Wykorzystanie LNG do zasilania pojazdów mechanicznych. Rafał Gralak

Transkrypt

1 Wykorzystanie LNG do zasilania pojazdów mechanicznych Rafał Gralak

2 Plan prezentacji 1. Rynek paliw w ujęciu zastosowania LNG do zasilania pojazdów mechanicznych 2. Zastosowanie LNG w pojazdach mechanicznych 3. Technologie pozyskiwania, dystrybucji i zaopatrzenia pojazdów w LNG 4. Technologie stosowane w systemach napędowych pojazdów zasilanych LNG 5. Rozwiązania technologiczne w silnikach zasilanych LNG 6. Korzyści z zastosowania LNG jako paliwa

3 Światowe zasoby gazu ziemnego (jednostka 10 9 m 3 ) Źródło: Data BGR, graph works NGVA Europe

4 Zależności w cenach paliw do zasilania pojazdów mechanicznych (jednostka 10 9 m 3 ) Źródło: Data BGR, graph works NGVA Europe

5 Europejski rynek pojazdów zasilanych gazem ziemnym 1,9 mln pojazdów zasilanych gazem ziemnym w 2014r. (w 2003r. tylko 500 tyś. z czego 500 zasilanych LNG) Źródło: NGVA Europe,

6 Źródło: NGVA Europe,

7 Projekt LNG Blue Corridors Źródło: LNG Blue Corridor project

8 Łańcuch dostaw i dystrybucji LNG Źródło: Gaz de France

9 Podstawowe parametry LNG 1 litr LNG stanowi ekwiwalent 600L gazu ziemnego pod ciśnieniem 1 bara, temperatura LNG pod ciśnieniem jednego bara wynosi -163 C, LNG zawiera średnio 93% do 98% metanu, w ujęciu energetycznym 1 m 3 LNG odpowiada 580 literom oleju napędowego (=25,2 Gigadżuli), 1m 3 LNG waży około 460 kg.

10 Właściwości LNG w zależności od źródła pozyskania Źródła morskie: jest dostarczane do terminali drogą morską, najczęściej jest przechowywane i transportowane w temperaturze -163 C przy ciśnieniu atmosferycznym 0-1 bara, najczęściej jest poddawane regazyfikacji i wtłoczeniu do sieci przesyłowej, jest możliwe rozładowanie jednostki morskiej do lądowych pojazdów transportujących, a także ich zatankowanie paliwem LNG (w tym statku), LNG zawiera 93% metanu, 5% etanu, 2% propanu, oraz 1% N 2. Źródła lądowe: możliwość skroplenia mniejszej ilości gazu ziemnego lub biogazu (od 5 do 200 ton dziennie), zwykle utrzymywane w ciśnieniu/temperaturze 0,5 bar/-165 C do 8 bar/-130 C, utrzymywany w wyższym ciśnieniu potrzebuje mniejszych zasobów energii w procesie skraplania (oszczędność 10% energii w ciśnieniu 4 barów, najczęściej zawiera 99% metanu oraz 1% mieszanki N 2 /CO 2 /O 2 mixture, proces skroplenia gazu ziemnego lub biogazu pochłania od 0,65 do 0.9 KW/h na każdy kg LNG.

11 Transport LNG drogą lądową Właściwości: może być transportowany pojazdami drogowymi z użyciem naczep, kontenerów ISO lub koleją, najczęściej transportowany pod ciśnieniem 1 bar/- 163 C do 4 bar/-143 C, z terminali transportowany do stacji paliwowych, sieci przemysłowych, systemów łagodzenia szczytów lub małych instalacji gazowych, transportowany w izolowanych termicznie zbiornikach próżniowych w celu utrzymania wymaganej temperatury, możliwy, średni dystans transportu LNG wynosi km.

12 Stacja paliwowa LCNG Właściwości: przetworzenie LNG pozwala uzyskać paliwo do tankowania pojazdów zasilanych zarówno LNG jak i CNG, takich jak samochody osobowe, dostawcze, ciężarowe, pociągi oraz statki, stacje paliwowe LNG oraz LCNG zwykle wymagają gazu skroplonego o parametrach 3 bar/-153 C to 10 bar/-130 C, im niższa temperatura LNG, tym większa jego gęstość oraz dłuższy czas przechowywania w zbiornikach, LNG nie zmienia swojej postaci od momentu pozyskania do momentu zastosowania w pojeździe.

13 Schemat instalacji stacji paliwowej LCNG Właściwości: stacje LCNG umożliwiają tankowanie pojazdów mechanicznych gazem CNG o parametrach do 250 barów w temperaturze 15 C, wymagają przechowywania LNG w ciśnieniu i temperaturze nie niższej niż 3 bar/-153 C, do tankowania wykorzystuje się kompresory, tankowanie CNG zajmuje 66% więcej czasu niż tankowanie LNG.

14 Schemat instalacji stacji paliwowej LNG Właściwości: stacje LNG umożliwiają tankowanie pojazdów mechanicznych zasilanych LNG do ciśnienia 12 barów, najczęściej wymagają przechowywania LNG o parametrach 3 bar/-153 C do 10 bar/-125 C, LNG w ciśnieniu 3 barów i temperaturze -153 C jest nazywane zimnym LNG ; 8 barów i-130 C nazywane jest nasyconym LNG, do tankowania używa się pomp, nie kompresorów, są wrażliwe na zewnętrzne źródła ciepła.

