CC BY
14УДК 662.76:629.122
Ю.Н. Уртминцев, д.т.н., профессор ФГБОУВО «ВГУВТ» Д.Е. Гусев, доцент ФГБОУ ВО «ВГУВТ» В.В. Горохова, аспирант ФГБОУ ВО «ВГУВТ» 603950, г. Нижний Новгород, ул. Нестерова, 5
ГАЗИФИКАЦИЯ МАЛОГО ПАССАЖИРСКОГО ФЛОТА КАК ПЕРВЫЙ ЭТАП ВНЕДРЕНИЯ ГАЗОМОТОРНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ НА ВОДНОМ ТРАНСПОРТЕ
Ключевые слова: природный газ, альтернативное топливо, газомоторное топливо, газомоторный транспорт, переоборудование судов, суда на газовом топливе, газозаправочная инфраструктура, газобункеровочные станции.
В статье рассмотрены перспективы внедрения природного газа в воднотранспортную отрасль в качестве моторного топлива. Описаны предпосылки, трудности и задачи, требующие решения.
Природный газ на сегодняшний день является одним из самых перспективных альтернативных видов топлива на транспорте. Прямым доказательством этому служит стремительный рост газомоторного рынка по всему миру. Статистические данные, представленные на портале NGVJoumal, ярко отражают высокий уровень применения природного газа в сегменте автотранспорта (табл. 1) [1].
Таблица 1
Количество газомоторного автотранспорта и газозаправочных станций в мире
Некоторые страны мира Количество газомоторного автотранспорта (в тыс.) Количество газозаправочных станций
2013 2014 2015 2013 2014 2015
Иран 3 300 3 500 4 068 1 922 2 074 2 268
Пакистан 2 790 2 790 3 700 2 997 2 997 2 997
Аргентина 2 244 2 359,7 2 487 1 916 1 932 1 939
Бразилия 1 744 1 769,6 1 781 1 793 1 805 1 805
Китай 1 577 3 000 3 994 5 080 5 730 6 502
Италия 846,5 823 885 959 1 022 1 060
Германия 96,35 96,35 98,17 915 915 921
Россия 86,01 90 90,05 253 252 253
Болгария 61,3 61,6 61,32 103 106 110
Швеция 44,3 44,32 46,7 195 203 213
Франция 13,54 13,54 13,55 149 344 311
Всего в мире 17 730 19 910 22 404 24 036 25 292 26 670
Сфера развития газомоторного рынка расширяется и затрагивает все новые отрасли. Нарабатывается опыт применения газа не только в сфере автотранспорта, но и в сегментах специальной и сельскохозяйственной техники, железнодорожном и водном транспорте.
Использование газомоторного топлива на водном транспорте является актуальной организационно-технической задачей и одним из перспективных направлений совершенствования флота с целью повышения его энергоэффективности, снижения экс-
Ю.Н. Уртминцев, Д.Е. Гусев, В. В. Горохова
Газификация малого пассажирского флота как первый этап внедрения газомоторных...
плуатационных расходов и уменьшения экологической нагрузки на окружающую среду [2].
Тем не менее, судовладельцы, несмотря на очевидные преимущества применения газового топлива, не спешат с установкой газового оборудования на судах. Для этого есть ряд причин, которые требуют комплексного рассмотрения и решения (рис. 1). В настоящее время у большинства судоходных компаний отсутствует опыт эксплуатации судов на газовом топливе. На уровне государства - отсутствие контролирующих органов, осуществляющих надзор в сфере безопасности работы таких судов, и нормативно-правовой базы не позволяет судостроителям промышленно выпускать такие суда, что в свою очередь препятствует началу процесса газификации. Ввиду отсутствия спроса на природный газ, в качестве моторного топлива, на речном флоте нет развитой заправочной сети, позволяющей безопасно и эффективно использовать газовое топливо на речных судах [3], и наоборот, ввиду отсутствия необходимой инфраструктуры нет спроса на газомоторное топливо. Таким образом, получается замкнутый круг нерешенных задач, которые тормозят успешный старт и работу газомоторной отрасли в сфере водного транспорта. Залог успешного и быстротечного устранения всех «узких» мест - скоординированность действий государства и всех заинтересованных лиц, подкрепленная совместными проектами.
