taşıtlarda verim - Elektrik Rehberi

1
TAŞITLARDA VERİM
Elektrik Müh. Ali TİRYAKİ
GİRİŞ
Bu çalışmada elektrikle çalışan taşıtlar, doğal gazla çalışan taşıtlar, LPG ile
çalışan taşıtlar ile benzinli taşıtların verim ve performansları incelenecektir.
ALTRERNATİF YAKITLAR
1-Alternatif Yakıt kaynaklarına gereksinim
Son yirmi yıla bakıldığında alternatif yakıt arayışlarıyla ilgili yoğun çalışmalar
göze çarpmaktadır. Alternatif yakıtlarla ilgili araştırmalar özellikle 1970’lerdeki petrol
krizinden sonra yoğunluk kazanmıştır. Ayrıca dünya ham petrol kaynaklarının da
sınırlı olması gerçeği bu çalışmaların hızlandırılmasındaki diğer bir etken olarak
görülmektedir.
Benzin fiyatlarının düşmesi ve dünyada yaşanan 1970’lerdeki petrol krizin
unutulmasına rağmen son yıllarda dünyanın her tarafında alternatif yakıtla
çalışabilecek araçlarla ilgili çalışmalar sürdürülmektedir. Bu çalışmalarda, alternatif
yakıt kullanımı sonucu egzoz emisyonunun azalacağı ve hava kalitesinin artacağı
saptanmıştır.
Bundan dolayı, alternatif yakıtla çalışan araçların geliştirilmesi için yakın dönem
çalışmalarda hava kalitesinin iyileştirilmesi amaç olmuştur. Uzun dönem çalışmalar
için ise birçok sebep vardır. Bunlardan en önemlisi petrol rezervlerinin sınırlı
oluşudur. Yapılan çalışmalardan ham petrol rezervlerinin 30-40 yıllık ömrünün kaldığı
anlaşılmaktadır.
Petrole dayalı yakıtların yerini alacak yeni yakıtlar için zamanlama tam olarak
belirlenmemiştir. Konvansiyonel yakıtlardan alternatif yakıtlara geçiş oldukça zor
olabilir. Bu geçiş uygun bir fiyat ve tüketici menfaati sağlanarak sistemli bir
çalışmayla gerçekleştirilebilir.
2-Muhtemel Alternatif kaynaklar
Son yollardaki çalışmalarda görülen en ümit verici yakıtlar; doğalgaz(LNG,
CNG), propan (LPG), alkoller (metanol, etanol) ve elektriktir.
Gelecekte hangi yakıtın , bugünkü konvansiyonel yakıtların yerine, araçlarda
kullanılacağı tam olarak belirlenememiştir. Çünkü bu yakıtlar, dünyanın farklı
bölgelerinde kendine has ilginç değişimler göstermektedir. Bu yakıtlar, rezervlerin
bulunması elde edilebilirlik ve ekonomik kaynaklar olarak her ülkede değişik özellikler
göstermektedir. Gelecekte araçlarda kullanılabilecek muhtemel yakıtlar tablo 1’deki
gibi sınıflandırılabilir.
Bu alternatif kaynaklar üç grupta incelenmektedir. Gaz ve sıvı yakıtlar, ısı
motorlarında yanabilir ve araç üzerinde depolanabilir yakıtlardır. Elektrik enerjisi,
değişik enerji kaynaklarından elde edilerek , bir akümülatörde depolanabilir.
2
Motor ve yakıt sistemi dizaynında, yakıt özellikleri ve yanma karakteristikleri gibi
bir çok özellik gözönünde bulundurulması gereken önemli konulardandır. Bunun
yanında, günümüzde son derece daraltılmış olan emisyon standartları, istenilen
maksimum yakıt verimi ve yakıt ekonomisi gibi özellikler, alternatif yakıt
araştırmalarında gözönünde bulundurulmaktadır. Bugünkü konvansiyonel yakıtların,
araçların yerini alacak yakıtta şu ihtiyaçları karşılama özelliği bulunmaktadır.
•
•
•
•
•
Diğer yakıtlarla karşılaştırıldığında fiyatı rekabet edebilir olmalıdır.
Sürücüler için, taşıtlar kolay kullanılabilir olmalıdır.
Çevreye uyumlu olmalıdır.
Araç teknolojisi geçerli ve uygulanabilir olmalıdır.
Kurulucak tesisler geçerli ve yaşayabilir olmalıdır.
1-) Gaz yakıtlar
a-) Metan (Doğalgaz)
b-) Propan (LPG)
c-) Hidrojen
2-) Sıvı Yakıtlar
a-) Yenileştirilmiş benzin ve dizel yakıtı
b-) Metanol
c-) Etanol
3-) Elektrik
Akümülatörde enerji depolayarak
( Kömür,doğalgaz, su, güneş, nükleer, rüzgar, yenilenebilir kaynaklardan
üretilen)
Tablo 1. Alternatif yakıt kaynakları
Şimdi bu yakıtları sırasıyla görelim
3- Yakıtların sınıflandırılması
3.1 Gaz yakıtlar
motorlarda kullanılan gaz yakıtlar çok çeşitli olmakla beraber elde edilebilirlikleri
ve pratik kullanıma uygunlukları itibarıyla doğalgaz ve likit petrol gazı (LPG) en
önemli olanlarıdır. Bununla beraber diğer bazı gaz yakıtlarda elde edildikleri
işlemlerin gerçekleştirildiği sanayilerde kullanılma şansına sahiptirler.
