ограниченное применение)
  • Таблица 1
    Сравнение различных систем сгорания для двигателей, работающих на природном газе
    Стехиометрический цикл Отто Цикл Отто сгорания обедненной смеси Двухтопливный смешанный цикл Дизельный цикл
    Состояние смеси воздух / топливо Стехиометрический Lean
    Доминирующий цикл двигателя Otto Otto / Diesel Diesel
    Technology Опции зажигания

    24
    • Пилотный дизель, открытая камера
    • Пилотный дизель, открытая камера
    • Свеча накаливания, открытая камера (опытная)
    • Свеча зажигания форкамеры (опытная)
    Контроль выбросов из двигателя
    • NOx: EGR, угол опережения зажигания
    • CH 4 : объемы щелей камеры сгорания, продувочный поток, закрытая вентиляция картера (CCV)
    • ПМ: расход масла
    • NOx: AFR, угол опережения зажигания
    • CH 4 : объемы щелей камеры сгорания, продувочный поток, CCV, объемные потери при сгорании
    • ПМ: расход масла
    • NOx: AFR, пилотное дизельное топливо, шт., угол опережения зажигания
    • CH 4 : объемы щелей камеры сгорания, продувочный поток, CCV, объемные потери при сгорании
    • PM: пилотное кол-во дизеля, расход масла
    • NOx: EGR, момент впрыска
    • ПМ: аналог дизельного
    Опции системы дополнительной обработки (ATS)
    • TWC для NOx, CH 4 , CO
    • PM: ATS не требуется до 2010 США и Euro VI-D
    • NOx: Мочевина SCR
    • CH 4 : MOC в ограниченных приложениях
    • NOx: Мочевина SCR
    • CH 4 : MOC в ограниченных приложениях
    • NOx: Мочевина SCR
    • CH 4 : обычно не требуется
    • PM: DPF (активная регенерация требует DOC + дизельное топливо)
    Основные области применения
    • Легкие, средние и тяжелые условия
    • Стационарный <~ 1 МВт
    • Модернизация железнодорожных и крупных внедорожных автомобилей с дизельным двигателем
    • Тяжелые, стационарные и морские
    КПД, BTE, без WHR
    • <40%, коммерческие двигатели; ~ 45% потенциал заушного слухового аппарата
    • Для тяжелых условий эксплуатации: <46%; Потенциал КПД аналогичен дизелю, ~ 50%
    • Морские низкоскоростные двигатели: <48%, коммерческие двигатели
    Преимущества
    • 100% замена дизельного топлива
    • Низкие выбросы NOx и CH 4
    • Простой пассивный АТС
    • Работает с КПГ или СПГ
    • Высокая эффективность
    • Можно избежать использования свечей зажигания
    • Возможна работа только на дизельном топливе (только двухтопливная)
    • Работает с КПГ или СПГ
    • 100% дизельная подстанция (кроме дизельной микропилотной)
    • Замена дизельного топлива до> 99% на дизельный микропилот
    • Высокая эффективность
    • Нет свечей зажигания
    • Возможна работа только на дизельном топливе
    • Возможна модернизация существующих дизельных двигателей
    • Работает с КПГ или СПГ
    • Высокая удельная мощность
    • Ударопрочный
    • Высокая эффективность
    • Можно избежать использования свечей зажигания
    • Замена дизельного топлива до 95%
    • Низкий CH 4 Выбросы
    • Устойчивость к изменениям в составе топливного газа
    Проблемы
    • Срок службы свечи зажигания
    • Более низкая удельная мощность по сравнению с дизельным
    • Низкий КПД по сравнению с дизелем
    • Работа при высоких нагрузках может быть ограничена детонацией
    • Срок службы свечи зажигания (только при искровом зажигании)
    • Несгоревший CH 4 Выбросы
    • Работа при высоких нагрузках на NG может быть ограничена детонацией
    • Замена дизельного топлива ограничена ~ 50-85%
    • Пропуски воспламенения при малой нагрузке с NG
    • Несгоревший CH 4 Выбросы
    • Работа при высоких нагрузках на NG может быть ограничена детонацией
    • Работа только на дизельном топливе невозможна
    • СПГ только для мобильных приложений.Для КПГ требуется компрессор большой мощности с большой занимаемой площадью
    • Высокая стоимость и сложность
    • PM и NOx требуют полного дизельного двигателя ATS (для тяжелых условий эксплуатации)