15 Charakterystyka procesu produkcji i dystrybucji zimnego i nasyconego LNG

16 Pojazdy zasilane nasyconym LNG Właściwości: pojazdy zasilane nasyconym LNG wymagają najczęściej paliwa o parametrach od 6 bar/-136 C do 10 bar/-125 C, silniki pojazdów mogą pracować w technologii SING (ang. Single Ignition Natural Gas) lub dual-fuel, minimalne wymagane ciśnienie paliwa w pojeździe jest równe ciśnieniu paliwa w zbiornikach stacji paliwowej pojazdy są tankowane z użyciem pojedynczej dyszy, (w szczególnych wypadkach stosuje się dodatkową dyszę odpowietrzającą).

17 Pojazdy zasilane zimnym LNG Właściwości: pojazdy zasilane zimnym LNG wymagają zastosowania paliwa o parametrach minimalnych 3 bar/-153 C, pojazdy zasilane zimnym LNG mogą być wyposażone w wysokociśnieniowe silniki dual-fuel, nie ma wymagania odnośnie minimalnego ciśnienia potrzebnego do pracy silnika, gdyż pojazdy są wyposażone w pompy wtryskowe, pojazdy tankowane są z zastosowaniem jednej dyszy przystosowanej do tankowania i odpowietrzania zbiornika.

18 Silniki LNG w technologii SING (Spark Ignition Natural Gas) Silniki o zapłonie iskrowym zasilane LNG to w głównej mierze jednostki napędowe turbodoładowane z elektronicznie sterowanym wtryskiem gazu odparowanego do kolektora dolotowego. Ciśnienia zasilania paliwem w tych silnikach mają wartości rzędu 4 7 bara. W ich produkcji wyspecjalizowały się głównie takie firmy jak Cummins Westport, John Deere, Detroit Diesel, Mack, Volvo i Man. W większości poprzedniej generacji silników o zapłonie iskrowym, były to silniki z prostym układem mieszalnikowym, w których ciśnienie zasilania paliwem miało wartość rzędu 1,4 bara, a w przypadku silników turbodoładowanych 2 do 2,75 bara.

19 Silniki LNG w technologii dual-fuel Silniki dwupaliwowe dual-fuel wykorzystują gaz ziemny jako paliwo zasadnicze, które najczęściej jest dostarczane do silnika układem wtrysku do kolektora dolotowego. Minimalne dawki oleju napędowego oprowadzane są bezpośrednio do komory spalania w celu inicjacji zapłonu mieszanki gazowo-powietrznej. Określa się je jako PING ang. Port Injected Natural Gas. Główni ich producenci to Caterpillar (CAP) oraz Cummins Westport. Ciśnienie zasilania wymagane w tych silnikach zawiera się w zakresie 6,5 do 9 barów.

20 Silniki LNG w technologii wysokociśnieniowej dual-fuel HPDI (ang. High Pressure Direct Injection) polega na bezpośrednim wtrysku gazu ziemnego do komory spalania w późnej fazie suwu sprężania oraz inicjującej zapłon dawki oleju napędowego za pomocą wspólnego, elektromagnetycznie sterowanego wtryskiwacza. Zasilanie olejem napędowym najczęściej realizowane jest w oparciu o układ Common Rail. Paliwo LNG jest pobierane ze zbiornika za pomocą napędzanej hydraulicznie pompy kriogenicznej LNG, która przetłaczając paliwo podnosi jego ciśnienie do ok. 25 MPa. Następnie paliwo o tak wysokim ciśnieniu jest odparowywane, kierowane do zasobnika i sterowanych elektromagnetycznie wtryskiwaczy.

21 Zbiorniki i dysze do tankowania LNG Wyróżniamy dwa podstawowe typy zbiorników do przechowywania paliwa LNG w pojazdach mechanicznych: z pojedynczą dyszą przystosowaną do napełniania i odpowietrzania zbiornika, oraz z podwójnymi dyszami, jedna do tankowania, druga do odpowietrzania zbiornika. Wyróżniamy dwa podstawowe typy dysz oraz gniazd do ich podłączenia w zbiorniku: J.C Carter a (a), Parker a (b). a) b) W przypadku konieczności zastosowania dyszy odpowietrzającej najczęściej stosowanym rozwiązaniem są dysze Macro-tech.

22 W wyniku nieprawidłowego etykietowania, rzeczywista przewaga (wydajność energetyczna) nie jest dzisiaj dostrzegana Ponadto, zastosowanie LNG jako paliwa powoduje: zmniejszenie hałasu w stosunku do silników zasilanych produktami ropopochodnymi, wyeliminowanie zapachu spalin, ograniczenie w złożoności układu napędowego (w zależności od typu zastosowanego silnika spalinowego).

23 Emisja gco 2 äq/km *Baza: Silnik benzynowy, zużycie paliwa 7l/100km Źródło: DENA; EUCAR-CONCAWE

24 Dziękuję za uwagę