CC BY
19Обновление автобусного парка путем замены на автотранспортные средства, использующие КПГ
В.Н. Коноплев, профессор МГИУ, д.т.н.,
А.П. Латышев, зам. гл. конструктора АМО ЗИЛ,
А.Е. Лысенко, генеральный директор ООО «Газовая индустрия»,
К.С. Мирошников, заместитель директора по экономике ООО «Газовая индустрия»
Автобусный транспорт является лидером среди других видов общественного транспорта в структуре перевозок. Автобусные перевозки остались единственным сегментом рынка пассажирских перевозок, в котором лидирующую роль сохраняют государственные и муниципальные предприятия (79 % в общем объеме пассажирских перевозок). Использование в качестве моторного топлива компримированного природного газа позволит существенно укрепить конкурентоспособность отечественного автомобилестроения.
Ключевые слова: ПАЗ-3237, газовый автобус YAXING BUS JS6811, компримированный природный газ (КПГ), срок окупаемости автобуса.
Объем продаж автобусов в России в 2010 г. составил 60 тыс., на долю автобусов российского производства приходится чуть менее 70 % - 40 тыс. По данным агентства «Автостат», более половины (54 %) всех зарегистрированных в 2007-2010 гг. в органах ГИБДД новых автобусов приходится на автобусы марки ПАЗ.
Автобусы ПАЗ сегодня выпускаются во всех классах - малом, среднем и большом. Модельный ряд предприятия достаточно широк, но автобусы именно малого класса (длиной до 8,5 м) составляют основную долю продукции Павловского автобусного завода.
Автобусы малого класса получили в нашей стране самое широкое распространение, являясь незаменимым решением для внутригородских и пригородных перевозок. Основным их преимуществом можно назвать мобильность и маневренность. Автобус малого класса отлично ведет себя как в условиях интенсивного городского движения, так и на шоссе.
Кроме этого, такие автобусы отличаются доступной стоимостью и отличными экономическими показателями в эксплуатации.
Основной моделью автобусов малого класса Павловского автобусного завода можно назвать ПАЗ-3205 и его многочисленные модификации. Именно эта модель наиболее распространена в регионах.
В настоящее время в качестве наиболее вероятной покупки при обновлении автобусного парка можно рассматривать дизельный автобус марки ПАЗ-3237 по средней цене 2,5...2,6 млн руб. Данная модель считается первым низкопольным автобусом отечественного производства. Машина предназначена для перевозки пассажиров в условиях крупных городов, городских центров, а также для налаживания регулярной перевозки жителей между населенными пунктами.
Модель ПАЗ-3237 отличается от предшествующих отечественных автобусов отличной маневренностью и
повышенной комфортностью. Данный автобус имеет среднюю вместимость, а также высокий уровень безопасности: низкопольная конструкция очень удобна при высадке-посадке пассажиров. Также новая модель оснащается аппарелями для инвалидов.
При покупке китайского автобуса YAXING аналогичной категории и класса, работающего на КПГ, затраты составят 2,4 млн руб., что ниже на 4. 7 % по сравнению с покупкой ПАЗ-3237. Для обеспечения конкурентоспособности цена газового автобуса отечественного производства, таким образом, не должна превышать цену автобуса китайского производства (табл. 1).
Годовая сумма экономии на топливе при использовании автобуса на КПГ по сравнению с дизельным аналогом при пробеге от 70 до 100 тыс. км/год составляет 290,5.415,0 тыс. руб. на один автобус.
Расчеты показывают, что при сроке окупаемости дизельного автобуса 5 лет (стандартный максимальный
НИ ЙЯЯВВР Л Ф® вя# J^tefet Щ фЩ
«Транспорт на альтернативном топливе» № 5 (35), октябрь 2013 г.
Таблица 1
Эффективность использования пассажирского автотранспорта на природном газе
Вид топлива Цена топлива, Расход топлива Затраты при годовом пробеге, руб.
руб./л(м3) на 1 км, л(м3) 70 000 км 80 000 км 90 000 км 100 000 км
Дизель (автобус малого класса ПАЗ-3237) 28,00 0,25 490 000 560 000 630 000 700 000
Метан (газовый автобус YAXING BUS JS6811) 9,50 0,30 199 500 228 000 256 500 285 000
Экономия на затратах по статье «топливо», руб./год 290 500 332 000 373 500 415 000
срок лизинга) автобус, работающий на КПГ, окупится менее чем за 2,5 года, то есть в два раза быстрее.
Одновременная покупка автомобильной газовой наполнительной компрессорной станции (АГНКС) по средней цене 22 млн руб. «под ключ» и парка автобусов позволит более чем в 2 раза снизить удельные расходы на КПГ за счет возможности его приобретения без торговой наценки.
Объем полученной топливной экономии на один газовый автобус по сравнению с дизельным аналогом в этом случае составит в зависимости от величины пробега от 395,5 до 565 тыс. руб./год (табл. 2).
