On the Economic Efficiency of Conversion of Vehicles to Gas Fuel

В двадцать первом веке человек привык быть мобильным и тяжело представить жизнь людей без автомобильного транспорта. Автотранспорт не только используется для комфортного передвижения в личных целях, но и для перемещения грузов и транспортировки людей в различных сферах деятельности.

Транспортировка грузов и перевозка людей является одной из важнейших операций, как для частного лица, так и для производственных компаний и организаций. После подъема цен на топливо увеличились цены на товары и услуги, в различных сферах деятельности, в общем и целом, по всей стране [1].

По данным Росстата [2], автомобильным транспортом, по субъектам Российской Федерации, за 2021 год, перевезено 5490,5 миллионов тонн груза (Рис. 1). Это доказывает социальную значимость автотранспорта для разных сфер деятельности.

Рисунок 1 - Грузоперевозки РФ разными видами транспорта за 2021 год

DOI:10.23670/IRJ.2022.126.43.1

По данным Росстата с 2009 года рост цен на топливо значительно заметен. Дизельное топливо и бензин до 2009 были основным топливом для большинства машин, но в связи с ростом цен на данный тип топлива (Рис.2.) [3], [4], [5], потребители топлива были вынуждены, обратится к аналогам. В качестве аналогов выступает газовое топливо. Газомоторное топливо – это сжатый (компримированный) либо сжиженный природный газ.

Рисунок 2 - Динамика цен на топливо

DOI:10.23670/IRJ.2022.126.43.2

На данный период времени средняя цена на бензин составляет 48,1 рубля/литр; ДТ – 56 рублей/литр; природный газ – 21,75 рубля/м3 [6].

Компримированный природный газ (КПГ) – природный газ, использующийся в качестве топлива в двигателях внутреннего сгорания, состоящий на 90% из метана, остальные 10% – присадки.

Сжиженный природный газ (СПГ) – газ, использующийся в качестве топлива в двигателях внутреннего сгорания, в результате сжижения превращается в жидкое топливо. Сжиженный газ получают путем переработки нефти или «влажного» природного газа и почти полностью получают из ископаемых источников топлива, при переработке нефти (сырой нефти) или извлекают из потоков нефти или природного газа по мере их выхода из земли. 

Сжиженный нефтяной газ (СНГ) – газ представляет собой смесь пропана и бутана, извлекаемую их попутных нефтяных газов, из конденсатных фракций природного газа, из газов процессов стабилизации нефти и конденсата, из нефтезаводских газов, получаемых с установок переработки нефти. Помимо пропана и бутана нефтяной газ содержит по массе порядка 6% других углеводородов – этана, этилена, пропилена, бутилена и их изомеров, то есть состав СНГ неоднороден и непостоянен. Для контроля утечек в состав СНГ вводят зловонные вещества – меркаптаны.

К преимуществам КПГ относят:

- безопасность – КПГ легче воздуха, благодаря чему в случае аварийного выброса он быстро испарится;

- экологичность – данное топливо менее токсично, так как примеси, входящие в состав КПГ занимают незначительное количество, в процентном соотношении, по сравнению с метаном;

Продлевает срок жизни автотранспорта. Отсутствие в составе вредных примесей защищает детали двигателя от образования ржавчины и быстрого изнашивания. Использование КПГ увеличивает межремонтный период работы двигателя, снижает затраты на ремонт и обслуживание транспортного средства.

К преимуществам СПГ относят:

- удобство хранения и транспортировки – так как газ находится в жидком состоянии, он становится мобильным для транспортировки;

- высокая теплопроводность – для газов путь пе­редачи энергии определяется их теплоемкостью и вязкостью;

- отсутствие в составе веществ, вызывающих коррозию;

К преимуществам СНГ относят:

- высококачественное высокооктановое топливо;

- из-за высокого октанового числа сжиженный газ обладает большей устойчивостью к детонационному сгоранию;

- снижение уровня шума двигателя;

- относительно густая сеть автозаправочных станций;

- значительно снижение вредных выбросов в окружающую среду;

- более подходит к моторному маслу;

- сжиженный газ не создает углеродистых отложений или других примесей.

После монтажа СНГ были выявлены особенности эксплуатации:

- мощность двигателя уменьшалась примерно на 5-10%;

- расход топлива увеличивался на 10-20%;

- требуется обязательная проверка топливной системы и бака под давлением.

Основные эксплуатационные характеристики газобаллонного топлива и оборудования приведены в таблице 1 [7], [8], [9].

Основным показателем перевода автомобиля на ГБО является экономическая эффективность, полученная от его использования [10]. Для ее определения был проведен расчет основанный на данных, полученных при эксплуатации автомобилей на бензиновом топливе и при использовании смешанного цикла топливного обеспечения. Смешанный цикл подразумевал использование бензинового топлива для запуска двигателя и постановки автомобиля на хранение в закрытый бокс, а газовое топливо использовалось на преодоление заданного маршрута.

В качестве исходных данных были приняты пробег автомобиля и время работы двигателя на бензиновом топливе в режиме прогрева и постановки в бокс. Для большей точности пробег автомобиля составил 10000 км, а время работы двигателя на бензиновом топливе 16 часов. Первый автомобиль работал только на бензине, а второй на газе и бензине.

Первый автомобиль потратил 1032 литра топлива, при этом средний расход составил 10 л/100 км при движении и 2 л/час при работе на холостом ходу. Второй автомобиль потратил 1200 литров газа и 32 литра бензина, средний расход газа составил 12 л/100 км (т.е. на 20% расход топлива увеличился по сравнению с бензином), а бензина 2 л/час при работе на холостом ходу.

После проведенных исследований производился расчет затрат. Затраты на эксплуатацию первого автомобиля:

рублей

Затраты на эксплуатацию второго автомобиля:

рублей

После проведенного анализа полученных результатов было установлено, что накладные расходы на топливо у второго автомобиля меньше на 22000 рублей при пробеге 10000 км.

Стоимость газового оборудования с монтажем составляет 35000 рублей. Таким образом, окупаемость газового оборудования наступит после 16000 км пробега.

Данный расчет справедлив для случая эксплуатации легкового автомобиля среднего класса. Однако общая тенденция показывает очевидные экономические преимущества эксплуатации автомобильного транспорта на газовом топливе.

Эксплуатация автомобиля на газомоторном топливе обеспечивает увеличение ресурса двигателя примерно на 15-20% за счет отсутствия детонации и хорошей смазывающей способности самого топлива.

Проведенные исследования позволяют сделать вывод о целесообразности использования газового топлива в автомобильных перевозках. Особенно ощутимый эффект будет наблюдаться при его использовании автотранспортными предприятиями. Предполагаемый срок окупаемости газового оборудования в условиях автотранспортных предприятий будет составлять 1 - 2 месяца. Срок окупаемости газового оборудования для частных владельцев автомобильного транспорта составит 1 - 1,5 года. При эксплуатации газового оборудования в автомобилях службы такси составит 25 - 35 дней.

При переоборудовании автомобильного транспорта на газомоторное топливо единовременные затраты на оборудование возрастут. Однако использование газомоторного топлива продлит ресурс работы двигателя и снизит затраты на его ремонт. А потеря мощности двигателя компенсируется увеличением расхода топлива (газа) на 20%.

Возможности применения газомоторного транспорта для тяжелой техники, беспилотной транспортной техники, добывающему оборудованию требуют дополнительных специальных исследований.