CNG töltőállomások méretezése


A CNG tehcnológia drága dolog: mind a kompresszorok, mind a tárolópalackok precíziós technikával készülnek, sokkal magasabb műszaki követelményekkel, mint például a gázolaj vagy benzin töltőállomások.

Más üzemanyag-fajtákkal szemben a CNG-nél a méretezés is sokkal fontosabb: a tárolópalackok bővítése egyszerű ugyan, de a kompresszort a kapacitás bővítése esetén általában cserélni kell. Az alulméretezés hamar megbosszulja magát: a megfelelő nyomásra váró türelmetlen, csalódott gépjárművezetők, a kúttól vagy akár az egész CNG technológiától elpártoló ügyfelek képében.

A megfelelő méretezéshez szeretnénk segítséget nyújtani ügyfeleinknek.

A flotta üzemanyag-felhasználása


Az első kérdés, hogy mekkora a várható napi maximális üzemanyag-felvétel.

Valószínűleg adott egy már létező autópark, amelynek a fogyasztását többé-kevésbé ismerjük havi szinten. Azt gondolnánk, osszuk el egyszerűen 30-cal, és megkaptuk az eredményt. Ez távolról sem ilyen egyszerű, hiszen a tankolások eloszlása sehol sem egyenletes. Ráadásul sokszor a vasárnapok vagy a szombatok az üzlet szempontjából nem is számíthatók a tankolási napok közé. Legyünk óvatosak, és hagyjunk egy kis tartalékot is.

Példa:
  • 20 db kisteherautó
  • 9 l / 100 km fogyasztás gázolajból
  • havi menetteljesítmény 9000 km / autó
  • az autók hétfőtől szombatig dolgoznak

Először is a tankolási napok száma, 4 héttel és heti 6 nappal: 6 x 4 = 24

Az átlagfogyasztás 20 autóval egy napra vetítve: (9000 km x 9 l / 100 km) x 20 / 24 nap = 675 liter / nap

Ez a 675 liter azonban csak az átlag. Ha minden jármű minden nap tankol, és minden nap körülbelül ugyanannyi kilométert fut, akkor ettől az átlagtól nem fogunk jelentősen eltérni, de ha az eloszlás nem ilyen egyenletes (például hétfői napokon nagyobb köröket mennek az autók), akkor érdemes az esetleges "csúcsokra" méretezni a töltőállomást. Gondoljuk jól végig a lehetséges eseteket: lehet hogy 800 liter is elfogy egy-egy napon.

Gázolajról CNG-re


Eddig gázolajjal számoltunk, most térjünk át a CNG-re. Itt elég egyszerű a dolgunk, hiszen szerencsére a CNG fogyasztás kilogrammban szinte megegyezik a dízel autók gázolaj fogyasztásával literben.

Például
  • egy Volkswagen Passat CNG-ből 5,5 kg-ot fogyaszt 100 km-en
  • egy nagyon hasonló teljesítményű dízel Volkswagen Passat pedig 6 liter gázolajat fogyaszt uganezen a távon

 

Az egyszerűség kedvéért a továbbiakban a gázolaj fogyasztást egy az egyben számoljuk át CNG fogyasztásra.

Jelentős különbség viszont a hatótáv: a CNG-s járművek hatótávolsága földgázzal csak a dízelesek fele-harmada, habár benzinre átkapcsolva a hatótáv egyes modelleknél az 1000 km-t is meghaladja. A benzines autózás azonban drága, a legdrágább minden üzemanyag közül.

Az előnyöket és hátrányokat tekintve el kell dönteni, hogy a 300-400 km-es hatótávot el tudjuk-e fogadni cserébe azért, hogy a flotta féláron tankolja az üzemanyagot a gázolajhoz képest.

Kompresszor teljesítmény


Példánknál maradva tegyük fel, hogy maximum 800 kg-ot fog vételezni a CNG-s flotta egy napon. Tehát 24 óra alatt a kompresszornak elő kell állítania ezt a mennyiséget.

A kompresszorok teljesítményét Nm3/h vagy Sm3/h mértékegységekben adják meg a gyártók.
A Nm3/h jelentése "normál köbméter óránként", míg a Sm3/h "szabvány köbméter óránként".

Nm3 = 1 köbméter gáz 0 Celsius fokon 1 bar nyomáson
Sm3 = 1 köbméter gáz 15 Celsius fokon 1 bar nyomáson


A kettő közötti különbség kb. 5%, amit el is lehetne hanyagolni, de bizonyos esetekben számíthat. A CNG Port Kft. minden kompresszor teljesítményt Nm3-ben ad meg, ami több gázt jelent, mint ugyanaz Sm3-ben.

A kompresszor teljesítmény tehát köbméterekben van megadva, de az autók kilogrammot tankolnak. Ezt is át kell számolnunk. A leggyakrabban használatos átváltási arány:

1 m3 földgáz = 0,7 kg

Vagyis egy 100 m3/h teljesítményű kompresszor óránként 70 kg CNG-t tud előállítani

Létezik egy ökölszabály, hogy a kompresszorokkal nem szoktak 24 órás üzemben számolni, mivel ez túlzottan kiélezett teljesítmény-kihasználás volna. Maximum 20 órás napi működést szoktak feltételezni, így a napi mennyiséget az óránkénti mennyiség húszszorosának számoljuk.

