Криогенное топливо для автомобилей
Сжатый или сжиженный? Каким газом лучше заправлять машину и когда
На седельном тягаче Iveco Stralis NP, двигатель которого работает на сжиженном природном газе, показан результат, занесенный в Книгу рекордов России: на одной заправке автомобиль преодолел 2008 километров от Санкт-Петербурга до Перми. Это при запасе хода «по паспорту» в 1600 км.
В том, что использование компримированного, то есть сжатого природного газа (CNG) или сжиженного природного газа (LNG) экономически выгодно, сомнений нет. Во всяком случае, исходя из цены на само топливо. Так, при розничной стоимости солярки чуть меньше 50 рублей за литр и при расходе 26 л/100 км за пробег на те же 100 км придется заплатить почти 1300 рублей. А при использовании LNG ценой 29 рублей за литр на тот же маршрут потребуется 24 кг сжиженного газа общей стоимостью менее 700 рублей. Почти в два раза выгоднее! А установленный рекорд доказывает, что экономичное вождение на грузовике с двигателем, работающим на газовом топливе, штука вполне реальная. Особенно на таком автомобиле, как Iveco Stralis, и при соответствующем опыте водителя. Неслучайно в Европе процент использования в коммерческом транспорте природного газа, как CNG, так и LNG, весьма высок. У нас в стране тоже есть примеры перспективного партнерства, например «Ивеко Руссия» и «Газпром СПГ технологии». Значит, тема весьма и весьма перспективна. Но все ли в этом вопросе так просто?
Обязательная для регистрации рекорда процедура: представитель Книги рекордов России опломбирует бак перед стартом.
ГАЗ, КОТОРЫЙ МЫ ВЫБИРАЕМ
В России Iveco предлагает с двигателями, работающими на сжиженном газе, две модели — Stralis и Daily, причем в качестве топлива для последней используется только CNG. Что касается тяжелых грузовиков, то вот что о выборе газа говорит бизнес-директор «Ивеко Руссия» Роберто Каматта: «Все зависит от плеча перевозок. Если маршрут грузовика регулярно превышает 1000 километров, то эффективней двигатели, работающие на LNG. Если плечо значительно короче, то предпочтительнее использование CNG. Кроме того, нужно учитывать маршруты перевозок в плане наличия на них заправок». Возможно, в этом случае наиболее перспективными будут автомобили с комбинированной топливной системой?
«Первые 25 проданных Iveco как раз и имели комбинированные моторы с индексом CLNG, — поясняет Каматта. — Но сейчас мы стараемся разграничить использование различных видов природного газа». Тему продолжил председатель совета директоров ООО «Газпром СПГ технологии» Алексей Кахидзе: «Что касается комбинированных двигателей, то в них есть и плюсы, и минусы. Во-первых, маленький 8‑литровый двигатель, стоящий на Iveco, не слишком дружелюбен к повышенному тоннажу, а езда с перегрузом у нас часто практикуется. Во-вторых, нужно обеспечить достаточное количество заправочных комплексов. Сейчас этот вопрос решается конкретными маршрутами, используемыми корпоративными клиентами. В основном эти комплексы размещаются на трассах. Главный плюс состоит в том, что, например, в черте города, где есть достаточное число заправок, можно двигаться на компримированном газе, а уже за городом, при перевозках на небольшие расстояния, использовать LNG». Правда, наша любовь к перегрузам, о которой говорилось выше, и в этом случае сделает плюс не столь очевидным. «Если Iveco предложит 13‑литровый двигатель, работающий на комбинации сжиженного и компримированного газа, то такой автомобиль наверняка будет востребован на городских и ближайших загородных перевозках», — считает Алексей Кахидзе.
И СНОВА О ДЕНЬГАХ
Разумеется, любой руководитель, приобретающий грузовик, в первую очередь думает о его рентабельности. Все начинается с цены самого автомобиля, которая у машины с двигателем, работающим на природном газе, выше, чем у аналога с дизельным мотором. Но только в этом грузовики Iveco, использующие CNG и LNG, экономически проигрывают собратьям с дизельными моторами. Во всяком случае, именно так считают и Алексей Кахидзе, и Роберто Каматта. Вот цифры и факты, которые они привели. Экономия по топливу достигает 40 %. Межсервисные интервалы и стоимость обслуживания газовой аппаратуры практически ничем не отличаются. Но тут нужно привести пару ремарок, сделанных Кахидзе: «При расчетах стоимости владения не стоит забывать о человеческом факторе. Например, экономичность во многом зависит от манеры вождения. Что касается технического обслуживания, то большое значение имеет качество топлива, которое заводы поставляют на заправочные комплексы. Качество, в свою очередь, зависит от состояния оборудования, мощностей производства и технологий, которыми располагают предприятия». Действительно, без учета всего вышесказанного сложно рассчитать время до очередного технического обслуживания. С другой стороны, все то же самое относится к обслуживанию и дизельных, и бензиновых двигателей. Так что в этих пунктах паритет. «Если говорить о совокупной стоимости владения относительно наших моделей, то мы закладываем 10–15 % прибыли», — дополняет Роберто Каматта.
