6.2. Концепция создания инфраструктуры производства сжиженного природного газа для перевода автотранспорта рф на основе применения Стирлинг-технологий

В настоящее время каждую секунду во всем мире добывается и потребляется примерно 127 т. нефти. По расчетам ОПЕК, при существующем уровне добычи нефть в Великобритании закончится в ближайшие годы, в Норвегии - во втором десятилетии, в США - в первом десятилетии. Истощение российской нефти прогнозируется на 20-е годы текущего столетия. Нефтяных запасов Ирана, Саудовской Аравии, Венесуэлы хватит только до 60…70 гг.

По различным оценкам, к 2025 г. скорость потребления только нефтяных видов моторного топлива вырастет до 190 т/с.

Уже сейчас в мире не хватает около 4 млн. баррелей нефти в день, что привело к беспрецедентному росту цен на нефть. К 2025 г. дефицит нефти прогнозируется до 20 млн. баррелей в день.

Основные российские потенциальные и вновь открываемые нефтяные месторождения, расположены в труднодоступных районах с неразвитой или вовсе отсутствующей инфраструктурой, а также со сложными условиями залегания и добычи. В настоящее время Западная Сибирь, относительно близкая к Европейской части РФ, является основной российской ресурсной базой. Однако ее доля в разведанных запасах нефти и газа снизится за двадцать лет с 80% до 64%, а доля Восточной Сибири, Дальнего Востока и шельфа арктических морей возрастет вдвое. Новые месторождения представляют собой так называемые «парамаргинальные или субмаргинальные месторождения», перевод которых в категорию рентабельных требует либо значительного роста цен на ископаемое топливо, либо существенного уменьшения издержек производства, связанных с новейшими достижениями научно-технического прогресса. Поэтому их обустройство, освоение и эксплуатация сопряжены с повышенными затратами, высокой стоимостью добываемой продукции и ее транспортировки к месту переработки и потребления. Себестоимость добычи нефти в суровых природно-климатических условиях севера Сибири при среднем дебите скважины 5…10 м³/сут. составляет 60…80 долл./м³ достигая даже при существующих мировых ценах нефть предельной себестоимости. Для сравнения можно указать, что нефтяные скважины Ирака дают на самоизливе, в среднем, по 500 м³/сут. нефти, а себестоимость добычи не превышает 12…13 долл./м³.

По расчетам многих отечественных специалистов, в ближайшие 10 лет национальная нефтеперерабатывающая промышленность не сможет удовлетворять быстро растущий внутренний автомобильный рынок России. Согласно прогнозу, дефицит моторных топлив на внутреннем рынке может достичь 10 млн. т. в год уже к 2010 г.

Ввиду этого в настоящее время необходимо интенсифицировать работы по переводу автомобильного транспорта РФ на природный газ (ПГ).Природный газ является наиболее дешевым видом моторного топлива.

При сжигании 1 кг бензина из атмосферы города извлекается 2,9 кг кислорода, что соответствует 13,7 кг воздуха, а обратно выбрасывается более 150 г углекислого газа, до 60 г углеводородов (С_ХН_У), до 10 г окислов азота (NО_Х) и огромное количество полиароматических углеводородов (ПАУ), являющихся канцерогенными веществами – провокаторами онкологических заболеваний. Результаты исследований токсичности газобаллонных автомобилей показывают, что при замене бензина на природный газ выброс токсических составляющих (г/км) в атмосферу города снижается: по оксиду углерода - в 5…10 раз, углеводородам - в 3 раза, окислам азо­та - в 1,5…2,5 раза, ПАУ - в 10 раз, дымности - в 8…10 раз, в зависимости от типа автомобиля.

Приоритетность природного газа как наиболее перспективного моторного топлива, определена рядом директивных документов Правительства Российской Федерации. В частности, предусмотрено осуществить замену дефицитных нефтяных видов топлива альтернативными, а также сократить объем потребления бензина за счет увеличения выпуска автотранспортных средств, работающих на газообразном топливе.

До сих пор основной акцент в переводе автотранспорта на ПГ делается на использование сжатого (компримированного) газа (КПГ). Однако необходимость применения баллонов высокого давления имеет следующие недостатки: значительное увеличение веса топливной системы двигателя, необходимость выполнения периодического освидетельствования оборудования, работающего под высоким давлением, снижение дальности пробега автомобиля на одной заправке, повышение опасности газобаллонной аппаратуры высокого давления, слабо развитая инфраструктура автомобильных газонаполнительных компрессорных станций (АГНКС). Невозможность создания широкой сети гаражных мини-АГНКС, расположенных на территориях автохозяйств (существующая нормативная база по безопасной эксплуатации требует выполнения условий размещения АГНКС на расстоянии не менее 60 м от других сооружений и объектов), а также ряд других существенных недостатков в значительной мере продолжают сдерживать широкое применение КПГ в автомобильном транспорте.

