CC BY
49Эколого-экономическое обоснование использования КПГ в автотранспортных предприятиях (на примере УТТ и СТ ООО «Газпром добыча Оренбург» и дочерних автотранспортных предприятий)
С.И. Иванов,
генеральный директор ООО «Газпром добыча Оренбург», профессор, к.т.н., В.И. Савин,
начальник транспортного отдела ООО «Газпром добыча Оренбург», М.В. Коротков,
ведущий инженер ИТЦ ООО «Газпром добыча Оренбург», доцент, к.т.н.
В настоящей статье предложен методический подход, который позволяет с экономических и экологических позиций обосновать выбор различных видов моторных топлив для их использования на автотранспортных предприятиях. В качестве примера в статье проводится обоснование использования компримированного природного газа в качестве моторного топлива на автотранспортных предприятиях ООО «Газпром добыча Оренбург».
Ключевые слова: моторное топливо, компримированный природный газ (КПГ), экология, экономика.
Substantiation of compressed natural gas usage on automotive enterprises from viewpoints of economy and ecology
S.I. Ivanov, V.I. Savin, M.V. Korotkov
In the article there is a methodical approach, which allows to prove from viewpoints of economy and ecology a choice of different motor fuels for its usage on automotive enterprises. Substantiation of compressed natural gas usage on automotive enterprises of Gazprom dobycha Orenburg, LLC is given as example.
Keywords: motor fuel, compressed natural gas (CNG), ecology, economy.
Увеличение объемов потребления энергоносителей в разных странах мира и истощение разведанных нефтяных месторождений являются основными причинами нарастающего дефицита нефтяных
видов моторного топлива. Это неизбежно ведет к интенсивному росту цен на нефть, вслед за которой дорожают различные марки бензина и дизельное топливо [1]. Кроме этого, во всех крупных городах мира ав-
томобильный транспорт является основным источником загрязнения атмосферного воздуха, экологическое состояние которого неизменно ухудшается в связи с ростом численности автотранспортных средств и их старением. Именно по этим причинам ресурсоэнергосбережение, а также развитие использования альтернативных видов топлива являются актуальными проблемами, стоящими перед человечеством в современном мире.
Развитие науки позволяет осваивать новые технологии в использовании водорода, биогаза, этанола, диметилового эфира и других видов моторного топлива. Однако, несмотря на значимые положительные результаты в освоении этих технологий в разных странах мира, наиболее предпочтительной альтернативой для России является развитие использования природного газа, поскольку на территории нашей страны сосредоточена почти треть мировых запасов этого вида углеводородного сырья. Другие из вышеперечисленных видов моторного топлива в России не производятся в промышленных масштабах, и говорить об их коммерческом применении пока преждевременно [1].
В связи с вышеизложенным ОАО «Газпром» проводит экологическую политику, руководствуясь принципом устойчивого развития, под которым понимается динамичный экономический рост при максимально рациональном использовании природных ресурсов и сохранении благоприятной окружающей среды для будущих поколений. Согласно этой политике предприятия группы «Газпром» наряду с другими обязательствами по улучшению качества жизни и безопасности населения России обязуются проводить работу по расширению использования природного газа в качестве моторного топлива [2]. Поэтому в ООО «Газпром добыча Оренбург» ведется
планомерная и системная работа по выявлению резервов снижения выбросов вредных веществ (ВВ) с отработавшими газами (ОГ) двигателей внутреннего сгорания (ДВС) за счет использования комприми-рованного природного газа (КПГ).
В настоящее время в ООО «Газпром добыча Оренбург» эксплуатируется 945 ед. автотранспортных средств, находящихся на балансе Управления технологического транспорта и специальной техники (УТТ и СТ). Причем 365 ед. в качестве моторного топлива используют сжиженный углеводородный газ (СУГ), который получил наибольшее распространение потому, что СУГ образуется в процессе очистки и фракционирования добываемого компанией сырого природного газа. Наряду с этим 41 автомобиль переоборудован для работы по газодизельному циклу, при котором используется смесь дизельного топлива (ДТ) и КПГ.
Закрытое акционерное общество «Автоколонна № 1825» и ООО «Оренбурггазпромтранс» являются дочерними автотранспортными предприятиями (АТП) ООО «Газпром добыча Оренбург». Целью учреждения этих предприятий является коммерческая деятельность по извлечению прибыли в интересах учредителей, а также обеспечение потребности ООО «Газпром добыча Оренбург» в грузопассажирских перевозках, строительно-дорожной и специальной технике. Около половины автотранспортных средств (АТС) этих предприятиях в качестве моторного топлива также используют СУГ. В табл. 1 представлено распределение АТС этих предприятий по видам используемого топлива.
Как следует из табл. 1, доля АТС, работающих на бензинах или дизельном топливе в указанных АТП, достаточно велика, и потенциально все эти автомобили могут быть переоборудованы для работы на КПГ. Однако переоборудование этих
автотранспортных средств на КПГ может стать невозможным по техническим причинам, по требованиям пожарной и промышленной безопасности, либо нецелесообразно по экономическим соображениям.
