Использование современных технологий в области транспорта. Сокращение вредного воздействия транспорта на окружающую среду
Чучулина В.В.
Аннотация: В статье рассматриваются разные виды двигателей, их преимущества и недостатки. Меры по снижению и сокращению выбросов выхлопных газов в атмосферу. Также в статье показаны наглядные примеры перехода на электродвигатели в нашей стране и за рубежом и общие тенденции к сокращению вредного воздействия на природу.
Ключевые слова: Транспортное средство, сокращение вредного воздействия на атмосферу, двигатель внутреннего сгорания, электродвигатель.
Annotation: The article discusses different types of engines, their advantages and disadvantages. Measures to reduce and reduce exhaust emissions into the atmosphere. The article also shows illustrative examples of the transition to electric motors in our country and abroad and general trends to reduce the harmful effects on nature.
Key words: Vehicle, reduction of harmful effects on the atmosphere, internal combustion engine, electric motor.
Развитие транспортной техники, технологий и информационного обеспечения.
В Российской Федерации, как и в других развитых странах мира, транспорт является одной из крупнейших базовых отраслей хозяйства, важнейшей составной частью производственной и социальной инфраструктуры. Транспорт играет важную роль в социально-экономическом развитии страны. Транспортная система обеспечивает условия экономического роста, повышение конкурентоспособности национальной экономики и качества жизни населения. Выгодное территориальное расположение дает возможность России получать значительные доходы от экспорта транспортных услуг. Развитие транспортной техники, технологий и информационного обеспечения российской транспортной системы должно ориентироваться на уровень лучших мировых аналогов. Реализация столь высокого уровня принципиально необходимо для появления высокоэффективных отечественных транспортных компаний, способных успешно конкурировать как с европейскими, так и китайскими компаниями.
Основными задачами в области пассажирских и грузовых перевозок являются:
- развитие транспортных средств, обеспечивающих скоростные и высокоскоростные перевозки пассажиров и грузов;
- обновление и модернизация парка пассажирских автотранспортных средств, направленные на улучшение их эксплуатационных показателей, уровня безопасности, условий перевозок пассажиров;
- поэтапное введение ограничений по возрасту коммерческой эксплуатации автомобильного транспорта с использованием различных механизмов правового и административного регулирования (это должно позволить снизить средний возраст парка маршрутных автобусов до 5 - 6 лет к 2030 г.);
- изменение структуры топливно-энергетических ресурсов, потребляемых автотранспортными средствами с учетом сокращения в ней доли нефтепродуктов.
В 2015 г. было принято Парижское соглашение по климату, в соответствии с которым промышленно развитые страны согласились добровольно уменьшить объем выбросов негативно влияющих на климат, то есть удержать рост глобальной средней температуры ниже 2 °С. Россия также присоединилась к этому соглашению. Однако в отличие от большинства стран, подписавших договор, для России его условия являются довольно легко выполнимыми. Это связано с тем, что в связи с сокращением промышленного производства в 90 - е годы прошлого века, Россия уже практически выполняет установленные для нее ограничения по выбросам. В России традиционно в качестве моторного топлива в основном использовались нефтепродукты - бензин, керосин и дизельное топливо. В условиях сокращения разведанных месторождений нефти, а также усложнения процесса ее добычи, например на шельфе, или в арктических условиях целесообразно постепенно сокращать долю моторного топлива произведенного из нефти. В качестве замены можно использовать природный газ и электрическую энергию.
Снижение вредного воздействия транспорта на окружающую среду
Задачами транспортной стратегии по реализации цели «Снижение вредного воздействия транспорта на окружающую среду» являются:
- уменьшение губительного воздействия транспортных средств на здоровье человека и окружающую средуза счет снижения объемов вредных выбросов, сбросов и отходов на всех видах транспорта (профессиональная подготовка и рационализация маршрутов);
- стремление перехода транспортных средств на экологически чистые виды топлива;
- снижение энергоемкости транспорта до уровня показателей передовых стран;
- повышение комфорта в салонах транспортных средств для перевозки пассажиров и сокращения времени поездки.
Для снижения вредного воздействия транспорта на окружающую среду и возникающих ущербов, необходимо:
- уменьшить вредное воздействие транспорта на воздушную среду и на здоровье человека за счет применения экологически нейтральных видов транспортных средств;
- стимулировать применение транспортных средств использующих топливно-энергетических ресурсы не нефтяного происхождения.