Taşıtlarda kullanılan gazlar içinde öyle gazlar vardır ki, çok yüksek basınçta
dahi sıvı hale geçmezler. Yani daima gaz halinde kalırlar. Bunlar genel olarak gaz
kaidelerine uyarlar. Bu gazlara perma gazlar denir. Havagazı, kokhane, motor
metanı, tenvir gazı bu grupta yer alan bazı gazlardır.
Bu daimi gazlar sıvı gazlardan bazı özellikler dolayısıyla ayrılırlar. Sıvı halindeki
gazlar belirli basınç ve sıcaklıklarda gaz halinden sıvı haline veya sıvı halinden gaz
haline geçerler. Propan, propilen, bütan, bütilen gibi benzinin hafif karbonlu
3
hidrojenlerine kimyasal ve fiziksel özellikler bakımından yakın olan karbonlu
hidrojenler bu gruba dahildir. Bunlar gibi sıvı halindeki gazların da buhar basınçları
benzine nazaran bilhassa yüksektir.
3.1.1 Sıvılaştırılmış petrol gazı (LPG)
Motorlarda gaz yakıtlar kullanılmıştır. Ancak gaz yakıtlar kullanıldığında
sıkıştırma oranı büyük seçilebiliyorsa da tüm yakıtın buhar fazında girmesi hacimsel
(volümetrik) verimi düşürdüğünden motorun verimi çok fazla olmamaktadır.
Gaz yakıtların taşınması da oldukça büyük güçlükler çıkarır. O bakımdan
sıvılaştırılması kolay gaz yakıtlar sıvılaştırılarak LPG elde edilir. Basınç altında
sıvılaştırılmış propan ve bütan karışımı en yaygın olanıdır.
3.1.2 Doğalgaz (LNG, CNG)
Esas yapı taşı metandır. Fakat etan,propan ve bütan da ihtiva etmektedir. Doğal
gazdan sentez yoluyla benzin ve yakıt yağı üreten tesisler de mevcuttur. Doğal gaz
kendisi de yakıt olarak daha ziyade bu tesislerde veya tank sanayilerde
kullanılmaktadır. Ancak esas kullanılma alanı ısıtma ve endüstriyel amaçlara yönelik
olmaktadır. Son yıllarda ise taşıtlarda hızla kullanılmaya başlamıştır.
3.2 Sıvı Yakıtlar
Motor yakıtlarının büyük bir kısmı sıvı yakıtlardır. Bunlar hidrojen ve karbon
ihtiva eden değişik tip moleküllerden ibarettir ve önemli bir miktarı ham petrolün
damıtılması yada kimyasal parçalanma yada kraking yoluyla elde edilmektedir. Ana
elemanlarına atfen bunlara hidrokarbon denmektedir.
Petrolün damıtma ürünleri sırasıyla yüksek oktanlı uçak benzini, otomobil
benzini, gaz yağı, mazot, jet motoru yakıtı, endüstriyel yağlama yağı , parafin, ağır
yağlar, kok ve asfalttır.
3.2.1 Benzin
Günümüzde buji ile ateşlemeli vasıtalarda kullanılan geniş bir yakıtlar grubunu
ihtiva eder. Özgül ağırlık bandı 0.70-0.78 arasındadır. Ham petrolün terkibine ve
rafineride uygulanan metoda bağlı olarak çok değişik kimyasal yapıda olabilir.
3.2.2 Dizel Yakıtı
Ülkemizde mazot olarak bilinen yakıtı da içine alan korezyon ile yağlama yağı
arasında özgül ağırlık ve damıtma bakımından çok geniş bandı olan bir yakıtlar
grubudur. Dizel motorlar için kullanım alanına bağlı olarak bu bant içerisinden en
uygunu seçilir.
3.3 Elektrik
Günümüzde elektrik enerjisi katı yakıtların, başta kömür ve petrolün,
yakılmasıyla elde edilir. Ayrıca su ve nükleer enerjiden de elektrik enerjisi elde edilir.
Bunlardan su ve nükleer enerjiden elde edilen elektrik enerjisi, petrol ve diğer katı
4
yakıtlardan elde edilen elektrik enerjisinden daha ekonomik olmaktadır. Taşımacılıkta
kullanılan elektrik enerjisi , tamamen bu birincil kaynaktan elde edilebilmektedir. yani
petrol ve kömür gibi kaynaklardan elde edilen enerjiye taşımacılıkta bir alternatif
vardır. Fakat taşıtlarda elektrik enerjisinin kullanılmasında en büyük sorun elektrik
enerjisinin depo edilememesidir.