Рис. 1. Трудности при внедрении газомоторного топлива в воднотранспортную отрасль
Чтобы запустить процесс внедрения газомоторного топлива в воднотранспортную отрасль уже сейчас, возможно применение ранее отработанных технологий на других видах транспорта. Такие технологии можно позаимствовать из автомобильной сферы, где уже с 1936 года на государственном уровне было принято решение о начале газификации автотранспорта. При этом применение автомобильных систем сужает возможный перечень судов, которые оказываются в группе подходящих для начала переоборудования. В первую очередь, это суда с автомобильными двигателями, либо двигателями, близкими к автомобильным. Подобные двигатели устанавливаются на катера и суда на воздушной подушке (СВП), а также на грузовые суда в качестве дизель-генераторов. Таким образом, речь идет о газификации, прежде всего, малого флота.
Применение на судах газовых баллонов автомобильного образца представляется наиболее рациональным. При таком варианте потребуется минимальное дооборудование двигателей и переоборудование судов для размещения газовых баллонов, трубопроводов и дополнительных систем безопасности. Также есть вариант внедрения газомоторного топлива на малые буксирные и разъездные суда. На них применяются
устаревшие дизельные двигатели 3Д6 и 3Д12, которые могут быть заменены редук-торными газовыми двигателями ЯМЗ 530 GN аналогичной мощности.
Вопрос снабжения топливом требует отдельного рассмотрения. Так как транспортировка баллонов в заправленном состоянии запрещена правилами по эксплуатации, то остается только вариант заправки баллонов непосредственно на судах по аналогии с автомобилями, оснащенными газобаллонным оборудованием. Таким образом, для бункеровки можно применять автомобильные газозаправочные комплексные решения с наработанным опытом использования. Из информации, представленной в таблице 1, видно, что количество газозаправочных станций в России не велико и на одну из них приходится по 356 газобаллонных транспортных средств. При этом ни одна из них не подходит для обеспечения топливом судна непосредственно на воде по причине своего местонахождения. Пункты заправки должны располагаться на берегу максимально удобно для подхода и маневра судов [4].
Недостатком такой схемы является то, что при приеме большого количества топлива бункеровка будет занимать значительную продолжительность времени (несколько часов). Это связано с малыми сечениями заправочных трубопроводов автомобильной газовой аппаратуры.
Найти время, необходимое для бункеровки газовым топливом судна, можно по следующему выражению:
правки, ч;
QT - количество бункеруемого топлива, л;
Tгрк - максимальная производительность газовой раздаточной колонки, л/мин (кг/мин - для компримированного газа).
В качестве примера можно рассмотреть газовые раздаточные колонки для сжиженного газа типа FAS-120 (FAS-220, FAS-230) немецкой компании FASFlussiggasAnlagenGmbH. Их максимальная производительность составляет 50 л/мин. Количество бункеруемого топлива примем равным 920 литрам, при условии размещения на судне четырех стандартных газовых баллонов максимальной вместимостью 230 литров. Если общее суммарное время на все технические и технологические операции, включая время на подход и отход судна, составляет в среднем 30 минут, то весь процесс заправки займет примерно 50 минут. Из этого следует, что данные системы будут эффективны на линиях, где в связи с особенностями работы имеется возможность осуществлять бункеровку газом более одного часа и автономность плавания должна обеспечиваться до следующей бункеровки.
Таким образом, тщательной проработки требует вопрос рационального размещения заправочных (газобункеровочных) станций вдоль основных маршрутов следования судов с учетом оптимизации запаса топлива, продолжительности рейсов и продолжительности операций, связанных с бункеровкой. Предварительно требуется провести технико-экономическое обоснование и выбор линий, применение газового топлива на которых может принести положительный экономический и экологический эффект.
Также выходом из ситуации, связанной с длительностью бункеровки, может стать специализированная заправочная аппаратура с увеличенной производительностью или заправка одновременно нескольких баллонов на судне.
