Эколого-экономический анализ перспектив использования газомоторного топлива на автомобильном транспорте Текст научной статьи по специальности «Энергетика и рациональное природопользование»

шшшш

Транспорт и экология

Эколого-экономический анализ перспектив использования газомоторного топлива на автомобильном транспорте

I

Г.С. Акопова, начальник лаборатории ООО «Газпром ВНИИГАЗ», к.т.н., Н.Л. Власенко, ведущий научный сотрудник ООО «Газпром ВНИИГАЗ», к.б.н., Д.О. Давыдова, инженер 1 категории ООО «Газпром ВНИИГАЗ»

Рассмотрены состояние и перспективы использования газомоторного топлива для автотранспортных средств и экологические аспекты их воздействия на окружающую среду. Приведены данные по экологическим показателям жизненного цикла и эколого-экономическому анализу моторных топлив, а также экологические преимущества использования газомоторного топлива на автомобильном транспорте.

__Ключевые слова:

моторное топливо, автомобильный транспорт, вредные вещества, природный газ,

эколого-экономический эффект.

И

спользование газомоторного топлива является одним из перспективных направлений, которое может изменить топливно-энергетический баланс в ближайшие десятилетия. В настоящее время источниками для производства моторных то-плив является углеводородное сырье, в частности, нефть и газовый конденсат. По разным причинам преимущества этого сырья становятся небесспорными, что заставляет искать альтернативные виды топлива.

Пополнение источников углеводородного сырья происходит за счет месторождений с повышенным уровнем сложности разработки. В России себестоимость добычи углеводородного сырья постоянно растет, а высокая зависимость от этих сырьевых ресурсов приводит к истощению их запасов.

Дополнительно следует отметить, что во многих странах мира ужесточились требования к качеству топлив с точки зрения их экологической безопасности.

Мировой опыт свидетельствует о том, что перевод транспорта на природный газ является приоритетным направлением в части обеспечения устойчивого энергетического развития и экологической безопасности страны.

Использование природного газа в качестве моторного топлива активно развивается более чем в 80 странах мира. Целевые сегменты газомоторного рынка - компримированный (КПГ) и сжиженный (СПГ) природный газ, сжиженный углеводородный газ (СУГ) - широко развиваются в таких странах как Иран, Китай, Пакистан, Аргентина, Индия и др. (рис. 1). Мировой парк автомобилей, работающих на КПГ,

^СОиИ»^

о

Л

о а

о

К

п

м

та

о о о

3=

Г) *

о

е

43 Р! £

3

СП О СП О О! О э О О О О О О

1990 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014

о

Л

о а

о

К ^

П и

43

рз о:

а

-С I

3"

X

0 н 43 Р!

1 Р! X

^ (О ^ о о о о (Л О СГ\ ^ о о

э о о о о о о о

К и га и Пакистан ■ л

2997

Иран Ш 2186

Аргентина 1932

Бразилия Ш 1805

США 1466

Италия ^ 1022

Германия М 915

Индия Н 903

Колумбия Ш 708

Бангладеш ■ 585

Таиланд ■ 492

Армения ■ 345

Франция ■ 344

Украина 1 325

Япония ■ 314

Россия 1 253

Австрия 1 205

Швеция 1 203

Швейцария 1 167

Испания 78

Польша 47

ы

¡а я * §

ё 1 ° ^

Ч СО • О

а ^ *

ы н

о о ^ й

я ы о ы о м и о

о

СТ\

2 Й ►о и

й ►о и

я ►о 8 ►о о и я

о -

о -

03 -

&з

03 О 2 о

4

о ►о Я о я=

&з

а н о

ч

ГС

X

Й Я Й О

3 ^

я

&з ►О

^ й И >

* X

ы о

о н

ы о

О 1-е ч Й3

о о\

£

гс 2 я ►о о а о

8 £ о

н

»3

в

я

0

1

я

и

»3

ч

►с

ч

о

и о а а

Ч »3

03 . ,

О ^

04 Я § °

О Э

а °

Я оз х 2

ё I

Я

О о

» я=

я я

ё *

8 я

° о

»I

04 Я

о й

а 2

а> Й

а о

я а

, и

I о

Я

&з ►О

Я р5

ь

о

ч

ГС

я я

Я

&з

а ►О О о н

»3

я

»3

►О Я

&з -

&з

03 О 2 о

4

о ►о

в Р ►с

ч

о

о о о н

»3

а а

» е о в н

11

ип И

- ^

# Я

ж И

а бг1

° Я

гс Я= ч

О и

~ Я и

а £

ГС

ч

Я

(и £3

о 8 Р щ

о О о

Й Я

° о й °

N

О ГС

а

2 ■С 2 Я

»3 ГС ч

1—1 Ы о ^О о Й

я

Ч »з

в ы

и, ЦП

»3

в

3 я :