Поэтому целью настоящего исследования являлось выявление резервов снижения негативного воздействия ОГ автотранспортной техники на атмосферный воздух за счет использования КПГ в качестве моторного топлива. Для достижения поставленной цели были сформулированы следующие задачи:
■ обследование АТС в УТТ и СТ ООО «Газпром добыча Оренбург» и дочерних автотранспортных предприятиях (ЗАО «АК № 1825» и ООО «Оренбурггазпромтранс») на предмет технической возможности их переоборудования для работы на КПГ;
■ анализ и выбор современных методов оценки коммерческой и экологической эффективности перевода АТС на альтернативные виды моторного топлива;
■ оценка коммерческой эффективности переоборудования автотранспортных средств на КПГ;
■ количественная оценка экологической эффективности применения КПГ в качестве моторного топлива;
■ на основе проведенных оценок подготовить рекомендации руководству УТТ и СТ ООО «Газпром добыча Оренбург» и дочерних автотранспортных предприятий по переоборудованию АТС на КПГ.
Проведение обследования АТС на предмет технической возможности их переоборудования для работы на КПГ (на примере УТТ и СТ) На первом этапе исследования специалистами общества было проведено обследование всех автотранспортных средств УТТ и СТ, работающих на бензине или дизельном топливе (539 ед.). В результате этого обследования было выявлено 36 автомобилей марок «КамАЗ», «НЕФАЗ», «КРАЗ», «Урал», оснащенных дизельными двигателями моделей КамАЗ-740.31.240 или ЯМЗ-238 (табл. 2), а также пять колесных тракторов «Кировец» К-702 с дизельными двигателями ЯМЗ-238 НД (табл. 3),
Таблица 1
Распределение АТС по видам используемого моторного топлива
Вид используемого топлива Количество АТС Доля от общего количества, %
УТТ и СТ ООО «Газпром добыча Оренбург»
Бензины и дизельное топливо 539 57
Сжиженный углеводородный газ 365 39
Газодизельная смесь (КПГ + ДТ) 41 4
КПГ 0 0
Всего по УТТ и СТ 945 100
ЗАО «АК № 1825»
Бензины и дизельное топливо 162 55
Сжиженный углеводородный газ 133 45
Газодизельная смесь (КПГ + ДТ) 0 0
КПГ 0 0
Всего по ЗАО «АК № 1825» 295 100
ООО «Оренбурггазпромтранс»
Бензины и дизельное топливо 181 47
Сжиженный углеводородный газ 202 53
Газодизельная смесь (КПГ + ДТ) 0 0
КПГ 0 0
Всего по ООО «Оренбурггазпромтранс» 383 100
которые потенциально могли быть переоборудованы для работы на КПГ. По соображениям экономической безопасности государственные регистрационные номера автомобилей и тракторов не указываются.
Количество дизельного топлива, потребленного пятью автобусами «НЕФАЗ», определялось на
основании фактического среднегодового пробега каждого из этих автомобилей и норм расхода топлива, установленных СТО Газпром РД 3-091-2004. При определении общего объема дизельного топлива принималось, что каждый автобус эксплуатировался в течение 249 рабочих дней в году по 8 ч.
Общий объем дизельного топлива, потребленного пятью колесными тракторами К-702 «Кировец», определялся аналогичным образом на основании фактической среднемесячной наработки за расчетный период.
Переоборудование оставшихся автотранспортных средств следует
Таблица 2
Эксплуатационные показатели автомобилей УТТ и СТ, которые потенциально могут быть переоборудованы для работы на КПГ
№ Марка автомобиля Модель двигателя Год выпуска Средний годовой пробег, км Норма расхода, л/100 км Расход, л/г.
1 «КамАЗ-43114» 740.31.240 2004 41812 43 17979,16
2 «КамАЗ-43114» 740.31.240 2005 38764 35 13567,4
3 «КамАЗ-43114» 740.31.240 2004 41474 35 14515,9
4 «КамАЗ-43114» 740.31.240 2005 35223 35 12328,05
5 «КамАЗ-43114» 740.31.240 2006 30367 35 10628,45
6 «КамАЗ-43114» 740.31.240 2006 32807 35 11482,45
7 «КамАЗ-43114» 740.31.240 2005 16201 38 6156,38
8 «КамАЗ-532150» 740.31.240 2004 12161 36 4377,96
9 «НЕФАЗ-5299-10» 740.31.240 2003 58993 36 21237,48
10 «НЕФАЗ-5299-10» 740.31.240 2003 75950 36 27342
11 «НЕФАЗ-5299-10» 740.31.240 2003 60475 36 21771
12 «НЕФАЗ-52991-11» 740.50.360 2004 68158 38,5 26240,83
13 «НЕФАЗ-42111-10» 740.31.240 2005 82778 30 24833,4
14 «НЕФАЗ-4208-10» 740.31.240 2005 115647 43 40013,862
15 «НЕФАЗ-4208-10» 740.31.240 2005 120179 33 39659,07
16 «НЕФАЗ-42111-10» 740.31.240 2005 119930 30 35979
17 «КРАЗ-6510» ЯМЗ-238 1995 21004 48 10081,92
18 «КРАЗ-6510» ЯМЗ-238 1995 22830 41,8 9542,94
19 «КРАЗ-6510» ЯМЗ-238 1995 28452 48 13656,96
20 «КРАЗ-6510» ЯМЗ-238 1995 28076 48 13476,48
21 «КРАЗ-6510» ЯМЗ-238 1995 24253 48 11641,44
22 «КРАЗ-6510» ЯМЗ-238 1995 20985 52,8 11080,08
23 «КРАЗ-6510» ЯМЗ-238 1995 15371 52,8 8115,888
24 «КРАЗ-6510» ЯМЗ-238 1995 16968 52,8 8959,104
25 «КРАЗ-6510» ЯМЗ-238 1995 13312 52,8 7028,736
26 «КамАЗ-532150» 740.31.240 2004 5092 35,5 1807,66
27 «КамАЗ-43114» 740.31.240 2005 5789 34,3 1985,627
28 «КамАЗ-53213» 740.31.240 2000 44822 31 13894,82
29 «КамАЗ-43101» 74020 1995 3457 10 345,7