    ###

    WinGD обсуждает новую технологию двигателя, которая поможет справиться с проскальзыванием метана

    В связи с тем, что Международная морская организация нацелена на сокращение выбросов парниковых газов с судов на 50% к 2050 году, акцент смещается на альтернативные виды топлива, которые помогут отрасли достичь амбициозной цели.Одно из таких видов топлива, сжиженный природный газ (СПГ), стало предпочтительным ранним мостом между вашим стандартным судовым топливом и будущими углеродно-нейтральными видами топлива. Хотя при сжигании СПГ выделяет меньше CO2, чем другие ископаемые виды топлива, небольшой процент метана, более сильного парникового газа, чем CO2, может проходить через двигатель, не сгорая. В будущем этот «выброс метана» может стать целью международных правил.

    Имея это в виду, швейцарский разработчик двигателей WinGD недавно представил новую технологию, предназначенную для сокращения выбросов метана и снижения расхода топлива в своих двухтопливных двигателях X-DF.Запуск Intelligent Control by Exhaust Recycling (iCER) — первая разработка, представленная как часть X-DF2.0, платформы двухтопливных двигателей WinGD второго поколения.

    Чтобы понять немного больше об этой технологии, мы отправили несколько вопросов экспертам WinGD, чтобы объяснить технологию и дать нам некоторую справочную информацию о том, почему она так важна сейчас.

    Не могли бы вы рассказать немного о двухтопливном двигателе X-DF, X-DF2.0 и о том, как технология iCER строится на этих платформах?

    Двухтопливный двигатель X-DF был разработан как решение двойной задачи по соблюдению уровней выбросов IMO Tier III, а также начало значительного сокращения выбросов парниковых газов в мировой судоходной отрасли.Такая возможность частично возникла из-за наличия «бесплатного» топлива в виде естественного испарения при использовании на судах-газовозах, что позволило решить еще одну ключевую проблему — снизить потребление топлива. С ростом мирового спроса на природный газ для всех применений, от бытовых до промышленных, рынок судов для перевозки СПГ значительно вырос за последние несколько лет. Портфель двигателей WinGD X-DF стал ответом на рыночный спрос, наряду с решениями многих важных технологических проблем, стоящих перед судоходной отраслью.

    Благодаря успешно разработанному WinGD и внедренному WinGD на двигателях X-DF процессу сжигания обедненной смеси по Отто, требования IMO Tier III были выполнены без необходимости дополнительной обработки выхлопных газов. Благодаря системе подачи газа низкого давления двигатели X-DF также оказались экономичным решением для судовладельца. Простота оборудования низкого давления (насосы, компрессор, испаритель, трубопроводы, датчики) способствует значительно более низкой стоимости по сравнению с его альтернативой высокого давления.

    Обладая обширным опытом создания двухтопливных двигателей низкого давления X-DF, WinGD осознала потенциал для дальнейшей оптимизации за счет рециркуляции охлажденных выхлопных газов. Новая технология iCER (интеллектуальное управление рециркуляцией выхлопных газов) — первая технология, представленная в составе линейки двигателей X-DF2.0.

    Каковы экологические преимущества каждого из них?

    Двигатели X-DF существенно сокращают выбросы, оказывающие токсическое воздействие на здоровье человека (NOX, SOX, PM), до самого низкого уровня, доступного в настоящее время в отрасли.Обеспечение наиболее экологически устойчивого общего объема выбросов в соответствии с МГЭИК, ВОЗ и ИМО. Предложение WinGD по сжиганию отто / обедненной смеси может быть адаптировано для любых предварительно смешанных и впрыскиваемых видов топлива с помощью надежной и хорошо известной системы впрыска Common Rail.

    Технология iCER выполняет основную роль в дальнейшем сокращении выбросов Ch5 («проскок метана»), а также роль в регулировании горения для снижения выбросов NOx при работе в дизельном режиме.Это также снижает потребление энергии, что в целом приносит пользу окружающей среде за счет снижения расхода топлива.

    Можете ли вы объяснить важность контроля горения и использования инертного газа?