ELEKTRİKLİ TAŞITLAR
Günümüzde, kalabalık yerleşim birimlerindeki trafik yoğunluğu kent içi yolcu
taşımacılığını önemli ölçüde etkilemektedir. Artan trafik insan sağlığı üzerinde
olumsuz etkiler yaptığı gibi, hava kirliliği ve taşıma araçlarında kullanılan enerjiyi de
önemli ölçüde etkilemektedir.
İstanbul, Ankara, İzmir gibi nüfusu kalabalık
şehirlerdeki şehir içi
taşımacılıkta;ekonomiklik, gürültü, hava kirliliği ve konfor önde gelen faktörler olarak
görülmektedir. Taşımacılıkta kullanılan araçlar, şehir trafiğini de etkiyeceğinden,
enerji ekonomikliği yanında trafik durumu a göz önüne alınır. Dolayısıyla küçük,
manevra kabiliyeti yüksek, çevreyi kirletmeyen ve enerji ekonomikliği sağlayan
elektrikli otomobiller iyi değerlendirilmelidir.
Ulaşım sistemlerini; karayolu, demiryolu, denizyolu, ve havayolu olmak üzere
ayırabileceğimiz gibi elektrikli ulaşım sistemleri ve elektrikli olmayan ulaşım sistemleri
diye de ikiye ayırabiliriz.
Elektrikli olmayan ulaşım sistemlerinde enerji kaynağı genellikle petrol
ürünleridir. Günümüzde elektrikli ulaşım sistemlerinin yaygın kullanımı, karayolu
ulaşımı, hatta daha dar bir çerçeve içine alırsak demiryolu taşımacılığındadır. Yaygın
olarak demiryollarında kullanılmasının nedeni, henüz çözülmeye uğraşılan enerji
kaynağı sorunudur.
Demiryolu taşımacılığında
enerji iletimi akım rayları ve seyr iletkenleri
yardımıyla olabileceği için, enerji kaynağını beraberinde taşıma zorunluluğu yoktur.
Ayrıca çevre kirliliğinin hat safhaya ulaştığı günümüzde yeni geliştirilecek
araçların çevre kirliliğine önemli ölçüde yarar sağlamalıdır. Elektrikli taşıtla
benzinli/dizel taşıtlar karşılaştırıldığında elektrikli taşıtların benzinli/dizel taşıtlara
göre çevreye çok daha az zarar vermektedir.(Tablo 2)
Yayılan gaz
Dizel/petrollü taşıt
Elektrikli taşıt
COx
11.1
0.17
Nox
1.48
0.13
HC + Nox
3.7
0.13
SO2
0.33
0.27
Tablo –2 Yayılan gazların nitelikleri (g / km)
5
Petrol ve petrol ürünlerinin yakın bir gelecekte tükeneceği, hatta çok yakın bir
gelecekte rezervlerin azalmasıyla ekonomikliğini yitireceği düşünülerek, yerini
doldurabilecek yeni seçenekler aranmaya başlanmıştır. Geleceği en parlak teknoloji
de elektrikli taşıtlardır. Çünkü, bugünkü içten yanmalı motor tipli taşıtlara çok az bir
değişiklikle uygulanabilir. Bir elektrikli taşıt, şehir trafiğinde, içten yanmalı motorlu tip
bir taşıttan daha verimli enerji kullanır.
1.Taşıtların enerji tüketimi
çağımızın çevre kirliliği ve çevreyle bağımlı yakıtların tükenmekte olması,
yarının taşıt araçları için farklı ve yeni enerjiler aranmasını gerektirmektedir. Elektrik
enerjisinin sürekli elde edilebilir bir enerji şekli olması, demiryolu ve toplu
taşımacılıkta kullanılan en uygun çözüm olabileceğini göstermektedir. Üretildiği
yerden kullanıldığı yere iletilmesi ve kontrolünün kolay oluşu ile verimliliği en büyük
avantajları olarak sayılabilir. Bu yüzden bu bölümde elektrikli otomobiller diğer
elektrikli ulaşım sistemleri ile karşılaştırılarak; elektrikli taşıtlar hayatımıza girdiğinde,
diğer taşıtlara göre avantajları belirtilecektir.
2. Elektrikli Ulaşım Sistemleri İle İçten Yanmalı Motorlu Tip Taşıtların,
Elektrikli Otomobil İle Karşılaştırılması
Ulaşım araçlarında enerji harcamalarını karşılaştırırken enerjinin Wh cinsinden
değeri hesaplanarak değerlendirme yapılmaktadır. Elektrik ve diğer enerji kaynakları
km başına Wh olarak gösterilirler. Şekil 1’de gösterilen karşılaştırma çeşitli ulaşım
sistemlerinin enerji harcamalarını göstermektedir. Wh olarak enerji; 1 km’lik
mesafeye bir yolcu taşınmasında harcanması gereken veya ihtiyaç duyulan enerji
miktarıdır. Şekil 1’deki enerji tüketimi , taşıtların çalışmasında gerekli olan miktarları
göstermektedir. En kolay taşınan ve ikincil enerji olan elektrik enerjisinin kullanım
avantajlarından dolayı, birincil enerjiler, bir dönüşüm sonucu daha kolay
taşınmaktadır.
