Компримированный природный газ (кпг)

Компримированный природный газ (КПГ) в настоя­щее время является одним из наиболее применяемых альтернативных моторных топлив.

Требования к сжатому природному газу для газобал­лонных автомобилей представлены в таблице 11.

Таблица 11 - Газ природный топливный компримированный для двигателей внутреннего сгорания (ГОСТ 27577-2000)

Показатели	Норма
Объемная теплота сгорания, кДж/м3, не менее	31800
Относительная плотность по отношению к воздуху, не менее	0,55-0,70
Расчетное октановое число газа (по моторному методу), не менее	105*
Концентрация сероводорода, r/MJ, не более	0,02
Концентрация меркаптановой серы, %, не более	0,036
Масса механических примесей в 1 м3, мг, не более	1,0
Суммарная объемная доля негорючих компонентов, %, не более	7,0
Объемная доля кислорода, %, не более	1,0
Содержание воды, мг/м3, не более	9,0

Примечания:

1. Значения показателей установлены при температуре 20°С и давлении 0,1013 МПа;

2. Расчетное октановое число РОЧ (по моторному методу) вычисляют по формуле:

где:

ОЧ_і і - октановое число і-го горючего компонента сжатого газа;

C_i - объемная доля і-го горючего компонента сжатого газа в смеси;

n - количество горючих компонентов сжатого газа, определенных анализом.

Для расчета-используют следующие значения ОЧ отдельных компонентов:

Компонент природного газа

Метан (СН₄)

Этан (С₂Н₆)

Пропан (С₃Н₈)

Н-бутан и из/эбутан (С₄Н₁₀)

Н-пентан и изопентан (С₅НІ₂)

Перевод транспортных средств на КПГ можно осу­ществлять путем:

- модификации бензиновых двигателей на сжатый природный газ;

- модификации бензиновых двигателей на сжатый природный газ и на бензин, т.е. использование двух типов топлив;

- перевода дизельных двигателей на КПГ с исполь­зованием искрового воспламенения;

- перевода дизельных двигателей на использование двух типов топлив, т.е. сочетание газа и дизельного топлива (газодизельный режим).

Система питания автомобиля, работающего на КПГ (рис. 4), включает следующие элементы: газовые баллоны высокого давления (20 Мпа) с вентилями, заправочное устройство с заправочным вентилем, газоредуци-рующую аппаратуру и подогреватель газа, газовый смеситель, магистральный вентиль (электромагнитный клапан), газовый фильтр.

На двухтопливных автомобилях устанавливают бак для нефтяного топлива, электромагнитный бензиновый клапан (в карбюраторных двигателях) и переключатель вида топлива [34].

Камский автозавод (КамАЗ) на базе дизеля КамАЗ-740.10 разрабатывает двигатель, который может работать только на газе. Планируется освоение двух модификаций: транспортной и стационарной. Транспортный вариант будут устанавливать на автобусы и грузовики, а стационарный - поставлять в регионы, где имеются магистральные газопроводы, для получения электроэнергии. С учетом всех потребностей рынка доля моторов, использующих природный газ, может составить до 40% от общего объема выпуска двигателей. Наряду с мета-ном, этот двигатель может работать и на бензине.

Рис. 4. Схема топливной системы газобалонного автомобиля: 1 - газовые баллоны; 2 - манометр; 3, 5 - редукторы; 4, 8 - электромагнитные клапаны; 6 - карбюратор-смеситель; 7 - бензонасос; 9 - бензобак; 10 - теплообменник 11,12 - вентили

Мощным рычагом по расширению применения природного газа на транспорте является ценовая политика, т.е. государственное снижение различных налогов на газовое топливо по сравнению с нефтяными. Так, в Италии НДС на газовое топливо составляет 160 лир/м³, а на бензин" - 211 лир/л; налоги экологический и на продажу - 258 лир/м³природного газа и 880 лир/л бензина и т.д. (рис. 5).

Рис. 5. Составляющие цены автомобильных бензинов в Италии

Более наглядно ценовая политика разных стран по широкому применению газового топлива приведена на диаграммах (рис. 6).

