Stacje tankowania CNG

[Gerard Bartłomiejczyk]

Stacje tankowania CNG

Wstęp
Stacje paliw na świecie mają coraz szerszą ofertę. Od kilkunastu lat w Europie dzięki poparciu licznych Komisji Europejskich, przy wsparciu Rządów państw członkowskich UE wprowadzane jest kolejne paliwo samochodowe – CNG (Compressed Natural Gas - sprężony gaz ziemny). Nie jest to paliwo nowe, pierwszy silnik zasilany gazem skonstruowany zostały w 1860 roku przez Etienne'a Lenoira. Dziś, gdy identyfikuje się problemy zagrożeń środowiska naturalnego, jakie wynikają z użytkowania pojazdów, przy ogólnoświatowej tendencji dywersyfikacji dostaw paliw samochodowych, świat poszukuje alternatyw do paliw ropopochodnych. Alternatywą w sektorze paliw dla środków transportu są: CNG, biopaliwa, oraz wodór. CNG jest najbardziej rozpowszechniony i daje znacznie więcej możliwości dystrybucji w porównaniu z dostawami paliw płynnych. Tankowanie samochodu może odbywać się na publicznej stacji paliw , w hali, bądź w garażu.


Paliwo do stacji tankowania CNG może być dostarczane tradycyjnie transportem kołowym, bądź gazową siecią podziemną. Ta druga metoda jest najpopularniejsza. Wykorzystanie istniejącej sieci gazowej daje wiele korzyści: pozwala na zmniejszenie terenu stacji o plac potrzebny do rozładunku cysterny. Właściciel stacji rozlicza się z dostawcą gazu raz w miesiącu na podstawie jednorazowego odczytu gazomierza. Zalety CNG docenia personel i właściciele takich stacji pracujących na całym świecie, oraz użytkownicy pojazdów.

Stacja tankowania wielostanowiskowa rampa
Stację tankowania CNG stanowi zespół urządzeń umożliwiających dystrybucję gazu ziemnego o ciśnieniu 20MPa. Główne urządzenia zostaną omówione na przykładzie stacji trwale połączonej z siecią gazową.
Gaz ziemny dostarczany jest z podziemnej sieci gazowej najczęściej pod ciśnieniem od 0,1 do 0,4MPa. Aby uzyskać w zbiorniku pojazdu ciśnienie 20MPa należy podnieść je za pomocą sprężarki. Stanowi ona główne urządzenie tego typu stacji. Bezpośrednio ze sprężarki gaz można wtłaczać do zbiorników pojazdu. Jest to najogólniejszy schemat stacji tankowania CNG.
Gaz do sprężarki dostarczany jest poprzez układ filtrująco-osuszający. Jego zadaniem jest dostarczenie gazu odpowiednio czystego i suchego, który zapewni niezawodną pracę zarówno sprężarki jak i układu zasilania samochodu. Bardzo często układy takie montowane są nie tylko na wejściu gazu do stacji tankowania, ale również na wyjściu ze stacji gazu sprężonego, przed przyłączem samochodowym. Sprężarka gazu zwiększa jego ciśnienie na kilku stopniach sprężania. Ich liczba maleje wraz ze wzrostem ciśnienia zasilania stacji. Dlatego większe ciśnienie zasilania poprawia ekonomię dystrybucji. Większa liczba stopni sprężania przy niskim ciśnieniu zasilania zabezpiecza przed nadmiernym przeciążeniem i przegrzaniem elementów układu tłokowo-korbowego, co zapewnia prawidłową pracę sprężarki. Zastosowanie jednej, lub kilku sprężarek gazu, dobór ich wydajności określa biuro projektowe producenta urządzeń stacji. Oferowane są sprężarki smarowe, oraz bezolejowe w szczelnych obudowach, bez możliwości przedostania się gazu do atmosfery nawet przy zużyciu głównych elementów sprężarki.
Wzrostowi ciśnienia gazu towarzyszy wzrost jego temperatury. Chłodnica gazu obniża jego temperaturę, gdyż ciepły gaz znacznie zwiększa swoją objętość. Czynnikiem chłodzącym jest powietrze, którego ruch wymuszony jest śmigłem wentylatora. Napęd wentylatora chłodnicy przenoszony jest bezpośrednio z wału korbowego sprężarki, co jest rozwiązaniem ekonomicznym i praktycznym. Napęd sprężarki stanowi najczęściej silnik elektryczny. Nowoczesne stacje wyposażane są w układ miękkiego startu silnika, aby zmniejszyć pobór energii elektrycznej potrzebnej do uruchomienia urządzeń. Zmniejszenie oporów rozruchowych dodatnio wpływa na żywotność poszczególnych elementów. Wahania ciśnienia, oraz temperatury gazu, powodujące zmiany jego objętości neutralizowane są w zbiorniku wyrównawczym.
Gaz osuszony i sprężony kierowany jest do zbiorników pojazdu na stanowisku tankowania, poprzez dystrybutor paliwa. Najprostszy dystrybutor stanowi wąż elastyczny zakończony przyłączem umożliwiającym podłączenie samochodu. Słupek utrzymujący wąż wyposażony jest w manometr wskazujący aktualne ciśnienie gazu w instalacji pojazdu, oraz złącze zrywne zapewniające bezpieczeństwo w przypadku zerwania węża tankowania np. poprzez odjechanie samochodu podłączonego nadal z dystrybutorem.

