Карьерная техника на СПГ: Экологичность и экономическая эффективность

Проект ООО «Газпром СПГ технологии» и стратегических партнёров компании по переводу карьерной техники на сжиженный природный газ демонстрирует, как современные экологические стандарты могут сочетаться с экономической эффективностью в добывающей отрасли.

Преимущества использования СПГ в карьерной технике

Перевод тяжелой карьерной техники на СПГ позволяет существенно снизить вредные выбросы в атмосферу токсичных и парниковых газов. В сравнении с дизельным топливом использование сжиженного газа уменьшает:

• Выбросы сажи и твердых частиц на 90%
• Оксидов азота - на 30-40%
• Содержание серы в выхлопах практически сводится к нулю

Использование СПГ обеспечивает значительную экономию на топливных расходах - стоимость газомоторного топлива на 30-40% ниже дизельного при сопоставимой энергоэффективности.

Особое внимание уделяется безопасности - все системы адаптированы для работы в тяжелых условиях карьеров: при повышенной запыленности, вибрациях и перепадах температур. Успешная реализация пилотного этапа открывает перспективы для масштабирования проекта на другие предприятия горнодобывающей отрасли.

Экологичные карьерные самосвалы: СПГ как альтернатива дизелю

Интерес к СПГ как к моторному топливу для карьерной техники

Сегодня в адрес ОАО «БЕЛАЗ» - управляющей компании холдинга «БЕЛАЗХОЛДИНГ» - поступают многочисленные запросы о возможности приобретения карьерной техники, использующей сжиженный природный газ (СПГ) в качестве моторного топлива. Как правило, речь идёт не о заказе самосвала, работающего на газовом топливе, а о потенциальной возможности приобретения такой продукции. Интерес потребителей обусловлен целым рядом причин:

• Низкая стоимость газа по сравнению с дизельным топливом.
• Карьерная техника наиболее удобна для «газификации»: она эксплуатируется недалеко от места своей дислокации, и одна заправочная станция может обслуживать весь парк самосвалов в отличие от подавляющего большинства транспортных средств, движущихся по дорогам общего пользования, для которых необходимо иметь заправочные станции по всему пути их следования.

Выбор газового моторного топлива: пропан-бутан или метан

В качестве газового моторного топлива может быть использован либо пропан­бутан, либо метан. При этом пропано-­бутановая смесь тяжелее воздуха и при возможных утечках она будет скапливаться на дне карьера, что недопустимо. Поэтому, в качестве топлива для газификации карьерного самосвала был выбран природный газ, который легче воздуха и в случаях утечки не представляет большой опасности.

Храниться на транспортном средстве газ может либо в компримированном (сжатом), либо в сжиженном виде (СПГ). В одинаковом по объему топливном баке сжиженного природного газа помещается в три раза больше, чем компримированного. Таким образом, при использовании СПГ количество заправок в течение определённого промежутка времени будет втрое меньше - да и продолжительность одной заправки заметно короче. Для карьерной техники, эксплуатация которой обходится дорого, количество заправок и продолжительность заправки - показатели критичные.

Уточним, что для хранения СПГ используется специальные криогенные баки (фактически термос), так как температура хранения СПГ составляет от ­162 до ­140 °С. Перед подачей в камеру сгорания двигателя СПГ необходимо испарить и подогреть до положительной температуры.

Газодизельные двигатели

Большое достоинство газодизельных двигателей в том, что при отсутствии газа такой двигатель может работать как обычный дизель. Средний коэффициент замещения дизельного топлива для газодизельных двигателей обычно составляет 30-50 %. Но он может быть и другим, вплоть до 90-95 %, однако при этом необходима значительно более глубокая модернизация дизельного двигателя, и в результате двигатель теряет возможность работы в дизельном режиме.

Проекты БЕЛАЗ по созданию карьерных самосвалов на газомоторном топливе

Тем не менее, идя навстречу многочисленным запросам потребителей, а также на основании анализа рынка, ОАО «БЕЛАЗ» самостоятельно реализует несколько проектов по созданию карьерных самосвалов на газомоторном топливе. Одним из первых таких проектов был перевод двигателей Cummins КТА50­С на газодизельный режим работы на карьерных самосвалах БЕЛАЗ­75139 грузоподъемностью 136 т в хозяйстве Ковдорского горно­-обогатительного комбината. Поставщиками навесного оборудования выступает немецкая компания Heinzmann, топливной системы - московское предприятие «Гелиймаш».