30 «КамАЗ-43114» 740.31.240 2004 43000 34,3 14749
31 «КамАЗ-47446Н» 740.31.240 2006 3983 43 1712,69
32 «КамАЗ-43118-10» 740.30.260 2007 20363 43 8756,09
33 «КамАЗ-55111» 74010 1993 40000 36,5 14600
34 «НЕФАЗ-4208-10» 740.31.240 2005 29462 43 12668,66
35 «Урал-4320» ЯМЗ-236М2 1995 32213 35,2 11338,976
36 «Урал-4320» 74010 1993 23953 37 8862,61
Всего: 512417,773
признать невозможным в силу одной из следующих причин:
■ отсутствие места для размещения баллонов;
■ модель двигателя не приспособлена для переоборудования на КПГ;
■ переоборудование автомобилей запрещено требованиями пожарной или промышленной безопасности. Например, ГОСТ Р 50913-96 запрещает применять шасси автомобиля с двигателем, работающем на газе, для автомобилей, предназначенных для транспортирования и заправки нефтепродуктов (бензовозов);
■ особенности эксплуатации специальных АТС (в том числе тихоходных и гусеничных) не позволяют обеспечивать их заправкой, так как объекты, на которых востребованы эти виды техники, разбросаны на значительном удалении от существующих мест заправки КПГ;
■ наступление «предельного» технического состояния при полном отсутствии остаточной стоимости.
Таким образом, проведенное обследование парка автотранспортных средств УТТ и СТ позволило выявить еще 41 ед. техники, которые потенциально можно переоборудовать для работы на КПГ.
Анализ существующих методов оценки коммерческой эффективности перевода
автотранспортных средств на альтернативные виды моторного топлива
На следующем этапе исследования был проведен анализ существующих методов оценки коммерческой (экономической) эффективности переоборудования АТС на газомоторное топливо.
Проведенный анализ показал, что методы, наиболее часто применяемые специалистами автотранспортных предприятий, в основном базируются на разработанной специалистами НИИАТ РФ «Методики оценки технико-экономического
Таблица 3
Эксплуатационные показатели тракторов К-702 М МБА БКУТ «Кировец» 2005 г. с двигателем ЯМЗ-238 НД, которые могут быть переоборудованы для работы на КПГ
Среднемесячная наработка, Норма, Расход топлива,
мото-ч л/мото-ч л/г.
125 22,05 33075
162 22,05 42865,2
171 22,05 45246,6
154 22,05 40748,4
123 22,05 32545,8
Всего 194481
эффекта при переоборудовании автотранспортных средств на компри-мированный природный газ» [3]. Эта методика предполагает сравнение технико-экономических показателей автомобиля, работающего на базовом виде топлива, с аналогичными показателями работы такого жеавтомобиля, но переоборудованного для работы на газомоторном топливе. Для этого определяется экономический эффект от перевода автотранспортного средства на газомоторное топливо по годовым затратам на эксплуатацию базовой и модернизированной моделей.
Достоинством этой методики является то, что она позволяет проводить сравнение технико-эксплуатационных характеристик АТС при их переводе на различные виды топлива и, на основании этого, принимать такие инженерные решения, которые приносят минимальные потери в технических характеристиках и максимальный экономический эффект [3].
Однако наряду с этим эта методика обладает некоторыми существенными недостатками. Во-первых, она является очень громоздкой, поскольку предполагает использование большого количества различных эксплуатационных показателей. Это требует специальной квалификации и большого количества времени от владельцев АТС и автотранспортных предприятий, поэтому не всегда является для них
приемлемой. Другим недостатком является то, что экономический эффект определяется по «статичному» методу приведенных затрат, который не позволяет отслеживать экономические показатели работы модернизированного АТС во времени.
В настоящее время в отечественной практике и за рубежом для оценки эффективности инвестиций в реализацию каких-либо мероприятий применяется интегральный метод «денежных потоков», с помощью которого определяются основные экономические показатели. Важным преимуществом этого метода является возможность наблюдать динамику формирования потоков денежной массы во времени. Кроме этого, он позволяет анализировать взаимную корреляцию эксплуатационных характеристик АТС и его экономических показателей, а также учитывать изменения реальных экономических факторов (налогового законодательства, ценового поля), которые обладают существенной динамикой и влиянием на технико-экономические показатели [4].
Поэтому для оценки коммерческой эффективности переоборудования рассматриваемых автотранспортных средств УТТ и СТ на КПГ был применен упрощенный алгоритм расчета экономической эффективности переоборудования АТП (АТС) на компримированный природный газ, разработанный специалистами
Таблица 4
Расчет окупаемости затрат на переоборудование автобуса «НЕФАЗ 5299-10» для работы на КПГ, руб.