    EGR (рециркуляция выхлопных газов) использовалась в дизельных двигателях в течение многих десятилетий, а теперь как способ контроля сгорания и снижения выбросов загрязняющих веществ, таких как NOx. Интеллектуальные системы управления значительно продвинулись вперед с первых дней применения системы рециркуляции отработавших газов до такой степени, что сегодня охлаждаемый выхлопной газ с переменной скоростью можно рассматривать как активную часть стратегии сгорания и мощный инструмент для оптимизации сгорания в широком диапазоне оборотов двигателя. и грузы.

    Внедрение технологии iCER от WinGD в этом году основано на концепции рециркуляции отработавших газов, обеспечивающей улучшенное управление сгоранием за счет охлаждения и рециркуляции части выхлопных газов через канал низкого давления во время работы в газовом режиме. Результатом является сокращение выбросов метана до 50% при использовании СПГ и значительное сокращение расхода топлива на 3% в газовом режиме и 5 г / кВтч в дизельном режиме.

    Что такое утечка метана и почему это важно?

    Как и в любом другом двигателе внутреннего сгорания, процесс сгорания никогда не бывает эффективным на 100%.Небольшая часть впрыснутого в камеру сгорания топлива всегда останется несгоревшей. В обычных бензиновых или дизельных двигателях эта несгоревшая часть выбрасывается в выхлопные газы в виде несгоревших углеводородов (HC). За прошедшие годы эти выбросы были значительно сокращены за счет изучения и оптимизации динамики жидкости сгорания с использованием сложного программного моделирования и моделирования, а также использования катализаторов выхлопных газов, которые улавливают и разрушают большую часть оставшихся выбросов углеводородов.

    Двигатели, работающие на природном газе, имеют очень низкие общие выбросы; однако количество несгоревшего метанового газа (Ch5) не может быть уменьшено до нуля только за счет оптимизации сжигания.Доступные в настоящее время катализаторы не способны улавливать объемные потоки газообразного метана любых двухтактных двигателей, лучший способ уменьшить эти выбросы — рециркулировать часть выхлопных газов. Ch5 имеет парниковый эффект, который в 30 раз выше, чем CO2, поэтому выбросы Ch5 имеют глобальное значение при обсуждении изменения климата. Также необходимо подчеркнуть, что выбросы Ch5 в судоходной отрасли чрезвычайно малы по сравнению с другими источниками, которые в настоящее время не контролируются или не регулируются другими отраслями.Около 74% мировых выбросов метана происходит от животноводства, сельского хозяйства, сточных вод, биомассы и свалок, а еще 25% приходится на добычу нефти и газа и угледобычу. Лишь 1% мировых выбросов метана приходится на все виды транспорта, поэтому судоходство играет очень небольшую роль в гораздо более масштабной проблеме. Несмотря на эту небольшую долю в мире, НИОКР WinGD привержены принципам устойчивого развития и вкладывают средства в поиск всех возможных улучшений.

    С судами какого типа работают эти двигатели? Какие из них наиболее распространены и какие из них вы бы хотели использовать на двух видах топлива?

    Двухтопливная концепция низкого давления в принципе применима к любому типу тихоходных двигателей и к большинству типов судов.Однако существует определенная экономия на масштабе, связанная с размером, поэтому сегодня двухтопливные двигатели низкого давления WinGD были преобладающим выбором для танкеров СПГ (которые выигрывают от использования естественного испарения транспортируемого СПГ в качестве «бесплатного топлива» для силовых установок) и других двигателей. большие контейнеровозы. X72DF — бестселлер в портфеле WinGD. WinGD 12X92DF, самый большой двигатель Otto в мире, теперь установлен на сверхбольших контейнеровозах, работающих на СПГ. Но растет интерес к технологии X-DF также на автовозах, балкерах и танкерах.

    С каким углеродно-нейтральным топливом потенциально может работать X-DF2.0? Они «готовы» или потребуются модификации?

    WinGD разрабатывает технологические решения, чтобы наши двигатели были «готовы к топливу будущего». Потребуются ли для этого модификации двигателей (системы впрыска, технологии материалов, стратегии управления и т. Д.), Будет во многом зависеть от химических и термических характеристик углеродно-нейтрального топлива будущего.