2 ч ы

о гс о

^ Я

И Я

я

2 а я

&з ►О

ч

гс

о м Ы я

2 э

£ £

ч № Я

ч 513

Й 2

-3 л

2 ^

Э о

гс >

Я= 2

С м

Л о

я г,

гс 5 и

я

гс Я

Н ч

яз

Я я § И

Я о

Н 3 и ^

гс

н и

я Э Й

ГС

О I—

я и)

Я :

я= •

я

гс -

О

и о в з-

о н

2 о я=

И £ В

О я 2

2 Я

к> Д о> §

^ 2 |

• я »

&з

гс гс ч

о тз Н ' 2 я

тз

О »

ГС

я

3"

1

2

я= =

гс

тз я

о н

гс м я

ы Щ

о о ? м

& О

К в

¡3. о 2

ш я

м о

я я

»3

н »

о

03 * м

гс о н я

»3

а4

0 н

»3

я

1

о о о

ч

я

гс н о

ч

»

ч "С Е 5

я

тз я

щ

н

о

X

о

м тз

»3 »

о о

г : м

3-

ы

2 ч

ГС

а гс Я= ч о тз о н

о »

в гс

О 2

03

» М

^ нн

- ^

^ О

^ Й

н Я

&з 2 Я

О »

Я

я °

(ЗГ1 ®

* п

И Я= о

гс оз

Я -Ч

тз

я ..

о я

Я= гс

о а

ТЗ 8

Т Й

гс ^

» >ТЗ

ч о

0 в

а и

ГС гс

я= а= я

гс оз

в »3

1 ТЗ

м

&з

СЛ Я

О О

« 8

гс X

ТЗ я

8 3 п

й Я о

Е й ч

гс » -<!

я ^ й

а о 5

Я М ^

5 о 5

в

я

0 н

»3

я

1

3-

»

о

03

ч М

а ^

тз

тз

гс »

№ в

гс

1

2

и в ГС

о я 7з г »

н 2 2 я » п> И Е

з- ч ,—^

X » ы о

» ч 1—1

о и)

И ►о .4

П О

1

2 я=

»3

н 2 о о ►в-гс

тз 6, 2 и ^ в о

2 ° а м

2 о Я= в о я о ч о

О >ТЗ

» н

о ^

н я

§ ^

£

гс о я 2 гс

я

^ я

О Я

о я

а яз

г ^

а я тз

£ I

5 Я

н я

§ "вЭ

гс I I

3-

д

»3

м о а 5

&з £

»

а »

5 н о

»3 л

а щ

Я

тз

о

И 5 О & ГС О

О &з О Я СТ\ н

в °

гс

п

> гс

д

3

н о н тз

»3

я

тз

о

рз 2

03 ^

£

2

О

а

»3

Я

тз я я

&з

м а

гс *

&з £ я

х

Я о

О §

> я

^ гс

Я

тз

о »

о м 2 а

»3

о сг

н

»3 =

о тз

»3

о

в 2 тз

гс

я 2 5 я

о Я

О

а

3"

оз О

я

»3

я 2 а

Я Й бг1 о « ч

3-

03

Я ►О

О

X

щ

я

о в §

►о ^

1 ^

ы ^ V н

О я

Я О н 2

а

ы

ЦП

и)

> д «

П ы о

»3

Я О

Я

и

а

^ сг

а о

Ы я

НО

' о

»3 ^О

2 м

Я ^^

гс

я н I о Я=

I

а =

1

2 я=

м гс Я з-

5 2

- о

Я гс

О но

2 й

Я о

Й ►о

я ^

Я г

►о

гс

►О №

ЕЕ я

&з

е д

»3

о гс ч о н

►О'