Решение проблемы в дальнейшем связано с процессом разработки и апробации применения различных типов оборудования на грузовых судах. Поиск наиболее подходящего с точки зрения технико-экономических критериев решения должен сопро-
т
(1)
Ю.Н. Уртминцев, Д.Е. Гусев, В. В. Горохова
Газификация малого пассажирского флота как первый этап внедрения газомоторных...
вождаться процессом стандартизации и разработки типовых конструкций, позволяющих снизить расходы на проектирование, упростить дальнейший ремонт и ускорить внедрение.
Выбор местоположения и конструктивных особенностей станций, прогноз и планирование спроса на газомоторное топливо требуют методической проработки для конкретного региона с использованием методов экономико-математического и имитационного моделирования. Также потребуются новые методы организации и обеспечения безопасности перевозок.
На начальном этапе газификации величина и неравномерность спроса в значительной степени будет влиять на интенсивность развития газозаправочной инфраструктуры. Самый существенный фактор, способствующий этому, - сезонность. Во-доизмещающие суда в межнавигационный период не будут бункероваться топливом, а следовательно, произойдет снижение величины спроса на газобункеровочных станциях. Вариант газификации судов на воздушной подушке позволит уменьшить влияние сезонных факторов спроса на топливо, а также проводить бункеровку непосредственно на берегу в прибрежной зоне без специально построенной причальной стенки, что, в свою очередь, существенно повлияет на капитальные вложения. Также компенсировать фактор сезонности можно путем использования газозаправочных станций двойного назначения, совмещая заправку автомобилей и судов. Для этого необходимо производить строительство в непосредственной близи от крупных автодорог, чтобы обеспечить доступ на объект автомобильному транспорту [4].
На рис. 2 представлен один из вариантов компоновочного решения заправочного комплекса, расположенного в прибрежной зоне, способного заправлять СВП и автомобили.
Также хотелось бы отметить, что заявленная область исследования находится в границах интересов государства. Она соответствует государственной программе Российской Федерации «Внедрение газомоторной техники с разделением на отдельные подпрограммы по автомобильному, железнодорожному, морскому, речному, авиационному транспорту и технике специального назначения», в рамках которой предусмотрено поэтапное замещение судов речного флота, работающих на традиционных видах топлива, судами, работающими на газомоторном топливе [5].
Рис. 2. Компоновочное решение размещения мобильной прибрежной газозаправочной станции двойного назначения
Очевидно, что темпы и масштаб перехода транспорта на использование газомоторного топлива в разных регионах могут быть разными с учетом географического расположения и производственно-экономических особенностей регионов. Они во многом зависят от научно-технического и производственного задела в машино- и су-
достроении, от структуры и состояния парка транспортных средств, от удаленности от газопроводов и заводов по сжижению газа, от наличия газозаправочной и сервисной инфраструктуры, от финансовых возможностей регионального бюджета и др.
Целесообразно для каждого региона иметь свою подпрограмму перехода транспорта на использование газомоторного топлива с учетом местных условий.
В общем случае, постепенный переход речного транспорта на использование газомоторного топлива может быть осуществлен в два этапа.
На начальном этапе для успешного старта и дальнейшей эффективной работы проекта по газификации флота требуется тщательная научная проработка следующих задач:
- разработка правовой базы эксплуатации флота на газомоторном топливе на федеральном и краевом уровне;
- адаптация правил эксплуатации газового оборудования для речного транспорта;
- создание надзорных организаций, осуществляющих мониторинг использования газового оборудования на речном флоте;
- технико-экономическое обоснование типов судов и линий, на которых эксплуатация газового флота будет эффективна;
- разработка технических условий по переоборудованию судов;
- технико-экономическое обоснование местоположения газобункеровочных станций;
- создание надзорных организаций, осуществляющих мониторинг использования газового оборудования на речном флоте;
- строительство газобункеровочных станций двойного назначения (автомобильно-речных);
- переоборудование малых судов речного флота;
- создание экономико-математических и имитационных моделей для исследования условий эффективного применения газомоторных технологий на флоте.
После получения, накопления и обобщения опыта применения газотопливных технологий на малых пассажирских судах на сжиженном газе создается технологическая и инфраструктурная база для перехода к внедрению газовых технологий на грузовой и вспомогательный водоизмещающий флот. Данное мероприятие связано с переоборудованием флота, применением газовых двигателей и размещением емкостей для топлива на самих судах.