Показатели Год
(базовый) 1-й 2-й 3-й 4-й 5-й 6-й
1. Кап. вложения (без НДС) 161362
2. Потребление КПГ, м3 19259,1 19259,1 19259,1 19259,1 19259,1 19259,1
3. Экономия на покупке ЖМТ 86005,9 86005,9 86005,9 86005,9 86005,9 86005,9
4. Увеличение эксплуатационных расходов, всего в том числе амортизация ТО и ремонт накладные расходы 53249,4 53249,4 53249,4 53249,4 53249,4 20977,0
32272,4 32272,4 32272,4 32272,4 32272,4 0
11295,3 11295,3 11295,3 11295,3 11295,3 11295,3
9681,7 9681,7 9681,7 9681,7 9681,7 9681,7
5. Доп. балансовая прибыль налоги на прибыль налог на имущество 32756,5 32756,5 32756,5 32756,5 32756,5 65028,9
7861,5 7861,5 7861,5 7861,5 7861,5 15606,9
3549,9 3549,9 3549,9 3549,9 3549,9 3549,9
6. Чистая прибыль 21344,9 21344,9 21344,9 21344,9 21345,0 45872,0
7. Чистый денежный поток -161362 53617,3 53617,3 53617,3 53617,3 53617,4 45872,0
8. Дисконтированный ЧДП 45056,6 37862,7 31817,4 26737,3 22468,3 16153,4
9. Чистый дисконтированный доход -161362 -116305,3 -78442,6 -46625,2 -19887,9 2580,4 18733,9
изводства ОАО «Первоуральский новотрубный завод» 8 шт. по 50 л, стоимость подкапотного оборудования, а также стоимость кронштейнов, вентилей и защиты ГБО;
■ для колесного трактора К-702 «Кировец» стоимость комплекта ГБО производства ЗАО «Автосистема» составляет: Цгбо = 214,4 тыс. руб. без НДС. В эту стоимость входят: стоимость комплекта баллонов производства ОАО «Первоуральский новотрубный завод» 12 шт. по 50 л, стоимость подкапотного оборудования, а также стоимость рамы для крепления баллонов, кронштейнов и вентилей;
■ потребление дизельного топлива в качестве запальной дозы составляет не более 30%, а потребление КПГ соответственно 70% (по массе);
■ в качестве нормы дисконта была использована максимальная процентная ставка по кредитам юридическим лицам, установленная ОАО «Газпромбанк», которая в 1-11 кв. 2009 г. составила 19%.
В качестве примера в табл. 4 представлен расчет коммерческой эффективности переоборудования
Н!в ЯИШР ЯШИ ФЧР Jbi. ШЙО Л «Транспорт на альтернативном топливе» № 1 (13) январь 2010 г.
ООО «ВНИИГАЗ» на основе интегрального метода «денежных потоков» [5].
Определение коммерческой эффективности перевода автотранспортных средств на КПГ (на примере УТТ и СТ)
Все расчеты проводились с помощью программного продукта MS Excel. В статье не приводится подробное описание алгоритма проведенного расчета, во-первых, потому, что авторы настоящей статьи не участвовали в его разработке, а лишь использовали для достижения цели своего исследования, во-вторых, потому, что читатели, заинтересовавшиеся методикой проведения
этого расчета, могут подробнее с ней познакомиться, обратившись к специальной литературе [4].
При проведении расчетов использовались следующие ограничения и допущения:
■ в качестве цен дизельного топлива (Цдт = 12,21 руб./л) и КПГ (Цкпг = 6,0 руб./м3) использовались фактически сложившиеся цены в январе-феврале 2009 г. без учета НДС;
■ для автобуса «НЕФАЗ 529910» стоимость комплекта газобаллонного оборудования (ГБО) производства ЗАО «Автосистема» составляет: Цгбо = 161,4 тыс. руб. без НДС. В эту стоимость входят: стоимость комплекта баллонов про-
50000 0 -50000 -100000 -150000 -200000 -250000
______
вложения 1-й год 2-й год 3-й год^^J^rrtiK^" 5-й год 6-й год
(______^
Рис. 1. Результаты оценки коммерческой эффективности переоборудования колесного трактора К-702 «Кировец» для работы на КПГ
автобуса «НЕФАЗ 5299-10» (указанного под № 14 в табл. 2) для работы по газодизельному циклу.
Результаты расчета показывают, что затраты на переоборудование автобуса «НЕФАЗ 5299-10» для работы по газодизельному циклу могут окупиться менее, чем за пять лет при условии среднегодового пробега в 68 тыс. км.
На рис. 1 в графическом виде представлены результаты проведенного тем же методом расчета коммерческой эффективности переоборудования колесного трактора К-702 «Кировец» при среднемесячной наработке 123 мото-ч.
Несмотря на то, что стоимость переоборудования колесного трактора К-702 «Кировец» на 25% выше, чем стоимость переоборудования автобуса «НЕФАЗ 5299-10», срок окупаемости затрат составляет те же пять лет при среднемесячной наработке этого трактора 123 мото-ч.