Enerji (Wh/km)
400
343,64
Birincil Enerji
İkincil Enerji
350
300
301,04
250,03
250
200
150,07
150
100
50
26,96
22,14
9,37
8,24
22,72
9,94
19,38
17,04
0
Yerüstü treni
Metro
Hafif Raylı Taş.
Sis.
Otobüs
Otomobil
Şekil –1 Çeşitli ulaşım araçlarının enerji harcamaları
Elektrikli
Otomobil
6
Günümüzde raylı sistemlerinde kullanılan enerjisi katı yakıtların, başta kömür ve
petrolün, yakılmasıyla elde edilir. Ayrıca su enerjisi ve nükleer enerjiden üretilen
elektrik enerjisi de kullanılmaktadır. Bunlardan su ve nükleer enerjiden elde edilen
elektrik enerjisi, petrol ve diğer katı yakıtlardan elde edilen elektrik enerjisinden daha
ekonomik olmaktadır. Taşımacılıkta kullanılan elektrik enerjisi , tamamen bu birincil
kaynaktan elde edilebilmektedir. yani petrol ve kömür gibi kaynaklardan elde edilen
enerjiye taşımacılıkta bir alternatif vardır. Buna karşılık hava, deniz ve kara
taşıtlarının hepsinde sadece petrol kullanılmakta, dolayısıyla maliyet o oranda
artmaktadır.
Bütün dünyada katı yakıtlar ,petrol, su enerjisi, nükleer enerji gibi birincil, temel
enerjilerden üretilen elektrik enerjisi her geçen gün artmaktadır. Dolayısıyla bir ülkede
taşımacılıkta birincil yani temel enerji kaynakları veya bunlardan birisinden üretilen
elektrik enerjisiyle işletilmesinin ekonomiklik açısından incelenmesi durumunda bazı
faktörler göz önüne alınmalıdır.
Bu faktörleri belirlemede çeşitli yaklaşımlar ve baz alınan değere göre
değerlendirmeler yapmak mümkündür. Bunlardan enerji faktörü [e( )] olarak;
e= Üretilen elektrik enerjisi / Petrol enerjisi
üretilen elektrik enerjisi (kcal), petrol üretimi (kcal) cinsinden tanımlanabilir.
Petrol üretimi, elektrik enerjisi üretiminden fazla olan ülkelerde bu faktör 1’den küçük
olmaktadır. Tersi durumda 1’den büyük olmaktadır. Fiyat faktörü [p ( )] olarak;
p= p el ( TL ) / p di ( TL )
tanımlanabilir. Burada; p
(TL) dır. Ömür faktörü [d (yıl) ];
di
, dizel enerji fiyatı ( TL ) ve pel ,elektrik enerji fiyatı
d= Petrol rezervleri / Yıllık petrol üretimi
Petrol rezervleri (ton), yıllık petrol üretimi (ton / yıl) olarak tanımlanabilir.
Elektrikli taşıt cer faktörü [q (1 / km )];
q= Elektrikli taşıtın çalışacağı güzergahın uzunluğu (km) / ülke yüzölçümü (km2)
olarak tanımlanır. Elektrikle çalışma faktörü [ le (%) ];
le = Elektrikli taşıtın çalıştığı güzergahın uzunluğu (km) . 100 /ülkedeki karayolu
güzergahının uzunluğu (km).
olarak ( % ) belirtilebilir.
Elektrik enerjisinin avantajları açısından taşımacılıkta tercih edilen enerji türü
olması, yukarıdaki faktörlerin gözönüne alınmasıyla ortaya çıkmaktadır. Petrol
rezervlerinin sınırlı olduğu kabul edilmesiyle, elektrikle işletmenin gerekliliği ortaya
çıkarılabilir.
7
Bir yıl içinde, elektrikli taşıtların kullanacağı güzergahın genişleyebileceği
uzunluğunun ters değeri K (yıl / km) olarak kabul edilirse; taşıtları elektriklendirmenin
gerekliliği büyüklüğünü [Nee ( )] kontrol için;ü
Nee = K. Le . e . 103 / p . d .q
İfadesi kullanılabilir.
Görüldüğü gibi bu faktör 1’den büyük çıkarsa bu ülkelerde elektrikli taşıtların
işletilmesi gerekliliği ortaya çıkar. Petrol rezervlerinin fazla olduğu ülkelerde bile bu
zamanla azalacağından Nee faktörü 1’e yaklaşacak ve 1’i aşacaktır.
K faktörü hesaplamalarda 0’den büyük 1’den küçük olarak kabul edilmiştir.
Türkiye için K = 1 / 50 (yıl / km), Avrupa ülkelerinde ise daha küçük bir değer
(k = 1 / 300) olarak kabul edilmiştir. Enerji faktörü ise her zaman 0’dan büyük fakat
sonsuzdan küçük kabul edilmiştir.