Рис. 6. Относительные цены автомобильных топлив

Понижение цены на газ по сравнению с бензином и дизельным топливом достигается за счет налоговых льгот, которые практически и определяют его отпускную цену, поскольку. по себестоимости газовое топливо ненамного дешевле бензина. Снижение налогов определяет то, что газовое топливо в 2 и более раз дешевле бензина и существенно дешевле дизельного топлива.

Особенно интенсивно работы по использованию природного газа в качестве моторного топлива за рубежом развернулись в 70-80 гг., чему способствовали нефтяные кризисы.

В Канаде, Новой Зеландии, Италии, Нидерландах, Аргентине и других странах успешно реализуются национальные программы перевода автотранспорта, в первую очередь городского, на газовое топливо. Для реализации этих программ разработаны нормативно-законодательная база и политики: ценовая, налоговая, тарифная, кредитная и т.п. Уже в 1984 г. в Италии работало 300 тыс. автомобилей на КПГ. В Новой Зеландии к 1994 г. количество автомобилей, работающих на КПГ, достигло 250 тыс., что составило 24,3 % от общего парка.

Национальная программа Новой Зеландии но переводу автотранспорта на газ предусматривает:

- выплату 300 долларов субсидий за перевод автомобиля на газ, что стимулировало перевод 1,5-2 тыс, автомобилей в месяц;

- выплату субсидий от 100 до 500 долл. компаниям - производителям автомобилей за каждый новый автомобиль на природном газе.

США не входят в число лидеров, но в 1988 г. был принят «Закон об альтернативных моторных топливах» и в 1992 г. «Закон об энергетической политике США». В этих законах предусматривается ряд мер по снижению зависимости США от экспорта нефти, переводу автотранспорта на альтернативные виды топлив, в первую очередь на природный газ. Законы предписывают автотранспортным фирмам приобретать автотранспортные средства, работающие на альтернативных топливах в определенной пропорции к прочим, с тем, чтобы доля первых неуклонно повышалась. В 1993 г. в США было 35 тыс. единиц с годовым расходом КПГ около 1,5 млрд м³. К 2010 г. должно быть 700 тыс. на КПГ, а общее число автомобилей на альтернативных видах топлива - 5 млн единиц. Для стимулирования перевода автотранспорта на газ устанавливаются налоговые скидки. Так, предусматривается уменьшение налога на приобретение автомобилей, использующих газ:

- массой до 4,5 т - 2000 долл.;

- более 4,5 т - 5000 долл.;

- автобус с числом мест более 20-5000 долл.

В Канаде предусмотрена выплата 500 тыс. долларов при строительстве АГНКС и 500 долл. владельцу при переводе автомобиля на газ.

Широкое применение природного газа, как наиболее чистого альтернативного топлива, в настоящее время возведено в ранг государственной политики. Именно поэтому Билл Клинтон - президент США в 90-х гг., весь свой президентский срок ездил на автомобиле, работавшем на природном газе.

Сегодня в России осуществляется третий этап в решении проблем перехода на применение сжатого газа.

Первый этап относится к 1937 г. В стране ощущался дефицит жидкого топлива, началось переоборудование автомобилей под сжатый газ и строительство заправочных станций. Было построено 30 заправочных станций и переведено на сжатый газ 40 тыс. автомобилей.

В 60-х гг. открыли ряд новых крупных нефтяных месторождений в Западной Сибири и одновременно в связи с переходом авиации на реактивное топливо количество бензина для автотранспорта резко увеличилось. Эти обстоятельства затормозили использование природного газа в качестве моторного топлива для автомобилей.

Второй этап начался в 80-е гг., и потребовалось десять лет, чтобы создать законодательную базу, нормативную документацию, необходимые технологии по применению КПГ на транспорте.

Уже в 1981 г. Правительство СССР поручило Министерству газовой промышленности подготовить схему размещения автомобильных газонаполнительных ком­прессорных станций (АГНКС) и к 1990 г. довести число газобаллонных автомобилей до 1 млн штук, в т.ч. 500 тыс. на КПГ и тем самым сэкономить 5,9 млн т светлых нефтепродуктов в течение 1986-1990 гг. Эти задания не были выполнены, в 1990 г. было замещено газовым топливом всего 1 млн т бензина по СССР, в т.ч. 500 тыс. т по РФ.