Наиболее простым и привлекательным является использование социальных технологий, направленных на уменьшение транспортных средств на дорогах. Например, в некоторых странах есть выделенные полосы, предназначенные для проезда легковых автомобилей, в которых едет не менее 2 - человек (технология 1 + 1). Предполагается, что соседи договариваются, что они едут на одной машине на работу и вместе возвращаются.
Уменьшается расход топлива, вредные выбросы и время поездки. Подобная практика совместного использования автомобилей распространена не только в Великобритании и Соединенных Штатах Америки, но и в других странах с плотным городским населением (Аргентина, Бразилия, Китай, Индия, Мексика, Россия и Турция).Тот факт, что в одной машине едет несколько людей позволяет также уменьшить пробки в час пик, сократить спрос на парковочные места и вредные выбросы, в том числе выбросы«парниковых» газов.
Для снижения вредного воздействия автомобильного транспорта на окружающую среду необходимо:
- обеспечить увеличение применения транспортных средств с более низким удельным расходом моторного топлива;
- усилить контроль за техническим состоянием эксплуатируемых автомобилей, в том числе по экологическим показателям;
- ограничить объем выбросов климатических газов и не утилизируемых отходов транспортных предприятий;
- перейти на мировые экологические стандарты по потребляемому топливу, синхронизировав сроки их введения с требованиями экологических стандартов, предъявляемых к транспортным средствам, и при этом обеспечить возможность эксплуатации транспортных средств предыдущих поколений в течение переходного периода;
- перевести до 50% автомобильных парков крупных городов на топливно-энергетические ресурсы не нефтяного происхождения.
Использование природного газа в качестве моторного топлива
Природный газ -- наиболее реальная и простая альтернатива бензину и дизельному топливу. Речь идет именно о сжатом или сжиженном природном газе. В настоящее время используется в ограниченном количестве и сжиженный пропан-бутан, но рассматривать его в качестве перспективного моторного топлива не следует. Это связано с тем, что пропан и бутан входят в состав природного газа в довольно малом количестве (3 - 5 % по объему в зависимости от месторождения). Поэтому более разумно использовать эти продукты в качестве бытового топлива в не газифицированных районах страны.
В России первая программа по использованию природного газа в качестве моторного топлива на автомобильном и железнодорожном транспорте, на самолетах, морских и речных судах была разработана еще в 1983 году. Основной причиной, вызвавшей появление такой программы, стали данные о снижении добычи нефти в обозримой перспективе. В реализации этой программы на железнодорожном транспорте активно участвовал РИИЖТ и затем РГУПС. В рамках этой программы разрабатывались технологии перевозки и хранения сжиженного природного газа, заправки им газотепловозов, организация эксплуатации газотепловозов и газотурбовозов на сети железных дорог. Изучались вопросы безопасности хранения и сжигания газового топлива. Полученный при выполнении этих работ опыт может быть весьма полезным при переводе на газовое топливо легковых и грузовых автомобилей. Преимущество природного газа, как моторного топлива перед нефтепродуктами заключается в следующем:
- природный газ примерно в два раза дешевле дизельного топлива и его запасов в природе гораздо больше чем нефти;
- не разжижает пленку смазочного масла на стенках цилиндров двигателя, в результате чего увеличивается ресурс двигателя.
- отработанные газы двигателей, работающих на природном газе, содержат гораздо меньше вредных веществ по сравнению с двигателями, работающими на нефтепродуктах, в том числе оксида углерода в 3 - 4 раза, оксидов азота в 1,2 - 2,0 раза, углеводородов (СН) в 1,2 - 1,4 раза/;
- дымность отходящих газов при работе на газе в 2 - 4 раза ниже, чем при работе на дизельном топливе.