Sanayileşmiş ülkelerde, elektrik enerjisinin petrolden değil de hidroelektrik veya
nükleer santrallerde üretilmesi enerji açısından daha avantajlı olmaktadır. Dünyada
çeşitli ülkelerde enerji rezervleri hakkındaki uluslararası komisyonların tahminlerine
göre, tüm dünya enerji ihtiyaçlarını karşılayacak uranyum rezervleri vardır. Bu
durumda elektrik enerjisi, gelecekte nükleer santrallerde veya yeni bir alternatif
kaynak olan güneş enerjisinden elde edilebilme durumu gözönüne alınarak bu
faktörler değerlendirilirse; e, l, q faktörleri zamanla artacaktır. Buna karşılık p, d
faktörleri azalacaktır. Dolayısıyla Nee faktörü artacaktır. Sonuç olarak elektrikli araç
taşımacılığı gerekli hale gelecektir.
DOĞALGAZLA (LNG) ÇALIŞAN TAŞITLAR
1. Neden Doğalgaz
Bölge
Kuzey Amerika
Petrol (yıl)
9,7
Doğalgaz (yıl)
11,2
Kömür (yıl)
269
Latin Amerika
43,5
75,2
240
OECD Üyesi Avrupa
9,1
25,8
192
OECD dışı Avrupa
19,9
68,9
329
Ortadoğu
95,1
>100
325
Afrika
25,1
>100
Asya ve Okyanusya
17.6
53
171
Toplam Dünya
43.5
64.9
236
Tablo-3 Dünya fosil yakıt rezervlerinin kullanılma süreleri
8
Doğalgaz, kapsamlı olarak dünyanın birçok ülkesine dağıtılmıştır ve petrolün
tersine dünya rezervlerinin çoğu orta doğu ülkelerinde değildir. Ayrıca, Ortadoğu’dan
başka bölgelerde doğalgaz rezerv oranları petrole göre daha fazladır. Aşağıdaki
tabloda, dünya fosil yakıt rezervlerinin ortalama kullanılabilme süreleri
belirtilmiştir(tablo-3). Yenilenebilir enerji kaynakları geliştirip, kullanabilir bir fiyat
düzeyine getirene kadar geçiş dönemi için doğalgaz kullanılabilir.
Bu değerlerden dolayı, dünyadaki birçok ülke doğalgazlı araçların geliştirilip
uygulanabilmesi için ilgi göstermiştir. Bu ülkelerin çoğunda hava kirliliği sorunu vardır
ve konvensiyonel yakıtlar (benzin ve dizel yakıtı) yerine kendi ülkelerindeki
kaynaklardan elde edebilecekleri yakıtı kullanmak istemektedirler.
Bugüne değin dünyada, benzin ve motorinle çalışan birçok aracın doğalgaza
dönüşümü gerçekleşmiştir. Bunun yanında gaz endüstrisi ve orijinal araç motor
parçaları üreten firmalar işbirliği yaparak doğalgaz araç ekipmanlarını tanıtmışlardır.
2. Motor Yakıtı Olarak Doğalgaz
Çeşitli hafif hidrokarbonlar karışımı olan doğalgazın esası metandır. Yapısında
metana göre daha az oranlarda etan, propan, pentan ve bütan ile azot ve
karbondioksit bulunur. Çıkarıldığı bölgeye göre karışım oranı değişir.
Doğalgazın otto motorlarında yakıt olarak kullanılmasında yarar sağlayacak en
önemli özelliği, oktan sayısının yüksek oluşudur. Doğalgazın ısıl değerinin benzine
göre yüksek olmasına karşılık yanması için gereken hava miktarı fazla olduğundan
karışımın ısıl değeri düşer.
Karışımın ısıl değerindeki %7 civarındaki azalma, motorun gücünün düşmesine
neden olacaktır. Ayrıca doğalgazın yanama hızının da düşük olması, ısıl verim
açısından olumsuzluklar yaratmaktadır. Ancak benzin motorunda doğalgaz
kullanılması halinde, motorun sıkıştırma oranı artırılarak gerek bu güç azalması
karşılanabilecek , gerekse motorun daha yüksek ısıl verim ile çalışması
sağlanacaktır.
Aynı motor verimleri göz önüne alındığında doğalgaz, benzin ve motorine
oranla yanma sonucu %25 daha az CO2 gazı üretir. Bu doğalgazın yüksek C / H
oranından dolayıdır.
Doğalgazın benzine göre daha yüksek HFK değerinde tutuşma olanağına sahip
olması neticesi, motor fakir karışımla çalıştırılıp, yakıt ekonomisi ve egzoz gazları
emisyonu açısından yarar ağlaması mümkün olmaktadır.
Doğalgazın difüzyon katsayısının, benzine göre iki kat fazla olması, hava ile
daha kolay ve hızlı karışması, çift yakıtlı motorlarda kullanım açısından yarar
sağlamaktadır. Dizel ilkesine göre çalışan motorlarda doğalgaz silindir içersine pilot
püskürtme yardımıyla tutuşturulabilmektedir. Bu özelliği nedeniyle doğalgaz benzin
ve dizel motorlarında önemli bir değişiklik yapılmadan kullanılabilmektedir.
