Download - 1. PLIN KAO POGONSKO GORIVO - Semin rad.pdf
VELEUČILIŠTE U RIJECI
Andrej Pristavnik Marin Balenović Mario Jauk
KORIŠTENJE PLINA KAO POGONSKOG GORIVA KOD CESTOVNIH MOTORNIH VOZILA (osobito u RH)- stanje i
perspektiva
SEMINAR
Rijeka, 2010.
VELEUČILIŠTE U RIJECI Prometni odjel Specijalistički stručni studij prometa
KORIŠTENJE PLINA KAO POGONSKOG GORIVA KOD CESTOVNIH MOTORNIH VOZILA (osobito u RH)- stanje i
perspektiva
SEMINAR
Predmet : Promet i održivi razvoj
Mentor : Mr. sc. Ivo Brozović
Studenti : Andrej Pristavnik
Marin Balenović Mario Jauk
Studij : specijalistički stručni studij prometa
Rijeka, studeni, 2010.
SAŽETAK
Radi stalnog rasta cijena sirove nafte na svjetskom tržištu, te cijena benzinskog i
dizelskog goriva u lokalnoj potrošnji, kao i sve učestalijim upozorenjima o globalnoj
energetskoj krizi i o topljenju svjetskih rezervi fosilnih goriva, potrošači se sve više moraju
opredjeljivati za raspoloživa alternativa motorna goriva koja se do sada nisu značajno
koristila. Među njima je najpoznatije i do sada najpouzdanije alternativno motorno gorivo
ukapljeni naftni plin (UNP, odnosno engl. LPG). UNP ili autoplin je razvojem potrošnje i
pratećeg sustava zadnjih godina zauzeo značajnu poziciju kao alternativno pogonsko
gorivo za motorna vozila i u Republici Hrvatskoj. Više je čimbenika koji su utjecali na
veliku ekspanziju potrošnje autoplina i povjerenja potrošača, no osnovni razlog je niža cijena
u odnosu na ostale derivate, povoljni uvjeti ugradnje opreme i uređaja, te silan razvoj
izgradnje infrastrukture (servisne radionica i punionice plina). Suočeni smo i sa činjenicama
globalnog zatopljenja Zemlje stakleničkim plinovima, zagađenjima nastalim od korištenja
fosilnih goriva, ozonskim rupama i nepredvidivim klimatskim promjenama, što svakodnevno
utječe na ljudsku nelagodnost zbog neizvjesne budućnosti sadašnjih generacija, a posebno
onih novih koje nas nasljeđuju. Korištenjem alternativnih goriva ne mogu se otkloniti, ali se
mogu bara ublažiti katastrofične posljedice razvoja civilizacije. Kao alternativno motorno
gorivo LPG se može odmah koristiti. Ne zahtijeva ulaganje novca niti vremena u istraživanja,
njegova primjena je već razvijena, a njegove ekološke prednosti su dokazane. Autoplin je
čisto gorivo koje proizvodi 50% manje štetnih emisija ispušnih plinova za razliku od
standardnih (benzin i nafta) goriva. U velikim gradovima visoke gustoće naseljenosti i
prometa, korištenjem autoplina smanjuju se prizemne emisije štetnih supstanci i smoga, čime
se podiže kvaliteta života.