Согласно расчетным данным, срок окупаемости комплекса, состоящего из парка газовых автобусов (со средним годовым пробегом 70 тыс. км) и АГНКС, в зависимости от величины закупаемого парка составит от 3,7 до 2,4 лет (табл. 3).
Автотранспортное предприятие может использовать АГНКС для получения дополнительного дохода за счет продажи КПГ сторонним организациям, что позволит еще больше сократить срок окупаемости комплекса.
Кроме того, благодаря автобусам нового поколения с передовыми экологическими характеристиками АТП будет способствовать улучшению экологии в своем населенном пункте.
Основой модельного ряда Павловского автозавода является автобус малого класса ПАЗ-3205 и его модификации, при этом наиболее актуальный на сегодняшний день автобус ПАЗ-3237. Именно эту модель нужно позиционировать как наиболее перспективную с точки зрения обновления автобусного парка.
Предлагаемая автотранспортным предприятиям модель газового автобуса, таким образом, должна по своим базовым характеристикам соответствовать ПАЗ-3237. Указанную модель можно использовать в качестве прототипа. В настоящее время автобус ПАЗ-3237 оснащен четырехцилиндровым дизельным двигателем Cummins 4ISBe 185B мощностью 136 кВт. Длина автобуса составляет 7,9 м, полная масса - 10,25 т. Мощность двигателей на автобусах малого класса в модельном ряду Павловского автозавода колеблется в пределах от 86 до 136 кВт (для новых модификаций и моделей) или
от 12,5 до 14,7 кВт на 1 т полной массы автобуса.
То есть, оптимальная мощность газового двигателя, установленного на предлагаемый автобус, не должна превышать 147 кВт. Установка двигателя большей мощности не даст ощутимых преимуществ и приведет к перерасходу топлива, а значит к дополнительным расходам предприятия-перевозчика.
Разработку газового двигателя можно осуществлять с нуля либо на базе прототипа. Последний вариант с экономической точки зрения наиболее предпочтителен. При этом использование в качестве прототипов двигателей импортного производства нецелесообразно ввиду высокой стоимости технологических работ, которая будет перенесена на стоимость серийного образца.
В качестве прототипа можно использовать бензиновый или дизельный двигатели. Одним из критериев выбора является стоимость конвертации, которая у дизельного прототипа существенно выше по сравнению с бензиновым за счет необходимости изменения большего количества
Таблица 2
Эффективность использования пассажирского автотранспорта на природном газе при условии покупки автотранспортным предприятием АГНКС
Вид топлива Цена топлива, Расход топлива Затраты при годовом пробеге, руб.
руб./л на 1 км, л (м3) 70 000 км 80 000 км 90 000 км 100 000 км
Дизель (автобус малого класса ПАЗ-3237) 28,00 0,25 490 000 560 000 630 000 700 000
Метан (газовый автобус YAXING BUS JS6811) 4,50 0,30 94 500 108 000 121 500 135 000
Экономия на затратах по статье «топливо», руб./год 395 500 452 000 508 500 565 000
Таблица 3
Срок окупаемости АГНКС в зависимости от величины автобусного парка
Число газовых автобусов, ед. Срок окупаемости комплекса «автобусы + АГНКС», лет
5 3,70
10 3,05
15 2,79
20 2,66
25 2,57
30 2,51
35 2,47
40 2,43
45 2,41
50 2,39
компонентов вследствие следующих причин.
• Газовый двигатель - это двигатель с внешним смесеобразованием, с гомогенной топливно-воздушной смесью (ТВС) и ее воспламенением от искры, как и бензиновый. Дизельный двигатель - это двигатель с внутренним смесеобразованием, с гетерогенной ТВС и с воспламенением от сжатия.
• Степень сжатия дизельного двигателя от 16:1 до 25:1, а бензинового и газового - от 8:1 до 12:1.
• Для уменьшения токсичности отработавших газов двигателей с искровым зажиганием самым подходящим средством является применение трехкомпонентного каталитического нейтрализатора, наибольшая эффективность которого достигается при работе двигателя на стехиометричес-ких смесях. Для соответствия экологическим стандартам Евро-5 и выше, следовательно, необходима реализация концепции стехиометрического газового двигателя.
При работе на стехиометричес-ких смесях резко увеличивается температура рабочего цикла двигателя. Бензиновый двигатель в отличие от дизельного изначально рассчитан на
высокие температуры. Таким образом, создание газового двигателя на базе дизельного прототипа потребует изменения головки блока цилиндров, поршня, выпускных клапанов и т.д. При конвертации бензинового двигателя конструктивных изменений потребуется существенно меньше.
• Современные дизельные двигатели оснащены турбонаддувом с промежуточным охлаждением воздуха. Высокие удельные показатели по мощности и экономичности современного дизельного двигателя позволяет получать комбинация высокой степени повышения давления (в компрессоре она достигает 2,5), промежуточного охлаждения наддувочного воздуха и сильно обедненных смесей (от 1,8 на полной нагрузке). Но реализовать эти решения в полной мере при конвертации дизельного двигателя в газовый не получится, так как степень повышения давления ограничена возможностями системы зажигания, а на сильно обедненных смесях газовые двигатели в принципе не работают.
