кущенко ргз. Оценка эффективности использования альтернативных видов топлива
 Скачать 0.74 Mb.
|
|
МИНОБРНАУКИ РОССИИ ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ «БЕЛГОРОДСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ им. В.Г. ШУХОВА» (БГТУ им. В.Г. Шухова) Кафедра «Эксплуатация и организация движения автотранспорта» Курсовая работа по дисциплине: Экологическая безопасность транспортных средств на тему: «Оценка эффективности использования альтернативных видов топлива» Выполнила: магистрант гр. МОБД-21 Бурлуцкая А.Г. Проверил: к.т.н., доцент Кущенко С.В. Белгород 2018 Введение Актуализация топливно-энергетической проблемы связана с нехваткой и подорожанием энергетических ресурсов, потребности в которых удовлетворяются в основном за счет ископаемых топлив, которые относятся к не возобновляемым исчерпываемым ресурсам. Сегодня в мире насчитывается более 800 млн автомобилей с ДВС. За последние 30 лет общее количество автомобилей увеличилось в 3 раза, и их производство постоянно растет. Через 10 лет этот показатель возрастет до 1 млрд и топливно-экологическая проблема обострится. Поэтому в ближайшие годы практически всеми странами мира планируется снижение потребления нефтяных моторных топлив на 20—30 %. Автомобильный транспорт является основным потребителем нефтяных топлив, на получение которых расходуется примерно 80 % добываемой нефти. Мировые ресурсы нефти ограниченны, например, для Европы и стран СНГ, включая Российскую Федерацию, двумя десятками лет при постоянном снижении уровней ее добычи и существенном повышении стоимости. Ресурсного запаса природного газа в Европе и странах СНГ, включая Российскую Федерацию, при современном уровне потребления хватит примерно на 60 лет. 1 Использование топлива в мире Анализируя природные ресурсы РФ, необходимо отметить, что Россия имеет 6, 2 % разведанных мировых запасов нефти, 26, 6 % мировых запасов природного газа, 17, 3 % мировых запасов угля, а также 12, 8 % мировой суши, большая часть которой занимают леса и сельскохозяйственные угодья — источники биотоплив. Из известных ныне путей снижения потребления нефтяных моторных топлив реальное практическое значение имеют два: • существенное повышение экономичности автомобилей, в том числе применением более совершенных энергоустановок с высокой топливной экономичностью и параметрической надежностью; • замещение нефтяных топлив (частичное или полное) альтернативными энергоносителями. Таблица 1. Ресурсы газа
Таблица 2 ресурсы нефти
К альтернативным энергоносителям, которые могут быть использованы как топливо для автомобильных двигателей, можно отнести: • природный газ как наиболее эффективный энергоноситель на переходный период; • электроэнергию; • биотоплива растительного происхождения; • синтетические моторные топлива, в том числе спиртовые; • в перспективе водород, который может использоваться как самостоятельный вид топлива для генерации энергии, как и высокоэффективная добавка к горючим смесям и в качестве необходимого компонента при производстве синтетических моторных топлив. Оценка возможности использования в Российской Федерации различных альтернативных топлив на ближайшую и отдаленную перспективу показывает, что наиболее перспективным на ближайшие годы является природный газ и биотоплива (биотоплива на основе растительного сырья — биогаз, биоэтанол, биометанол, биодизельное топливо), на среднесрочную перспективу 5—20 лет в качестве наиболее приемлемых альтернативных топлив можно рассматривать диметиловый эфир, другие синтетические топлива и водород. 2. Характеристика и эффективность использования альтернативного топлива 2.1 Сжиженный нефтяной газ Основными факторами, определяющими долю того или иного вида энергоносителя в общей структуре энергопотребления, являются: технико-экономический потенциал и региональные особенности топливно-энергетического баланса, динамика цен на сырье и топливо на мировом рынке, технический уровень и структура промышленности, энергетики и автотранспорта, а также экологическая ситуация в регионе. Сжиженный нефтяной газ (СНГ) является самым популярным альтернативным топливом для автомобилей. Так, в Германии в 2007 г. было зарегистрировано 232 тыс. легковых автомобилей, работающих на СНГ. При этом доля машин, работающих на СНГ, среди автомобилей, использующих альтернативное топливо или энергию, составляет 63, 2 %.  