SADRŽAJ
1. UVOD ......................................................................................................... 1 1.1. Predmet istraživanja ..................................................................................... 1 1.2. Svrha i ciljevi istraživanja ............................................................................ 1 1.3. Znanstvene metode ...................................................................................... 2 1.4. Struktura rada .............................................................................................. 2
2. PLINSKA GORIVA U MOTORNIM VOZILIMA .................................. 3 2.1. Povijest autoplina ......................................................................................... 3 2.2. Ukapljeni naftni plin (UNP) ......................................................................... 4 2.3. Ukapljeni prirodni plin (UPP) ...................................................................... 5 2.4. Stlačeni prirodni plin (SPP) .......................................................................... 6 2.5. Bioplin ......................................................................................................... 8 2.6. Vodik ........................................................................................................... 8
3. AUTOPLIN U RH ...................................................................................... 10 3.1. Ograničavajući čimbenici razvoja tržišta auto-plina ...................................... 10 3.2. Poticajne mjere i čimbenici daljnjeg razvoja tržišta autoplina ....................... 11 3.3. Prednosti primjene autoplina u vozilima ....................................................... 12 3.3.1. Tehnički čimbenici autoplina i utjecaj na motor ........................................... 13 3.4. Komoditet korištenja autoplina ..................................................................... 13 3.5. Nedostaci korištenja autoplina ...................................................................... 14 3.6. Razvoj cijene plina u odnosu na benzin i diesel gorivo ................................. 15 3.7. Odnos emisija stakleničkih plinova i drugih toksičnih plinova ...................... 16 3.7.1. Europska ekološka regulativa i hrvatski prometni sektor .............................. 18 3.7.2. Smanjenje emisije CO2 u automobilskoj industriji i provizorni ciljevi EU ... 21 3.8. Postojeće stanje autoplinom u RH ................................................................ 24 3.8.1. Mogućnosti poboljšanja pozicije autoplinom u RH ....................................... 25 3.9. Budućnost autoplina u RH ........................................................................... 25
4. PLINSKA INSTALACIJA U VOZILU .................................................... 27 4.1. Postupak ugradnje ........................................................................................ 27
5. ZAKLJUČAK ............................................................................................ 32
POPIS LITERATURE ................................................................................ 33 POPIS SLIKA ............................................................................................. 34 POPIS TABLICA ........................................................................................ 34 POPIS GRAFIKONA ................................................................................. 34
1. UVOD
1.1. Predmet istraživanja
Unatrag deset godina zamjećujemo sve veću ekspanziju vozila pogonjenih
plinom. Taj fenomen je globalan i zapravo je preslika ljudske svijesti, ali i ekonomski
pokazatelj. Povoljna cijena plina je nagnala pojedine države da oforme jednu
prepoznatljivu gospodarsku cjelinu. Sama računica ukazuje na brzi povrat investicije u
plinsku opremu kroz svaki prijeñeni kilometar, kako kod osobnih automobila, tako i kod
vozila gradskog i meñugradskog prometa te kod lakih i teških teretnih vozila. Logično je da
će tu ekspanziju pratiti i ekspanzija pratećih infrastruktura.
U skladu s time, predmet istraživanja u ovom radu je zastupljenost i uporaba plina kao
pogonskog energenta kod motornih vozila u Republici Hrvatskoj. Pritom je kao problem
istraživanja definirana uspješnost ispunjavanja predviñenih funkcija kao energenta u realnim
radnim uvjetima.
1.2. Svrha i ciljevi istraživanja
Svrha ovog rada je definirati osnovne značajke uporabe plina kao pogonskog goriva,
značajke pogonskog agregata upravljanim plinom kao gorivom.
Cilj je rada ukazati na važnost uporabe plina s aspekta zaštite okoliša, tj.njegovog
povoljnijeg utjecaja na isti u odnosu na druge energente (benzin, nafta).
U ovom radu daju se informacije i odgovori na sljedeća pitanja:
1. Što je plin i kakve vrste kao pogonskog goriva postoje?
2. Kakva je plinska instalacija u motornom vozila?
3. Koje su prednosti, a koji nedostaci plina kao pogonskog goriva kod motornih vozila?
4. Kakvo je trenutno stanje u pogledu plina kod motornih vozila i kakva je njegova
perspektiva?
1
1.3. Znanstvene metode
Za izradu ovog rada korištene su sljedeće znanstvene metode:
• metoda deskripcije,
• metoda analize,
• metoda sinteze,
• metoda klasifikacije,
• induktivno-deduktivna metoda i
• empirijska metoda.
1.4. Struktura rada
Zadana tema obrañena je kroz niz meñusobno povezanih dijelova.
U prvom dijelu rada, UVODU, napravljen je mali uvod sa svrhom i ciljevima završnog
rada, predmetom i problemima istraživanja, korištenjem znanstvenih metoda i strukturom
rada.
U drugom dijelu, PLINSKA GORIVA U MOTORNIM VOZILIMA, dat je uvid u
moguća plinska goriva kod vozila na motorni pogon.
Treći dio, AUTOPLIN U RH, obrañuje stanje autoplinom kao pogonskim gorivom u
RH uz njegove prednosti, nedostatke, trenutno stanje i koja je njegova perspektiva.
Četvrti dio, PLINSKA INSTALACIJA U VOZILU, pokazuje nam jedan od načina
ugradnje plinske instalacije u vozilo.
U petom dijelu, ZAKLJUČAK, napravljen je osvrt na stanje autoplinom u Hrvatskoj i
kakva je moguća budućnost iz perspektive autora ovog rada.
2
2. PLINSKA GORIVA U MOTORNIM VOZILIMA
2.1. Povijest autoplina
Doba primjene propan-butan plina kao gorivo počinje krajem 19. stoljeća u Njemačkoj. P.