Временные методические указания по определению экономической эффективности новой техники в ОАО «Газпром» рекомендуют в качестве срока окупаемости нового оборудования использовать временной период, продолжительностью не более шести лет [6]. Поэтому на основании проведенных расчетов можно сделать вывод о том, что экономически целесообразным следует признать переоборудование всех пяти колесных тракторов К-702 «Кировец», а также шести автобусов «НЕФАЗ» (указанных под № 10, 12-16 в табл. 2), среднегодовые пробеги которых более 68 тыс. км. Переоборудование остальных автомобилей, выбранных на первом этапе нашего исследования (табл. 2), следует признать экономически нецелесообразным.
Таким образом, использование упрощенного алгоритма расчета экономической эффективности переоборудования АТП (АТС) на КПГ позволило из 41 ед. АТС, которые технически могли быть переоборудованы на КПГ, выбрать только те
11 ед., переоборудование которых экономически оправданно.
Анализ существующих методов оценки экологической эффективности перевода автотранспортных средств на альтернативные виды моторного топлива Как уже отмечалось выше, любое современное и социально ответственное предприятие в своей деятельности должно руководствоваться принципом устойчивости. Это означает, что принимаемые руководством решения должны быть направлены на улучшение как экономических, так и экологических показателей работы этого предприятия. Поэтому для принятия управленческого решения о переоборудовании необходимо определить также и экологическую эффективность перевода рассматриваемой автотранспортной техники для работы по газодизельному циклу.
Существует множество подходов к оценке негативного воздействия ОГ автотранспорта на окружающую среду - от простых и примитивных до интегральных, более сложных. Были проанализированы, обобщены и представлены далее в порядке усложнения наиболее распространенные и применяемые методы оценки негативного воздействия ВВ в ОГ автомобильных двигателей внутреннего сгорания на атмосферный воздух.
Для оценки выбросов от автотранспорта ранее использовали показатели топливной экономичности, то есть по расходу потребляемого им топлива судили о негативном воздействии автотранспорта на окружающую среду. Но расход топлива может служить лишь косвенной характеристикой экологической опасности автомобиля. С развитием методов анализа стали определять концентрацию наиболее опасных примесей в ОГ автомобилей. Но знание концентрации ВВ в ОГ тоже недостаточно для оценки воздействия
автомобиля на окружающую среду, поскольку необходимо учитывать еще и показатели массовой эмиссии. Тогда для оценки загрязнения окружающей среды каждым конкретным автомобилем необходимо в каждый момент времени его эксплуатации знать концентрацию ВВ в отработавших газах и их объем, что, очевидно, не представляется возможным. Поэтому для оценки экологических характеристик автомобиля многие специалисты и исследователи используют значения количества выбросов ВВ, приведенные к километру пробега, или же относительную концентрацию вредных примесей в ОГ автомобильных ДВС [7, 8].
На наш взгляд, такой подход к оценке ОГ неудобен тем, что не позволяет однозначно сравнивать между собой экологические характеристики различных автомобилей, так как не показывает, какая примесь является более опасной, и не дает возможности объективно судить об эффективности мероприятий по снижению токсичности ОГ. Кроме того, количество выбросов или концентрацию ВВ можно рассматривать только как техническую характеристику данного АТС, которая не позволяет судить об экологической опасности этого АТС для человека, так как не учитывает ни класса опасности, ни токсичности веществ, входящих в состав ОГ. Поэтому необходим показатель, количественно и суммарно оценивающий величину токсичных выбросов ВВ с ОГ.
Подобный подход к данной проблеме использован в работе [9], где предлагается использовать коэффициент приспособленности автомобиля к окружающей среде (К). Авторы исходили из того, что уровни токсичности веществ, подлежащих нормированию - монооксида углерода (СО), суммарных углеводородов (СпНт) и оксидов азота (N0^ - сильно различаются. Были использованы значения максимальных разовых предельно
допустимых концентраций для воздуха населенных мест, что и позволило получить единую шкалу для измерения токсичности ОГ [9].
Идея заключается в том, что если токсичность монооксида углерода принять за единицу (ссо=1), то относительные токсичности оксида азота и суммы углеводородов составят соответственно: =59 и
ЫОх
сСпНт=3. Суммарная же токсичность (А) отработавших газов автомобиля относительно нормируемых (или принятых за точки отсчета) выбросов будет равна сумме произведений каждого из этих выбросов (а) на относительную их токсичность (с). Например, если автомобиль дает выбросы, равные нормируемым, то а = 1. Тогда А = 63.
I " норм
Для того, чтобы оценить фактическое состояние испытываемого автомобиля, нужно взять отношение фактической суммарной токсичности (Аф) к ее нормативному значению (А ), то есть:
норм
К = Оа + 59а + 3а „ ) / 63. (1)
4 со Мох СпНт' к '
Если выбросы равны нормируемым, то коэффициент приспособленности равен единице (К = 1); если меньше нормируемых, то коэффициент меньше единицы (К < 1); если больше нормируемых, то он больше единицы (К > 1). Другими словами, чем меньше этот коэффициент, тем лучше автомобиль по токсичности ОГ приспособлен к окружающей среде, то есть экологически безопаснее.
Несмотря на то, что коэффициент приспособленности автомобиля к окружающей среде позволяет решать многие задачи, связанные с эксплуатацией АТС (например, сравнение уровней токсичности выбросов различных автомобилей между собой), он является безразмерным относительным показателем и его физический смысл лишен содержательного наполнения. Поскольку коэффициент К не может быть выражен в каких-либо физических величинах, он не может быть применен для описания и объективной оценки
экологической опасности различных источников и, следовательно, не может дать полного представления об экологической опасности выбросов ВВ от этого источника (например, автомобиля) для человека.
