Tankowanie pojazdów gazem ziemnym. CNG konkurencja na rynku

Transkrypt

1 Tankowanie pojazdów gazem ziemnym. CNG konkurencja na rynku Autor: Gerard Bartłomiejczyk ( Nafta & Gaz Biznes marzec 2005) Technologia dystrybucji i magazynowania gazu ziemnego jako paliwa silnikowego stwarza więcej możliwości dostaw do klienta niż dystrybucja paliw ropopochodnych. Jest paliwem uznanym za najbezpieczniejsze z dostępnych obecnie na rynku paliw, wpływającym o wiele mniej negatywnie na środowisko naturalne niż benzyna, olej napędowy, czy LPG. CNG jest zakwalifikowane jako paliwo alternatywne. Takim paliwem nie jest LPG dlatego, że określenie paliwa alternatywnego odnosi się do wszystkich paliw, które nie powstają w wyniku przeróbki ropy naftowej. LPG uzyskuje się z ropy naftowej, dlatego w Unii Europejskiej zakwalifikowane jest jako paliwo konwencjonalne. Dyrektoriat Generalny Energii i Transportu UE przedstawił optymalny scenariusz rozwoju rynku paliw dla środków transportu, który zakłada procentowy udział CNG na rok 2020 w wysokości 10%. Udział innych paliw substytucyjnych w tym samym roku ma wynieść; 8% dla biopaliw, a 5% dla wodoru. Biogaz o zawartości 60-65% metanu, będącego głównym składnikiem gazu ziemnego pozyskiwany jest między innymi w biogazowniach, szczególnie podczas utylizacji wywaru gorzelnianego. Wytworzony w ten sposób biogaz jest skraplany i wykorzystywany w niektórych miastach UE jako napęd gazowy pojazdów samochodowych. Również autobusów. Metan zaczyna być stosowany w bateriach paliwowych, gdyż stosunkowo łatwo z niego pozyskuje się wodór. Ekspansja CNG Pozyskiwaniem wodoru z gazu ziemnego zajmuje się już wiele ośrodków badawczych na świecie. Metan (CH 4 ) to gaz, którego skład stanowi jeden atom węgla związany, z aż czterema atomami wodoru. Z tych powodów udział CNG w tej grupie paliw ma największy wskaźnik procentowy. Zwiastuje to rozwój rynku CNG również w Polsce, a przystąpienie do UE powinno przyspieszyć ten proces. Zastąpienie nawet kilku procent paliw ropopochodnych innymi paliwami wydłuży czas eksploatacji zasobów naturalnych ropy naftowej, doprowadzi do dywersyfikacji paliw silnikowych, co w konsekwencji wprowadzi konkurencję na tym rynku i spadek cen, a wobec tego rozbudowę sieci stacji. Ogólnodostępne stacje tankowania pojazdów gazem ziemnym z wyglądu nie różnią się od

