Сжиженный метан в грузовиках. Какие есть нюансы и сколько можно проехать на одной заправке 10:55, 10 сентября 2020 Версия для печати

Газификация автомобилей развивается двумя путями: двигатель работает либо исключительно на газе, либо по газодизельному циклу. Оба имеют свои плюсы, но второй путь для перевозчиков интереснее — у такой машины больший запас хода.

Летом этого года Volvo Trucks поставила в Россию 14 тягачей Volvo FH LNG. Ранее Iveco отгрузила российским перевозчикам более 150 своих газовых грузовиков, включая Iveco Stralis NP LNG. Есть примеры и внутри страны: КАМАЗ активно продвигает газовый магистральный тягач КАМАЗ-5490 NEO, а «Группа ГАЗ» в августе этого года начала производство нового городского автобуса ЛиАЗ-5292 LNG. Что это — временное явление или тенденция?

Думается, что второе. Правда, идею внедрения сжиженного газа в моторы все трактуют по-разному. Один из лидеров европейского рынка газомоторной техники, компания Iveco, строит исключительно монотопливные газовые двигатели. Они работают как на сжатом, так и на сжиженном природном газе с искровым зажиганием и степенью сжатия около 11. Еще один представитель большой семерки — Scania пошла по такому же пути: монотопливный двигатель, искровое зажигание, степень сжатия 12,6. Производители, у которых нет собственного моторного производства, устанавливают двигатели компании Cummins. Она поставляет полную линейку газовых моторов с рабочим объемом от 5,9 до 9,1 л. с. искровым зажиганием. Российские машиностроители — КАМАЗ и «Автодизель» движутся в этом же направлении. А вот Volvo Trucks пошла путем совершенствования газодизельного цикла с подачей в цилиндры двигателя запальной дозы дизельного топлива.

Iveco строит исключительно монотопливные газовые двигатели. Они работают как на сжатом, так и на сжиженном природном газе LNG (Liquid Natural Gas).

Еще три года назад Volvo Trucks запустила в серию грузовики Volvo FH и FM на сжиженном природном газе. Система питания таких машин включает криобак, рассчитанный на 115 кг (275 л), 155 кг (375 л) или 205 кг (495 л) сжиженного газа, и бак для дизельного топлива емкостью 170 л. Запас хода грузовика с самым вместительным криобаком составляет около 1000 км.

Технологии, применяемые при хранении газа в криобаке, сохраняют постоянную температуру топлива до –160 °С, обеспечивая отсутствие чувствительности топлива к температуре окружающей среды.

Основой для битопливного двигателя Volvo Trucks стал серийный 6‑цилиндровый рядный дизель D13К рабочим объемом 12,8 л. с. системой впрыска Common Rail. Модернизация коснулась головки блока цилиндров и топливной аппаратуры. Газовая система состоит из криобака, в котором сжиженный природный газ хранится при температуре от –140 до –120 °С и давлении 4–10 бар. Там же определенная часть жидкой фазы переходит в газообразное состояние. По отзывам специалистов, технологии, применяемые при хранении газа в криобаке, сохраняют постоянную температуру топлива до –160 °С, обеспечивая отсутствие чувствительности топлива к температуре окружающей среды. Процесс этот практически непрерывен, количество испаряемого топлива зависит от уровня сжиженного метана, интенсивности потребления газа двигателем, температуры и давления заправляемого метана. При превышении в криобаке давления в 16 бар избыток газа сбрасывается в атмосферу через предохранительный клапан.

Природный газ — реальная возможность значительно сократить затраты на топливо, говорят эксперты «Скания».

Первые 14 автомобилей Volvo FH LNG не так давно пополнили автопарк подмосковной компании «ЭйСиРейл». Седельные тягачи с колесной формулой 4х2 оснащены 13‑литровыми двигателями мощностью 460 л. с. экологического класса Евро-6, которые выдают 2300 Нм крутящего момента. Баки сжиженного природного газа рассчитаны на хранение 205 кг топлива.