В рамках этого требуют рассмотрения и решения следующие задачи второго этапа:
- экономическое обоснование типов судов и условий работы для внедрения газомоторных технологий;
- обоснование потребности региона в газомоторном топливе для снабжения флота;
- техническое обоснование и стандартизация газового оборудования для судов;
- развертывание или поиск производства, удовлетворяющего потребность во всех типах газового оборудования;
- расширение сети газобункеровочных станций, увеличение их мощности и номенклатуры предлагаемых газов;
- переоборудование части грузовых и вспомогательных судов под использование газового топлива в главных двигателях;
- разработка механизмов государственного стимулирования использования природного газа в качестве газомоторного топлива.
Таким образом, газификация малого флота и создание инфраструктуры заложит прочную основу дальнейшего развития рынка газомоторного топлива на водном транспорте. Это в перспективе может привести к модернизации главных двигателей грузовых судов. Организация разветвленной сети газозаправочных станций также, в свою очередь, даст мощный толчок к развитию малого судоходства в целом. Она позволит расширить границы продвижения газомоторных технологий и создаст воз-
Ю.Н. Уртминцев, Д.Е. Гусев, В.В. Горохова
Газификация малого пассажирского флота как первый этап внедрения газомоторных.
можность их использования на туристических, скоростных, внутригородских и пригородных маршрутах.
Главный фактор успешного, эффективного и скорейшего развития газомоторного топлива в сегменте водного транспорта - это комплексный подход и скоординиро-ванность действий всех заинтересованных сторон - судовладельцев, судо- и машиностроителей, организаций в сфере снабжения и поставок газомоторного топлива, государственных и муниципальных органов власти при обязательном участии научных и проектных организаций.
Список литературы:
[1] Интернет-источник: www.ngvjoumal.com
[2] Безюков О.К., Жуков В.А. Экономические аспекты перевода флота на газомоторное топливо // Актуальные проблемы экономики и управления на водном транспорте: материалы науч.-практ. конференции. - Изд-во ГУМРФ им. адм. С.О. Макарова, 2014 г. - Стр. 31-34.
[3] Гусев Д.Е., Горохова В.В. Постановка задачи рационального размещения газозаправочных станций для обеспечения топливом судов, работающих на газовом топливе // Вестник ВГАВТ. - № 41. - Н. Новгород: Изд-во ФГБОУ ВО «ВГАВТ». - 2014. - С. 316-320.
[4] Горохова В.В. Организационные особенности использования газового топлива на малых пассажирских судах // Научно-практич. конф. «Великие реки». - Н. Новгород, 2015.
[5] Государственная программа Российской Федерации «Внедрение газомоторной техники с разделением на отдельные подпрограммы по автомобильному, железнодорожному, морскому, речному, авиационному транспорту и технике специального назначения».
GASIFICATION OF SMALL PASSENGER FLEET AS THE FIRST STAGE OF THE GAS TECHNOLOGIES APPLICATION ON THE WATER TRANSPORT
Y.N. Urtmintsev, D.E. Gusev, V. V. Gorokhova
Key words: natural gas, alternative fuel, gas fuel, gas transport, refit of vessels, vessels working on gas fuel, gas infrastructure, gatbunton stations.
The article considers the prospects _ for the introduction of natural gas as a motor _ fuel in the water transport industry. The authors describe preconditions, difficulties and challenges which need solutions.
Статья поступила в редакцию 08.07.2016 г.
УДК 656.624.3
В.Н. Шабров, секретарь Общества АО «Судоходная компания «Волжское пароходство», аспирант ФГБОУ ВО «ВГУВТ» А.Д. Альпидовский, к.т.н., доцент, ФГБОУ ВО «ВГУВТ» 603950, г. Нижний Новгород, ул. Нестерова, 5
ЭКОНОМИКО-МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ОПТИМИЗАЦИИ ДОСТАВКИ ПАРТИИ АВТОМОБИЛЕЙ «ОТ ДВЕРИ ДО ДВЕРИ»
Ключевые слова: экономико-математическая модель, доставка автомобилей речным транспортом