Перечисленные достоинства газового топлива свидетельствуют о целесообразности перевода на него грузового и пассажирского автотранспорта. Это будет способствовать снижению себестоимости перевозки грузов и людей и уменьшит загрязнение окружающей среды. В Ростовской области и г. Ростове - на -Дону с 2018 г. введен в эксплуатацию парк городских автобусов, работающих на сжатом природном газе. На рис.1 показан один из таких автобусов на городском маршруте. Это не опытная эксплуатация, а массовый перевод автотранспорта на газовое топливо. Можно уже и подвести первые итоги работы автобусов на газовом топливе. Автобусы были приобретены несколькими автохозяйствами и эксплуатировались ими более года. За этот срок эксплуатации не было отмечено каких-либо аварийных ситуаций с системами газоснабжения, а также отказов газовых двигателей. Это, несмотря на то, что большого опыта эксплуатации газового автотранспорта у автохозяйств не было. Также не до конца решены вопросы технического обслуживания и аттестации газового оборудования, недостаточно газовых заправочных комплексов (их в области всего 11). В связи с этим автобусам приходится совершать достаточно продолжительные поездки для заправки. Тем не менее большинство автохозяйств отмечают положительный эффект перевода автопарка на газовое топливо. Это в первую очередь связано с тем, что имеет место экономическая выгода, связанная с низкой стоимостью газового топлива по сравнению с дизельным топливом. Этот оптимизм разделяют и региональные власти. Они отмечают, что ранее разработанные государственные программы по переводу транспортных средств на газомоторное топливо использовали, как правило, комплексный подход к решению научно-технических задач и коммерческих планов по газомоторной проблеме одновременно на разных видах транспорта: автомобильном, железнодорожном, воздушном и водном. Комплексный подход может реализовать единую техническую политику в данной области на различных видах транспорта, в том числе в части обеспечения безопасности организации снабжения газомоторным топливом и технического обслуживания транспортных средств, с учетом специфических особенностей каждого вида транспорта.
Рисунок 1. Городской автобус, работающий на сжатом природном газе
Власти Ростовской области планируют в течении 5 следующих лет потратить 3,5 миллиарда рублей на покупку коммунальной техники на газомоторном топливе (пока доля такой техники составляет менее 5 %). В аграрной сфере предполагается частично компенсировать затраты на приобретение сельхозтехники на газомоторном топливе. Ускоренными темпами будет развиваться сеть газозаправочных комплексов, уже к концу 2020 г. их число увеличится с 11 до 40.
Суммируя сказанное можно сделать вывод, что перевод городского автотранспорта и коммунальной техники на газомоторное топлива (сжатый природный газ) уже перешел из области научно-технической в область практическую и он является привлекательным не только по экологическим соображениям, но и с экономической точки зрения. Для большегрузного автотранспорта наиболее подходящим вариантом является использование сжиженного природного газа (СПГ). Это позволит практически втрое увеличить бортовой запас топлив по сравнению со сжатым газом, при одинаковых габаритных размерах топливных емкостей. Соответственно увеличиться пробег автомобиля между заправками.
Электромобиль, как основное транспортное средство будущего.
Практически с момента появления первого автомобиля инженеры искали возможные направления уменьшения расхода топлива и снижения токсичности выхлопных газов. В качестве одного из направлений уже тогда рассматривалась возможность установки на автомобиле двух двигателей: двигателя внутреннего сгорания (ДВС) и электродвигателя. Первый такой автомобиль был создан Фердинандом Порше ещё в 1899 году. В 70-е годы XX века интерес к автомобилям с гибридной силовой установкой возобновился из-за роста цен на топливо и ужесточения экологических норм. В зависимости от того, какую роль в силовой установке играет электродвигатель гибридные автомобили можно разделить на две группы:
- автомобили, в которых электродвигатель выполняет только роль помощника двигателя внутреннего сгорания на определенных режимах работы силовой установки;
- автомобили, которые могут проехать некоторое расстояние на одном электродвигателе.
В 1997 году на японском рынке появился первый гибридный автомобиль - Toyota Prius, а в 1999-м фирма Honda представила свою модель Insight на американском рынке. В настоящее время используются три основные схемы устройства гибридных силовых установок: последовательная, параллельная и смешанная. Последовательная схема появилась первой (её и предложил Порше), но в легковых автомобилях распространена меньше. По ней, например, обустроены силовые агрегаты карьерных самосвалов, автобусов и т.д. В последовательной схеме колёса автомобиля приводятся в движение от электродвигателя, а маломощный ДВС вращает вал электрогенератора, вырабатывающего электроэнергию. В этой схеме отсутствует необходимость в коробке передач, но зато требуются аккумуляторы, как правило, никель - металлогидридные, большой ёмкости. Пробег автомобиля на электротяге ограничен, например 100 км, а при использовании вспомогательного электродвигателя, заряжающего батареи, пробег на одной заправке может увеличиться в 10 и более раз. Параллельная гибридная схема - наиболее распространённая схема в наши дни. Она запатентована в 1905 году немцем Генри Пипером. Силовая установка автомобиля оснащается достаточно мощным электродвигателем (10-15 кВт), который помогает двигателю внутреннего сгорания при разгоне, а при торможении запасает рекуперативную энергию. В качестве трансмиссии, как правило, используются вариатор или планетарная передача. Такие автомобили не требуют батарей большой емкости, благодаря чему более доступны по цене.