Криогенная АЗС в деревне Карагай.
В разговоре о двигателях, работающих на природном газе, вскользь прозвучала тема экологии. А ведь это, как бы ни пафосно это звучало, наше будущее. В принципе, спрос на автомобили, работающие на природном газе, в России есть: с 2019 года только Iveco продала здесь около двух сотен автомобилей (в основном Stralis), двигатели которых работают на CNG и LNG. И это лучший результат среди европейских производителей. Вот только водители не очень-то рвутся за руль этих прекрасных во всех отношениях грузовиков. Все тот же человеческий фактор. Во-первых, для заправки 250 кг сжиженного газа в бак грузовика сегодня требуется минимум 15 минут, а у водителя время — это деньги. Кроме того, персонал, работающий на таких заправках, не всегда имеет должный уровень профессионализма, а значит, в процесс приходится включаться самому водителю. Во-вторых, у него, водителя, исключается возможность дополнительного заработка за счет сэкономленной солярки. Да и самих заправок пока еще не так много, как хотелось бы. Правда, новые криогенные заправочные комплексы все-таки открываются с завидным постоянством. «Сейчас, заправляясь на КриоАЗС, можно проехать по маршруту КНР — Москва. Правда, через Казахстан. Да и по основным трассам можно проложить подходящий маршрут», — говорит Алексей Кахидзе. Но есть и еще одна проблема: сжиженный газ без потерь не может храниться в резервуаре более 120 дней, а оптимальный срок хранения в среднем и вовсе составляет 30 дней. Поэтому на станциях вынуждены размещать еще и установки, делающие из сжиженного газа компримированный, который можно использовать для заправки городского транспорта. Но с увеличением числа грузовиков, работающих на LNG, и эта проблема перестанет быть актуальной. Таким образом, перспективы «газового будущего» выглядят вполне оптимистично. А очередной рекорд, установленный на Iveco, может быть этому подтверждением.
Как «криогаз» может и должен стать «топливом будущего» для грузовиков
При этом двигатели, использующие LNG, очень экологичны. При работе они выбрасывают на 99% меньше сажи, на 90% меньше неметановых углеводородов, на 70% — оксидов азота, нежели дизели класса «Евро-6». Кроме того, газовый мотор работает заметно тише своего дизельного аналога… В общем, в теории «холодное» топливо действительно выглядит очень привлекательно.
Однако на практике минусов больше, чем кажется. Первый и главный — острый дефицит криогенных заправок. Даже «Газпром» не называет их количество! Но уточняет: к 2023 году таких станций должно быть ровно 80 на 12 ключевых магистралях страны. Правда, на 423-м километре трассы М11 такие АЗС работают по обеим сторонам, поэтому курсировать между Москвой и Питером «криотягачи» могут.
Двигаемся дальше. Сама техника обходится на 30% дороже дизельной. Скажем, за новенький Iveco Stralis NP придется отдать аж 13 000 000 рублей. Притом и обслуживание подобного грузовика обойдется дороже, ведь для него заявлены более короткие межсервисные интервалы, а сама процедура ТО стоит больше из-за наличия свечей зажигания, которые нужно регулярно менять.
Впрочем, даже при таких выкладках LNG — это выгодно. Как въедливо подсчитал вышеупомянутый «Газпром», при активной эксплуатации газового грузовика экономия доходит до 40% от общей стоимости владения.
Какой газ используется в автомобилях в качестве топлива
Основной альтернативой традиционному бензину или дизелю, является газомоторное топливо (ГМТ). Каким газом заправляют автомобили с ГБО, а также в чём отличие между ними вы узнаете из этой статьи.
Виды газового топлива
Условно ГМТ можно разделить по способу производства, агрегатному состоянию при использовании, хранении и транспортировке.
Менее распространённые варианты:
Природный газ
После добычи, сырье подвергается очистке от загрязнений, воды (осушка). Затем методом сепарации происходит отделение сероводорода и других компонентов.