Lebon, W.Cecyl, S. Brown, L. Wellman i E. Lenoir izgrañuju motor s pogonom na plin. Tim
studijama riješeni su tehnički i radni problemi, a na temelju njih C.Reithman izradio je
planove za izradu dvocilindričnog motora. Nakon što je motor na plin ušao u proizvodnju
(proizvodni rezultat: preko 30 000 motora) javila se ideja za proizvodnjom bržeg benzinskog
motora, koji je 1882. proizveden u Daimler & Maybach. Nakon toga motore na plin zamijenili
su benzinski motori, a od 1886. koriste se u autoindustriji. Jedan od razloga zašto se u
povijesti kao gorivo za automobile počeo koristiti benzin, a ne autoplin, je problem transporta
autoplina. U to vrijeme proces tlačenja autoplina, kao bi se olakšao transport, nije bilo poznat.
Izmeñu 1920. i 1940. bilježi se veliki porast korištenja motora na plin zbog niske cijene
plina. Od početka sedamdesetih godina do danas njegova se proizvodnja u svijetu povećala
više od dva puta, te bi prema današnjim procjenama trebala iznositi oko 190.000.000 tona
godišnje, pri čemu oko 20% njegove svjetske proizvodnje i potrošnje otpada na europske
zemlje.
U Hrvatskoj je LPG prisutan već četrdesetak godina, a proizvodi se u pogonima
energetske skupine INA d.d. u Rijeci, Sisku i Ivanić Gradu. I proizvodnja i potrošnja od
šezdesetih su godina do danas porasle nekoliko puta, iako je početkom devedesetih godina, u
vrijeme domovinskog rata, došlo do značajnijeg pada. Današnja potrošnja se procjenjuje na
oko 100.000 tona, što čini 1,5% naše ukupne energetske bilance.
3
2.2. Ukapljeni naftni plin (UNP)
Ukapljeni naftni plin (UNP) koji ima meñunarodnu trgovačku oznaku LPG (engl
Liguefied petroleum gas.) je tekuća bezbojna smjesa propana (C3H8) i butana (C4H10) u
približnom odnosu 50 : 50 (odnos meñu plinovima je različit od države do države te hladnijeg
ili toplijeg podneblja) i viših ugljikovodika - etana i propilena. Njegovi se osnovni sastojci
(propan i butan) pri normalnom atmosferskom tlaku i temperaturi od 20°C nalaze u
plinovitom stanju, no već pri tlaku od 1,7 bar prelaze u kapljevito stanje, pri čemu im se
volumen smanjuje čak 260 do 270 puta. Kada se govori o UNP-u, valja razlikovati dva
stanja: kapljevito i plinovito te tri faze: kapljevita, parovita i plinovita. Pojam stanja
pri tome je vezan uz pojavnost, agregatno stanje tvari, a faze uz ponašanje plina u
(zatvorenom) spremniku pri ravnotežnim uvjetima. Za prelazak iz jedne u drugu fazu,
odnosno stanje, treba dovesti ili odvesti toplinu.
Kako je ukapljeni naftni plin bez boje i mirisa, a prilikom propuštanja predstavlja
potencijalnu opasnost, dodaju mu se posebni dodaci (npr. etan-etiol ili tetrahidro-tiofen) koji
ukapljenom naftnom plinu daju miris i time olakšavaju otkrivanje propuštanja. Ima vrlo
raširenu upotrebu, kao izvor energije u industriji i domaćinstvu, zatim i kao zamjena za
skuplja goriva u automobilima, a u zadnje vrijeme zamjenjuje razne tipove freona kao aerosol
u raznim bocama pod pritiskom, da bi se smanjio štetan utjecaj čovjeka na okoliš, tj. da bi se
izbjeglo oštećenje ozonskog omotača freonskim plinovima. Važno je napomenuti da je UNP
teži od zraka, pa ukoliko doñe do istjecanja uvijek se treba skloniti više, a nikako u neki
podrum.
Globalno gledano, približno 60 % LPG -a se dobiva kao nusprodukt kod vañenja nafte
iz zemlje, a 40 % nastane kao nusprodukt prilikom rafiniranja nafte i naftnih derivata. Propan
je plin koji potiskuje naftu iz zemlje, a butan se odvaja prilikom derivacije nafte. Vrlo je
važno to, da njihovo pridobivanje ne traži dodatne proizvodne troškove, te da ne zahtijeva
dodatne energije koja bi značila dodatno opterećivanje prirode. Procjene govore da je plina
još za otprilike 100 godina.