100 m3/h x 20 h = 2000 m3/nap = 1400 kg/nap

Ha naponta 800 kg földgázra van szükségünk, akkor a szükséges kompresszor teljesítmény:

800 kg / 0,7 kg/m3 / 20 h = 57 m3/h

Tehát napi 800 kg CNG-hez a minimális kompresszor teljesímény ami nekünk kell, 57 m3/h

Tárolókapacitás

A tárolók helyes megválasztása az egész töltőállomás használhatóságát alapjaiban befolyásolja.

Ugyan bizonyos kompresszorok képesek a jármű tankjába közvetlenül is tölteni, de általában egy közbeiktatott tároló palackköteget tölt a kompresszor, és többnyire ebből tankolnak a járművek.

 

A tartálykötegben 250 bar maximális nyomást tart fenn a töltőállomás, míg a járművek tankjába ebből télen legfeljebb 220, nyáron 200 bar nyomást engedünk át. A nagyobb nyomású tartályt a kisebb nyomásúval összenyitva a gáz átáramlik a tároló tartálykötegből a jármű tankjába. Ha a jármű tankja elérte a maximálisan engedélyezett nyomást, vagy éppen a tárolóköteg és a jármű tankja között a nyomáskülönbség kiegyenlítődőtt, akkor a tankolás befejeződött. Utóbbi esetben a járművet nem sikerült teletankolni, mert kevés volt a rendelkezésre álló gáz, illetve annak nyomása.

 

Az alábbi ábrán a tankolás előtti állapot látható:

 

CNG tárolók nyomása tankolás előtt

 

Ezen az ábrán pedig azt láthatjuk, hogy a tankolás során a CNG töltőállomás tároló tartálykötegének nyomása a tankolás következtében 250-ről 200 bar-ra csökkent, így további járművek már "tele" nem tankolhatók, amíg a kompresszor nem biztosítja ismét a szükséges gáznyomást a tároló tartálykötegben:

 

CNG tárolók nyomása tankolás után

 

A töltőállomáson bármikor azonnal felhasználható, "tankolható" mennyiség tehát a palackkötegben felhalmozott CNG 250 és 200 bar közötti "része", azaz a palackköteg kapacitásának csupán 20%-a! A többi gáz a tartályokból szintén felhasználható, azonban a nem teljes nyomás a CNG-s járművek amúgy sem túl nagy hatótávolságát tovább csökkenti, ami nem igazán elfogadható.

 

Tartályméretből tankolási kapacitás kiszámítása

A gyártók legtöbbször literben adják meg a CNG kompresszorok tartálykötegeinek méretét. Lássuk most, hogy mire megyünk mondjuk 500 liter tárolóköteg-kapacitással, hány kg CNG vételezhető egy menetben.

 

500 liter 250 bar-on = 125 m3 normál légköri nyomáson

125 m3 = 87,5 kg

87,5 kg x 20% = 17,5 kg

 

Azaz 500 literes palackkötegből mindössze 17,5 kg CNG tankolható egyszerre, hiszen ettől a gáznyomás 200 bar-ra esik vissza, és a nyomást pótolnia kell a kompresszornak, ami időbe telik.

 

Tankolási igényhez tartályméret kiszámítása

Fordítsuk meg a dolgot: azt szeretnénk, ha 2 busz gyors egymásutánban meg tudna tankolni CNG-ből, és szeretne 200 bar nyomásra feltöltött, tele tartályokkal távozni. A buszok tartályai legyenek 120 kg CNG befogadására képesek

 

120 kg x 2 = 240 kg

240 kg / 20% = 1200 kg (ez a tároló kapacitása kilogrammban)

1200 kg / 0,7 = 1700 m3

 

Vagyis 1700 m3 gázt kell tárolnunk a szokásos 250 bar-os nyomáson.

Ez egy egyszerű szorzás: 1700 x 4 = 6800 liter

 

6800 liter körülbelül egy 50 db-os, darabonként 140 literes tárolóköteget jelent, ami igencsak megdrágítja a töltőállomást.

 

Egymás utáni tankolások közötti idő

Ha nem akarunk ekkora tárolóköteget, akkor kézenfekvő a maximális tankolási igényt lejjebb szállítani, és úgy szervezni a járművek feltöltését, hogy bizonyos időnként álljanak be tankolni, eközben a kompresszor pótolja a lecsökkent nyomást.

 

Az előző példa számaival, most legyen az az elvárás, hogy 1 db buszt lehessen teletankolni.

 

Így már csak 3400 literes palackkötegre van szükségünk.

 

Ha szeretnénk, hogy a következő busz 30 percen belül be tudjon állni tankolni, akkor milyen teljesítményű kompresszor kell ehhez?

120 kg / 0,5 h = 240 kg / h = 340 m3/h

 

Vagyis a kompresszorunk elvárt teljesítménye legalább 340 m3/h legyen

 

Ha igényeinket tovább csökkentjük, és az óránkénti egy busz tankolását is elfogadhatónak találjuk, akkor 170 m3/h teljesímény is elegendő lehet.

 

Összefoglalás

Látható, hogy a töltőállomás méretezését jól át kell gondolni. Minden kapacitás növelés súlyos milliókba kerül, de az alulmérezetés is hamar megbosszulja magát. Szakembereink minden segítséget megadnak megrendelőinknek, hogy valóban optimális teljesítményű töltőállomást tudjanak megrendelni, és az üzemeltetéssel feltétlenül elégedettek legyenek. A leggondosabb tervezéssel ez minden bizonnyal sikerülni is fog.

 

További olvasnivalók