VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚFAKULTA STROJNÍHO INŽENÝRSTVÍ - ENERGETICKÝ ÚSTAV

Ř ÍODBOR TERMOMECHANIKY A TECHNIKY PROSTŘEDÍ

doc. Ing. Josef ŠTETINA, Ph.D.

stetina@fme.vutbr.cz

březen 2009http://ottp.fme.vutbr.cz/sat/

Předmět 3. ročníku BS

březen 2009p p

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 . . . 27

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 . . . 27

Gscheidle Rolf, Příručka pro automechanika. Sobotáles, Praha 2007

Důvody nasazení alternativních ůpohonů

Kontaktní Bezkontaktní

Snižování emisí CO NO uhlovodíky Snižování emisí CO, NOx, uhlovodíky Snižování CO2 Snižování pevných částic Snižování spotřeby paliv Snižování spotřeby paliv Snižování závislosti na ropě

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 . . . 27

Hybridní pohonyy p yGscheidle Rolf, Příručka pro automechanika. Sobotáles, Praha 2007

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Hybridní pohony p

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 . . . 27

Typy zapojeníypy p j

Sériový Paralelníý Paralelní

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 . . . 27

Gscheidle Rolf, Příručka pro automechanika. Sobotáles, Praha 2007

Používaná realizace (hybridní)( y )

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Gscheidle Rolf, Příručka pro automechanika. Sobotáles, Praha 2007

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 . . . 27

Plynná palivaPlynná palivaPlynná palivaPlynná palivaLPG (Li fi d P t l G ) k l ě ý b t kt ý iká j kLPG (Liquefied Petroleum Gas) resp. zkapalněný propan-butan, který vzniká jakovedlejší produkt při zpracování ropy, je možné využít též jako palivo pro motorovávozidla. Využívání LPG v motorových vozidlech je z technického hlediska ověřenéa bezproblémové Je možná dodatečná montáž do sériového vozidla u naftovýcha bezproblémové. Je možná dodatečná montáž do sériového vozidla, u naftovýchmotorů je nutná rekonstrukce na plynový zážehový motor. Výfukové plyny motorůpoháněných LPG obsahují méně škodlivin, výkon je cca o 5 % nižší a spotřeba occa 10 % vyšší v porovnání se zážehovými motory LPG však nepředstavujecca 10 % vyšší v porovnání se zážehovými motory. LPG však nepředstavujedlouhodobé řešení problému automobilového průmyslu. Spalováním LPG vznikajístejné hlavní znečišťující látky jako u benzinu a nafty, třebaže je jich daleko méně.Zejména se však nejedná o obnovitelný zdroj energie.Zejména se však nejedná o obnovitelný zdroj energie.

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 . . . 27

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 . . . 27

CNG (Compressed Natural Gas) –zemní plynzemní plyn

Parametr Rozměr HodnotaCH4 0 / 97,99Vyšší uhlovodíky 0 / 1,07CO2 0 / 0,11N2 0 / 0,83Celková síra mg/m3 0,20Výhřevnost MJ/m3 34 091Výhřevnost MJ/m3 34,091Spalné teplo MJ/m3 kWh/m3 37,852 10,514Hustota kg/m3 0,694Relativní hutnota - 0,568Spalovací rychlost, max cm/s 34p y ,Wobbeho číslo MJ/m3 53,6Meze výbušnosti % 4,4-15Bod vzplanutí °C 152Bod hoření °C 650Teplota vznícení °C 537-580Teplota vznícení C 537-580Bod tuhnutí °C pod -182Teplota varu °C -162Stechiometrický objem vzduchu ke spalování

m3 9,51

St hi t i ký bj lhký h li 3/ 3 10 51Stechiometrický objem vlhkých spalin m3/m3 10,51Teoretické složení spalin 0 / 9,53 CO2 18,95

H2O 71,52 N2Max. % CO2 v suchých spalinách % 11,75Adi b ti ká l í t l t °C 2 055Adiabatická spalovací teplota °C 2 055Oktanové číslo - 130

1 . . . 11 12 13 14 15 16 17 18 19 . . . 27

Sériová vozidla www.cng.cz

Citroën Berlingo 1 4i CNGCitroën Berlingo 1,4i CNGProvoz CNG

Provoz benzín

Výkon 48 kW (65 PS) 55 kW (75 PS)Obsah nádrže 11 4 kg (16 0 m3) 55 lObsah nádrže 11,4 kg (16,0 m3) 55 lKomb. spotřeba na 100 km 6,0 kg (8,4 m3) 7,8 l