Вышеперечисленные недостатки природного газа как моторного топлива могут быть устранены, если использовать на автотранспорте не КПГ, а сжиженный природный газ (СПГ).

Сжижение позволяет уменьшить объем газа, занимаемый в обычных условиях, почти в 600 раз, что позволяет, по сравнению со сжатием газа, уменьшить массу системы хранения ПГ на автомобиле в 3…4 раза, а объем - в 1,5…3 раза. Так, например, для грузового автомобиля ЗИЛ-138А, оборудованного криогенной емкостью объемом 300л СПГ, пробег на одной заправке увеличивается в 1,8 раз, а суммарная масса оборудования и топлива уменьшается на 600 кг по сравнению с тем же автомобилем, работающим на КПГ. Грузоподъемность автомобиля при его переводе на СПГ и пробег, но одной заправке сопоставимы с аналогичными характеристиками автомобиля, работающего на традиционном топливе (бензине).

Исследования, выполненные специалистами РАО «ГАЗПРОМ» и ВНИИГАЗ, показывают, что использование СПГ в качестве моторного топлива, с точки зрения технико-экономической эффективности значительно выгоднее, чем КПГ. Так, при масштабном производстве СПГ удельные капиталовложения на производство ниже на 25…30%, себестоимость производства СПГ ниже на 40%, а, суммарные приведенные затраты на «производство-доставку-распределение» для СПГ ниже на 10…30%, чем на аналогичные системы для КПГ.

Поэтому сжиженный природный газ обоснованно считается для автомобильного транспорта России «моторным топливом XXI века». Для быстрого и широкомасштабного перевода автомобильного транспорта РФ на СПГ необходимо создать такую инфраструктуру получения, хранения и заправки СПГ, которая бы учитывала специфику общественного и промышленного транспорта крупных российских городов (удаленность от АГНКС и ГРС), обеспечивала бы низкую себестоимость СПГ, была бы независима от внешних поставщиков, исключала бы промежуточные звенья доставки СПГ (криогенные метановозы) и позволяла бы создать плотную сеть заправочных станций СПГ на территории.

Данная инфраструктура может быть создана за счет применения стирлинг-технологий. В настоящее время создан необходимый научно-технический и патентный задел, обеспечивающий решение стоящей проблемы в кратчайшие сроки.

В основе стирлинг-технологий лежит идея создания установок по сжижению природного газа с применением криогенных газовых машин (КГМ), работающих по циклу Стирлинга. КГМ Стирлинга относятся к ожижителям, действие которых основано только на внешнем охлаждении. Процесс ожижения природного газа идет при атмосферном давлении, без его предварительного сжатия. Это позволяет делать установки по сжижению ПГ на основе КГМ Стирлинга компактными и простыми в обслуживании. Важной особенностью КГМ Стирлинга является возможность сжижения 100% подаваемого газа низкого давления, в отличие от ожижителей традиционного типа (дроссельно-детандерных установок и вихревых труб), для работы которых необходимо высокое давление и наличие продукционных газопроводов для сброса несжижившейся части (до 97%) первичного газа. При этом эффективность цикла сжижения природного газа с использованием криогенной машины Стирлинга практически в 2…2,5 раза выше, чем у простых дроссельных и детандерных циклов.

В настоящее время в ООО «ИИЦ «Стирлинг-технологий» разработана и подготовлена к опытно-промышленному производству серия установок и оборудование по производству, хранению и использованию сжиженного природного газа (СПГ):

• гаражные заправочные станции СПГ производительностью от 20 до 1000 л/ч;

• системы долговременного бездренажного хранения СПГ;

• криогенные баки для автотранспорта с пенополиуретановой изоляцией и композитными оболочками.

Срок окупаемости гаражных заправочных станций СПГ составляет не более 3 лет, а себестоимость СПГ в 2,5 раза дешевле эквивалентного количества бензина. Комплектование и изготовление оборудования предполагается, в основном, за счет отечественных производителей. Новые автомобильные баки для СПГ с пенополиуретановой изоляцией и композитными оболочками будут в 3…4 раза дешевле традиционно используемых емкостей.

Установки и оборудование для СПГ, созданные специалистами ООО «ИИЦ «Стирлинг-технологий», не имеют аналогов в мире и защищены патентами РФ. ООО «ИИЦ «Стирлинг-технологий» владеет эксклюзивными правами использования данных технических решений на территории Российской Федерации.

Таким образом, применение заправочных станций СПГ на основе КГМ Стирлинга и создание недорогих, высоконадежных топливных систем для автомобилей с предлагаемым криогенными баками устраняют все препятствия для перевода автотранспорта на дешевый и более экологически чистый вид альтернативного моторного топлива - сжиженный природный газ.