2 stacji tankowania paliwami płynnymi. Czynności jakie wykonują kierowcy w celu zatankowania samochodu zasilanego CNG nie różnią się niczym od procedur jakie wykonują tankując paliwo płynne. Główne elementy stacji tankowania paliwami płynnymi stanowi magazyn paliwa i dystrybutor, oraz pompa podająca to paliwo z magazynu do dystrybutora. W składzie stacji tankowania CNG może występować magazyn paliwa, ale nie musi. Posiadanie magazynu gazu nie jest koniecznym elementem dystrybucji (tylko w niektórych rodzajach stacji), ale jego brak wiąże się przede wszystkim z pogorszeniem ekonomii, niezawodności, czy szybkości tankowania. Punkt tankowania CNG możemy zminimalizować do rozmiarów szafki kuchennej naściennej i umieścić we własnym garażu (jeżeli taki posiadamy w budynku podłączonym do sieci gazowej). Tankowanie gazem sprężonym Stacja tankowania CNG to miejsce, w którym odbywa się dystrybucja gazu ziemnego o ciśnieniu powyżej 20MPa w postaci gazowej. Stacja połączona trwale z siecią gazową to zespół urządzeń służących do dystrybucji sprężonego gazu ziemnego, który pobiera gaz bezpośrednio z sieci gazowej. Stacja niepodłączona do sieci gazowej stanowi obiekt dystrybucji CNG usytuowany niezależnie względem przebiegu sieci gazowej, niepodłączony miejscowo do tej sieci. Biorąc pod uwagę możliwość przemieszczania obiektów możemy wyróżnić stacje: stacjonarne, mobilne i stacjonarno-mobilne. Opróżniony magazyn gazu jest napełniany w miejscu, z którego odbywa się dystrybucja, albo zastępowany pełnym. Napełnianie magazynu musi być wykonywane odpowiednio często, aby zapewnić ciągłość dystrybucji CNG. Stacje możemy podzielić również z uwagi na sposób pozyskiwania gazu o ciśnieniu 20Mpa na: sprężarkowe, ze źródła gazu, magazynowe. Stacja sprężarkowa jest to stacja która oparta jest na urządzeniach podnoszących ciśnienie gazu ziemnego w miejscu dystrybucji CNG. Stacja ze źródła gazu, pobiera gaz bezpośrednio z naturalnego złoża występującego w skorupie ziemskiej po odpowiednim przygotowaniu. Lokalizacja takiej stacji możliwa jest tylko w bezpośrednim sąsiedztwie eksploatowanego złoża gazu. Opłacalność dystrybucji jest tym większa im wyższe jest ciśnienie złożowe gazu, gdyż mniejsze jest zapotrzebowanie energii na uzyskanie wymaganego ciśnienia gazu w pojeździe. Eksploatacja złoża będzie powodowała spadek ciśnienia gazu w złożu, a w związku z tym nastąpi konieczność stopniowego jego doprężania do 20Mpa, aby zbiornik pojazdu był maksymalnie napełniony. Przy niepełnym zatankowaniu zbiorników pojazdu, bezpośrednio ze złoża bez doprężania ogranicza się

3 przebiegi pomiędzy tankowaniami zwiększając jednocześnie częstotliwość tych napełnień. Stacja magazynowa, to miejsce, w którym nie następuje zwiększanie ciśnienia gazu, a jedynie dystrybucja CNG z magazynu gazu. Gaz magazynowany może być w postaci LNG w zbiornikach kriogenicznych, lub w formie CNG w wiązkach butli. Stacja pozyskująca CNG z postaci skroplonej gazu ziemnego jest niezależna od sieci przesyłowej gazu. Prawie 25% gazu ziemnego na świecie jest transportowane w formie skroplonej LNG (-162 o C), można go dostarczać cysternami do stacji tankowania na których sprzedaż do pojazdów odbywać się może w dwóch postaciach CNG, lub LNG. Koszt budowy takiej stacji jest podobny do kosztów budowy stacji sprężania CNG, ale za to koszty eksploatacji stacji (LC)NG są niższe, gdyż brak jest kosztów poniesionych na sprężenie gazu, które stanowią główny koszt stacji tankowania CNG. Dowożenie gazu w postaci CNG powoduje, że ciśnienie pod jakim gaz jest zmagazynowany (30-35MPa) musi być wyższe od ciśnienia napełniania pojazdu. Pojemność magazynu CNG musi być wielokrotnie większa od pojemności zbiornika pojazdu, aby umożliwiła kilkadziesiąt pojedynczych tankowań. Transport magazynu CNG do punktów tankowania NGV, jest opłacalny na niewielkie odległości. Jest to prosty i tani sposób uruchomienia czasowych punktów tankowania CNG dla przedsiębiorstw rozważających budowę stacjonarnej stacji. Czasowe posadowienie magazynu CNG wraz z dystrybutorem nie powoduje kosztownego przygotowania infrastruktury dla przedsiębiorstwa transportowego rozważającego adaptację środków transportu na to paliwo. Napełnianie magazynów Napełnianie transportowanych magazynów CNG najkorzystniejsze jest z sieci przesyłowych lub złóż gazu ziemnego o wysokim ciśnieniu. Stacja szybkiego tankowania umożliwia pełne napełnienie całkowicie opróżnionych zbiorników pojazdu osobowego lub dostawczego sprężonym gazem ziemnym w czasie kilku minut (od 2 do 4min.) Rozwiązanie to jest stosowane przede wszystkim w stacjach publicznych. Stacja wolnego tankowania wykonuje pełne napełnianie całkowicie opróżnionych zbiorników pojazdu sprężonym gazem ziemnym w czasie wynoszącym kilka godzin. Podczas powolnego napełniania zbiorników temperatura wtłaczanego gazu jest stała, bliska temperaturze otoczenia. Jest to korzystne, gdyż po uzyskaniu maksymalnego ciśnienia w zbiorniku nie następuje jego obniżenie spowodowane spadkiem temperatury gazu. Ten typ tankowania