Другим опытом применения СПГ на карьерных самосвалах БЕЛАЗ является проект по переводу карьерных самосвалов БЕЛАЗ­75131 на газодизельный режим ООО «ТехноЭко» (СибирьЭнерго, г. Новокузнецк). На начальном этапе, применялась система дозирования и подачи газа в двигатель собственной разработки, позже стали применять систему подачи газа производства ComAp. В общей сложности для работы в газодизельном режиме было модернизировано 60 карьерных самосвалов. Средний коэффициент замещения по всему автопарку составляет 30-35 %.

Следующим значимым проектом ОАО «БЕЛАЗ» является изготовление карьерного самосвала БЕЛАЗ­75476 грузоподъемностью 45 т с газопоршневым двигателем КУНГУР­550, разработанным на базе силовой установки ЯМЗ­240НМ2. Конвертация и поставка двигателя, равно как и разработка и поставка топливной системы, произведена ООО «Технология 1604» из Екатеринбурга. Мощность двигателя увеличена до 550 л.с. (против имеющихся штатно 500 л.с. у ЯМЗ­240НМ2). Топливная экономичность по показателю в граммах на кВт/час практически равна топливной экономичности в граммах дизтоплива на кВт/час у ЯМЗ­240НМ2. газового топлива экономические преимущества от использования в составе самосвала двигателя КУНГУР­550 очевидны. Сегодня карьерный самосвал БЕЛАЗ­75746 проходит эксплуатационные испытания в Архангельской области в карьере Ломоносовского ГОКа.

В дальнейших планах ОАО «БЕЛАЗ» при сотрудничестве с компаниями «Технология 1604» и «Газовые транспортные системы» - создание карьерного самосвала грузоподъемностью 136 т с газопоршневым двигателем на базе дизельного двигателя Cummins КТА50­С в 2020 году.

Тенденции рынка карьерной техники

Горняки, пожалуй, - самые консервативные из всех тех, кого можно назвать «потребителями» спецтехники. С началом санкционного давления большинство из них пытались по возможности поддерживать работоспособность своих парков техники, представленных машинами известных брендов Caterpillar, Hitachi, Komatsu, Liebherr, Volvo и т. Параллельный импорт как самих машин, так и запчастей к ним обходился недёшево. Цена вопроса дала повод если ещё не развернуться к китайским брендам в полной мере, то хотя бы повернуть в их сторону голову.

С ростом эксплуатационных расходов на машины западных брендов и особенно шарнирно-сочленённые самосвалы добывающая отрасль заинтересовалась поиском альтернатив для перевозки горной массы. Если смотреть статистику ввоза карьерных самосвалов за последние лет пять, видно, что рынок машин грузоподъёмностью до 100 т вырос, и рост этот был обеспечен увеличением популяции как раз трёхосных самосвалов. Технику привлекают к транспортным работам, ориентируясь на сезон и погодные условия.

Из-за стремления к экономии на транспортировке горной массы присматриваются горняки и к переходу на технику на альтернативном топливе. В частности, переход на более дешёвый природный газ сопряжён с рядом проблем. Пропан-бутан тяжелее воздуха. В случаях утечки он может накапливаться в низинах или даже полостях машины, что при попадании в контакты электромеханической трансмиссии практически гарантирует катастрофические последствия.

Далее, в транспортном средстве газ может храниться либо в компримированном (сжатом) виде, либо в сжиженном. При прочих равных условиях в самосвал можно заправить сжиженного природного газа (СПГ) в 3 раза больше, чем сжатого. Предусмотреть надо и систему подготовки СПГ перед его подачей в камеру сгорания: жидкий газ должен испариться, чтобы получилась газообразная составляющая, которая затем при определённых температуре и давлении смешается с воздухом.