^ Я

Я Й

" «

» Я

я ►о

о

е

, » О Й О Й

►о

Я

гс

Я= =

2

2 ч о

&з Я Е 2-^Я

2 2 §

я Й ^

9 Й 2

гс О ч

о о о но Й Я

я

Э о

о

нЦ Я

5 н

й гс • й

и 5 я

ы о о

^ я я

п Ц

» Я

о н о ►о Я о ч О

н о я й 2 Я

»3 ч ^

рз

Я 2 2

£

гс

гс »

►о

гс

о н ►о

н

гс гс

я ►о я ►о о м Я

3-

г5 ^о

" гс о

§ я

3 Я

Я ^

рз ^О

» §

ЬЗ ч

е&з

03

гс н

Й 2 й 2 ►О

£ я

гс =

о

03

Я

Д

гс о 2 о н ►о Й

Я

&з

Я

О й

» я тз £

шшшшшшш

загрязнения атмосферного воздуха сохранялся в Париже в течение нескольких дней (Париж по загрязненности воздуха приблизился к Пекину). В стране был введен режим «экологической тревоги» и ограничения на движение транспорта.

Именно поэтому во всем мире ужесточают требования к экологической безопасности автомобилей, снижению токсичности отработавших газов двигателей внутреннего сгорания транспортных средств. В настоящее время действуют жесткие стандарты Евро-4 и Евро-5, а в дальнейшем ожидается введение разрабатываемого стандарта Евро-6. Особенно актуален вопрос повышения экологической безопасности для больших городов и регионов с санаторно-курортными зонами.

Перевод автомобилей на ГМТ сокращает выбросы оксидов азота, диоксида углерода (основной парниковый газ), снижает дымность отработавших газов (табл. 1, 2).

Наименьшие удельные выбросы парниковых газов обеспечиваются при сжигании природного газа. При его использовании в качестве моторного топлива продукты неполного сгорания практически не образуются, поскольку всегда есть избыток кислорода. Оксиды азота образуются в меньшем количестве, так как температура сгорания бедных смесей значительно ниже. Пристеночный слой камеры сгорания при использовании бедных газовоздушных смесей содержит меньший объем топлива, чем при более богатых бензиновоздушных.

Таблица 1

Относительное содержание токсичных и канцерогенных веществ в различных видах моторного топлива, %

Загрязняющее вещество Бензин Дизельное топливо СУГ КПГ

Оксид углерода 100 10 15 8

Оксиды азота 100 65 50 38

Углеводороды 100 10 60 7

Бенз(а)пирен 100 50 8 6

Сажа 100 100 3 1

Таблица 2

Сравнительная характеристика удельных выбросов диоксида углерода в результате сжигания различных видов топлива, кг/т у.т. [1]

Вид топлива Значение

Мазут 1900...2200

Попутный нефтяной газ 175...1850

Природный газ 1650...1750

Нефтяное топливо 2100...2200

Транспорт и экология

I \\\\\\\\\\т\\\\\

При правильно отрегулированном метановом газовом двигателе выбросы в атмосферу угарного газа сокращаются в 5-10 раз по сравнению с выбросами бензинового, оксидов азота выделяется в 1,5-2 раза меньше, а углеводородов -в 2-3 раза меньше, значительно снижается выделение парниковых газов. Содержание углерода по весу в составе метана - 75 %, а в составе бензина -85 %, поэтому при полном сгорании природного газа диоксида углерода образуется на 13 % меньше, чем при сгорании бензина.

Таким образом, по уровню выбросов вредных веществ в атмосферу природный газ имеет показатели лучше, чем у бензина, и уступает по ряду характеристик только электроэнергии.

Экологические аспекты жизненного цикла (ЖЦ) различных видов топлива рассчитаны по модели, которая предусматривает расчет материальных и энергетических потоков в ЖЦ топлив, определение расхода природных ресурсов, энергии, выбросов вредных веществ в окружающую среду. Методика оценивает в денежном выражении ущерб от загрязнения атмосферного воздуха выбросами вредных веществ (СО, N0, , СН, 8О2 , РМ и др.), а также парниковых газов (СО2 , СН4 , ^О и др.) при реализации ЖЦ топлив.

Отметим, что при оценке ЖЦ природного газа как топлива учитывали в целом процессы его добычи, переработки, транспортировки, распределения, компримирования и использования, а также вспомогательные процессы получения нефтяных топлив и электроэнергии. Предварительные результаты расчетов ЖЦ природного газа, дизельного топлива и бензина при их использовании в современных силовых установках автомобилей полной массой более 3,5 т показали, что природный газ наиболее перспективен. Основные результаты оценки полного жизненного цикла моторных топлив представлены в табл. 3 [2].