4 pozwala na równomierne rozłożenie zapotrzebowania energii w poszczególnych godzinach pracy urządzeń stacji. Stosowany w stacjach przydomowych pozwala na zastosowanie sprężarek o bardzo małych wydajnościach i bardzo niskim zapotrzebowaniu energetycznym podczas rozruchu. Również stacja przydomowa przy zastosowaniu magazynu CNG, mimo niskiej wydajności sprężarki umożliwi szybkie zatankowanie samochodu. Porównanie czasu tankowania samochodu CNG do tankowania benzyną należy rozpatrywać do czasu potrzebnego do częściowego, a nie pełnego zatankowania pojazdu. Nigdy nie tankujemy przecież samochodu zasilanego wyłącznie benzyną przy opróżnionym całkowicie baku paliwa, gdyż podjeżdżając na stacje paliwową mamy przynajmniej rezerwę (na około 100km), a niektórzy kierowcy często dokonują tankowań przy baku opróżnionym do 2/3 pojemności. Rozważając czas potrzebny na napełnienie zbiornika gazem pojazdu dwupaliwowego zawsze porównuje się czas tankowania zbiornika CNG całkowicie opróżnionego. Pewne minimalne ilości gazu w zbiorniku zawsze pozostają, (w butli pozostanie gaz o ciśnieniu niższym niż możliwe jest zasilanie silnika samochodu). Ze względu na lokalizację zespołu urządzeń stacji w stosunku do poziomu gruntu (nie dotyczy lokalizacji dystrybutora) stacje możemy podzielić na naziemne, zagłębione poniżej poziomu gruntu oraz nadziemne. Ciekawym rozwiązaniem jest stacja zagłębiona poniżej poziomu gruntu (zespół urządzeń zapewniających dystrybucję CNG umieszczonych pod poziomem gruntu). Rozwiązanie takie zmniejsza strefy występowania niebezpieczeństw zagrożenia wybuchem i zwiększa wyciszenie pracy urządzeń umożliwiając budowę stacji nawet na bardzo małym terenie. Zasada działania stacji tankowania CNG Stacja zasilana jest w gaz ziemny z sieci gazowej (sieć wysokoprężna poprawia ekonomię systemu) poprzez system filtrująco-osuszający. Sprężarka gazu ziemnego podwyższa jego ciśnienie powyżej 20MPa. Podwyższaniu ciśnienia gazu towarzyszy wzrost jego temperatury. Stąd konieczność schładzania go do temperatury otoczenia. Wypełnienie zbiorników magazynu gazem o ciśnieniu 20-35MPa (zależnie od zastosowanych urządzeń) powoduje automatyczne wyłączenie kompresora. Dystrybucja następuje poprzez podłączenie odbiornika (głównie samochodu) z dystrybutorem CNG. Różnica ciśnień pomiędzy magazynem, a zbiornikiem samochodu powoduje pobór gazu z magazynu. Opróżnienie magazynu do ustalonej wartości przez kilka pojazdów powoduje włączenie kompresora gazu. Wyłączenie go nastąpi po kolejnym napełnieniu magazynu.

