Érkező járműtechnológiák a közlekedési szektorokban, versenyképességi kérdések alakulása (1.1 fejezet) IV. CNG és LNG szakmai konferencia 2016.06.03.
Közúti járművekkel szemben támasztott követelmények Élettartam Megbízhatóság Biztonság Hatótávolság Szállítható utasok száma, áru mennyisége, minősége Karbantartási igények Hajtóanyag utántöltés tulajdonságai Infrastruktúra Egyéb speciális igények Az igények közlekedési ágazatonként eltérőek lehetnek!
Megoldandó problémák a közlekedésben Kőolaj véges mennyisége, kőolaj világpiaci ára Közlekedés környezeti hatásai: fosszilis energiaforrások használata károsanyag kibocsátás szén-monoxid (CO) elégetlen szénhidrogének (HC) nitrogén-oxidok (NO x ) szilárd részecske emisszió egyéb károsanyagok A legnehezebben kezelhető, dízelmotorokat érintő probléma üvegházhatást okozó emisszió elsősorban szén-dioxid (CO 2 ) zajemisszió Politikai célok (EU Fehér Könyv) Emissziós határértékek törvényi szabályozásának elavultsága
Célok és megoldások Energiafelhasználás hatékonyságának javítása Well-to-Wheel (WTW) hatásfok Üvegházhatást okozó emisszió csökkentése Greenhouse gas (GHG) emisszió csökkentés Károsanyag kibocsátás és zajemisszió minimalizálása Fenntartható fejlődés A megoldás: alternatív hajtóanyagok és hajtási módok keresése Megújuló energiaforrások előnyben részesítése
Hagyományos és alternatív hajtásrendszerek Hagyományos hajtásrendszerek: benzinmotorok dízelmotorok Benzin és gázolaj tulajdonságai: nagy teljesítménysűrűség, ami nagy hatótávolságot jelent légköri nyomáson tárolhatóság és utántölthetőség kényelmes használat A belső égésű motorok bonyolultságuk ellenére kipróbált, megbízható és olcsó technikának tekinthetők. Alternatív hajtásrendszerek: alternatív tüzelőanyagok: földgáz (CNG és LNG) LPG hidrogén biometanol/bioetanol biogáz biodízel hajtásrendszerek villamos energiával: villamos hajtás akkumulátorokkal, szuperkapacitásokkal vagy tüzelőanyag cellával hibrid hajtásrendszerek
Hajtóanyagok és hajtásrendszerek összehasonlítása
Hajtóanyagok és hajtásrendszerek összehasonlítása Forrás: Klopfeigenschaften methanhaltiger Kraftstoffe, Dipl.-Ing. Sebastian Scharlipp, Prof. Dr.-Ing. Michael Bargende, Dipl.-Ing. Lukas Urban, Dipl.-Ing. Hans-Jürgen Berner, Dr.-Ing. Michael Grill, Dr.-Ing. Frank Altenschmidt, Dr. Martin Schenk
Hajtóanyagok és hajtásrendszerek összehasonlítása Forrás: Automobil Revue 2001
A földgáz, a CNG és az LNG A földgáz fő összetevője a metán (CH 4 ) ~85-95% Szobahőmérsékleten gáz halmazállapotú, színtelen és szagtalan, a levegőnél könnyebb. A biogázzal, hasonló összetétele miatt keverhető. A járművekben való használhatósághoz meg kell növelni a térfogati energiasűrűséget! CNG Compressed Natural Gas Sűrített földgáz 200bar Tárolása nagy nyomású palackokban LNG Liquified Natural Gas - Cseppfolyósított földgáz, -160 C Tárolása hőszigetelt, un. kriogén tartályokban
Földgázüzemű belső égésű motorok A földgáz égési tulajdonságai a benzinéhez hasonlóak => a földgázmotorok az Otto körfolyamat elvén működnek, azaz az égés elektromos szikrával indul be. A földgáz kompressziótűrése lényegesen nagyobb a benzinénél, ami jobb motorhatásfokot jelent. A tüzelőanyagnak és a levegőnek a keveredése nagy mértékben meghatározza a károsanyag kibocsátást => gáznemű tüzelőanyagok előnyben. Monofuel földgázmotorok: tisztán földgázüzemű motorok, azaz a működésüket a földgáz tulajdonságaira lehet optimalizálni. Dualfuel földgázmotorok: egy időben két tüzelőanyaggal működnek, földgázzal és gázolajjal. Bifuel földgázmotorok: kétféle tüzelőanyaggal működő motorok (földgáz és benzin), de egy időben csak az egyiket használják.