Sprężarka, wraz z silnikiem napędowym, chłodnicą, układem spustu kondensatów itp. urządzeniami, najczęściej stanowi wspólną konstrukcję , która poprzez wibroizolatory montowana jest do podłoża. Kontener, w którym mogą zostać zabudowane wszystkie urządzenia stacji może być wykonany jako obudowa blaszana, lub betonowa, a jego podłoga może stanowić fundament. Budowa kontenera spełnia wymagania ochrony P-poż., ścian ogniowych i dźwiękochłonnych, zabezpiecza przed deszczem i ogranicza strefę zagrożenia do wnętrza kontenera.


Prawidłową pracę stacji zapewnia układ sterowania, umożliwiający w najbardziej rozbudowanej wersji zdalne sterowanie i monitorowanie pracy poszczególnych urządzeń stacji za pomocą internetu. Układ sterowania umieszczony jest w tym samym kontenerze, co sprężarka, ale w strefie bezpiecznej w oddzielnym pomieszczeniu.
Takie zestawy urządzeń stosuje się w stacjach niepublicznych dla określonych flot pojazdów. Od jednego do kilkuset środków transportu. Stanowiska tankowania nie są wyposażone w dokładny układ pomiarowy, gdyż stacja nie jest przeznaczone do dystrybucji CNG w celach komercyjnych.
Zaletą takich rozwiązań jest brak magazynu paliwa. Wykorzystuje on kilkugodzinny, planowy postój środków transportu. Pozwala na pobór energii elektrycznej w II tańszej taryfie. Temperatura gazu wtłaczanego bezpośrednio do zbiorników pojazdów w długim okresie czasu nie ulega dużemu wzrostowi. To zapewnia długą żywotność elementów stacji przy prostej i taniej budowie układu chłodzenia.

Stacja tankowania tradycyjna
Więcej urządzeń zabudowanych jest w publicznej stacji tankowania CNG przeznaczonej dla odbiorców indywidualnych, jak również w stacji na której każdy pojazd; osobowy, czy ciężarowy ma zostać zatankowany w czasie kilku minut. Urządzenia są umieszczane w budynkach murowanych, lub kontenerach wykonanych z blachy , albo z betonu .


Sterowanie znajduje się w tym samym kontenerze, ale w strefie bezpiecznej .


Na przykład stacja w niemieckim mieście Saarbrücken uruchomiona została w 1994 roku do tankowania 85 autobusów, które łącznie pokonały już 10 milionów kilometrów. Pojazdy tankowane mogą być jednocześnie na pięciu stanowiskach. Zatankowanie autobusu odbywa się w czasie do 3 minut co umożliwia magazyn sprężonego gazu.


Dzięki zabudowie magazynu do opisanego powyżej systemu tankowania zmienia się sposób dystrybucji. Gaz ziemny ze sprężarki kierowany jest do magazynu. Zatankowanie zbiorników pojazdu CNG następuje poprzez wyrównanie ciśnień pomiędzy magazynem, a zbiornikiem pojazdu. Sprężarka włącza się automatycznie gdy ciśnienie w magazynie spadnie do określonego minimum. O czasie w jakim dokona się tankowanie decyduje średnica wewnętrzna węża tankowania, różnica ciśnień i pojemność zbiorników. Aby uzyskać ciśnienie 20MPa w zbiorniku pojazdu, ciśnienie w magazynie musi być wyższe. Ekonomiczny rozładunek magazynu zapewnia podzielenie jego objętości na trzy różnej wielkości sekcje. Dlatego CNG do dystrybutora doprowadzone jest trzema przewodami gazowymi. Zależnie do warunków pracy występuje kilka rodzajów dystrybutorów. Najbardziej rozbudowana wersja oprócz typowych wskazań jak; wartość jednostkowa, aktualne wydanie, wraz z sumą do zapłacenia pokazuje procentowy stopień napełnienia zbiorników w pojeździe. Takie wskazanie zapewnia zatankowanie zbiorników w 100% CNG dzięki układowi optymalizacji tankowania uwzględniającemu temperaturę gazu.


Podczas napełniania samochodu paliwem płynnym zdarza się, że pistolet tankowania wyłącza dystrybutor, mimo, że w zbiorniku pozostało miejsce na kilka litrów paliwa. Przy tankowaniu CNG sytuacja taka nie nastąpi, chyba, że zostanie wywołana umyślnie. Dzięki temu rozwiązaniu zapewnione są maksymalne przebiegi pojazdu między tankowaniami. Dystrybutor samoobsługowy może być wyposażony w czytnik kart płatniczych, kart floty, automat gotówkowy itp. Węże do tankowania wraz z przyłączem do tankowania samochodów ciężarowych produkowane są ze zwiększoną średnicą wewnętrzną.
Dystrybutory do tankowania CNG na stacjach publicznych umieszczane są najczęściej na wspólnej wysepce, obok dystrybutorów paliw płynnych. W najnowocześniejszych rozwiązaniach są zintegrowane z nimi, poprzez wspólny układ pomiarowy zamknięty w jednej obudowie .

Tankowanie samochodu CNG zwiększa bezpieczeństwo tankowania i eliminuje efekt emisji paliwa do atmosfery dzięki szczelnemu połączeniu pojazdu z dystrybutorem

Dla kierowcy tankowanie samochodu paliwem CNG niczym nie różni się od napełniania baku benzyną. Wykonuje te same czynności, które trwają tyle samo czasu co tankowanie paliwa płynnego. Za to cena paliwa CNG powoduje zadowolenie każdego kierowcy na całym świecie!


Gerard Bartłomiejczyk

Warszawa, 2006r