    Глядя на два противоположных конца спектра, возможно, что некоторые синтетические виды топлива будут разработаны таким образом, чтобы они более точно соответствовали характеристикам существующих видов топлива, в то время как с принципиально разными химическими веществами, такими как аммиак, потребуется особое обращение, и потребуется оценка характеристики двигателя, хранилища и подачи топлива.С другой стороны, с чистым водородом трудно обращаться и он очень неэффективен при использовании в двигателе внутреннего сгорания, поэтому он, скорее всего, будет использоваться в основном в топливных элементах для электрических двигателей.

    Ситуация в настоящее время очень неопределенная, и никто не может предсказать, каким будет «победитель» через десять лет. Тем не менее, WinGD работает над тем, чтобы сделать свой портфель двигателей совместимым с углеродно-нейтральным топливом, которое будет преобладать на рынке в ближайшие годы. и стремится работать в партнерстве с внешними заинтересованными сторонами в секторе альтернативных видов топлива, чтобы исследовать, проверять и тестировать наиболее многообещающие решения, чтобы быть готовыми, когда этого потребует рынок.

    Когда вы видите первые судовые испытания? Каковы следующие этапы разработки и когда продукт будет доступен?

    Программа испытаний двигателя идет полным ходом, и оборудование iCER доступно для установки на пилотной установке.

    WinGD уже работает над расширением области применения технологии iCER для работы с MGO. На этом этапе WinGD хочет предложить технологию с нейтральными капиталовложениями, применяя iCER как для работы в газовом, так и в жидкостном режимах.Это сделало бы расходы на систему SCR устаревшими, устраняя ненужные затраты. Первые этапы разработки уже выполняются, и ожидается, что пилотная установка для этого приложения будет готова во втором квартале 2022 г.

    Над каким еще проектом WinGD работает в морской индустрии?

    В рамках постоянного стремления к сокращению выбросов CO2 и повышению эффективности WinGD активно исследует гибридные дизельные / электрические силовые установки, использующие батареи для дополнения дизельной (или СПГ) мощности в определенных условиях эксплуатации, а также для снижения потребности в бортовых внутренних двигателях. двигатели внутреннего сгорания для выработки электроэнергии.Исследования, проведенные WinGD, показывают, что такое «умное» гибридное решение приведет к значительному сокращению OPEX для судовладельца за счет сокращения общего расхода топлива (как для силовой установки, так и для выработки электроэнергии на борту).

    Подпишитесь на нашу рассылку новостей

    Газовые автомобили хуже по климату, чем дизельные?

    Природный газ считается более чистым, чем другие виды ископаемого топлива, но новые исследования показывают, что его использование вместо дизельного топлива в грузовиках и автобусах может на самом деле усугубить глобальное потепление в течение 100-летнего периода.

    Дизельные двигатели относительно экономичны, в то время как инфраструктура природного газа пропускает больше тепла, удерживающего метан, чем предполагают федеральные или отраслевые данные, говорится в исследовании, проведенном в четверг 16 учеными из федеральных лабораторий и семи университетов, включая Стэнфорд, Гарвард и Массачусетский технологический институт. (

    «Есть много причин для перехода с дизельного топлива», — говорит ведущий автор Адам Брандт из Стэнфорда, добавляя, что автобусы с дизельным двигателем «воняют», а автобусы, работающие на природном газе, могут помочь сократить импорт нефти и улучшить качество местного воздуха.Но с точки зрения климата «это вряд ли приведет к сокращению выбросов парниковых газов».

    При сжигании природного газа в транспортных средствах выделяется меньше углекислого газа, чем при сжигании дизельного топлива, но при бурении и добыче природного газа происходит утечка метана, сильнодействующего парникового газа. Эти утечки частично компенсируют снижение выбросов углекислого газа для природного газа.

    «Даже использование легковых автомобилей на природном газе вместо бензина, вероятно, на грани с точки зрения климата», — говорит он. Его исследование, обзор более 200 исследований за 20 лет , появилось в пятничном выпуске журнала Science.