9
Özellik
C / H Oranı
Benzin
0.556
Doğalgaz
0.25
Buharlaşma ısısı (Mj / kg)
0.272
0.509
Laminer alev hızı(m / s)
0.37
0.35
Tutuşma sınırı (HFK)
0.26 – 1,67
0.59 – 2.00
Adyabatik alev sıcaklığı(Ko)
2226
2227
Tablo-4 Doğalgaz ve Benzin Özellikleri
İstanbul’da dönüşümü yapılan 1990 model MAN 590 tipi motor, 2500 dev / dak
da 168 HP güç vermesi gerekirken,motorun ölçülebilen gücü; 2400 dev / dak’da 112
HP olmuştur. Doğalgaza dönüşümden sonra, aynı motordan yine 2400 dev / dak’da
170 HP güç elde edilmiştir. Ayrıca motorun üzerindeki, patlamalı yanmadan dolayı
meydana gelen gerilmeler azaltılmış ve motorun mekanik ömrü uzatılmıştır. NOx
emisyonunda ve yakıt tüketiminde azalmalar elde edilmiştir.
3. İstanbul’da Uygulanan Çift Yakıt Dönüşüm Sisteminin Ekonomik Analizi
1-) %100 motorin kullanımı halinde, otobüs başına günlük yakıt tüketim maliyeti;
Bir otobüs bir günde 165 lt motorin yakıt tüketerek 350 km yol kat etmektedir.
İ.E.T.T garajında 07.05.1998 tarihli motorin dolum fiyatı:115.000 TL / lt’dir.
115.000 TL /lt * 165 lt / gün = 18.975.000 TL / gün
2-) %40 motorin %60 doğalgaz karışımının tüketilmesi halinde günlük yakıt
gideri;
Doğalgazın m3 fiyatı 40.280 TL /Nm3
(66 lt /gün * 115.000) + (100 Nm3 /gün *40.280) =11.680.000 TL /gün
3-) Otobüs başına günlük kazanç;
18.975.000 – 11.680.000 TL /gün
4-) çift yakıt dönüşüm yatırım masrafı;
-Dolum istasyonu, 20 adet dispenser
-Dönüşüm kitleri
-CNG tüpleri
-Nakliye
-Otobüs tadilat
_______________
TOPLAM
= 440.480
= 470.800
= 240.800
= 49.200
= 123.800
___________
1.323.800 Sterlin
10
-Toplam tesis masrafları = 1.323.800 * 414.000
-Enerji giderleri (yıllık)
-Doğalgaz bağlantı şebeke giderleri
____________________________
TOPLAM
=548.053.200.000 TL
=23.828.400.000 TL
=5.811.804.000 TL
________________
577.693.404.900 TL
5-) Yatırım geri dönüş süresi;
-Otobüs başına aylık tasarruf
=350.400.000 TL /ay
-100 otobüs için aylık tasarruf
=35.400.000.000 TL
-Geri dönüş süresi =577.693.404.900 / 35.400.000.000=16.3 ay
Bundan sonra yapılacak çift yakıt dönüşümleri için dolum istasyonları gibi tesis
masrafları olmayacağından, dönüşüm geri dönüş süresi daha kısa olabilecektir.
4. LNG Araç Performansı
4.1 Genel Performans Değerlendirmesi
400 metre mesafeye ulaşmak için yapılan dikey hareket ivme testlerinde,
benzinli motora sahip araç ile 26,7 sn, LNG’li araç ile de 26,4 sn’lik zamanlar elde
edilmiştir. Maksimum hız testinde de 89,9 km / h’lik ortalama hız tespit edilmiştir ki bu
sonuç benzinli motora sahip araçtan elde edilen sonuçla hemen hemen aynıdır.
4.2 Enerji Yönünden Değerlendirme
4.2.1 Buharlaşma Kayıpları
Doğalgazın son derece düşük sıcaklıklarda depolanmasından dolayı, LNG
süper yalıtkan tanklarda depolanır. Buna rağmen dışardan ısı girişi sıfıra indirilemez,
dolayısıyla bir miktar buharlaşma kaçınılmazdır.
Geliştirilen ve araca uygulanan süper yalıtkan depo ve borular nedeniyle,
incelediğimiz LNG aracında buharlaşma kayıplarının günlük %8 oranında azaldığı
tespit edilmiştir.
4.2.2 Yakıt Ekonomisi Testi
Egzoz emisyonlarındaki bileşiklere göre, karbon balansı metoduyla, yakıt
ekonomisi hesaplanmıştır. Yakıt ekonomisi testinde, LNG ile çalışan motordan 14,3
km / Nm3, benzin ile çalışan motordan ise 14,6 km / lt değerleri elde edilmiştir. Bir
karşılaştırma yapmak gerekirse; LNG’li taşıtta 20,0 km / kg, benzin motorlu taşıtta ise
19,7 km / kg değerini saptayabiliriz. Bu değerler sonucunda, doğalgazın benzine göre
ucuzluğunu ve doğalgazlı çalışmada alınan yolun fazlalığını gözönüne alırsak, hem
doğalgazın son derece verimli ve ekonomik olduğunu hem de LNG aracının
performansının benzinli araca eş ve daha iyi olduğunu söyleyebiliriz.
