Fot. gazeo.pl
CNG w kopalnianych wozidłach: eksperyment się powiódł... Czy będzie wdrożenie?
Sprężony gaz ziemny (CNG) jest realną alternatywą dla oleju napędowego. Jest przy tym paliwem bardziej przyjaznym środowisku od klasycznego „diesla", a także stanowi element bezpieczeństwa energetycznego gdyż dywersyfikuje dostawy paliwa zwłaszcza dla takich dziedzin jak komunikacja miejska czy służby komunalne. W Kanadzie na przykład, z uwagi na ostre warunki temperaturowe, sprężony gaz chętnie wykorzystywany jest przez tamtejszą kolej do napędu lokomotyw prowadzących składy towarowe. Silniki gazowe pracują znacznie ciszej, zaś z ich rur wydechowych - zgodnie z równaniem spalania metanu - wylatują: czysty dwutlenek węgla i para wodna. O ile w krajach starej Unii Europejskiej takich jak Szwecja, Francja czy Niemcy, autobusy gazowe zyskały już sobie prawo obywatelstwa i pojazdy z garbem mieszczącym kompozytowe butle na dachu stały się naturalnym elementem miejskiego pejzażu, o tyle w Polsce są nadal udziałem wyłącznie ambitnych pasjonatów. W Krakowie na przykład w ramach programu Civitas Caravel po ulicach miasta jeździ dzisiaj mniej autobusów gazowych niż przed 10 laty, w ramach eksperymentów prowadzonych na lokalną skalę.
Uparty Don Kichot
Dr inż. Krzysztof Rudkowski, który od 30 lat prowadzi eksperymenty z napędami gazowymi zarówno na Politechnice Krakowskiej, w Instytucie Budownictwa Mechanizacji i Elektryfikacji Rolnictwa, a także Instytucie Nafty i Gazu, nie składa jednak broni. Tym razem na warsztat wziął potężne czterdziestotonowe „Biełazy" - sztywnoramowe wozidła technologiczne używane w kamieniołomach i odkrywkowych kopalniach surowców mineralnych. Tym bardziej, że z inicjatywą takiego eksperymentu wyszła dyrekcja Kopalni Wapienia Czatkowice, wytwarzającej wapienny sorbent do instalacji odsiarczania spalin funkcjonujących w polskiej energetyce. Głównym celem było poprawienie ekonomiki produkcji, ale także troska o środowisko jak i warunki pracy, gdyż czołgowe silniki montowane w „Biełazach" mają naturalną tendencję do „poddymiania". Nie bez znaczenia jest też fakt, iż obecnie Czatkowice są częścią Krzeszowic, które mają status uzdrowiska i sąsiadują z Eremem Karmelitów oraz Sanktuarium Matki Bożej Szkaplerznej i św. Rafała Kalinowskiego. Obszar złoża leży na południowo-zachodniej części wzgórza Boża Męka. Jest ono zarówno od wschodu jak i od zachodu ograniczone wyraźnie wciętymi w teren dolinami potoków. Od wschodu jest to Dolina Racławki, a od zachodu - Czernki i Eliaszówki.
Zmiana konstrukcji
- Głowicę dwunastocylindrowego wolnossącego silnika z zapłonem samoczynnym JAMAZ 240 o pojemności 22 litrów (!!!) i mocy nominalnej 360 KM przekonstruowano w ten sposób - mówi dr Rudkowski - że w miejscu otworów wtryskiwaczy oleju napędowego wykonano obsady gwintowe na świece zapłonowe. W większości silników z zapłonem samoczynnym adaptowanych do zasilania gazem w układzie jednopaliwowym podstawową trudność przy zabudowie układu zapłonowego stwarza wykonanie połączenia świecy zapłonowej z instalacją wysokiego napięcia (WN) takie jak fajka, przewód wysokiego napięcia. Doprowadzenie przewodu WN wymaga wykonania przejścia przez pokrywę głowicy oraz przez układ rozrządu przymocowany do głowicy. Przekonstruowanie tego węzła stanowi poważny problem natury konstrukcyjnej z uwagi na konieczność zapewnienia szczelności połączeń przy równoczesnym warunku możliwości łatwego dostępu do świec zapłonowych, szybkiego demontażu pokryw i szybkiego dostępu do układu rozrządu. Drugą zmianę wprowadzono w obrębie komory spalania. Zwykle w silnikach z zapłonem samoczynnym komory spalania są usytuowane w denkach tłoków, a obniżenie wartości stopnia sprężania uzyskuje się przez odpowiednie powiększenie objętości komory spalania. Z uwagi na to, że grubość denka tłoka w jego centralnej części jest zwykle najmniejsza, obliczenia prowadzi się z zachowaniem warunku najmniejszej dopuszczalnej grubości przekroju, na który działa maksymalna wartość skupionej siły gazowej. Wartość tej siły w silnikach gazowych z zapłonem iskrowym jest znacznie niższa, niż w silnikach z zapłonem samoczynnym wobec czego dysonujemy pewnym zapasem i po przejściu na zasilanie gazowe istnieje możliwość zarówno zwiększenia średnicy jak i głębokości komory spalania. Zmiana układu zasilania z oleju napędowego na gaz ziemny i zmiana konstrukcji kolektorów dolotowych spowodowała konieczność przeniesienia filtrów powietrza w miejsce po akumulatorach. Z uwagi na zapewnienie łatwego dostępu do zespołu reduktorów gazowych zabudowano je w osobnej konstrukcji, którą umieszczono obok kabiny kierowcy po prawej stronie. W celu przystosowania wozidła do zasilania sprężonym gazem ziemnym CNG wykonano konstrukcje mocujące trzy zestawy butli gazowych w pojeździe.