Альтернативу технике, работающей только на газе, могут составить гибриды. Но всё упирается в один существенный недостаток такой системы: необходимость установки на самосвал, помимо дизельной топливной системы, ещё и газовой. Тем не менее ведущие производители самосвалов продолжают активно работать над совершенствованием технологий использования газомоторного топлива, в том числе и СПГ в качестве основного. Однако оптимизм здесь должен быть всё же умеренным: в силу особенностей процесса сгорания газа в газодизельных двигателях доля замещения дизтоплива газом в лучшем случае достигает 60%.

К тому же на данный момент сколько-нибудь достоверных сравнительных испытаний машин на газомоторном, смешанном и дизельном топливе за исключением чисто теоретических выкладок мы не имеем. А производители, даже если и располагают такими данными, по понятным причинам не стремятся их афишировать.

Электрификация карьерной техники

Зелёная повестка заставляет производителей техники заниматься разработкой машин на электрической тяге. Загазованность в карьерах - бич современности. Большая часть карьеров проектировалась под конкретные технологии и машины ещё в советские времена. За последующие десятилетия мощности производственных площадок успели измениться, да и в 1990-е годы их сильно перестроили. Глубина некоторых карьеров сегодня уже достигает 1 км.

В условиях высокого атмосферного давления, особенно зимой, загазованность в нижней части карьеров запредельная. Переход на СПГ позволил бы сократить выбросы некоторых вредных составляющих в 5 раз, но в идеале нужно внедрять технику на электрической тяге. У этой технологии свои пределы возможностей. Во-первых, перейти полностью на аккумулятор пока невозможно: зарядка идёт 8 часов, то есть на это время машина выпадает из производственного цикла. Возможное решение - использование съёмных аккумуляторов и систем их быстрой смены.

А, во-вторых, существенная часть карьеров в нашей стране располагается в северных территориях, что сопряжено с низкими температурами эксплуатации. Троллейные системы - решение далеко не из новых. И, помимо требований к организации путей проезда и установки контактной сети, главное условие их целесообразного использования - наличие необходимых резервов в самой системе энергоснабжения.

Ещё надо учесть такой момент: в европейской части России и части Западной Сибири горные предприятия запитываются из общей энергосистемы, а в таких удалённых регионах, как Якутия, Чукотка, Магаданская область основной источник электроэнергии - дизельные станции.

Китайские бренды на рынке карьерной техники

Как видим, условия ведения бизнеса заставляют горняков изменять своим многолетним принципам, предусматривающим работу на машинах популярных мировых брендов. С уходом с российского рынка большой тройки (Hitachi, Сaterpillar, Komatsu) освободившуюся долю рынка наряду с «БелАЗ» осваивают XCMG, Sany, NHL, Shantui и др. Все эти бренды тщательно работают над расширением собственных линеек машин для горнодобывающего сегмента и в общей совокупности уже предлагают карьерные самосвалы практически всех категорий грузоподъёмности - от 45 и даже до 360 т.

Если говорить о компании LiuGong, то наряду с мощными фронтальными погрузчиками 890Н и 8128Н (грузоподъёмность 9 и 12 т соответственно), а также экскаваторами 990F и 9125F (ковши до 7 куб. м) российским горнякам сегодня предлагают карьерные самосвалы: жесткорамный DR50C грузоподъёмностью 45 т и трёхосные DW90A и DW105A грузоподъёмностью 59 и 70 т соответственно. 100-тонный самосвал уже проходит испытания в Китае, скоро приедёт на обкатку в нашу страну. В проекте 200-тонник. В числе лидеров компания LiuGong и по разработке машин на чисто электрической тяге.

Восточные партнёры не останавливаются и продолжают наращивать свои продуктовые портфели с учётом интересов российских промышленников. Качество предлагаемых ими машин приятно удивляет и продолжает улучшаться.

Сравнение выбросов при использовании СПГ и дизельного топлива

Показатель	Дизельное топливо	СПГ	Снижение выбросов (СПГ)
Сажа и твердые частицы	100%	10%	90%
Оксиды азота	100%	60-70%	30-40%
Содержание серы	Значительное	Практически отсутствует	-