Рис. 1. Замещение нефтяных топлив на автотранспорте СНГ по физико-химическим свойствам является высококачественным полноценным топливом для автомобильных двигателей. Основные компоненты СНГ — пропан и бутан, представляющие собой побочные продукты добычи или переработки нефти на газобензинных заводах. Этот вид топлива относительно недорог, не требует большого топливного бака, поэтому получил достаточно широкое распространение. СНГ хорошо смешивается с воздухом для образования однородной горючей смеси, обеспечивает высокую теплоту сгорания, не детонирует при сгорании. В газе минимально содержание веществ, способствующих нагарообразованию, загрязняющих систему питания, а также вызывающих коррозию деталей. Компоненты СНГ позволяют формировать моторные свойства газового топлива. При перемешивании пропана может быть обеспечено оптимальное давление насыщенных паров в газовой смеси, что особенно важно для эксплуатации газобаллонных автомобилей в различных климатических условиях и в разное время года. Поэтому пропан является желательным компонентом СНГ. Бутан относится к числу обладающих высокой теплотой сгорания и легко сжигаемых компонентов СНГ. Однако из-за низкого давления насыщенных паров бутан в нашей стране в чистом виде в качестве моторного топлива не применяют. Показателем качества топлива является октановое число, с помощью которого оценивают детонационную стойкость углеводородных газов. Чем выше октановое число топлива, тем оно более устойчиво к детонации. Для большинства основных компонентов газов октановое число составляет 100—115, т. е. выше, чем у лучших сортов автомобильных бензинов. Одним из наиболее важных свойств пропана и бутана, отличающих их от других видов автомобильного топлива, является образование при свободной поверхности над жидкой фазой двухфазной системы «жидкость—пар» вследствие возникновения давления насыщенного пара, т. е. давления пара в присутствии жидкой фазы в баллоне. В процессе наполнения баллона первые порции сжиженного газа быстро испаряются и заполняют весь его объем, создавая в нем определенное давление. При уменьшении давления газ мгновенно испаряется. Испарение сжиженного газа в баллоне продолжается до тех пор, пока образовавшиеся пары сжиженного газа не достигнут насыщения. Таблица 3 Сравнительная характеристика видов топлива
Молекулярная масса сжиженного газа меньше, чем у бензина, и это ухудшает работу двигателя. Поскольку в двигатель сжиженный газ поступает в газообразном состоянии, то по сравнению с бензином уменьшается наполнение им цилиндров (ниже скорость горения газовоздушной смеси) при высокой частоте вращения коленчатого вала двигателя. При уменьшении частоты вращения в двигатель подается меньший объем газа. Таким образом, при работе двигателя на газе его мощность снижается. И в этом один из недостатков двигателей, работающих на СНГ. Если мощность двигателя, работающего на бензине, принять за. 100 %, то мощность двигателя, работающего на газе, будет примерно равна 90 %, что приводит к снижению максимальной скорости примерно на 4 %. Токсичность выхлопных газов двигателей при работе на газе по отношению к бензиновому двигателю снижается в следующем соотношении: оксид углерода в 2—3 раза; оксид азота в 1, 2 раза; углеводород в 1, 3—1, 9 раза; кроме того, обеспечивается сохранность катализаторов.  Рис. 2. Сравнение токсичности газового и бензинового топлива По сравнению с дизелями сжигание СНГ приводит к сокращению NOх, отсутствию сажи и твердых частиц. Сжиженный нефтяной газ не имеет цвета и запаха, поэтому для обеспечения безопасности при его использовании на автомобилях ему придают особый запах — одарируют. Для заправки автомобилей созданы автомобильные газозаправочные станции, которые осуществляют заправку автомобилей и других транспортных средств, двигатели которых конвертированы или изначально рассчитаны на работу на сжиженном нефтяном газе и имеют соответствующую систему. Сжиженный нефтяной газ обычно транспортируется к заправочным станциям в автомобилях-газовозах или автоприцепах-цистернах с баз хранения или газонаполнительных станций. Давление внутри емкости определяется температурой емкости и фракционным составом пропан-бутановой смеси. Типичные значения давления: при 0 °С — 0, 03 МПа (0, 3 атм), при +25 °С — 1, 2 МПа (12 атм). | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||