U ovom trenutku LPG je jedino pravo alternativno gorivo benzinu, dok ne krene veća
proizvodnja biogoriva, odnosno dok ne krene serijska proizvodnja vozila koja će za pogon
koristiti vodik.
4
Izvor: www.rgn.hr
2.3. Ukapljeni prirodni (zemni) plin (UPP)
Ukapljeni zemni plin ili ukapljeni prirodni plin (UPP) je pročišćeni zemni plin
rashlañivanjem pretvoren u tekuće stanje, radi lakšeg prijevoza. U meñunarodnom prometu,
kratični naziv je LNG, prema engleskom nazivu liquified natural gas ("ukapljeni prirodni
plin"). Zemni plin se ukapljuje kako bi ga se moglo lakše, brže i ekonomičnije prevoziti, jer se
time njegov obujam smanjuje 614 puta u odnosu na obujam pri normalnim uvjetima.
Ukapljenje se obavlja u LNG-terminalima.
Ishodišna sirovina za ukapljeni prirodni plin je prirodni plin koji se u mnogim
zemljama dobiva iz ležišta fosilnih goriva. Kada se plin pothladi na oko -161 °C, on
kondenzira u čistu tekućinu koja se uglavnom sastoji od metana, najjednostavnijeg
ugljikovodika skupine C 1 . UPP izgara čišće od drugih prijenosnika energije i njegove štetne
emisije od izgaranja u motorima su i danas ispod dopuštenih granica. Nadalje, vozila koja za
gorivo koriste prirodni plin daleko su tiša od vozila s ugrañenim dieselskim motorom. Zbog
Slika 1 : Instalacija UNP-a u automobilu
5
tog pozitivnog djelovanja na okoliš u mnogim se zemljama radi na uvoñenju prirodnog plina
kao motornog goriva, a i procjenjuje se da će u budućnosti prirodni plin biti
raspoloživ dulje od nafte. Ukapljeni prirodni plin ima energetsku gustoću dvostruko veću od
stlačenog prirodnog plina. Vakuumska superizolacija brine se da, unatoč razlici od
gotovo 200 °C izmeñu temperature UPP-a u spremniku i okolice, nastaje samo ekstremno
nizak gubitak topline. Isparavanje plina nije veće od isparavanja iz benzinskog
spremnika pa i pri izloženosti žarkom suncu. Vozila na UPP nemaju posebnih
ograničenja u dosegu i opterećenju teretom.
2.4. Stlačeni prirodni plin (SPP)
Stlačeni prirodni plin je poznat na engleskom jeziku kao Compressed Natural Gas
(CNG),na njemačkom Ergas (CNG), te na hrvatskom jeziku kao Stlačeni Prirodni plin (SPP).
Stlačeni prirodni plin se dobiva kompresiranjem (stlačivanjem) metana (CH4) koji se izvlači
iz prirodnog plina. Metan je najkraća i najlakša molekula ugljikovodika. U prirodnom plinu
ga ima oko 85 %. Često se Stlačeni Prirodni Plin (SPP) ili (CNG) zamjenjuje za Tekući
Prirodni Plin (TPP) ili (LNG) Liquid Natural Gas, razlika je jedino u tome što je SPP u
stlačenom ili kompresiranom ,a TPP je u tekućem stanju. SPP ima vrlo čisto sagorijevanje što
znači da nema prisustva ugljika i kiseline u ulju motora. Nije potrebno ispirati nakupljeno ulje
na vrhu klipnog prstena, što rezultira dužim vijekom trajanja samog motora. Svjećice traju
praktično vječno što se tiče samog plina, naravno, te ulje je još uvijek žute boje kad ga se
mijenja. Primjer toga je, da se kod vozila na benzin ulje mijenja svakih 5000 do 6500 km, a
kod vozila na prirodni plin produžuje se vrijeme promjene ulja na čak 15000 do 16000 km.
SPP se pohranjuje unutar spremnika pri tlaku od oko 200 bara.
Postoji četiri tipa cilindričnih spremnika, a najviše se koristi (u 90% tržišta) „tip I“ načinjen
od čelika. Ostala tri tipa se razlikuju po materijalu od kojeg su izrañeni. Tako mogu
sadržavati staklena
vlakna, aluminijska i ugljična. Kapaciteta su od 50 do 120 litara te ih se u teškim teretnim
vozilima može smjestiti i do 12 komada.
6