Перевозку и хранение жидкого топлива осуществляют в специальных криогенных ёмкостях, которые, по сути, являются термосами. Цистерна объёмом 25 кубометров вмещает 10 тонн СПГ/LNG.
Затем у сжиженного природного газа может быть два пути:
Последний пункт является очень перспективным для автомобильного транспорта преимущественно коммерческого направления, из-за скопления в жидком метане огромного количества тепловой энергии при относительно низком давлении в криоёмкости (от 5-16 атм.).
Основные преимущества сжатого метана, как и СПГ – это их экономические и экологические показатели. К тому же природный газ легче воздуха, в этом смысле он менее опасен при утечке чем, например пропан. Однако газы метана являются токсичными (4 класс опасности).
Главным фактором медленного распространения CNG, является отсутствие достаточного количества автозаправочных станций. В настоящее время на территории России насчитывается, порядка 330 АГНКС не считая передвижных заправщиков (ПАГЗ), которые в основном применяются для нужд предприятий.
Техника и инфраструктура под LNG только начинают появляться, поэтому более широкое применение на авто пока имеет КПГ.
Сжиженный нефтяной газ
Ввиду доступности и пониженных требований к конструкции баллонов, ещё большее распространение в качестве газомоторного топлива получил состав пропана (C3H8) с бутаном (C4H10).
Пропан-бутановую смесь выделяют из добытого газоконденсата, а также при извлечении и глубокой переработке нефти. При нефтеперегонке образуется так называемый попутный нефтяной газ (ПНГ), из него отделяют сжиженный углеводородный. Затем происходит разделение СУГ на составляющие компоненты, один из которых — это сжиженный нефтяной газ. Для разных сфер применения СНГ бывает:
Пропан тяжелее воздуха, поэтому при утечке может скапливаться в нишах и закрытых помещениях (смотровая яма, гараж). Взрывоопасность паров ПБ в воздухе 2,3-9,5 % при нормальном давлении и температуре 20°C, метана 5-15%. СНГ малотоксичен.
Октановое число пропана 105, у метана 110. По сравнению с бензином после сгорания СНГ и КПГ топлива, вредные выбросы снижаются до 10 раз.
Биотопливо
Применение биогаза как ГМТ актуально для сельскохозяйственных предприятий и перерабатывающих отходы организаций.
Может ли СПГ стать альтернативой дизельному топливу? (Часть 1)
Обществу приходится признать, что коммерческому автотранспорту требуется более чистое альтернативное топливо. Конечно, все уже наслышаны про электрический привод – он очень актуален, моден, но далеко не везде востребован. Немногие регионы готовы перейти на электротягу. К тому же в мировом автопроме не сформировались альтернативные экологически чистые решения для тяжеловозов и магистральных автопоездов. Всё упирается в запредельную цену дорогущих аккумуляторов, их огромный вес, безопасное использование и длительность процесса зарядки АКБ (см. «Транзит передовых технологий»). Причём это касается и водорода (см. «Революция Николая Первого»).
Выбор без выбора
Пока поиск оптимального решения продолжается, сжиженный природный газ (СПГ), становится самым перспективным из всех доступных альтернативных видов автомобильного топлива. Природный газ обладает огромным потенциалом и у него большая плотность энергии, сопоставимая с дизелем. Октановое число газа более сотни, что недостижимо для нефтяных источников питания. Такое вредное явление, как детонация, на двигателе, работающем на газе, сведено к минимуму.
При работе на газе образуется меньше нагара в камерах сгорания, а отработавшие газы содержат гораздо меньше вредных веществ, чем жидкие виды топлива. Газ легко смешивается с воздухом и равномерно наполняет цилиндры однородной смесью. Конструкция транспортного средства и его моторно-трансмиссионное отделение изменяются не столь значительно. Экологи даже довольны: вредное воздействие ОГ в сравнении с дизелем значительно ниже, особенно в объёме СО2.
КПГ – не панацея
Метан не токсичен, не опасен для здоровья человека, не образовывает взрывоопасную концентрацию, поскольку в 2 раза легче воздуха, а температура возгорания равна 600 °С. При утечке он бесследно улетучивается.
Общеупотребимые термины и сокращения
КПГ – CNG (Compressed Natural Gas)
сжатый (компримированный) природный газ (метан): газообразные углеводороды, образующиеся в земной коре.
СПГ – LNG (Liquified Natural Gas)
сжиженный природный газ добываемый на газовых месторождениях. Получается при охлаждении природного газа до температуры –162 °C, благодаря чему его объём уменьшается в 600 раз.