10 butli
Po lewej stronie wozidła umieszczono zestaw 4 sztuk butli po 55 dm sześc. po prawej stronie zestaw 4 sztuk butli po 65 dm sześc. a za kabiną kierowcy zestaw 2 sztuk butli po 55 dm sześc. Łącznie po zatankowaniu wozidła do ciśnienia 20 MPa można zmagazynować około 140 Nm sześc. gazu ziemnego. Według danych fabrycznych, wozidło w wersji z zasilaniem olejem napędowym zużywa około 100 litrów oleju napędowego dziennie. Przy 140 Nm3 wozidło ma zapas na przejechanie około 110-120 km i napęd układów hydraulicznych, co w warunkach kopalni wapienia oznacza możliwość wykonania 8-godzinnej pracy. Butle zamontowano w specjalnie wykonanych konstrukcjach osłoniętych blachami o grubości 4 mm w celu zabezpieczenia przed uderzeniami kamieni. Centralny zawór tankowania sprężonego gazu wraz z manometrem umieszczono przy butlach zamontowanych po lewej stronie wozidła. Te zmiany z kolei wymagały przeniesienia zbiorników sprężonego powietrza obsługujących układ hamulcowy umieszczonych fabrycznie po lewej stronie na prawą stronę komory silnikowej. Aby zwiększyć bezpieczeństwo jazdy wozidła, zamontowano jako wyposażenie dodatkowe awaryjny układ skrętu, który w razie nagłego i nieprzewidzianego zatrzymania pracy silnika gazowego umożliwi awaryjne uruchomienie elektrycznego napędu pompy hydraulicznej w układzie wspomagania przekładni kierowniczej. Układ ten zapewnia sterowalność wozidła w czasie około 15 minut, wystarczającym do jego zatrzymania. Badania trakcyjne wozidła doświadczalnego BIEŁAZ-NG prowadzono w kopalni wapienia koło Krakowa w okresie grudzień 2008 - kwiecień 2009. Eksperymentalny „Biełaz" nie był jednak tankowany bezpośrednio ze stacji sprężania, a ze specjalnego butlowozu, który zapewnia magazynowanie 3000 Nm sześc. gazu pod ciśnieniem 20 MPa w 22 wiązkach po 12 butli każda. Butlowóz podzielono na 6 sekcji, aby umożliwić kaskadowe tankowanie. Dodatkowo zamontowano układ Coriolisa do masowego pomiaru przepływu gazu zarówno: do, jak i z butlowozu.