Выбор в пользу автомобилей Volvo FH LNG был сделан еще и потому, что в Московской области — основном регионе транспортных операций «ЭйСиРейл» — были открыты сразу две газозаправочных станции оператора LNG-инфраструктуры, компании «Новатэк». LNG — Liquid Natural Gas. Обладая запасом хода до 1000 км, тягачи Volvo FH LNG планово заезжают на дозаправку сжиженным природным газом.

Широкому коммерческому использованию СПГ в нашей стране пока препятствует более высокая стоимость производства автомобилей, работающих на СПГ, а также необходимость хранения топлива в дорогостоящих криогенных резервуарах.

Однако с учетом повышения экологических требований к двигателям доля автомобильного транспорта, работающего на СПГ, особенно среди тяжелых грузовиков и автобусов, будет возрастать. Опять же, недавно кабинет министров РФ увеличил размер субсидий регионам для перевода автотранспорта с традиционного топлива на газ с 25 до 75 млн руб. Вполне вероятно, что к 2024 году объем потребления природного газа в качестве моторного топлива составит 2,7 млрд м3. Предпосылки к этому есть.

Роберто Каматта, бизнес-директор ООО «Ивеко Руссия»

— Мы предлагаем решения для газомоторного топлива не только для магистральных перевозок, но также и для сферы дистрибуции. Согласно нашим внутренним расчетам, один газовый тягач в сравнении с дизельным может сэкономить 2342 тыс. руб. в течение пяти лет при пробеге 150 000 км. Представьте, какова будет экономия в пересчете на весь парк! Согласен, что первоначальные вложения довольно высокие, особенно если речь идет о технике на сжиженном природном газе, баллоны для которого должны быть сверхпрочными. Но если перевозчик подсчитает общую стоимость владения, то увидит реальную экономию. В Европе это решение очень востребованно, и мы полагаем, что доля газомоторного парка в России будет уверенно расти. Так что мы не зря показали на недавней выставке одну из наших новинок — Iveco Stralis NP LNG.

Юрий Панов, кандидат технических наук, профессор МАДИ

— Думаю, что многие боятся газа. Это общепринятые стереотипы, базирующиеся на не очень удачном опыте прошлых лет. К счастью, есть молодые специалисты, знающие положительный и, в том числе, зарубежный опыт. Метан себя окупает на больших ежедневных пробегах. В этой связи его очень интересная ниша — коммунальная техника. Сегодня в Москве и других городах не спешат покупать газовые КАМАЗы. А ведь ими удобно подметать улицы вблизи АГНКС. Другая тема для метана — доставка легких грузов, возможно, каршеринг. Хотя есть регионы, где природный газ внедряется хорошо. Это, например, Белгород, Воронеж, Новгород Великий, Владимир. Для популяризации использования газа на транспорте сделать, конечно, надо еще много. Пока не совсем понятен процесс сертификации газобаллонного оборудования. Нужна ли нам сертификация ГБО итальянского, голландского, польского производства, если они уже прошли омологацию в Евросоюзе по 115‑му правилу ЕЭК ООН? Ведь наш Технический регламент Таможенного союза (ТР ТС 018) пишет, что на ГБО действует именно 115‑е правило.

Volvo с газодизелем: сжиженный метан и солярка!

Автопоезд на фотографии, который я водил в Швеции, необычен по нашим меркам: его длина — традиционные для скандинавов 24 м, высота — не менее впечатляющие 4,5 м (не под каждым мостом пройдет). Но главное, в сверкающем «бочонке» под кузовом — сжиженный метан, в придачу к которому в мотор еще и впрыскивают солярку! А зачем это делают, сейчас разберемся.

Грузовиками, которые могут заправляться газом, никого не удивишь. Но чтобы метан был не сжатым, а сжиженным и подавался в мотор вместе с дизтопливом?

Для начала определимся с терминами. LPG (liquefied petroleum gas) — это сжиженный пропан, CNG (compressed natural gas) — сжатый метан, а вот LNG (liquefied natural gas) тоже метан, однако сжиженный и изначально охлажденный до минус 162 градусов по Цельсию.