В 1992 г. доля автомобилей на КПГ составляла 9-9,5% грузовых, 0,5 - 0,6% автобусов и 0,5 - 1,0% такси. В России в 1996 г. было 196 АГНКС в 135 городах, а их загрузка составляла всего 23%.

После распада СССР и общего спада в экономике практически прекратилось производство газобаллонных автомобилей. В итоге в 1994 г. замещение нефтяных топлив природным газом в России составило всего 148 тыс. т, т.е. более чем в 3 раза меньше достигнутого уровня 1990 г. и в 12 раз меньше тех объемов, которые могла обеспечить сеть АГНКС. Убытки Газпрома от эксплуатации АГНКС в 1994 г. составили более 30 млрд рублей. За 1991-1994 гг. при возможности высвободить 7,3 млн т фактически было замещено газовым топливом 1,1 млн т бензина и дизельного топлива. И это несмотря на то, что Правительством РФ 15 января 1993 г. Постановлением № 31 «О неотложных мерах по замещению моторных топлив природным газом» было установлено ограничение стоимости 1 м³ природного газа в размере 50% стоимости автомобильного бензина А-76.

Расчеты показывают, что затраты на переоборудование автомобиля с жидкого нефтяного топлива на газовое окупаются достаточно быстро (табл. 12) [6].

Таблица 12 - Расчет окупаемости переоборудования автомобилей

на газовое топливо (в ценах 1999 г.)

Показатели	Автомобиль
	Жигули	ЗИЛ-138
Стоимость газобаллонного оборудования, долл. США	600	680
Пробег, км Стоимость заправки, долл. США	200 2,5	250 15,0
Стоимость эквивалентной заправки бензином, долл. США	6,6 (АИ-92)	30,0 (А-76)
Экономия при пробеге, долл. США	4,1	15,0
Окупаемость: в тыс. км в месяцах	34-35 24-36	11-12 4-6

Утверждены нормативные документы, определяю­щие порядок переоборудования автомобилей для работы на газе, по приспособлению автотранспортных предприятий для использования этого вида топлива.

Третий этап начался после принятия Закона РФ «Об использовании природного газа в качестве моторного топлива» (декабрь 1999 г.), в соответствии с которым к 2005 г. парк грузовых автомобилей на КПГ должен составить 706,7 тыс., в т.ч. - 648 тыс. с искровым зажиганием и 58,7 тыс. - газодизельных; автобусов - 67,1 тыс., в т.ч. 42,7 тыс. газодизельных и 24,4 тыс. с искровым зажиганием; легковых ГБА -21,3 тыс. [10}.

Ввод в эксплуатацию такого количества автомобильного транспорта, использующего газовое топливо, позволит сэкономить значительные количества нефтяных топлив (табл. 13).

Таблица 13 - Объемы замещения жидкого нефтяного топлива автотранспортом РФ

за счет использования КПГ (тыс. т)

Топливо	Годы
	1996	1998	2000	2002	2004	2005	Итого
Бензин	366	766 |	1391	2333	4291	4791	13398
Диз. топливо	70	100	171	395	897	1271	2904

За 1996-2005 гг. предполагается сэкономить 24 млн т нефтяного топлива за счет использования КПГ и СНГ.

Планируется построить 800-1000 АГНКС в 2001-2005 гг. и 2000-2500 в 2010-2015 гг. [7].

Задачи Газпрома по реализации этого Постановления Правительства РФ заключается не только в обслуживании АГНКС, но и в обеспечении:

- переоборудования автомобилей с жидкого нефтяного топлива на газовое;

- сервисного обслуживания газобаллонных автомобилей;

- переосвидетельствования баллонов и их замена;

- реализации на АГНКС запасных частей для ГБА и др.