Eksperyment się powiódł
Przeprowadzone próby trakcyjne w rzeczywistych warunkach pracy w kopalni przy konieczność pokonywania znacznych wzniesień o spadku przekraczającym 10 proc. przy maksymalnej ładowności, w pełni potwierdziły przydatność zaproponowanego rozwiązania z napędem na gaz ziemny. W ciężkich warunkach terenowych wozidło nie ustępowało pod względem parametrów trakcyjnych innym wozidłom napędzanym klasycznie olejem napędowym. Podstawową zaletą napędu gazowego okazało się wyeliminowanie w całym zakresie obciążeń, uciążliwego dymienia charakterystycznego dla silników JAMAZ-ON. Określenie rzeczywistego zużycia gazu czy oleju napędowego jest bardzo trudne gdyż możemy zmierzyć je jedynie na zasadzie porównania zużycia np. w skali miesiąca. Pomiar na podstawie wykazanego np. dziennego przebiegu jest niemożliwy, gdyż znaczną część paliwa (nawet do 30 proc.) wozidło zużywa na napęd hydraulicznego układu podnoszenia 40-tonowej skrzyni ładunkowej i skręt kół. Zużycie gazu ziemnego mierzone w metrach sześciennych - mówi dr Rudkowski jest o około 30 proc. wyższe od zużycia oleju napędowego liczonego w litrach. Porównując cenę 1 Nm sześc. CNG wraz z dowozem na miejsce butlowozem równą 2,5 zł i 1 litra ON wynoszącą w hurcie 3,35 zł uzyskujemy różnicę rzędu 0,1 zł. Po zamianie oleju napędowego na gaz, porównując koszty zużytej energii jednostkowej w skali miesiąca, daje to na jednym wozidle oszczędności około 300-400 zł, a w skali roku: 3600-4800 zł, mimo że obecna cena 1 Nm sześc. CNG jest bardzo niekorzystna również w stosunku do LPG. Budowa własnej stacji CNG na miejscu w kopalni pozwoliłaby na obniżenie ceny gazu o około 10-15 proc. co dałoby wyraźniejszy efekt ekonomiczny.
700-800...
W polskich kamieniołomach i odkrywkowych kopalniach kruszyw oraz surowców drogowych pracuje 700-800 sztywnoramowych wodzideł technologicznych w większości BIEŁAZ-ów. Rocznie przybywa około 60 pojazdów tego typu, zaś co najmniej 20 BIEŁAZ-ów jest odbudowywanych. Tak więc potencjalny rynek istnieje. Ci którzy od lat zajmują się promocją ekologicznych napędów gazowych postulują, by poprzez system podatkowo-akcyzowy relacja ceny gazu do oleju napędowego została ustalona na trwałe. By gaz zyskał sobie prawo obywatelstwa, jego metr sześcienny musi kosztować połowę tego co litr oleju napędowego. Na razie kierownictwo Kopalni Wapienia w Czatkowicach, które zamierzało pierwotnie przestawić na gaz cztery „Biełazy", a w dalszej kolejności - także lokomotywę obsługującą transport wewnętrzny - na skutek korzystnie niskich cen oleju napędowego powstrzymuje się z podjęciem ostatecznych decyzji. Jedyną szansą aby wyjść z ekologiczną twarzą z tego przedsięwzięcia jest wykorzystanie do napędu pojazdów sprężonego metanu pochodzącego z odmetanowania kopalni węgla. - Cena metra sześciennego takiego gazu, który jest w zasadzie kłopotliwym odpadem, wynosi zaledwie 30 groszy. Według prof. Stanisława Rychlickiego z AGH, tylko w 2005 roku wybycie metanu miało miejsce z 16 złóż węgla i wynosiło 276,2 mln m sześc. Ponadto do atmosfery wyemitowano 170 mln m sześc. wzmacniając efekt cieplarniany. Zasoby perspektywiczne metanu w pokładach węgla oceniano na 254 mld m sześc. z zastrzeżeniem, że zasoby bilansowe wydobywalne mogą wynosić około 150 mld m sześc. Do tego należy doliczyć zasoby Dolnośląskiego Zagłębia Węglowego szacowane na 5 mld m sześc. Jest więc nadal o co walczyć. I nie musimy być skazani, jak niedorozwinięte dzieci, na gazowy dyktat naszych sąsiadów. Dodatkowo warto dodać, że dyrektywa Parlamentu Europejskiego w sprawie promowania ekologicznie czystych i energooszczędnych pojazdów transportu drogowego sugeruje nadanie pierwszeństwa pojazdom napędzanym paliwami alternatywnymi jak propan-butan (LPG), sprężony gaz ziemny (CNG), ciekły gaz ziemny (LNG), biogaz czy wodór przy udzielaniu zamówień publicznych.
Źródło: ogrzewnictwo.pl
Publikacja ukazała się w listopadowym (11.2009) numerze magazynu o tematyce poświęconej wytwarzaniu energii 'Gigawat'.
Z mojego punktu widzenia jednak zabrakło kilku kluczowych kwestii:
- gdzie dokładnie są napełniane magazyny gazu CNG dla pojazdów;
- jakie są perspektywy wdrożenia tego rozwiązania;
- jak możemy się przyczynić do promocji tego projektu;
- brak danych technicznych, zdjęć maszyn i warunków w jakich pracują.
Dlatego już teraz obiecujemy, że postaramy się dowiedzieć czegoś więcej
, którą bardzo miło wspominamy !