СУГ – LPG (Liquified Petroleum Gas)
сжиженный попутный углеводородный газ (пропан-бутан) получаемый при добыче и переработке нефти. В жидкое состояние переводят при охлаждении до критической температуры и последующей конденсации в результате отвода теплоты парообразования.
Метан в отличие от бензина не смывает масляную плёнку со стенок цилиндров, не содержит вредных примесей, негативно влияющих на детали камеры сгорания, сжигается практически полностью, не образуя нагара на поршнях, клапанах и свечах зажигания. Кроме того, он не вызывает коррозию металлов, не оставляет отложений в топливной системе, чем увеличивает срок службы двигателя в 1,5–2 раза.
КПГ послужила палочкой-выручалочкой в СНГ для целого сектора локальных перевозок (такси, автобусы, развозные грузовики), но дальнейшее продвижение на дальнемагистральных перевозках тормозится. И вот почему…
Первая проблема в хранении: дополнительные газовые сосуды съедают пространство за кабиной и на раме тягача. В баллонах, изготовленных из полимерных материалов, под высоким давлением (200–250 атм) хранится лишь незначительный объём газа и стандартный запас хода с одной заправки редко превышает 500 км. В качестве полумеры долгое время продвигалась концепция газодизельного и газобензинового транспорта и этот паллиатив до сих пор широко используется.
Холодный расчёт на СПГ
Технология сжижения природного газа предусматривает охлаждение его до очень низких температур, при которых газ переходит в жидкое состояние (LNG) и значительно уменьшается в объёме. Это означает, что автомобиль не надо оборудовать множеством газовых баллонов, ему достаточно иметь один или два криогенных топливных бака, предназначенных для хранения СПГ. Но этого объёма топлива автопоезду уже хватает для осуществления региональных и даже магистральных перевозок на значительные расстояния. То есть движение на СПГ вполне можно рассматривать, как полноценную альтернативу дизелю на маршрутах длиной в 300–1000 км с одной заправки.
Газовые СПГ-грузовики имеют два основных преимущества, и в качестве примера принято ставить в пример опыт КНР, где сейчас сконцентрирован самый большой парк автотранспорта в мире.
В Китае, где применение СПГ в коммерческих автомобилях в последнее время очень распространилось, отмечают, что литр дизеля сейчас обходится в 7,57 юаней (73,5 руб.), в то время, как один килограмм СПГ стоит всего 4,2 юаня (40,8 руб.). В пересчёте это означает, что автоперевозчики, эксплуатирующие газовые автомобили получают экономию в размере 0,45–0,7 юаня (4,3–6,8 руб.) на каждом километре пути.
| 2017 г. | 2018 г. | |
|---|---|---|
| Всего грузовиков (кроме пикапов и SUV) | 2 587 741 | 2 794 127 |
| Седельные тягачи, из них: | 585 193 | 470 283 |
| дизельные | 527 247 | 418 914 |
| электротягачи | 321 | 95 |
| газовые | 57 625 | 51 274 |
| Тяжёлые грузовики, из них: | 564 471 | 642 082 |
| дизельные | 560 527 | 629 172 |
| бензиновые | 10 | – |
| электрические | 184 | 1374 |
| газовые | 3750 | 11 536 |
| Среднетоннажные грузовики, из них: | 234 013 | 172 573 |
| дизельные | 232 425 | 171 589 |
| бензиновые | 5 | 65 |
| электрические | 1426 | 385 |
| топливные элементы | – | 39 |
| газовые | 157 | 495 |
| Лёгкие грузовики, из них: | 1 738 310 | 1877 752 |
| дизельные | 1 381 399 | 1 391 515 |
| бензиновые | 306 250 | 442 426 |
| гибридные | 157 | 1044 |
| электрические | 50 377 | 42 589 |
| газовые | 127 | 178 |
| Мини-грузовики, из них: | 560 711 | 628 031 |
| дизельные | 60 418 | 20 462 |
| бензиновые | 493 023 | 576 231 |
| электрические | 7270 | 31 338 |
Выхлопы газовых грузовиков и автобусов наносят намного меньший вред окружающей среде. Выполнение экологических норм Euro 5 у СПГ-транспорта вообще обходится без громоздкой системы нейтрализации и раствора мочевины. А количество СО2 в выхлопе значительно ниже, чем у дизельного двигателя.
Кроме двух главных преимуществ, есть ещё и второстепенные:
Среди мировых лидеров по числу газобаллонных автомобилей лидируют Китай (5,3 млн автомобилей), Пакистан (3,1 млн), Индия и Иран (по 4 млн). Львиная доля (60–70%) приходится на легковой транспорт.