5 Niezawodność takiego systemu może zapewnić drugi bliźniaczy kompresor, którego włączenie następuje wtedy gdy korzystanie z pierwszego jest niemożliwe, np.; remont kompresora, jego awaria, itp. W przypadku awarii obu kompresorów istnieje ciągle możliwość zatankowania kilku samochodów zmagazynowanym gazem. Dystrybucji CNG można dokonywać również bezpośrednio z kompresora, z pominięciem magazynu. Magazyn gazu zapewnia jednak szybkie tankowanie nawet mimo zastosowania kompresora o niewielkiej wydajności i stabilizuje temperaturę gazu, co powoduje lepsze napełnienie zbiorników pojazdu, bez robienia przerwy na ostygnięcie gazu (dotyczy stacji, które niestabilizują temperatury CNG). Posiadanie magazynu gazu w stacji tankowania umożliwia tankowanie mimo braku energii elektrycznej. Pozwala również na rzadsze uruchamianie kompresora, co pozwala zaoszczędzić energię, gdyż największego zapotrzebowania na energię wymaga rozruch. Umożliwia stosowanie kompresorów o niższych wydajnościach godzinowych. System dokładnego filtrowania i osuszania gazu Zespół filtrów i separatorów ma zapewnić dostarczenie czystego gazu do kompresora. Wychwytuje z gazu ewentualne zanieczyszczenia stałe, olej, oraz wodę. Dzięki temu zabezpiecza przed tworzeniem się korków lodowych w instalacji stacji i pojazdu. Wpływa pozytywnie na niezawodność pracy poszczególnych urządzeń stacji i poprawia jakość dystrybuowanego paliwa. Kompresor gazu Kompresor gazu jest najważniejszym urządzeniem stacji sprężarkowej o wydajności od kilku do kilkuset Nm 3 /h podnoszącym ciśnienie gazu, zależnie od modelu, w przedziale 20 35MPa. Wpływ na wydajność danego modelu kompresora ma model silnika napędowego i ciśnienie zasilania. Kompresor typu H 5437 napędzany silnikiem o mocy 37kW przy ciśnieniu zasilania 0,02Mpa ma wydajność 75Nm 3 /h, a napędzany silnikiem 75kW przy tym samym ciśnieniu zasilania osiąga wydajność 193Nm 3 /h. Silnik 75kW umożliwia temu kompresorowi, przy zwiększonym ciśnieniu zasilania z 0,02Mpa do 0,1Mpa, zwiększenie wydajności do 283Nm 3 /h gazu o ciśnieniu 25Mpa. Magazyn CNG Jest to butla, zbiornik lub wiązka butli o odpowiednio dobranej pojemności zgromadzonego gazu ziemnego pod ciśnieniem 20-35MPa. Magazyn CNG często umieszczony jest w obudowie ochronnej. Za budową magazynu składającego się z wiązki kilku butli przemawia możliwość wyłączenia

6 każdej butli pojedynczo, co zapewnia korzystanie z gazu zgromadzonego w pozostałych butlach bez konieczności wyłączenia z pracy całego magazynu. Rozładunek magazynu gazu metodą naczyń połączonych i równowagi ciśnienia powoduje, że w magazynie pozostaną znaczne ilości gazu. Aby maksymalnie wykorzystać zmagazynowany gaz wiązka butli dzielona jest na trzy sekcje (nisko, średnio i wysoko ciśnieniową), które umożliwiają kaskadowy rozładunek magazynu gazu, za pomocą panelu sterującego. Zależnie od ciśnienia pod jakim magazynowany jest gaz ziemny praktyczne zastosowanie ma około 1/3 pojemności magazynu. Dystrybutor CNG Najprostszą formę dystrybutora łączącego odbiornik (najczęściej samochód, butlę luzem, wiązkę butli, motorynkę, ciągnik rolniczy, kosiarkę ogrodową itp.) z kompresorem gazu, lub z magazynem CNG stanowi wąż zakończony szybkozłączem. Dystrybutory zależnie od potrzeb wyposażane są w urządzenia pomiarowe określające wagowo ilości wydanego gazu, oraz terminale do przyjmowania należności za CNG, które obsługiwane są samodzielnie przez kierowcę tankowanego pojazdu. Optycznie niczym nie różnią się od dystrybutorów umieszczonych na stacji paliw płynnych. Standardowe wyposażenie dystrybutora stanowią zawory bezpieczeństwa uniemożliwiające przetankowanie odbiornika gazem. Każdy dystrybutor wyposażony jest również w zawór zrywny, którego zadziałanie następuje w przypadku rozszczelnienia połączenia dystrybutor samochód. Zastosowanie takiego zaworu eliminuje niebezpieczne następstwa jakie może nieść ze sobą odjechanie samochodu połączonego z dystrybutorem. Na stacjach wchodzących w skład stacji paliw płynnych dystrybutor CNG może być samodzielnym urządzeniem na wspólnej wysepce, lub jest zintegrowany z dystrybutorem paliw płynnych. Zintegrowany dystrybutor umożliwia zatankowanie gazu ziemnego, a następnie benzyny. Rozwój wpisany w plany Budowie stacji tankowania gazu ziemnego towarzyszy gwałtowny przyrost pojazdów zasilanych CNG. Liczba takich samochodów na świecie w czerwcu 2002 roku wynosiła 1,5 miliona pojazdów, we wrześniu 2003 roku już 2,5 miliona, a w grudniu 2003 roku wyniosła 3,3 miliona. Taki przyrost spowodowali producenci samochodów fabrycznie dokonujący montażu instalacji na gaz ziemny. Dzięki temu instalacje na CNG dopracowano w najdrobniejszych szczegółach, a samochody zasilane gazem ziemnym, benzyną, czy olejem napędowy niczym szczególnym się od siebie nie różnią. Produkowane są samochody dwupaliwowe, jak również napędzane tylko i wyłącznie CNG, których łączna liczba modeli przekroczyła już liczbę 130.