11
LİKİT PETROL GAZ (LPG) İLE ÇALIŞAN TAŞITLAR
LPG ile çalışan taşıtlar dünyadaki petrol rezervlerinin azalmasıyla beraber
elektrikli ve doğalgazlı taşıtlara paralel olarak geliştirilmeye başlanmıştır. Bu
çalışmalardaki amaç petrole bağımlılığı azaltmak ve aynı zamanda petrol ile çalışan
araçların teknik özelliklerini sağlayan hatta teknik özelliklerini benzinli Araçlardan
daha üst seviyeye çıkarmaktır. Ayrıca çevreye daha saygılı araçları geliştirmektir
1. Sistemin Çalışması
İlk ölçümler Bursa’da Öndermatik tarafından otogaz sistemi uygulanmış Fiat
Tempra ve Murat 131 Şahinler üzerinde Tofaş yetkili servislerinde yapılmıştır.
Serviste Tempra’nın motoru önce benzinle sonrada likit gazla çalışırken egzoz
emisyonları ölçülmüştür. Ger iki ölçüm önce rölantide, sonrada 3000 dev / dak’da
yapılmıştır. Benzinden gaza geçilirken yapılan ayarların hiçbiri değiştirilmemiştir.
Benzinle çalışan motorda rölantide 1050 dev / dak’da karbonmonoksit değeri % 1,7
olarak saptanırken 3000 dev / dak’da bu değer % 0,2’ye düşmüştür. Aynı otomobilde
motor likit gazla (LPG) çalışırken rölantide %2,0 olan karbonmonoksit değeri 3000
dev / dak’da % 0,1 olmuştur. Asıl önemli fark 3000 dev / dak’da ölçülen
hidrokarbonlarda görülür. Benzinli beslemede 070 ppm olan hidrokarbon seviyesi likit
gazlı beslemede 040 ppm seviyesinde olmaktadır.
Zengin karışıma ayarlanan Şahin motorunda 5000 devre kadar yapılan güç
ölçümü benzinli beslemede 43.9 kW (59.7 HP DIN), gaz beslemeli ölçümdeyse 42,7
kW (58,1 HP DIN) güç saptanmıştır. Aradaki yaklaşık 2 hp’lik fark ölçüm hata payı
sınırları içinde bulunduğu için gazlı sistemde çalışan motorda benzinle çalışana
oranla güç kaybı olmadığı rahatlıkla söylenebilir.
Benzin
Likit gaz
Benzin
Likit gaz
Motor devri
970 dev / dak
1050 dev / dak
3070 dev / dak
3040 dev / dak
CO %
1.7
2.0
0.2
0.1
HC %
190 ppm
240 ppm
070 ppm
040 ppm
CO2 %
14.8
12.9
14.3
12.3
Tablo-5 Benzinli ve Gazlı Beslemeli Motorlarda Ölçümler Sonucunda Elde
Edilen Değerler
2. Süper Benzinle LPG’nin İşletme Masrafları Yönünden Karşılaştırılması
1991 yılında Batı Almanya’da piyasada taksi olarak çalışan Opel Record
Caravan bir senede 60000 km yapacak şekilde her iki yakıt için yapılan uygulamada
aşağıdaki sonuçlar elde ediliyor.
Süper benzin kullanması halinde:
12
12 lt /100 km 1.45 DM = 17.40 DM / 100
60000 km için: 17.40 DM * 6000= 10440 DM
Her 10000 km’de bir defa yağ ve filtre değişimi 50 DM
60000 km’de 6 * 50 = 300 DM
Her 20000 km’de buji değişimi 15 DM
60000 km’de 3 * 15 = 45 DM
60000 km için toplam işletme masrafı:
Süper benzin için......................................:10440 DM
Yağ ve filtre değişimi için..........................: 300 DM
Buji değişimi için........................................: 45 DM
_____________________
________
TOPLAM
10785 DM
LPG kullanılması halinde:
13.8 lt/100 km 0,98 DM = 13.52 DM
60000 km için :13.52 * 600 = 8112 DM
20000 km’de bir defa yağ ve filtre değişimi 50 DM
60000 km’de 30 DM
30000 km’de bir defa buji değişimi 15 DM
60000 km’de 30 DM
60000 km için toplam işletme masrafı:
LPG için..............................................8112 DM
Yağ ve filtre değişimi için..................: 150 DM
Buji değişimi için................................: 30 DM
_____________________________________
TOPLAM ...........................................:8292 DM
Süper benzin kullanımında yıllık masraf...........10785 DM / yıl
LPG kullanımında yıllık masraf.........................: 8292 DM / yıl
_________________________________________________
YILLIK KAZANÇ................................................: 2493 DM / yıl
Yüzde olarak kazanç..........................................: 0.23
13
SONUÇLAR VE ÖNERİLER
Bugünkü konvansiyonel yakıtlarla karşılaştırıldığında daha iyi karakteristik
özelliklere sahip olan elektriğin, LPG’nin ve doğalgazın motorlu taşıtlarda kullanımı
son yıllarda hızla artmaktadır. Dünya üzerinde bilinen petrol rezervlerinin 30-40 yıllık
ömrünün kalmış olması, alternatif yakıtlarla ilgili çalışmaları hızlandırmıştır. Bu
çalışmalar sonucu; bulunabilirliği, dünya üzerinde birçok bölgeye dağılmış
rezervlerinin olması, yandığında konvansiyonel yakıtlara nazaran daha az kirletici
emisyon üretmesi, ucuz olması, mevcut benzinli ve dizel motorlara kolayca
uygulanabilirliği gibi üstün özellikleri dolayısıyla, alternatif bir motor yakıtı olarak
doğalgaz ve LPG’nin, önemli bir avantaja sahip olduğu saptanmıştır.