Чтобы понять, сколько в Китае экологически чистого коммерческого транспорта и какова его перспектива, достаточно привести свежую статистику производства. Доля газомоторной коммерческой техники в 2018 году достигла 3,27% для грузовиков и 3,22% для автобусов. Разбиение по классам, видам топлива и используемой тяги даёт богатую пищу для размышлений и о перспективе электрогрузовиков и электробусов, выпуск которых составляет 2,71% и 14%, соответственно.
| 2017 г. | 2018 г. | |
|---|---|---|
| Всего автобусов | 526 049 | 454 423 |
| Большой и особо большой класс, из них: | 93 270 | 77 724 |
| дизельные | 33 333 | 30 348 |
| бензиновые | 38 | 73 |
| гибридные | – | 1 |
| гибридные PHEV | 9188 | 4540 |
| электробусы | 43 371 | 41 114 |
| топливные элементы | 1 | 175 |
| газовые | 7339 | 8495 |
| Средний класс, из них: | 85 115 | 72 682 |
| дизельные | 38 980 | 25 406 |
| бензиновые | 4736 | 5428 |
| гибридные | 3163 | 3661 |
| гибридные PHEV | 35 283 | 34 405 |
| электробусы | 31 | 240 |
| газовые | 2922 | 3542 |
| Малый класс, из них: | 347 664 | 334 322 |
| дизельные | 252 632 | 230 543 |
| бензиновые | 66 316 | 54 030 |
| гибридные | 61 | 3 |
| гибридные PHEV | 299 | 1 472 |
| электробусы | 26 837 | 22 972 |
| топливные элементы | 98 | 390 |
| газовые | 1 421 | 24 912 |
Несладкие контраргументы
Аксиома: успешная реализация любой затратной модели развития упирается в его масштабируемость в бизнесе. Т.е. предпринимателям для снижения рисков важно найти как можно больше потребителей и сделать технологию доступной и популярной. Перевод автотранспорта на газ при государственной поддержке необходим, но этот вид топлива не только в КНР, но и России не так распространён. АЗС с соляркой есть везде, а заправка КПГ и СПГ остаётся явлением редким.
Поэтому, во-первых, владельцу газового ТС обязательно нужно планировать новый маршрут очень тщательно.
Во-вторых, стоимость СПГ-автомобиля значительно выше дизельного аналога: сложнее конструкция и применяются оригинальные узлы, дорогие сосуды Дюара. Учитывая экономию при эксплуатации, можно сказать, что эта надбавка отобьётся, но для этого потребуется примерно от 2 до 3 лет стабильной работы. То есть эксплуатантам, работающим на случайных халтурах, газовый двигатель окажется в тяжесть.
В-третьих, неприятным моментом может стать сезонное колебание цены на СПГ, особенно в зимний период. При наступлении морозов спрос на газ растёт, и продавцы СПГ во всех странах мира не гнушаются заработать лишнюю копейку, цент или юань. Об этом расскажу далее.
В-четвёртых, снаряжённая масса газового грузовика выше дизельного. Изменения не столь большие, но газовая аппаратура и большая ёмкость для хранения топлива, которую стараются заполнить под завязку, добавляет машине несколько сотен килограммов, которые в общем-то не стоит недооценивать, если на трассе имеется весовой контроль.
В-пятых, техническое обслуживание вызывает затруднения. Мастерских и специалистов по ремонту и обслуживанию дизельных грузовиков много. Здесь проблем нет вообще. С СПГ так не получается. Небольшие мастерские и магазины запчастей, которые можно встретить на дорогах, зачастую не в состоянии помочь водителю газовой машины. У них просто нет соответствующих знаний и опыта. И они, как правило, отказываются от обслуживания СПГ транспорта.
Чтобы склониться к приобретению грузовика с СПГ, необходимо понять, получится ли выполнить все конкретные условия?
Первое – должны быть оговорены стабильные (фиксированные) маршруты, чтобы была возможность заезда на недорогую газовую заправку. Второе – это загрузка газового транспортного средства. Годовой пробег должен превышать 120–150 тыс. км, только в этом случае экономия на топливе станет оправданной с точки зрения покупки более дорого СПГ грузовика. Третье, хозяева транспортного бизнеса должны быть предприимчивы, образованны и терпеливы. Разница между газовым автомобилем и дизельным довольна существенна, поэтому зарабатывать здесь смогут не все.