    Отраслевая группа не согласна. Ричард Колодзей, президент компании Natural Gas Vehicles for America, говорит, что в отчете Калифорнийской энергетической комиссии за 2007 год было подсчитано, что в расчете на все колеса, включая добычу и распределение, природный газ в транспортных средствах выделяет на 22% меньше парниковых газов, чем дизельное топливо. и на 29% меньше, чем у обычного бензина.

    Брандт говорит, что его анализ основан на расчетах рецензируемого исследования 2012 года, проведенного Рамоном Альваресом из Фонда защиты окружающей среды, частной исследовательской группы.Команда Альвареса заявила, что перевод автобусов и грузовиков с дизельного топлива на природный газ может не помочь климату в течение 100-летнего периода, если 1,7% или более метана будет просочено при производстве и использовании природного газа. Агентство по охране окружающей среды говорит, что утечка составляет 1,5%, но Брандт говорит, что оценка EPA примерно на 50% занижена.

    Тем не менее, несмотря на его негерметичность, Брандт считает, что природный газ лучше для климата в долгосрочной перспективе, чем уголь, как способ производства электроэнергии.

    Добыча природного газа в Соединенных Штатах стремительно растет, и президент Обама приветствовал это в своем Послании о положении страны в 2014 году как «промежуточное топливо, которое может привести нашу экономику в действие, уменьшая углеродное загрязнение, вызывающее изменение климата.Он призвал Конгресс поддержать строительство газозаправочных станций для легковых и грузовых автомобилей.

    Природный газ состоит в основном из метана, парникового газа, который не задерживается в атмосфере почти так же долго, как углекислый газ, но задерживает примерно в 30 раз больше Таким образом, даже небольшие утечки метана, будь то из трубопроводов под улицами города или от электростанции, в сумме дают.

    В исследовании говорится, что Агентство по охране окружающей среды США недооценивает выбросы метана в основном из-за способа их подсчета.Агентство использует подход «снизу вверх», при котором оно рассчитывает выбросы на основе количества, выпущенного на одну корову или объект. Он не включает выбросы из заброшенных нефтяных и газовых скважин или природных источников, таких как водно-болотные угодья

    Напротив, подсчет «сверху вниз», проводимый с самолетов или вышек, измеряет фактический метан в воздухе. Они предполагают, что выбросы метана в США на 25-75% выше, чем оценки EPA, говорится в исследовании, в котором также отмечаются пределы этих атмосферных показателей.

    «Непонятно, откуда берутся эти выбросы», — сказал Брандт журналистам.Хотя ученые не знают точно, сколько из-за гидроразрыва пласта или гидроразрыва пласта (метод бурения в значительной степени ответственен за бум природного газа), он сказал, что это, вероятно, небольшая доля от общих выбросов.

    В исследовании говорится, что утечка метана в газовой промышленности также могла быть недооценена, поскольку уровни выбросов из скважин и перерабатывающих предприятий основывались на добровольном участии. В одном исследовании EPA обратилось к 30 газовым компаниям с просьбой о сотрудничестве, но только шесть разрешили агентству находиться на территории.

    «Невозможно проводить прямые измерения выбросов из источников без доступа к объектам», — сказал соавтор Гарвин Хит, старший научный сотрудник Национальной лаборатории возобновляемых источников энергии.

    Авторы призывают газовую промышленность устранить утечки. К счастью для газовых компаний, они говорят, что несколько утечек, вероятно, являются причиной большей части проблемы, поэтому ремонт возможен. Более раннее исследование около 75 000 компонентов на перерабатывающих предприятиях показало, что только 50 неисправных компонентов являются причиной почти 60% утечки газа.

    Эрик Пули, старший вице-президент Фонда защиты окружающей среды, исследовательской и пропагандистской группы, говорит, что газовые компании движутся в правильном направлении. Он говорит, что их подталкивает предстоящее правило EPA, вступающее в силу в январе 2015 года, которое требует, чтобы метан улавливался при удалении жидкости после бурения.

    «EPA еще не имело возможности рассмотреть предстоящее исследование Science по выбросам метана», — говорится в заявлении агентства. Агентство по охране окружающей среды заявляет, что ему известно об исследованиях, которые показывают, что выбросы превышают его оценки, добавляя, что это исследование «поможет нам уточнить наши оценки в будущем».