Поэтому использование природного газа в качестве энергоресурса является приоритетным, и, следовательно, все проекты и мероприятия, направленные на использование природного газа вместо иных невозобновляемых видов энергоносителей, можно считать ориентированными на сокращение выбросов загрязняющих газов в атмосферу.

Одним из путей решения данной задачи является перевод автотранспортных средств на газомоторное топливо, в частности, метан. Это относится, в первую очередь, к общественному и грузовому транспорту, а также к специальной технике строительно-

Таблица 3

Экологические показатели жизненного цикла моторных топлив

Показатели Дизельное топливо Бензин Природный газ

Расход невозобновляемых ресурсов, г/кВт-ч 264,9 408,9 240,8

Расход энергии, МДж/кВт-ч 13,4 21,0 13,6

Суммарный выброс вредных веществ (без СО2), г/кВт-ч 12,0 37,5 10,9

Выброс СО2 , г/кВт-ч 865,6 1207,8 644,6

Ущерб от загрязнения окружающей среды, руб./кВт-ч 0,9 1,3 0,4

«Транспорт на альтернативном топливе» № 6 (42) / 2014 г.

шшшшшшш

дорожной отрасли и коммунальных служб.

Газомоторное топливо в сравнении с традиционными видами моторных топлив имеет ряд преимуществ также в части сокращения затрат на энергоносители, увеличения срока службы двигателя в 1,5-2 раза, безопасности.

Таким образом, можно выделить основные конкурентные преимущества газомоторного топлива:

• социально-экономические - применение ГМТ позволяет предприятиям, находящимся на бюджетном финансировании, а также предприятиям малого бизнеса экономить на затратах по приобретению моторных топлив (что в свою очередь уменьшает долю расходов на горюче-смазочные материалы в себестоимости продукции);

• энергетические - замещение бензина газомоторным топливом если не ликвидирует, то значительно сглаживает не только прогнозируемый, но периодически возникающий дефицит нефтепродуктов, который связан с сокращением добычи или поставки нефти на нефтеперерабатывающие заводы;

• экологические - уменьшение негативного воздействия выбросов отработавших газов ДВС на окружающую среду, что особенно актуально для мегаполисов, где наиболее остро стоит проблема чистого воздуха.

В настоящее время в России возникла новая эколого-экономическая и социальная ситуация по использованию газомоторного топлива. Проблему перевода транспорта на ГМТ характеризуют как чрезвычайно острую и

политизированную, но сверхактуальную как в научно-техническом плане, так и в контексте современных вызовов большой энергетики.

С точки зрения создания оборудования и инфраструктуры КПГ в России имеется целый ряд технических возможностей. Дальнейшее развитие рынка ГМТ возможно, в основном, за счет крупных транспортных предприятий, поскольку частный бизнес и индивидуальные потребители пока в этом недостаточно заинтересованы.

Подводя итог сказанному, можно утверждать, что значительному росту российского рынка ГМТ способствуют:

• существенные запасы природного газа и развитая газораспределительная сеть, которая позволит обеспечить стабильность поставок ГМТ в долгосрочной перспективе;

• лучшие экологические характеристики в сравнении с традиционными моторными топливами;

• низкая по сравнению с традиционными видами топлива стоимость -КПГ примерно в два раза дешевле дизельного топлива и бензина (по данным на март 2014 г.).

Для придания динамики развитию рынка газомоторного топлива в России целесообразно использовать комплексный подход, который включал бы ряд первоочередных мероприятий по устранению организационных, нормативно-правовых, технических, инфраструктурных и финансовых препятствий, а также по усилению контроля со стороны государства в вопросах перевода автомобильного транспорта на газ.

_ Литература

1. Интернет ресурс: www.dena.de «The role of natural gas and biomethane in fuel mix of the future», DENA study, German Energy Agency. - 2013. - Р. 10.

2. Лукшо В.А., Козлов А.В., Теренченко А.С. Оценка показателей природного газа как моторного топлива в полном жизненном цикле // Транспорт на альтернативном топливе. - 2011. - № 3 . - С. 4-9.