Таким образом, газовый двигатель на базе дизельного прототипа существенно потеряет в мощности и экономичности в отличие от двигателя на
базе бензинового прототипа. Также при реализации газового двигателя на базе бензинового прототипа существенно упрощается система подачи воздуха за счет отсутствия турбонаддува, радиатора охлаждения наддувочного воздуха и воздуховодов.
• Бензиновый и газовый двигатели оснащены дроссельной заслонкой. Дизельный двигатель ее не имеет. При установке дроссельной заслонки на дизельный прототип во впускном коллекторе возникает разрежение, нарушается правильная работа головки блока, и в камеру сгорания начинает засасывать масло. Следовательно, при конвертации дизельного прототипа требуется внесение изменений в конструкцию головки блока.
• Рабочий процесс в дизельном двигателе приводит к большим механическим нагрузкам, поэтому основные детали дизеля (блок цилиндров, коленчатый вал и т.д.) - тяжелее и больше, а требования к точности изготовления и применяемым материалам выше, чем у бензинового двигателя. Поэтому дизельный прототип будет крупнее, тяжелее и дороже, чем бензиновый аналогичной мощности.
• Существенным аспектом также является то, что газовый двигатель на базе бензинового сохраняет возможность работать на бензине, а на базе дизельного прототипа теряет возможность работы на дизельном топливе. Применение на транспортных средствах (ТС) двигателей, имеющих возможность работать на двух видах топлива, существенно расширяет географию использования таких ТС и упрощает вопрос их хранения в крытых гаражных боксах.
В итоге, наиболее перспективным является создание газовых двигателей на базе двигателей внутреннего сгорания с принудительным воспламенением (бензиновые), так как они имеют в своей конструкции систему зажигания, более низкую по сравнению с дизельным двигателем степень сжатия, а также меньшие механические потери.
НИ ЙЯЯВВР Л Ф® eü# J^tefet Щ фЩ
«Транспорт на альтернативном топливе» № 5 (35), октябрь 2013 г.
Таблица 4
Технические характеристики двигателей АМО ЗИЛ с принудительным воспламенением в бензиновом и газовом исполнении на базе двигателей ЗИЛ-508400 и ЗИЛ-509400
Модель двигателя
Характеристика 508400 509400 508400 509400
Топливо
бензин газ
Число цилиндров 8
Расположение цилиндров V-образное, угол развала 90
Диаметр цилиндра, мм 100 108 100 108
Рабочий объем, л. 6 7 6 7
Степень сжатия 8,0 8,0 9,5 9,5
Номинальная мощность, кВт 110/150 129/175 106/145 130/175
Максимальный крутящий момент нм (кГ>м) 405(41) 470 (48) 400 (40) 440 (44)
Номинальная частота вращения, мин-1 3200
Частота вращения при максимальном крутящем моменте, мин-1 1800. 2000
Система топливоподачи Распределенный впрыск бензина Распределенный впрыск газа
Масса, кг 490 520 490 520
Экологически класс Евро-4
Это позволяет провести конвертацию более дешевыми конструктивными и технологическими приемами. В результате этих исследований на АМО ЗИЛ было принято решение использовать в качестве базовой модели двигатели с распределенным впрыском бензина ЗИЛ-508400 и ЗИЛ-509400 для их конвертации в газовую версию.
Сегодня можно констатировать, что направление по разработке
нового поколения газовых двигателей выбрано правильно. Созданы и проходят испытания опытные образцы двигателей, имеющих различные мощностью параметры от 110___130 кВт
(табл. 4) и отвечающих требованиям норм Евро-4 с возможностью установки на автобус ПАЗ.
Согласно данным Росстата, возраст почти половины (48,5 %) эксплуатируемых автобусов Российской
Общая структурная схема обновления автобусного парка в регионах
Федерации превышает 10 лет. В настоящее время одной из основных задач автотранспортных предприятий, занимающихся автобусными пассажирскими перевозками, является обновление изношенного парка.
Общую структурную схему обновления парка можно представить следующим образом (рисунок).
Автобусный транспорт является лидером отрасли среди других видов общественного транспорта в структуре перевозок по видам сообщения - по междугородным (63,3 %), пригородным (75,1 %) и внутригородским (58,4 %) перевозкам. Автомобильные (автобусные) перевозки остались единственным сегментом рынка пассажирских перевозок, в котором лидирующую роль сохраняют государственные и муниципальные предприятия (79 % в общем объеме пассажирских перевозок), и использование в качестве моторного топлива компримированного природного газа позволит существенно укрепить конкурентоспособность отечественного автомобилестроения (в частности, ПАЗа) в данной нише пассажирских автоперевозок.
