VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ FAKULTA STROJNÍHO INŽENÝRSTVÍ - ENERGETICKÝ ÚSTAV ODBOR TERMOMECHANIKY A TECHNIKY PROSTŘEDÍ doc. Ing. Josef ŠTETINA, Ph.D. stetina@fme.vutbr.cz Předmět 3. ročníku BS http://ottp.fme.vutbr.cz/sat/ březen 2010 Gscheidle Rolf, Příručka pro automechanika. Sobotáles, Praha 2007 1
DŮVODY NASAZENÍ ALTERNATIVNÍCH POHONŮ Kontaktní Bezkontaktní Snižování emisí CO, NO x, uhlovodíky Snižování CO 2 Snižování pevných částic Snižování spotřeby paliv Snižování závislosti na ropě HYBRIDNÍ POHONY Gscheidle Rolf, Příručka pro automechanika. Sobotáles, Praha 2007 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 2
HYBRIDNÍ POHON TYPY ZAPOJENÍ Sériový Paralelní Gscheidle Rolf, Příručka pro automechanika. Sobotáles, Praha 2007 3
Používaná realizace (hybridní) Gscheidle Rolf, Příručka pro automechanika. Sobotáles, Praha 2007 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 4
PLYNNÁ PALIVA LPG (Liquefied Petroleum Gas) resp. zkapalněný propan-butan, který vzniká jako vedlejší produkt při zpracování ropy, je možné využít též jako palivo pro motorová vozidla. Využívání LPG v motorových vozidlech je z technického hlediska ověřené a bezproblémové. Je možná dodatečná montáž do sériového vozidla, u naftových motorů je nutná rekonstrukce na plynový zážehový motor. Výfukové plyny motorů poháněných LPG obsahují méně škodlivin, výkon je cca o5% nižšíaspotřeba o cca 10 % vyšší v porovnání se zážehovými motory. LPG však nepředstavuje dlouhodobé řešení problému automobilového průmyslu. Spalováním LPG vznikají stejné hlavní znečišťující látky jako u benzinu a nafty, třebažejejichdalekoméně. Zejména se však nejedná o obnovitelný zdroj energie. 5
CNG (COMPRESSED NATURAL GAS) ZEMNÍ PLYN Parametr Rozměr Hodnota CH4 0/ 97,99 Vyšší uhlovodíky 0/ 1,07 CO2 0/ 0,11 N2 0/ 0,83 Celková síra mg/m 3 0,20 Výhřevnost MJ/m 3 34,091 Spalné teplo MJ/m 3 kwh/m 3 37,852 10,514 Hustota kg/m 3 0,694 Relativní hutnota - 0,568 Spalovací rychlost, max cm/s 34 Wobbeho číslo MJ/m 3 53,6 Meze výbušnosti % 4,4-15 Bod vzplanutí C 152 Bod hoření C 650 Teplota vznícení C 537-580 Bod tuhnutí C pod -182 Teplota varu C -162 Stechiometrický objem vzduchu ke m 3 9,51 spalování Stechiometrický objem vlhkých spalin m 3 /m 3 10,51 Teoretické složení spalin 0/ 9,53 CO2 18,95 H 2 O 71,52 N2 Max. % CO 2 v suchých spalinách % 11,75 Adiabatická spalovací teplota C 2 055 Oktanové číslo - 130 1... 11 12 13 14 15 16 17 18 19... 27 SÉRIOVÁ VOZIDLA WWW.CNG.CZ Citroën Berlingo 1,4i CNG Provoz CNG Provoz benzín Výkon 48 kw (65 PS) 55 kw (75 PS) Obsah nádrže 11,4 kg (16,0 m 3 )55l Komb. spotřeba 6,0 kg (8,4 m na 100 km ) 7,8 l Dojezd 190 km 700 km Emise CO 2 (g/km) 146 185 1... 11 12 13 14 15 16 17 18 19... 27 12 6
PLNICÍ STANICE - CNG 1... 11 12 13 14 15 16 17 18 19... 27 Předstih zážehu 1 10 11 12 13 14 15 16 17 18 7
ČÁSTI PLYNOVÉHO POHONU 1... 11 12 13 14 15 16 17 18 19... 27 BIOPLYN V dopravě se bioplynem rozumí palivo vzniklé biologickými procesy z organických hmot, které je pro účely ypohonu motorových vozidel zbaveno nežádoucích příměsí, zejména oxidu uhličitého a sirovodíku, tak aby odpovídalo požadavkům na zemní plyn (obsah methanu vyšší než 95 %, výhřevnost srovnatelná). Hlavní nevýhody používání bioplynu v dopravě jsou: jeho omezené množství lokální výroba (většinou jsou bioplynové stanice umístěny odlišně od místa potřeby autobusová depa...) nákladné čištění í na kvalitu zemního plynu. 1... 11 12 13 14 15 16 17 18 19... 27 8