Monofuel földgázmotorok Egyszeres tüzelőanyag ellátó rendszerük van, ezért versenyképes áruk van. Kis teljesítményű motorok esetén benzinmotorok átalakítva, nagy teljesítményű motorok esetén dízelmotorok áttervezésével fejlesztik őket. Fontos hatékonyságnövelő fejlesztések: Optimalizált égéstér Közvetlen befecskendezés Turbófeltöltés, turbótöltő illesztés Mélyebb konstrukciós módosítások Forrás: Delphi Sztöchiometrikus motorüzem hármas hatású katalizátorral (TWC). Forrás: Ford Werke GmbH
Monofuel földgázmotorok Emissziós eredményeik a belső égésű motorok közül a legjobbak: 10-20%-kal alacsonyabb CO 2 kibocsátás 20-40%-kal alacsonyabb CO kibocsátás legalább 30-40%-os NO x kibocsátás csökkenés, de bizonyos motoroknál 90% fölött is lehet 80-95% szilárd részecske kibocsátás csökkenés alacsonyabb zajterhelés Cummins Westport ISL G földgázmotor Near Zero minősítés az US EPA-tól Forrás: Cummins Westport
Dualfuel földgázmotorok A motor alapvetően földgázzal működik, az égésfolyamat beindítását egy kis mennyiségű gázolaj dózis végzi. A két tüzelőanyag mennyiségének az aránya optimalizálható. Forrás: EJJT Forrás: DUAL FUEL Potential of combined combustion of CNG and Diesel Fuel, Dipl.-Ing. C. Doppelbauer, Ing. Mario Penz, Dipl.-Ing. Daniel Renner Dr. Karl Masser, Dipl.-Ing. F. Dorfer
Bifuel földgázmotorok CNG utántöltő infrastruktúra hiánya miatt a motor benzinüzemre is képes marad kettős tüzelőanyag ellátó rendszer van a járműben. Kedvező emissziós és fogyasztási tulajdonságok. A Monofuel földgázmotorokhoz képest szerényebb eredményekkel bír, mert két különböző tulajdonsággal rendelkező tüzelőanyaghoz is alkalmazkodni kell. Forrás: Mercedes
Személygépjárművek és kishaszonjárművek A földgázhajtás versenyképes lehet, amennyiben a felhasználó számára kiemelten fontos az alacsony üzemeltetési költség és a gyors rendelkezésre állás. A villamos meghajtás ebben a járműkategóriában számít leginkább konkurenciának. A járművek mérete és a versenyképes vételár megtartása érdekében csak CNG tárolás jöhet szóba. Jelenleg az infrastruktúra hiánya miatt túlnyomórészt csak Bifuel motorral szerelt járművek elérhetők. Forrás: Ford Werke GmbH
Helyi közlekedésű buszok és haszonjárművek Jelenleg a legfőbb lehetőség a földgázüzemű járművek elterjedésére. A kis hatótáv és a hiányos infrastruktúra a felhasználás módja miatt nem akadály. Általában a CNG rendszer is elegendő a követelmények teljesítéséhez. A városi emisszió csökkentés a legfontosabb. Lényegesen alacsonyabb üzemeltetési költségek. Forrás: Iveco
Távolsági buszok és haszonjárművek Kiemelten fontos követelmény a nagy hatótávolság, ezért a dízelmotoros hajtások számítanak a legfontosabb konkurenciának. A nagy hatótáv igény miatt csak LNG-vel lehet versenyképes, a dízelmotoros járművek hatótávolságának kb. 2/3-a érhető el jelenleg. Jelenleg az LNG felára jelentős, a jövőben ez várhatóan drasztikusan csökkenni fog. Jelenleg még nem minden teljesítményszinten érhetők el földgázmotorok, de ez a közeljövőben megváltozik. Forrás: Westport
Mi várható a jövőben? Műszaki természettudományi szempontból a kérdés, hogy miért nem alkalmaztuk a földgázmotorokat már sokkal korábban? A hosszú távú cél a megújuló energiaforrásokon alapuló közlekedés. Figyelembe véve a legtöbb megújuló energiaforrás hatékonyságát, valamint az alternatív hajtási módok fejlődésének ütemét, a földgáz alapú közlekedés az emberiség számára KÖZÉPTÁVON A LEGIDÁLISABB MEGOLDÁSNAK TŰNIK. Elsősorban a haszonjárművek kategóriáiban versenyképes, de a személygépjárművek között is van létjogosultsága. Hibrid hajtásrendszerekben további hatásfokjavulás érhető el földgázmotorokkal. Más közlekedési szektorok számára is kedvező alternatíva lehet (vasúti, vízi közlekedés).
Köszönöm a figyelmet!