    Использование зеленого метана на транспорте и в производстве электроэнергии — исследователи и промышленность представляют промежуточные результаты проекта MethanQuest — Rolls-Royce

    • Новые технологии для добычи газа из возобновляемых источников
    • Испытания водорода, метанола и метана для использования на судах, автомобилях и производстве электроэнергии
    • Поставка СПГ и концепция микросети для внутреннего порта Карлсруэ

    Флагманский проект MethanQuest был запущен в сентябре 2018 года, и в его рамках в общей сложности 29 партнеров из исследовательского, промышленного и энергетического секторов объединились для работы над процессами производства водорода и метана из возобновляемых источников энергии и их использования для достижения климатических условий. нейтральная мобильность и выработка электроэнергии.Участники проекта представили свои промежуточные результаты. Они касаются систем электролиза для производства водорода как на суше, так и в морских ветряных парках, оборудования для производства метана, использования газовых двигателей в автомобилях, кораблях и ТЭЦ, а также концепций энергетических систем, которые эффективно объединяют транспорт, электроэнергию, газовый и отопительный секторы. Общим для всех заводов и процессов является интеграция возобновляемых источников энергии.

    «Энергетическая революция требует, чтобы мы находили инновационные решения для использования возобновляемых источников энергии для создания новых видов топлива для мобильности и производства электроэнергии.Поэтому очень важно определять будущие тенденции на ранней стадии и способствовать их развитию. Вот почему мы начали финансирование исследовательского проекта MethanQuest в 2018 году, и его промежуточные результаты уже показывают очень ценные результаты », — пояснил Норберт Бракманн, член Бундестага Германии и координатор федерального правительства по морской отрасли. Федеральное министерство экономики и энергетики Германии (BMWi) выделяет около 19 миллионов евро на проект MethanQuest.

    «Водород и метан (э-метан), производимые с использованием возобновляемых источников энергии, будут играть важную роль в будущем.Энергетическая революция приведет к тому, что системы энергоснабжения станут все более зависимыми от гибких газовых электростанций, чтобы можно было компенсировать колебания, связанные с использованием возобновляемых источников энергии. Кроме того, газ в форме СПГ начинает все больше использоваться в качестве нового судового топлива », — сообщил координатор проекта доктор Франк Граф из Исследовательского центра DVGW, входящего в состав Института Энглера Бунте при Технологическом институте Карлсруэ.

    Оценка выбросов метана от производства аммиачных удобрений в США с использованием метода мобильного зондирования | Elementa: Наука антропоцена

    Были проведены две выборочные кампании, первая от июня.16 th до 19 th , 2015, и второй с 12 сентября th до 29 th , 2016. Три и восемь заводов по производству аммиачных удобрений были отобраны, соответственно, в течение двух кампаний. Два из трех заводов, отобранных в первой кампании, были повторно посещены во второй кампании. Как показано на Рисунке 1, обследованные станции в основном располагались на среднем западе США, окруженные относительно ровной местностью, что привело к появлению небольшого количества препятствий, влияющих на перенос шлейфа. Измерения с подветренной стороны проводились без уведомления операторов станции с намерением столкнуться с рутинной работой станции.Водяной пар из градирен и факелов был обнаружен при отборе проб со всех заводов, что позволяет предположить, что они находились в процессе производства.

    Полезные данные были собраны вдоль подветренной дороги на шести из девяти заводов, отобранных во время второй полевой кампании в 2016 году. Эти шесть заводов представляют> 25% от общего числа 23 заводов по производству аммиачных удобрений на основе природного газа в США, которые работали в 2015–2016 гг. На трех других заводах не было получено никаких полезных данных (два были посещены во время обеих кампаний) из-за плохих метеорологических и дорожных условий, и поэтому они не были включены в анализ.Протокол контроля качества данных исключил некоторые данные по шести обследованным предприятиям (Текст S1 дополнительных материалов). Ключевые характеристики и условия отбора проб шести растений, которые были успешно обследованы, приведены в Таблице 1.