Одной из причин, сдерживающих использование КПГ в качестве моторного топлива в РФ, является значительная масса металлических газовых баллонов и не-достаточная надежность газовой аппаратуры [8]. На газзобаллонных автомобилях все еще применяют баллоны высокого давления (до 20 МПа) объемом 50 л и массой до 90 кг. Для обеспечения пробега в 200-250 км грузовому автомобилю необходимо иметь 8-9 баллонов с общей массой 700-800 кг, что приводит к существенной потере грузоподъемности автомобиля и практически к исключению установки таких баллонов на легковых автомобилях. Поэтому КПГ нашел применение в качестве моторного топлива на грузовом автотранспорте; на легковом - используют СПГ или чаще СНГ.

В последние годы появились металлопластиковые баллоны емкостью 34 и 50 л и массой 23 и 30-40 кг соответственно. Однако стоимость таких баллонов чрезмерно высока и их долговечность значительно, в несколько десятков раз, ниже металлических. Для обеспече ния конкурентоспособности с зарубежными отечественные баллоны должны иметь низкую цену (не более 3-4 долл. за 1 л емкости), срок службы не менее 20 лет и число заправок до 15 тыс. [8]. Разрабатываются адсорбционные системы хранения природного газа на автомобиле с использованием адсорбентов, в частности активированного угля. При давлении в 1,5 МПа (более чем в 10 раз ниже давления в обычном баллоне) объем природного газа в 4 раза больше, что существенно увеличивает запас хода автомобиля по сравнению с обычными баллонами.

Согласно Постановления Правительства РФ № 28^ от 15.03.1999 г. «Основные направления развития автомобильной промышленности» выпуск отечественных автомобильных двигателей, отвечающих совре менным требованиям охраны окружающей среды следует ожидать не ранее 2010 г. Поэтому в настоящее время одним из достаточно легко реализуемых nyти повышения экологичности автотранспорта являете*

его перевод на природный газ, что обеспечит сокра­щение вредных выбросов двигателями автомобилей до уровня, отвечающего жестким европейским нормам (табл. 14) [9].

Таблица 14 - Нормы токсичности выхлопов автомобилей для развитых европейских стран

Стандарт	Год введения	Содержание в ОГ, г/квт-ч
		NО,	СО	[CH]	Тв. частицы
ЕВРО-0	1988	14,4	11,2	2,5	-
ЕВРО-1	1993	8,0	4,5	Ы	0,36
ЕВРО-2	1996	7,0	4,0	и	0,15
ЕВРО-3	1999	5,0	2,0	0,6	0,10
ЕВРО-4	2005	3,5	1,5	-	0,02
ЕВРО-5	2008	2,0	1,5	-	0,02

Перевод автотранспорта на природный газ связан с решением сложных задач, наиболее значимыми из которых являются:

- серийное производство газобаллонных автомобилей;

- организация широко разветвленной сети заправочных станций;

- организация производства надежного и недорогого оборудования для газобаллонных автомобилей;

- создание сервисной службы для обслуживания газобаллонных автомобилей;

- подготовка кадров и т.д.

Решение этих задач возможно при условии принятия соответствующих решений как федеральными, так и местными государственными органами.

В настоящее время в Москве около 5 тыс. автомобилей работают на метане; имеется 10 АЗС, а к 2010 г. будет построено еще 70. Для сравнения: в Варшаве и в Сеуле по 100 АГЗС, при том, что в этих странах своего газа нет [35]. В г. Косимове (Рязанской обл.) весь муниципальный транспорт переведен на компримированный газ [36].

Вопрос о переводе автопарка на КПГ рассматривают администрации Ступинского и Коломенского районов Подмосковья, а также в Тюмени и Башкирии.

По мнению руководства .«Мосавтогаз», одна из причин, мешающих переводу транспорта на КПГ, - нежелание отечественных автозаводов наладить серийный выпуск автомобилей, оборудованных под газовое топливо.

В России отработана концепция заправки автомобилей газом с помощью стационарных и передвижных средств непосредственно на территории автопредприятий. Такой подход сегодня представляется наиболее перспективным, особенно когда один подрядчик выполняет весь комплекс работ по газификации подвижного состава автопредприятия.

Ряд регионов РФ (Татарстан, Алтайский край, Белгородская, Брянская, Самарская обл. и др.) уже приняли региональные программы по переводу транспорта на газовое топливо; Вологодская, Ленинградская, Костромская, Саратовская обл. завершают разработку таких программ [6].