Dojezd 190 km 700 kmEmise CO2(g/km) 146 185

121 . . . 11 12 13 14 15 16 17 18 19 . . . 27

Plnicí stanice - CNGPlnicí stanice CNG

1 . . . 11 12 13 14 15 16 17 18 19 . . . 27

Předstih zážehuPředstih zážehu

1 … 10 11 12 13 14 15 16 17 18

Části plynového pohonuČást p y o é o po o u

1 . . . 11 12 13 14 15 16 17 18 19 . . . 27

BioplynBioplyn

V dopravě se bioplynem rozumí palivo vzniklé biologickými procesy z organických hmot, které je pro účely pohonu motorových vozidel zbaveno nežádoucích příměsí, zejména oxidu uhličitého a sirovodíku, tak aby odpovídalo p j y ppožadavkům 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 na kvalitu zemního plynu.

1 . . . 11 12 13 14 15 16 17 18 19 . . . 27

Kapalná palivaKapalná palivaEtanol je zřejmé že etanol nemůže nahradit úplně klasická palivaEtanol - je zřejmé, že etanol nemůže nahradit úplně klasická paliva,může však přispět k nahrazení části ropy a ozdravění životního prostředíhlavně ve městech. Etanol je možné použít bud'jako palivo pro speciálně

ůupravené motory nebo jako přísadu do benzinů v rozsahu 3 až 15 %.

Etyl-terc.-butyl etr (ETBE) jsou žádanou komponentou automobilovýchbenzinů. Jejich výhodou je větší výhřevnost, menší tlak par, vysoké oktanovéčíslo 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,

t l b t l ý l ý hl dík i b t (imetanolu nebo etanolu, s nenasyceným plynným uhlovodíkem isobutenem (iso-C4H8) v přítomnosti kyselého katalyzátoru.

1 . . . 11 12 13 14 15 16 17 18 19 . . . 27

EtanolVlastnosti 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/cm3) 0,80 0,74 0,75Hustota 15 C (g/cm ) 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 (hm.)

9,0 - 14,7

Bod varu (°C) 78 72 30 - 190

Zápalná teplota (°C) 425 >280

Bod vzplanutí (°C) 12 -19 -35

M ýb š ti D / H (% / ) 3 5 / 15 1 2 / 9 1 1 3 / 7 6Meze 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

MetanolMetanolVozidla jezdící na metanol se z hlediska výkonu a dojezdu podobajíVozidla 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

Okt é čí l (MON) 92 100 86Oktanové číslo (MON) 92 100 86

Cetanové číslo 5 - 8

Tlak par podle Reida (kPa) 31,7 57,0 75,0

Hustota 15°C (g/cm3) 0,79 0,74 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 30-190Bod varu ( C) 65 55,3 30 190

1 . . . 15 16 17 18 19 20 21 22 23 . . . 27

Bionafta http://www.biodiesel.czp

Vlastnosti paliva Bionafta (MERO) Motorová naftaRel. molekulová hmotnost (g/mol) ~300 170-200Cetanové číslo ~54 51Hustota při 15°C (g/cm3) 0,88 0,84Výhřevnost (MJ/kg) 37,3 42,7Výhřevnost (MJ/l) 32,0 35,7ý ( ) , ,Stechiometrický poměr vzduch/palivo (hm.) 12,3 14,53Obsah kyslíku (% hm.) 9-11 <0,6Kinematická viskozita při 20°C (mm2/s) 7,4 4,0Kinematická viskozita při 20 C (mm /s) 7,4 4,0Bod vzplanutí (°C) 91-135 77

1 . . . 15 16 17 18 19 20 21 22 23 . . . 27

Vodík

• Spalování vodíku• Spalování vodíku• Zdroj elektrické energie

1 . . . 15 16 17 18 19 20 21 22 23 . . . 27

Elektromobil – pohon vodíkem –li ý člá kpalivový článek

1 . . . 15 16 17 18 19 20 21 22 23 . . . 27

1 . . . 15 16 17 18 19 20 21 22 23 . . . 27

Elektromobily TeslaElektromobily Tesla

1 . . . 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27

Scénář rozvoje alternativních li d k 2020paliv do roku 2020

Rok Biopaliva (%)

Zemní plyn (%)

Vodík (%)

Celkem (%)

2005 2 2

2010 6 2 8

2015 (7) 5 2 142020 (8) 10 5 (23)2020 (8) 10 5 (23)

1 . . . 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27

F1-Systémy K.E.R.S.F1 Systémy K.E.R.S.Elektrický Kinetic Energy Recovery Systém Setrvačníký gy y y

1 . . . 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27

Zvyšování účinnostiy

1 . . . 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27

Zvyšování účinnosti -DIESOTTOyšo á úč ost SO O

1 . . . 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27