Поэтому для интегральной (комплексной) оценки токсикологической (экологической)опасности каждого, отдельно взятого токсичного вещества мы предлагаем использовать известную методику расчета загрязнения атмосферы выбросами одиночного источника, подробно изложенную в ОНД-86 [10]. А для описания токсикологической опасности автомобиля, как наземного передвижного источника выбросов ВВ, мы предлагаем использовать разработанный нами ранее «Интегральный метод оценки экологической опасности ВВ, входящих в состав ОГ автомобилей» [11], где категория опасности автомобиля (КОА) является показателем, характеризующим совокупную экологическую опасность всех токсичных веществ, входящих в состав ОГ (формула 2):
/ N
м,
' (2)
КОА^КОВ^
ПДК,
где: КОВ. - категория опасности 1-го вещества, м3/с; ПДК.: - максимально-разовая предельно допустимая концентрация вещества, характеризующая его токсичность, г/м3; М. - количество выбросов 1-го вещества, г/с.
Отличительной особенностью «Интегрального метода оценки экологической опасности ВВ, входящих в состав ОГ автомобилей» является то, что количество (М ) вредных веществ в отработавших газах автомобилей определяется с учетом нагрузки на двигатель, а не на холостом режиме, причем с соблюдением неких, четко определенных, единых для всех испытаний стандартизованных условий. Такие данные могут быть получены, например, в процессе испытаний легковых автомобилей на беговых барабанах с использованием ездо-
вого цикла, применяемого в Европе и России (Правила ЕЭК ООН К-83), а грузовых автомобилей в процессе испытаний на моторном стенде, с использованием различных нагрузочных режимов (Правила ЕЭК ОНН ^49) [11].
Категория опасности отработавших газов автомобиля (КОА) является суммой категорий опасности различных токсичных веществ, входящих в состав ОГ. КОА выступает интегральной характеристикой экологической опасности отработавших газов автомобиля как источника выбросов многих загрязняющих веществ в воздушную среду [10]. Важными достоинствами настоящего подхода является то, что он позволяет:
■ количественно в абсолютных величинах оценивать уровень экологической опасности для человека выбросов ВВ, содержащихся в ОГ любого автомобиля;
■ учитывать не только количество выбросов различных компонентов ОГ, но и их токсичность (предельно допустимую концентрацию), и тем самым устанавливать четкую взаимосвязь между техническими характеристиками работы ДВС с экологическими характеристиками (существующими санитарными нормами). Другими словами категория опасности вещества (автомобиля) является не технической, а технико-экологической характеристикой работы ДВС, либо автомобиля в целом;
■ сравнивать и ранжировать опасность различных токсичных компонентов в ОГ;
■ суммировать категории опасности различных токсичных веществ, так как они имеют единый физический смысл и единую размерность (м3/с). Благодаря этому можно знать общую опасность всех вредных компонентов, выбрасываемых источником с учетом их количества и токсичности;
■ объективно сравнивать и однозначно оценивать экологическую
Таблица 5
Количество ДТ, потребленного за год эксплуатации автотранспортными средствами, подлежащими переоборудованию на КПГ
Тип АТС Количество, ед. Объем ДТ, л/г. Масса ДТ, т/г.
Автобусы «НЕФАЗ» 6 194,07 163,02
Тракторы К-702 5 194,48 163,36
Итого: 11 388,55 326,38
Таблица 6
Удельные выбросы ВВ в ОГ автотранспортных средств
Виды топлива Загрязняющие вещества, кг на тонну сгоревшего топлива
СО СН NOx Сажа SOx
Дизельное топливо 149,6 48,30 31,9 16,5 20
Газодизельная смесь 357,6 53,20 28 2,4 6
опасность ОГ различных автомобилей (использующих ДВС), независимо от их типа, назначения, грузоподъемности, вида используемого топлива, а также прочих конструктивных и индивидуальных особенностей;
■ объективно сравнивать и однозначно оценивать экологическую эффективность применения различных видов моторного топлива;
■ осуществить переход к сравнению экологической опасности передвижного источника (автомобиля) с экологической опасностью стационарного источника (промышленного предприятия). Благодаря этому стало возможным оценивать вклад и автотранспорта, и предприятий в загрязнение атмосферного воздуха города.
Размерность категории опасности вещества (м3/с) означает некий виртуальный объем воздушной среды, требуемый для того, чтобы рассеять загрязняющие вещества, генерируемые источником с определенной объемной скоростью, до безопасных концентраций. Здесь следует отметить, что речь идет о виртуальном, то есть условном объеме воздушной среды, потому что в реальности атмосферный воздух очищается не только за счет рассеивания вредных веществ в своем объеме (конвективная и молекулярная диффузия), но и за счет вымывания вредных веществ из атмосферы с осадками в виде дождя и снега.
Таким образом, для оценки экологической эффективности перевода автотранспортной техники на КПГ был выбран разработанный нами ранее «Интегральный метод оценки экологической опасности ВВ, входящих в состав ОГ автомобилей». Подробное описание этого метода представлено в специальных и периодических научных изданиях [11-13].
