Использование пропана в качестве топлива для двигателей
Пропан, так же как и метан, является побочным продуктом при добыче и переработке нефти, и он широко используется для отопления домов и для кухонных плит. Он также часто применяется для электрогенераторов средней мощности, которые устанавливаются в передвижных домиках для отдыха или в домах без централизованного электроснабжения. Так же как и метан, пропан использовался для транспортных средств до того, как появился бензин. Сегодня в Америке по дорогам ездят сотни тысяч автомобилей и грузовиков на пропане.
КАК ЭТО РАБОТАЕТ
При использовании в качестве топлива для двигателей пропан и метан работают аналогично. Главное отличие между этими газами состоит в том, что пропан хранится в сжиженном виде, в то время как метан — в газообразном. Пропан становится газообразным, когда его выпускают из газового баллона. При сгорании одного галлона пропана обычно выделяется энергия, равная примерно 8,4 х 104 БТЕ.
В Америке для оценки эффективности альтернативного топлива иногда используется коэффициент GGE, равный отношению количества энергии в БТЕ, вырабатываемой при сгорании одного галлона бензина, к количеству энергии в БТЕ, вырабатываемой при сгорании одного галлона альтернативного топлива. Коэффициент GGE пропана (давайте назовем его Gp) может быть определен по следующей формуле:
Gp = (1,25 х 104)/8,4 х 104 = 1,5.
При сгорании одного галлона бензина производится энергия, равная примерно 1,25 х Ю5 БТЕ, что в 1,5 раза больше энергии, которая выделяется при полном сгорании одного галлона жидкого пропана. В разных странах эта величина может меняться в зависимости от сорта топлива и степени его очистки. Экономические показатели зависят от цены альтернативного топлива, цены бензина, коэффициента полезного действия бензинового двигателя, коэффициента полезного действия двигателя на альтернативном топливе.
Для сравнения двух видов топлива на основе коэффициента GGE можно пользоваться не только такими единицами измерения, как
галлон и БТЕ, но и, например, литрами и джоулями. Применяя эту вторую пару единиц измерения для оценки энергии, выделяемой пропаном и бензином, мы получим все ту же величину Gp = 1,5, так как это безразмерная величина, определяющая отношение двух параметров, и ее значение не меняется, если оба параметра выражены в одних и тех же единицах измерения.
Мощность, скорость движения и ускорение транспортных средств с двигателями на пропане такие же, как и у тех, что имеют двигатели на метане. Для наполнения бака двигателя на пропане требуется примерно такое же время, за которое наполняется бак двигателя, работающего на ископаемом топливе. У большинства используемых сейчас автомобилей на пропане были модифицированы обычные бензиновые или дизельные двигатели. Однако некоторые производители уже предлагают новые модели автомобилей с двигателями на пропане. В США имеются тысячи заправочных станций, где производится заправка пропаном, но все-таки они не столь часто встречаются, как заправочные станции для заправки бензином и дизельным топливом.
ПРЕИМУЩЕСТВА ПРОПАНА В КАЧЕСТВЕ ТОПЛИВА ДЛЯ ДВИГАТЕЛЕЙ
• Выбросы двигателей на пропане меньше, чем выбросы двигателей на бензине или на дизельном топливе (имеется в виду, что и те и другие двигатели хорошо отрегулированы и имеют одинаковый рабочий объем). Вредные выбросы включают в себя химические вещества, разрушающие озоновый слой, а также токсичные химические вещества, такие как бензол, формальдегид, ацетальдегид.
• Сейчас пропан (с учетом коэффициента GGE) почти везде дешевле бензина. В результате по сравнению с автомобилями на ископаемом топливе автомобили на пропане дешевле в эксплуатации.
• Несмотря на то что плотная сеть пропановых заправочных станций пока отсутствует, стоимость ее создания в принципе ниже, чем стоимость создания такой сети для других альтернативных источников энергии, таких как водород или топливные элементы.
• Большая часть пропана, используемая в Америке, добывается в пределах страны. Таким образом, поставки и цены меньше зависят от событий, происходящих за границами страны.
НЕДОСТАТКИ ПРОПАНА В КАЧЕСТВЕ ТОПЛИВА ДЛЯ ДВИГАТЕЛЕЙ
• Для безопасной заправки, управления и обслуживания автомобилей на пропане необходимо специальное обучение. Хотя пропан более безопасен в хранении, чем другие газообразные виды топлива, попадая в атмосферу, он приобретает газообразную форму. Это увеличивает риск взрыва по сравнению с традиционным топливом.
• Максимальная дальность пробега автомобиля с пропановым двигателем составляет только 67% от максимальной дальности пробега автомобиля с двигателем на бензине или дизельном топливе при одинаковых размерах бака. (Эта цифра следует из соотношения 1/G = 1/1,5 = 0,67 = 67%.)
• Баки для пропана должны быть более прочными, чем те, которые используются для бензина или дизельного топлива. Это приводит к увеличению массы автомобиля, что влияет на расход топлива и время набора скорости. Увеличенная масса автомобиля на пропане удлиняет его тормозной путь.
• Баки, в которых хранится пропан, требуют периодической проверки и сертификации квалифицированным персоналом, имеющим лицензию. Это может быть неудобно и дорого.
Задача 7.2
Возможно ли создать гибридный автомобиль, который может заправляться и традиционным топливом, и пропаном? Можно ли переделать автомобиль, работающий на бензине или дизельном топливе, так, чтобы он смог работать на пропане?
Решение 7.2
Ответ на оба вопроса: «Да». Автомобиль, работающий на пропане, можно оборудовать гибридной системой подачи топлива, которая позволяет ему работать как на пропане, так и на традиционном топливе. Можно также оборудовать автомобиль, работающий на бензине или на дизельном топливе, дополнительно гибридной системой подачи топлива или только системой подачи пропана.