Его преимущество в том, что сжиженного газа можно взять на борт больше, чем сжатого, а значит, и запас хода выше — почти в три раза. Компания IVECO, которая первой из «большой семерки» европейских производителей представила чисто газовый тягач Stralis NP, подсчитала: если запас хода «сжатой» версии не превышает 570 км, «смешанной» (на одном борту бак CNG, на другом LNG) — 1080 км, то на сжиженном метане автопоезд проедет уже до 1600 км, что сравнимо с дизельными аналогами. Тогда я испытал Stralis NP c LNG на немецких автобанах — и подтверждаю: судя по борткомпьютеру, у автопоезда полной массой около 33 т топлива должно хватить хоть и не на 1600 км, но на добрых 1400.

Внешние отличия газового тягача Stralis — буквы NP в индексе и емкости для метана на раме

Конечно, хлеба без корок не бывает: «криогенный» тягач дороже дизельного, его техобслуживание тоже, заправки вообще стоят сумасшедших денег (полтора миллиона евро, по нашей информации!), и их инфраструктура крайне слаба. Но больше всего их в Испании, Нидерландах и Великобритании (около 20 в каждой из стран), в Швеции — всего шесть, в Германии три, а в Дании и большинстве стран Восточной Европы вообще по нулям. Совсем негусто.

По данным Volvo Trucks на июнь 2018 года

Как бы то ни было, тягачи на LNG предлагает не только IVECO, но и Scania, а вот вольвовцы пошли своим путем: их машины ездят, повторим, одновременно на сжиженном метане и на дизтопливе.

И если традиционные газовые моторы работают подобно бензиновым, с воспламенением от свечей зажигания, то у Volvo это обычный дизель с воспламенением от сжатия — только с некоторыми техническими отличиями.

Подача топлива происходит так. В криогенной емкости на борту газ хранится при температуре примерно от минус 130 до минус 140 градусов и низком давлении, до десяти бар, но на выходе из «бочонка» его сжимают до 300 бар — и в таком виде он попадает сперва в небольшой цилиндр-хранилище, где поддерживаются постоянные объем и температура, а оттуда уже — в мотор. Поскольку газ в дизельном двигателе от сжатия не воспламеняется, прямо перед подачей метана впрыскивают (через те же форсунки, только спе­циальные) микродозу дизтоплива: смесь состоит из 90—95% газа и 5—10% солярки. В цилиндре происходит бабах, поршень идет вниз — ну а дальше все как в любом учебнике по устройству автомобилей.

У этого решения есть несколько явных преимуществ. Первое — вольвовцам не пришлось тратиться на создание отдельного газового мотора, достаточно было лишь слегка переделать существующий дизель (наверняка потому и был выбран такой путь).

Второе — если газ в емкостях закончится или испарится в атмосферу после долгой стоянки (подробнее об этом чуть позже), можно будет ехать на солярке. Наконец, заявлено, что в отличие от чисто газовых версий характеристики такого двигателя аналогичны «дизельным».

А поскольку шведы помешаны на безопасности, они уделили ей особое внимание: устраивали обычный и боковой краш-тесты, подогревали емкость на открытом пламени, на ходу переворачивали машину, проверяя, не разгерметизируется ли система. Даже если это произойдет, обещано, что ничего страшного не будет, поскольку метан испарится в атмосферу. Для пущей наглядности вольвовцы устраивают «школьные опыты» — например, доливают дымящийся от мороза метан в воду и затем пьют из этого стакана, доказывая, что газ не смешивается с водой.

Если в стакан с водой долить сжиженный метан, с водой ничего не произойдет

Сами криобаки — американской марки Westport. Здесь очень толстые двойные стенки, а между ними вакуум: заявлено, что 22 мм вакуум­ной прослойки равнозначны девяти метрам строительной термоизоляции.