Elektrikli ulaşım araçlarında, enerji kayıplarına neden olan mekanik kontrol ve
kumanda donanımı olmadığından ek bir enerji tüketimi olmayacaktır. Çünkü, elektrikli
taşıma araçları, bilhassa son zamanlarda geliştirilen yarı iletken elemanlarla
elektronik olarak, statik düzenlerle kontrol edilebilmektedir. Tamamen statik devre
elemanlarıyla kontrol edilen bu araçlarda mekanik enerji kaybı az olmaktadır.
Böylece elektrikli taşıtlar , içten yanmalı motorlu tip taşıtlara göre enerji yönünden
daha verimlidir.
Kirletici egzoz gazları emisyonu bakımından da elektrikli taşıtlar benzinli ve
dizel motorlara göre, büyük üstünlüğe sahiptirler. COx , NOx ve SO2 emisyonlarıda
benzinli ve dizel araçlara göre çok büyük bir azalma vardır.(Tablo 2)
Elektrikli taşıtların genel performans değerlendirilmesinde de benzinli ve dizel
taşıtlara göre herhangi bir fark bulunmadığı hatta performanslarının dizel taşıtlardan
daha iyi olduğu tespit edilmiştir.
Doğalgazlı motorlarda ise şunlar söylenebilir: Dizel motorlarda doğalgaz
kullanımı ile, motor elemanlarının ömrü % 50 kadar uzamakta, motor yağının daha
uzun sürede kirlenmesi sonucu motorun bakım masrafları azalmaktadır.
Bugünkü fiyat politikasıyla, doğalgazın yakıt olarak kullanımı ile konvansiyonel
yakıtlara göre getirdiği ekonomiklik önemli boyuttadır. İstanbul’da belediye
otobüslerinde, doğalgaz uygulanması sonucu, mevcut dizel motorlu otobüslere
oranla %40 oranında yakıt ekonomisi sağlanmıştır.
Kirletici egzoz gazları emisyonu bakımından, doğalgaz motorları, dizel
motorlara göre büyük üstünlüğe sahiptirler. Mevcut dizel motorlarının minimum
değişiklik yapılarak çift yakıtlı motora dönüşümü özellikle ‘is’ emisyonunda belirli bir
azalma sağlamaktadır. Dizel motorunda, çift yakıt dönüşümü yapıldığında is
emisyonu % 80 azalmaktadır. Eğer pilot püskürtme enjektörü kullanılırsa, is
emisyonu pratik olarak ortadan kalkmaktadır.
Aracın genel performans değerlendirilmesi ve hız testinde de konvansiyonel
yakıtlarla çalışan taşıtlarla aynı özellikleri göstermiştir
14
LPG ile çalışan taşıtlarda diğer ikisi gibi verimlilik, performans ve kirletici gaz
emisyonları konusunda konvansiyonel yakıtlarla çalışan taşıtlara göre çok daha iyi
durumdadır. LPG ile çalışan taşıtlar dizel yakıtla çalışanlara göre %23 daha
ekonomiktir.
Elektrikli, doğalgazlı ve LPG ile çalışan bu araçların en önemli problemleri ise
yakıtın depolanmasıdır. Elektrikli tren de bu sorun olmamasına rağmen diğer elektrikli
taşıtlarda elektriği depolayacak daha büyük güçlü aküler geliştirilmeye çalışılıyor.
Doğalgaz ise LNG ve CNG olmak üzere iki şekilde depolanmaktadır. Yüksek basınç
altında depolanan doğalgazın tank ağırlığı artmakta, tank hacmi büyük olduğundan,
araç üzerinde kabul edilebilir bir depolama hacmi sorun olmaktadır. Küçük araçlarda
bu sorun daha da büyüktür. Günümüzde geliştirilen LNG (sıvı doğalgaz) motor
sistemi ile depolama hacmi küçültülmüş ve küçük araçlar için de kabul edilebilir
hacme indirilmiştir.