KAPALNÁ PALIVA Etanol -jezřejmé, že etanol nemůže nahradit úplně klasická paliva, může však přispět k nahrazení části ropy a ozdravění životního prostředí hlavněě ve městech. ě Etanol je možné použít bud'jako palivo pro speciálně ě upravené motory nebo jako přísadu do benzinů v rozsahu 3 až 15 %. Etyl-terc.-butyl etr (ETBE) jsou žádanou komponentou automobilových benzinů. Jejich výhodou je větší výhřevnost, menší tlak par, vysoké oktanové číslo a ve srovnání s alkoholy se s benzinem lépe mísí a vzniklá směs je stabilní. Výrobu éterů lze provést podobným způsobem, a to reakcí příslušného alkoholu, metanolu nebo etanolu, s nenasyceným plynným uhlovodíkem isobutenem (iso- C 4 H 8 ) vpřítomnosti ti kyselého katalyzátoru. 1... 11 12 13 14 15 16 17 18 19... 27 ETANOL Vlastnosti paliva Etanol ETBE Benzin Rel. molekulová hmotnost (g/mol) 46 102 111 Oktanové číslo RON / MON 109 / 92 118 / 105 96 / 85 Cetanové číslo 11-8 Tlak par podle Reida (kpa) 16,5 28,0 75,0 Hustota 15 C (g/cm 3 ) 0,80 0,74 0,75 Výhřevnost (MJ/kg) 26,4 36,0 41,3 Výhřevnost (MJ/l) 21,2 26,7 31,0 Stechiometrický poměr vzduch/palivo 9,0-14,7 (hm.) Bod varu ( C) 78 72 30-190 Zápalná teplota ( C) 425 >280 Bod vzplanutí ( C) 12-19 -35 Meze výbušnosti D / H (% v/v) 3,5 / 15 1,2 / 9,1 1,3 / 7,6 1... 11 12 13 14 15 16 17 18 19... 27 9
METANOL Vozidla jezdící na metanol se z hlediska výkonu a dojezdu podobají vozidlům na benzín nebo naftu. Vlastnosti paliva Metanol MTBE Benzin Rel. molekulová hmotnost (g/mol) 32 88 111 Oktanové číslo (RON) 110 116 97 Oktanové číslo (MON) 92 100 86 Cetanové číslo 5-8 Tlak par podle Reida (kpa) 31,7 57,0 75,0 Hustota 15 C (g/cm 3 ) 079 0,79 074 0,74 075 0,75 Výhřevnost (MJ/kg) 19,8 35,2 41,3 Výhřevnost (MJ/l) 15,6 26,0 31,0 Stechiometrický poměr vzduch/palivo (hm.) 6,5-14,7 Bod varu ( C) 65 55,3 30-190 1... 15 16 17 18 19 20 21 22 23... 27 BIONAFTA HTTP://WWW.BIODIESEL.CZ Vlastnosti paliva Bionafta (MERO) Motorová nafta Rel. molekulová hmotnost (g/mol) ~300 170-200 Cetanové číslo ~54 51 Hustota při 15 C (g/cm 3 ) 0,88 0,84 Výhřevnost (MJ/kg) 37,3 42,7 Výhřevnost (MJ/l) 32,0 35,7 Stechiometrický poměr vzduch/palivo (hm.) 12,3 14,53 Obsah kyslíku (% hm.) 9-11 <0,6 Kinematická viskozita při 20 C (mm 2 /s) 7,4 4,0 Bod vzplanutí ( C) 91-135 77 1... 15 16 17 18 19 20 21 22 23... 27 10
VODÍK Spalování vodíku Zdroj elektrické energie 1... 15 16 17 18 19 20 21 22 23... 27 ELEKTROMOBIL POHON VODÍKEM PALIVOVÝ ČLÁNEK 1... 15 16 17 18 19 20 21 22 23... 27 11
1... 15 16 17 18 19 20 21 22 23... 27 ELEKTROMOBILY TESLA 1... 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 12
SCÉNÁŘ ROZVOJE ALTERNATIVNÍCH PALIV DO ROKU 2020 Rok Biopaliva Zemní Vodík Celkem (%) plyn (%) (%) (%) 2005 2 2 2010 6 2 8 2015 (7) 5 2 14 2020 (8) 10 5 (23) 1... 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 F1-Systémy K.E.R.S. Elektrický Kinetic Energy Recovery Systém Setrvačník 1... 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 13
ZVYŠOVÁNÍ ÚČINNOSTI VYUŽITÍ TEPLA VE VÝFUKOVÝCH PLYNECH 1... 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 ZVYŠOVÁNÍ ÚČINNOSTI - DIESOTTO 1... 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 14