7 Wiele państw, a szczególnie miast i dużych aglomeracji miejskich doceniło ekologiczne zalety gazu ziemnego. Dofinansowuje budowę stacji tankowania CNG, wprowadza systemy ulg i zwolnień podatkowych dla użytkowników i producentów takich pojazdów. Realizowane są programy długoterminowe, mające na celu spopularyzowanie tego paliwa, dzięki czemu wzbudza zainteresowanie inwestorów. Transport miejski; autobusy, pojazdy dostawcze, taksówki, pojazdy oczyszczania miasta i służb porządkowych zyskały preferencje dla zasilania CNG. W Stanach Zjednoczonych radiowozy policyjne coraz częściej stosują to paliwo, gdyż samochód ostrzelany z broni maszynowej nie wybucha. Organizatorzy imprez masowych w czasie których gwałtownie wzrasta ruch komunikacyjny stosują do pojazdów CNG. Regionalnie i czasowo wprowadzane są nakazy użytkowania samochodów z napędem gazowym. Biuletyny miejskie informują o korporacjach taksówkowych posiadających wyłącznie auta zasilane CNG, które nie przyczyniają się do zanieczyszczania powietrza w mieście. CNG w Polsce Prawie czterdziestu producentów samochodów na całym świecie produkuje już seryjnie ponad sto modeli pojazdów zasilanych gazem ziemnym. Produkowane są: samochody osobowe, ciężarowe, autobusy, pojazdy specjalistyczne, motorynki, gokarty, kosiarki ogrodowe, promy, poduszkowce, lokomotywy, śmigłowce, samoloty i wiele innych. Obecnie montowane w nich zbiorniki gazu ziemnego umieszczane są często pod podwoziem, a umiejscowione w miejscu koła zapasowego wykonane są w całości z kompozytów. Wzmożone zainteresowanie paliwem, jakim jest CNG jest podyktowane troską o stan środowiska naturalnego i dywersyfikacją dostaw paliw silnikowych, realną stała się obawa, że wyczerpią się w niedalekiej przyszłości zasoby paliw ropopochodnych, w tym również LPG. Gaz ziemny stanowi alternatywę do tych paliw, a prognozy jego największego udziału w grupie paliw substytucyjnych obligują do tworzenia rynku CNG w Polsce. Wychodząc naprzeciw oczekiwaniom firma OKej zadebiutowała w lutym br. na polskim rynku samochodem będącym samym w sobie gwarancją zaufania i bezpieczeństwa. Za pośrednictwem Autoryzowanego Dealera Mercedes-Benz, wprowadziła na polski rynek samochód osobowy Mercedes Model E200 NGT. Wybrano tą markę również dlatego, aby pokazać, że redukcja kosztów eksploatacji samochodu nie musi oznaczać zmniejszenia prestiżu firmy.

8 Literatura - Materiały własne,, - Dane PGNiG SA O/Zakład Odazotowania Gazu KRIO z Odolanowa, - Materiały konferencyjne; Perspektywy rozwoju rynku gazu sprężonego dla pojazdów Warszawa, 14 stycznia 2004r, - Oferty budowy stacji CNG Instytutu Nafty i Gazu wraz ze Spółką NGV Autogas, - Materiały firmy Wimtec, wyłącznego przedstawiciela firmy Bauer Kompressoren, - Dane techniczne stacji tankowania CNG firmy CompAir, - Materiały konferencyjne; Nowe rynki zbytu dla gazu ziemnego Bydgoszcz, kwietnia 2004r, - Referat; M. Rudkowski Możliwości i bariery rozwoju NGV w Polsce, - Referat; J. Sas Dlaczego sprężony gaz ziemny to paliwo przyszłościowe dla pojazdów, - Materiały firmy NGV Autogas, Autoryzowanego Przedstawiciela FuelMaker Co, - Prezentacja Ruhrgas Gaz ziemny w ruchu drogowym, Niemiecka droga, - Informacje zamieszczane na stronach serwisu - Informator Wegweiser Erdgastanstellen in Deutschland wydanie 2002 i 2003r., - Materiały prezentowane na Targach Berlińskich Gas Berlin 2003,