Определение экологической эффективности применения
КПГ в качестве моторного топлива (на примере УТТ и СТ)
В экологической практике принято руководствоваться принципом промышленного метаболизма, позволяющего отследить материально-энергетические потоки, проходящие через любую техническую систему. Следовательно, для оценки экологической опасности отработавших газов данные о выбросах каждого загрязняющего вещества необходимо представить в виде его количества, генерируемого источником (выхлопная труба автомобиля) в единицу времени (г/с). Поэтому, рассчитав общую массу дизельного топлива (М„ ), использованного ав-
Едт"
тотранспортной техникой УТТ и СТ за год, а также удельные значения выбросов ВВ при использовании различных видов топлива, можно представить суммарный валовой выброс ВВ с ОГ всех рассматриваемых АТС в виде непрерывного по-
тока этих веществ в атмосферный воздух.
Далее представлены основные этапы оценки экологической эффективности применения КПГ вместо дизельного топлива. С учетом того, что используемый метод уже был подробно представлен в специальных и периодических научных изданиях [10, 11], в настоящей статье анализ промежуточных этапов расчета не проводился.
На первом этапе расчета данные о суммарном объеме потребленного дизельного топлива пятью тракторами К-702 «Кировец» и шестью автобусами «НЕФАЗ», а также значение плотности дизельного топлива (рдт= 0,84 кг/л) были использованы для определения общей массы дизельного топлива, потребленного 11 ед. автотранспортной техники за расчетный период (табл. 5).
Особенность переоборудования дизельных автомобилей для работы на КПГ заключается в том, что они оснащаются двухтопливной системой питания двигателей, то есть одновременно используется дизельное топливо и КПГ. Сначала в цилиндр подается газовоздушная смесь, а в конце такта сжатия, когда начинается воспламенение, в цилиндр подается некоторая доза запального топлива, которым в данном случае выступает дизельное топливо [1]. Такой принцип работы двигателей специалисты обычно называют «газодизельный цикл», а сами автомобили принято называть «газодизельными». Удельные значения выбросов ВВ в ОГ автомобилей, работающих на дизельном топливе и по газодизельному циклу, представлены в табл. 6.
Поскольку в автомобилях, работающих по газодизельному циклу, КПГ замещает определенное количество дизельного топлива (около 70% по массе), то массу всей газодизельной смеси принимаем равной массе дизельного топлива, потребленного рассматриваемыми АТС
Таблица 7
Суммарный валовой выброс ВВ с ОГ всех выбранных АТС
Вредное вещество, входящее в состав ОГ И, кг/г. Щ кг/г. NO2, кг/г. Сажа, г/г. SO2, кг/г.
При работе 6 автобусов «НЕФАЗ» на дизельном топливе (до переоборудования) 24388 7874 5200 2690 3260
При работе 6 автобусов «НЕФАЗ» на газодизельной смеси (после переоборудования) 58296 8673 4565 391 978
При работе 5 тракторов К-702 на дизельном топливе (до переоборудования) 24439 7890 5211 2695 3267
При работе 5 тракторов К-702 на газодизельной смеси (после переоборудования) 58418 8691 4574 392 980
Таблица 8
Скорость генерирования выбросов ВВ с ОГ выбранных АТС
Скорость генерирования ВВ, входящих в состав ОГ И, г/с Щ г/с NO2, г/с Сажа, г/с SO2, г/с
При работе 6 автобусов «НЕФАЗ» на дизельном топливе (до переоборудования) 40,8 13,2 8,7 4,5 5,5
При работе 6 автобусов «НЕФАЗ» на газодизельной смеси (после переоборудования) 97,6 14,5 7,6 0,7 1,6
При работе 5 тракторов К-702 на дизельном топливе (до переоборудования) 46,2 14,9 9,8 5,1 6,2
При работе 5 тракторов К-702 на газодизельной смеси (после переоборудования) 110,4 16,4 8,6 0,7 1,9
за расчетный период (М = М ). Поэтому, используя данные табл. 5 и 6, можно определить суммарный валовой выброс ВВ с ОГ всех рассматриваемых АТС до их переоборудования, то есть при использовании дизельного топлива, а также после переоборудования, то есть при использовании газодизельной смеси (табл. 7).
На следующем этапе расчета данные табл. 7 и данные о времени работы рассматриваемых АТС использовались для представления суммарного валового выброса ВВ в виде непрерывного потока этих веществ в атмосферный воздух (табл. 8).
Вредные вещества, входящие в состав ОГ автотранспортных средств, имеют различную токсичность и по-разному влияют на здоровье людей. Поэтому при определении интегральной экологической характеристики - категории опасности автомобиля - необходимо учитывать максимально-разовые предельно допустимые концентрации этих веществ, установленные Гигиеническими нормативами 2.1.6. 1338-03 (табл. 9).