    В подходе к мобильному зондированию используется автомобиль Google Street View (GSV), оснащенный быстродействующим и высокоточным анализатором метана, для многократного измерения соотношений смеси метана ( c , в ppm) на дорогах общего пользования с подветренной стороны от заводов по производству аммиачных удобрений.Здесь мы предлагаем только краткое описание некоторых компонентов автомобиля GSV, которые имеют отношение к этой полевой кампании, а более подробную информацию об автомобиле GSV можно найти в другом месте (von Fischer et al., 2017). В первой кампании по отбору проб использовали полость Picarro-анализатор (модель G2301 от Picarro Inc., Санта-Клара, Калифорния, США), сконфигурированный для отбора проб с частотой 1 Гц, а также быстрый газоанализатор метана / этана (Los Gatos Research, Inc., Сан-Хосе, Калифорния, США) отбор проб с частотой 2 Гц использовался во второй кампании по отбору проб. Мы не производили повторную калибровку газоанализатора метана / этана Los Gatos Research (LGR) во время развертывания.После первоначальной заводской калибровки приборы в основном работают на основе самокалибровки, учитывая изменение характеристик аналитической ячейки с использованием длины волны, которая не поглощалась никакими газами. В противном случае анализ основан на основных принципах (размеры ячейки, давление, температура и молярная поглощающая способность метана) (Gupta, 2012). Вместе эти меры концентрации дают значения метана с точностью до 60 частей на миллиард (Роберт Провансаль, LGR, личное сообщение, 16.04.2019), что относительно мало, учитывая, что наши данные по метану варьируются от ~ 2.От 0 ppm (окружающий уровень) до ~ 30 ppm (пиковая мольная доля). Хотя концентрация этана также измерялась газоанализатором, он не использовался для анализа, поскольку концентрации были низкими, а шум был высоким, что приводило к низкому соотношению сигнал / шум (SNR). Вход анализатора метана был расположен на переднем бампере автомобиля GSV (~ 30 см над землей), чтобы избежать измерения выхлопа автомобиля. Местоположение автомобиля GSV в реальном времени определялось установленным на крыше устройством GPS (модель A100 от Hemispheres GNSS, Скоттсдейл, штат Аризона, США) с частотой захвата 1 Гц.Портативный трехмерный звуковой анемометр (модель 81000 от R.M. Young Co., Траверс-Сити, штат Мичиган, США) был установлен рядом с каждым посещенным заводом по производству удобрений в относительно плоском и открытом месте для измерения местных метеорологических условий (таблица 1). Высота анемометра ~ 1,5 м над землей.

    Во время отбора проб автомобиль GSV сначала облетел завод, чтобы его обследовать, чтобы отобразить наличие повышенных соотношений метана в смеси и определить, достаточно ли ясен характер выбросов, чтобы можно было отнести любые выбросы на основе направления ветра. (аналогично триангуляции).Пример показан на Рисунке 2: хорошо развитый шлейф метана наблюдался с подветренной стороны от завода по производству аммиачных удобрений, в то время как фоновые соотношения смешивания метана были обнаружены при отборе проб с подветренной стороны от завода. После определения шлейфа, созданного объектом, автомобиль GSV будет проходить через шлейф несколько раз, чтобы сделать повторные замеры. Локальные выбросы, такие как небольшие утечки в трубопроводе, можно определить как небольшие всплески в данных (Рисунок 2). Напротив, выбросы аммиачного завода (отобранные примерно от 500 до 2000 м по ветру, как показано в Таблице 1) характеризуются широким шлейфом (Рисунок 2).При постобработке данных повышенные коэффициенты смешения из-за местных выбросов были исключены из анализа, и мы сосредоточились на широких шлейфах. Низкочастотный фильтр скользящего среднего был установлен на основе низкочастотного дрейфа внутреннего давления датчика, который, вероятно, вызван частичным засорением впускного отверстия датчика пылью. Позднее фильтр использовался для маскировки и корректировки необработанных данных о соотношении компонентов смеси, чтобы устранить неблагоприятные эффекты, вызванные этой проблемой. Коэффициент смешения фонового метана ( c b ) был оценен как 5 процентиль ранжированного временного ряда соотношений смешения сырого метана ( c r ) (Albertson et al., 2016; Brantley et al., 2014) и вышеупомянутые соотношения смешивания при температуре окружающей среды c = c r c b . Расчетное значение c b очень близко к отношениям смешения метана в окружающей среде, измеренным с подветренной стороны от завода, что позволяет предположить, что определение c b является надежным.

    Добавить комментарий

    Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *