Perspektywy wykorzystania LNG do zasilania pojazdów. Tankowanie LNG – proces i technologia

LNG, skroplony gaz ziemny, ma szansę stać się popularnym paliwem dla transportu, dzięki inwestycji w Świnoujściu, gdzie powstaje pierwszy w basenie Morza Bałtyckiego gazoport służący do odbioru tego paliwa. W przyszłości planowana jest tam również budowa infrastruktury tankowania ciekłego metanu do statków żeglugi morskiej. Obecnie, głównymi odbiorcami LNG są floty transportu ciężkiego oraz przedsiębiorstwa komunikacji miejskiej, które również inwestują we własne stacje tankowania. Przewiduje się, że początkowe nakłady będą dość znaczne. Budowa pojedynczego obiektu napełniania gazu kosztuje około 1, 5 mln złotych, natomiast cena autobusu zasilanego LNG to kwota wyższa o około 5-10% od swoich dieslowskich odpowiedników, po wprowadzeniu normy EURO 6. Biorąc jednak pod uwagę znaczne dystanse pokonywane przez pojazdy transportu zbiorowego i długie okresy ich eksploatacji, możliwy jest nie tylko zwrot poniesionych wydatków, ale też znaczne oszczędności.

Tankowanie LNG do zbiorników pojazdów odbywa się przez pompy, inaczej niż w przypadku stacji tankowania CNG, gdzie wykorzystuje sie kompresory. Dzięki temu proces tankowania LNG jest szybszy niż CNG. O ile w warunkach polskich autobus miejski na CNG jest tankowany średnio około 15 minut, to napełnienie zbiornika LNG zajmuje około 5 minut. W przypadku kilku autobusów gazowych różnica 10 minut w czasie tankowania nie jest istotna dla użytkownika, lecz jeśli autobusów gazowych będzie na przykład 200, to na zatankowanie analogicznej ilości autobusów CNG trzeba poświęcić każdego dnia około 33 dodatkowych roboczogodzin.

Pierwsze działania przy wdrożeniu LNG do zasilania pojazdów zostały podjęte w 2012 roku. Dzięki wsparciu organizacyjnemu ze strony dostawcy LNG – firmy Gazprom Germania – zorganizowano wówczas jazdy testowe autobusów LNG w kilku polskich miastach. O zaletach eksploatacji ekologicznych autobusów na skroplony metan mogły się przekonać m.in. Częstochowa, Gdynia, Katowice oraz Warszawa.

Najważniejszym wydarzeniem, propagującym wdrożenie LNG do transportu polskiego była Międzynarodowa Konferencja Blue Corridor 2012, zorganizowana przez portal cng.auto.pl przy współpracy z Uczelnią Techniczno-Humanistyczną im. Heleny Chodkowskiej w Warszawie. Na Konferencji wskazano korzyści z wykorzystania paliw metanowych w transporcie oraz potencjał LNG.  Konferencja naukowa połączona z Wystawą Pojazdów CNG/LNG przyciągnęła uwagę ponad 200 gości, międzynarodowych naukowców, specjalistów branży paliw alternatywnych i niskoemisyjnych, przedsiębiorców z flotą zasilaną CNG i użytkowników ekologicznych paliw metanowych.
Wówczas, po raz pierwszy w Polsce pokazano ciężarówkę zasilaną LNG – Iveco Stralis Natural Power. Pojazd ten transportował cysternę ze skroplonym metanem, i został zaprezentowany, jako mobilna stacja LNG, z której tankowano LNG m.in. do autobusu Solbus SM 12 LNG.

Obecnie promocja LNG jest na stałe wpisana w ideę działalności portalu cng.auto.pl, który organizuje specjalne stanowisko, popularyzujące metan do zasilania pojazdów i najnowsze, światowe technologie – Strefę Metanu. Partnerami tego naukowego przedsięwzięcia są uczelnie techniczne takie jak AGH, UTH, placówki naukowo-badawcze wdrażające paliwa alternatywne, Fundacja Green Fuel, producenci pojazdów zasilanych metanem, producenci technologii CNG/LNG.

Stacje do tankowania LNG w Polsce to na razie rzadkość, ale obserwujemy ich systematyczny wzrost. W zeszłym roku do Olsztyna przyjechała z Niemiec mobilna stacja LNG, a do początku 2015 roku ma zostać zbudowana w pełni zautomatyzowana stacja LNG w Warszawie.

Do aktualnych projektów, związanych z realnym wdrożeniem LNG, należy przedsięwzięcie Miejskich Zakładów Autobusowych (MZA) w Warszawie, gdzie w grudniu zeszłego roku firma ta podpisała kontrakt na dostawę 35 autobusów LNG, do których tankowania ma zostać wybudowana stacja tankowania paliwem metanowym LNG.

Stacja tankowania, jako inwestycja obejmująca całą infrastrukturę tj. płytę fundamentową stacji, kanały instalacyjne i wszystkie instalacje oraz urządzenia trwale związane z gruntem (wodno-kanalizacyjne, przyłącze energetyczne, przewody gazowe i elektryczne zasilające dystrybutory itp.), stanowić będzie własność MZA. Wszystkie pozostałe urządzenia techniczne i instalacje stacji, w tym zbiorniki magazynowe, urządzenia przepompowujące, dystrybutory itp., jako urządzenia przenośne, stanowić będą własność Lider Trading Sp. z o.o.

W ramach umowy, paliwo metanowe LNG będzie dostarczane MZA przez okres 10 lat za kwotę 70 mln złotych. Ponadto, paliwo metanowe LNG ma spełniać określone przepisy oraz obowiązujące normy, takie jak:

1)    specyfikację PGNiG S.A. Oddziału w Odolanowie dla gazu ziemnego
skroplonego SP-Z-2;

2) aktualną normę GOST 31369-2008 Natural gas. Calculation of calorific values, density, relative density and Wobbe index from composition (Gaz ziemny. Obliczanie wartości kalorycznych, gęstości, gęstości względnej, i liczby Wobbego ze składu);

3) aktualną normą PN-EN 1160 „Instalacje i urządzenia do skroplonego gazu
ziemnego. Ogólna charakterystyka skroplonego gazu ziemnego.”.

Stacja tankowania LNG będzie stacją samoobsługową, tj. autobusy będą tankowane przez kierowców MZA. Jednakże ze względu na obowiązujące przepisy prawa, pracownicy zajmujący się tankowaniem autobusów będą musieli zdać odpowiedni egzamin państwowy (Rozporządzenie Ministra Infrastruktury z dnia 15 lipca 2011r. Dz. U. nr 156 poz. 932). Lider Trading Sp. z o.o. zobowiązało się przeszkolić załogę MZA w zakresie bezpiecznej obsługi stacji, a także utrzymywać w sprawności urządzenia stacji i ponosić wszystkie koszty eksploatacji stacji przez cały okres obowiązywania umowy, tj. koszty zużytej energii i utrzymania w sprawności urządzeń stacji, w tym przeglądów, konserwacji, napraw, itp.

Powyższa Stacja LNG w Zajezdni „Ostrobramska” będzie wyposażona w następujące elementy:

– zbiorniki magazynujące LNG o pojemności 2×60 m3 = 120 m3 (+/- 4%). Przy gęstości LNG podgrzanego do 8 bar (około -127° C), zbiorniki zapewnią możliwość tankowania autobusów paliwem metanowym przez 5 dni, przy maksymalnym dziennym założonym zużyciu gazu;

– dwa dystrybutory jednowężowe do tankowania LNG, z możliwością późniejszej rozbudowy o kolejne dystrybutory LNG lub CNG (czas tankowania jednego autobusu po ustawieniu go na stanowisku tankowania wyniesie 4÷6 minut, jeden dystrybutor zapewni możliwość zatankowania 10 autobusów w ciągu godziny). Dystrybutory zamontowane mają być na dwóch wybranych, istniejących wysepkach obecnie funkcjonującej w Oddziale stacji paliw z dystrybutorami na ON;

– układ pompy wyładunkowej;

– układ do saturowania (podgrzewania) cieczy do wymaganego przez producenta pojazdów ciśnienia saturacji;

– funkcję automatycznej redukcji nadmiernego ciśnienia w zbiorniku paliwa autobusu;

– urządzenia pomiarowe (przepływomierze masowe) umożliwiające pełne rozliczenie paliwa dostarczonego do stacji oraz paliwa wydanego, zatankowanego do autobusów; wszystkie urządzenia pomiarowe będą posiadały przez cały okres obowiązywania umowy aktualną legalizację, uzyskaną zgodnie z wymaganiami odpowiednich aktualnie obowiązujących przepisów;

– możliwość rozliczania zatankowanego paliwa metanowego odpowiednio na tankującego kierowcę oraz numer taborowy autobusu; system zintegrowany ze stosowanym przez MZA systemem typu PCS (Petrol Control System) umożliwiający przekazywanie danych do systemów komputerowych.
Projekt stacji będzie przewidywał jej rozbudowę, która umożliwiałaby tankowanie również autobusów zasilanych paliwem typu CNG, poprzez:
– zainstalowanie dodatkowych urządzeń umożliwiających regazyfikację LNG na CNG w postaci sprężonej do 25MPa,

– wyposażenie istniejącej stacji paliw w dodatkowe dystrybutory do tankowania autobusów zasilanych paliwem typu CNG, zainstalowane na wybranych wysepkach stacji paliw.

Portal cng.auto.pl z wielką determinacją wspiera wszelkie inicjatywy związane z wdrożeniem LNG do transportu polskiego. Na temat realnych perspektyw wykorzystania LNG do zasilania pojazdów przedstawił opinię , redaktor i specjalista paliw metanowych w portalu cng.auto.pl. Wywiad przeprowadził Piotr Zając Student UTH i Członek Koła Naukowego TSL Team.

Skąd pomysł, aby pojazdy były zasilane gazem ziemnym w postaci skroplonej?

Wykorzystanie gazu ziemnego do zasilania pojazdów nie jest nowym zastosowaniem. Już w okresie międzywojennym auta były napędzane tym paliwem. Dla zapewnienia rozsądnego zasięgu takich pojazdów sprężano metan pod różnym ciśnieniem. Dzisiaj to rozwiązanie, jako CNG, znajduje się w powszechnym użytku dla aut osobowych, dostawczych czy autobusów komunikacji miejskiej. Natomiast problemem są największe środki transportu – ciężarówki, pojazdy szynowe oraz jednostki pływające. Dlatego metan jest specjalnie schładzany do -162 stopni Celsjusza, dla uzyskania postaci płynnej. W porównaniu do zwykłych warunków atmosferycznych, jego objętość zwiększa się o 600 razy.

Co oznacza tak niska temperatura LNG dla układu zasilania? Czy jest to bezpieczne?

Taka niska temperatura paliwa wiąże się z koniecznością zastosowania specjalnej instalacji kriogenicznej. Paliwo jest magazynowane w specjalnym „termosie”, który utrzymuje metan w postaci płynnej. Pozostaje jeszcze kriogeniczna armatura, która doprowadza płynny metan do reduktora w komorze silnika. Tam paliwo przechodzi do fazy gazowej. Natomiast pod kątem bezpieczeństwa, LNG jest całkowicie sprawdzonym rozwiązaniem. Z racji tego, że metan jest lżejszy od powietrza, ryzyko wybuchu tego paliwa w razie awarii jest minimalne. Możemy nawet mówić o poziomie bezpieczeństwa wyższym niż w przypadku innych paliw – benzyny, oleju napędowego czy LPG.

Co przemawia za zastąpieniem innych paliw przez LNG?

Podstawową przewagą LNG, jako paliwa dla transportu jest ekologia. W czasie spalania powstaje jedynie para wodna oraz dwutlenek węgla. Ma to niebagatelne znaczenie dla transportu ciężkiego, który musi sprostać coraz bardziej rygorystycznym normom emisji spalin. Obecnie obserwujemy prawdziwy boom na LNG w sektorze transportu wodnego. W związku z wprowadzeniem norm emisji SEPA dla Morza Bałtyckiego oraz Morza Północnego, armatorzy wybierają napęd LNG. Ponadto LNG nigdy nie zanieczyści wody – w razie awarii to paliwo ulotni się do atmosfery, w przeciwieństwie do ropy, która w razie wycieku zatruwa wodę i nabrzeża. Podobnie sprawa wygląda w przypadku transportu drogowego – tu szczególną uwagę zwraca się na tereny zabudowane, gdzie ograniczona emisja spalin jest szczególnie istotna. Nie bez znaczenia pozostaje również cichsza praca jednostek napędowych zasilanych metanem.

Jakie zatem rodzaje flot mogą korzystać z tego rozwiązania?

Jak już wskazałem, LNG jest dedykowane dla ciężkich pojazdów? Są to m.in. jednostki pływające, pojazdy szynowe, a przede wszystkim pojazdy drogowe. Rozwiązanie idealnie sprawdzi się do transportu średniego zasięgu, gdzie auto ciężarowe pokonuje dziennie do 1.000 kilometrów. Taki dystans auto może pokonać na jednym tankowaniu. W Polsce na razie mamy do czynienia z wykorzystaniem LNG do napędzania autobusów. Nie jest to główny nurt zastosowania skroplonego metanu w transporcie, należy natomiast docenić tę cenną inicjatywę ze strony producenta autobusów oraz dostawcy gazu ziemnego. Jednak prawdziwy postęp czeka nas w momencie, gdy całe floty ciężkich pojazdów ciężarowych przejdą na napęd LNG, czego przykładem jest sytuacja na rynku USA i Kanady.

Opracowanie: Piotr Zając, Student UTH i Członek Koła Naukowego TSL Team, działającego przy Uczelni