Таблица 9
ПДК токсичных веществ, входящих в состав ОГ
Вещество Максимально-разовая, предельно допустимая концентрация (ПДК), г/м3
СО 0,003
СН 0,0015
шх 0,000085
Сажа (С-углерод) 0,00015
30х (302) 0,00005
Рис. 2. Изменение КОА отработавших газов 11 ед. автотранспортных средств УТТ и СТ в результате их перевода для работы по газодизельному циклу
Таблица 10
КОА выбросов ВВ с ОГ всех выбранных автомобилей
Категория ВВ, входящих в состав ОГ КОВЮ м3/с КОВСН, м3/с КОВ«* м3/с КОВС, м3/с КОВ802, м3/с КОАе, м3/с
При работе 6 автобусов «НЕФАЗ» на дизельном топливе (до переоборудования) 13603 8783 102376 30007 109116 263887
При работе 6 автобусов «НЕФАЗ» на газодизельной смеси (после переоборудования) 32516 9675 89860 4364 32734 169151
При работе 5 тракторов К-702 на дизельном топливе (до переоборудования) 15393 9939 115850 33956 123476 298616
При работе 5 тракторов К-702 на газодизельной смеси (после переоборудования) 36796 10948 101686 4939 37043 191413
На завершающем этапе расчета определяется категория опасности автомобиля, которая рассчитывается по уравнению 2, с применением данных табл. 8 и 9. Результаты расчета представлены в табл. 10.
На рис. 2 наглядно представлено изменение экологической опасности выбросов ВВ с отработавшими газами 11 ед. автотранспорта УТТ и СТ в результате их переоборудования для работы на КПГ.
Проведенный расчет показал, что совокупная экологическая опасность отработавших газов этой техники может быть снижена на 36% (с 563^103 до 361 •Ю3 м3/с). Причем, наибольший экологический эффект может быть получен при переоборудовании пяти колесных тракторов К-702 «Кировец». Переоборудование только этих тракторов позволит снизить совокупную экологическую опасность ОГ всей рассматриваемой техники на 19% (с 563^103 до 455^103 м3/с). А переоборудование только шести автобусов «НЕФАЗ» позволит улучшить экологические характеристики отработавших газов всех АТС только лишь на 17% (с 563^103 до 468^103 м3/с).
Следовательно, переоборудование одного колесного трактора К-702 «Кировец» для работы по газодизельному циклу с экологических позиций следует признать более эффективной мерой, чем переоборудование на КПГ одного автобуса «НЕФАЗ».
Таким образом, оценка экологической эффективности от пе-
реоборудования 11 ед. автотранспортных средств УТТ и СТ для работы по газодизельному циклу показывает, что максимальный экологический эффект, который на сегодняшний день может быть достигнут за счет использования КПГ вместо дизельного топлива в УТТ и СТ ООО «Газпром добыча Оренбург», составляет около 200 тыс. условных м3 атмосферного воз-
Литература
духа, ежесекундно сохраняемого «чистым».
P.S. Авторы выражают признательность коллективу Управления «Уралавтогаз» филиала ООО «Газпром трансгаз Екатеринбург» и лично начальнику Управления Э.Д. Гайдту за организацию помощи по переоборудованию автомобилей ЗАО «АК № 1825» и ООО «Оренбург-газпромтранс» для работы на КПГ.
1. Пронин Е.Н. Природный газ - моторное топливо XXI века. Природный газ в моторе? Вопросы и ответы. - Управление по газификации и использованию газа ОАО «Газпром»: Альбом информационных материалов. Сост. Е.Н. Пронин. - М., - 2006. - С. 60.
2. Экологическая политика ОАО «Газпром», утв. Постановлением № 45 Правления ОАО «Газпром» от 25.09.2008.
3. Переход автотранспорта на природный газ: Нормативно-справочное пособие для руководителей и специалистов автотранспортных организаций. - Под ред. Морева А.И., Афлятонова Ф.С. и др. - М.: ИРЦ Газпром, 1995. - С. 144.
4. Маленкина И.Ф., Ровнер Г.М., Мкртычан Я.С. Система обеспечения эффективного развития и эксплуатации сети метановых автозаправочных станций. - М.: Изд-во «Нефть и газ» РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина, 2005. - С. 272.
5. Методическое пособие по управлению проектами в газовой промышленности. М.: МГСУ - УКЦ, 1996. - С. 176.
6. Временные методические указания по определению коммерческой эффективности новой техники в ОАО «Газпром». Действ. с 01.10.2001.
7. Автомобильный справочник. - Перевод с англ. Первое русское издание. - М.: Издательство «За рулем», 1999. - С. 896.
8. Кульчицкий А.Р. Токсичность автомобильных и тракторных двигателей. Учеб. пособие. Владим. гос. ун-т. - Владимир, 2000. - С. 256.
9. Магарил Е.Р., Резник Л.Г. Интегральная оценка токсичности отработавших газов. Тюменский государственный нефтегазовый университет. УДК 621.43.019:629. - С. 113.
10. ОНД-86 Методика расчета концентраций в атмосферном воздухе вредных веществ, содержащихся в выбросах предприятий. Постановление Госкомгидромета от 4.08.1986 г., № 192, Л.: Гидрометеоиздат, 1987.
11. Коротков М.В. Ранжирование автомобилей разных марок с позиции экологической безопасности. Автомобильная промышленность, № 1, 2003. - С. 17-19.
12. Коротков М.В., Филиппов А.А. Оценка экологической эффективности применения различных видов моторного топлива в ДВС автотранспортных средств. - Транспорт на альтернативном топливе. - 2008, № 1. - С. 73.
13. Коротков М.В., Строганов С.В., Иванов С.И. Экологическая эффективность использования газомоторного топлива в ООО «Оренбурггазпром». - Транспорт на альтернативном топливе. - 2008, № 2. - С. 76-79.
Окончание в следующем номере.
The last part of the article to be published in the next issue.