Но ведь газ, нагреваясь, все же потихоньку выходит в атмосферу через предохранительный клапан? Конечно, и чем выше давление и меньше метана в баке, тем скорее содержимое начнет улетучиваться. Скажем, при наполовину заполненном «бочонке» и давлении в нем десять бар метан станет выходить наружу уже через три дня, если же давление будет минимальным, четыре бара, — через неделю.

Тут-то и должен помочь бак с соляркой: на ней машина сможет доехать до газонаполнительной станции (если таковая, конечно, окажется не в соседней стране).

С правой стороны — небольшой бак для солярки и емкость с мочевиной

Ну а как ведет себя такой Volvo FH? Я водил по дорогам шведского полигона и автопоезд, тягач которого оснащен обычным дизелем, и газодизель — с точки зрения водителя никакой разницы! Даже в уровне шума. Есть, конечно, нарекания к рулевому управлению самого FH, но сейчас не об этом.

Этот Volvo FH оснащен обычным дизелем

Если газовый IVECO Stralis NP разгонялся с ленцой, а его крутящий момент немного ниже, чем у дизельного аналога, то здесь момент такой же, как у дизеля, только в меньшем диапазоне оборотов. А поскольку газодизели оснащают стандартным «роботом» I-Shift, то на трассе, когда электроника считает это возможным, коробка сама переходит в нейтраль для экономии топлива.

Вот только обещанный запас хода у Volvo FH LNG ощутимо скромнее, чем у аналогичного IVECO, и понятно почему: газовый «бочонок» тут всего один, а по другую сторону рамы — баки с соляркой и мочевиной! Так что сорокатонный газодизельный автопоезд, по расчетам производителя, сможет проехать без дозаправки всего от 555 км (при емкости на 115 кг газа) до тысячи (если в бак помещается 205 кг метана). При этом газ заправляй, солярку и мочевину доливай. Что-то уж больно компромиссным получилось решение, не находите?

А эти Volvo FH LNG — газодизельные

Когда материал готовился к печати, наши немецкие коллеги запустили по магистральному маршруту два сорокатонных автопоезда с дизельным и газодизельным тягачами Volvo FH и получили вот что.

Средний расход дизельной машины — 31,2 л/100 км, газодизельной — 23,2 кг/100 км. Если умножить последнее число на 1,35 (коэффициент перевода килограммов сжиженного метана в литры дизтоплива), получатся практически те же самые 31,2 л/100 км, но — за другие деньги, поскольку газ дешевле: в Германии около евро за килограмм против 1,3 евро за литр солярки. Вдобавок надо учесть, что газодизель сжигает еще и солярку, однако расходует на 20% меньше мочевины, чем дизельный вариант.

В итоге немцы подсчитали, что при годовом пробеге 120 тысяч километров затраты на топливо и мочевину у газодизельного тягача будут примерно на 13 тысяч евро меньше.

Вот только сам он дороже обычного FH на 45 тысяч евро (135 тысяч евро против 90), а в Германии с учетом субсидии — на 33 тысячи. Отобьется ли эта сумма за предполагаемые три — три с половиной года? За сколько потом удастся продать бэушный тягач? Как будет развиваться инфраструктура заправок? Как изменится цена на топливо?

Да и вообще, есть ли смысл во всех этих экспериментах, если и обычные европейские дизели отвечают нормам Евро-6? Конечно, газодизель выбрасывает в воздух меньше углекислого газа, но это вряд ли волнует среднестатистического перевозчика. Ему бы прибыль получить и с газовой аппаратурой на ремонт не попасть!

Тем временем российское подразделение Volvo собирается завезти газодизельный тягач и к нам, поскольку Газпром планирует строить на крупных трассах криоАЗС для заправки LNG. Первую станцию уже сооружают около Окуловки на платной трассе М11 ­Москва — Санкт-Петербург, а церемонию, посвященную началу ее строительства, приурочили к осеннему пробегу газовых машин из Китая в Питер. На российской территории их заправляли сжиженным метаном из цистерн, которые ехали вместе с колонной.

Ну а о том, как создавали газодизельные грузовики и автобусы в СССР, — читайте здесь.