Printer Friendly

Comparative research into multicomponent Camelina sativa and rapeseed methyl ester biofuels/Daugiakomponenciu Camelina sativa ir rapso metilesterio biodegalu palyginamieji tyrimai.

Ivadas

Europos sajungos (ES) komisija dokumente COM (2011) 144 "Baltoji knyga" yra numaciusi naujas transporto sektoriaus iniciatyvas, susijusias su vartojamu degalu balansu (Roadmap ... 2011). Viena is ju--naudojant naujas tvarias degalu rusis 60% sumazinti tersalu emisija transporto sektoriuje. Iki 2030 m. miestuose numatoma dvigubai sumazinti iprastiniais degalais varomu automobiliu naudojima, o iki 2050 m. pasiekti, kad miestuose ju nebeliktu. Aviacijos sektoriuje iki 2050 m. numatyta uztikrinti, kad tvarus ir mazai C[O.sub.2] isskiriantys degalai sudarytu 40%, ES juru transporto sektoriuje iki 2050 m. numatyta 40% sumazinti ismetamo C[O.sub.2] kieki. Viena is iseiciu, siekiant didinti degalu naudojimo efektyvuma ir mazinti aplinkos tarsa, yra degalu is atsinaujinanciu energijos saltiniu panaudojimas. Taciau iprastai didziaja ES gaminamu biodegalu zaliavos dali sudaro maistui tinkamos kulturos, tokios kaip rapsai, soja ir kt. Siuo atveju viena is problemu--tai maistines kilmes zaliavu panaudojimas degalams gaminti. Kai dalis pasaulio zmonijos kencia nuo maisto nepritekliaus, kita dalis naudoja maistui tinkancias kulturas degalams gaminti. Viena is iseiciu--maisto pramonei netinkancios Sejamosios judros (Camelina sativa) aliejaus panaudojimas biodegalams gaminti.

Sie bandymai atlikti Lietuvos mokslo partneriams (Klaipedos universitetas, Aleksandro Stulginskio universitetas, Lietuvos zemdirbystes institutas, UAB "Mestilla") ir Lenkijos mokslo istaigoms (Sunkiosios organines sintezes institutas "Blachownia", imone "Wiroma Robert Artur Janczek", Centrine naftos laboratorija, Poznanes zemes ukio universitetas) vykdant tarptautini projekta Eureka Camelina--Biofuel E!4018 "Biodegalu gamybos technologiju tobulinimas naudojant judros alieju kaip nauja zaliavu baze".

Tyrimu metodika

Tiriamieji degalai ir ju misiniai

* Mineralinis dyzelinas (D) su 5% RRME priedu, atitinkantis standarto LST EN 590:2009+A1 reikalavimus.

* Rapso metilesteris, atitinkantis LST EN 14214 standarto reikalavimus. Parinktas ir isbandytas rapso metilesterio ir mineralinio dyzelino misinys (RME), kurio sudetis pagal turi D70/RME30.

* Ziemines, vasarines Camelina sativa ir gyvulines kilmes metilesteriu misiniai. Mokslininku nustatyta, kad optimali turine biodegalu sudetis yra 68% Camelina sativa ir 32% gyvulines kilmes metilesterio (Lebedevas et al. 2010), kurie atitinka standarto EN 14214 reikalavimus. Isbandyti misiniai su mineraliniu dyzelinu:

--Ziemines Camelina sativa metilesterio ir mineralinio dyzelino misinys (ZME). Misinio turinis santykis D75/ZME25;

--Vasarines Camelina sativa, metilesterio ir mineralinio dyzelino misinys (VME). Misinio turinis santykis D75/VME25.

Tyrimo objektas

Bandymai atlikti dyzeliniame variklyje VALMET 320 DMG (AGCO SISU POWER), kuris ieina i laivo paskirties kintamosios sroves dyzelio generatoriaus STAMFOR UC.M224C2 28 sudeti. Variklis skirtas veikti tiek RRME misiniais, tiek grynais biodegalais. Bandymai atliekami naudojant skirtingus biodegalu misinius, laipsniskai didinant variklio apkrova. Bandymo apkrovos ciklai: 5-10% [P.sub.enom], ~25% [P.sub.enom], ~55% [P.sub.enom], 65-70% [P.sub.enom] ir 80-85% [P.sub.enom]. Variklio pagrindiniai techniniai parametrai pateikti 1 lenteleje.

Tyrimo iranga

Variklio parametrai matuojami prietaisais, atitinkanciais LST ISO 3929:1998, LST ISO 3930:1998 standartus. Ekologiniai parametrai matuojami: duju analizatoriais "Hermann HGA 400" ir "Testo 330 XL", dumamaciu "Maha MDO-2 LON". Energetiniai parametrai nustatomi naudojant degalu suvartojimo matuoklio AIC-888 rodmenis. Variklio parametru matavimo prietaisu isdestymo schema pateikta 1 pav. 2 lenteleje pateikti duomenys apie tyrime naudotu mobiliuju prietaisu parametru matavimo diapazona ir tiksluma.

Elektros generatoriaus suvartojama galia buvo nustatoma remiantis elektros sroves ir itampos rodmenimis, matuojamais portatyviniu prietaisu MINI AC/DC CLAMP METER: sroves iki 40 A diapazone skiriamoji geba 0,01 A, tikslumas [+ or -] 2,5%; itampos matavimo diapazone iki 400 V skiriamoji geba 0,1 V; tikslumas [+ or -] 1%.

[FIGURE 1 OMITTED]

Netiesioginiu rodikliu ivertinimo metodika

Variklio energetiniai rodikliai (specifinis degalu sunaudojimas [b.sub.e], naudingo veikimo koeficientas [[eta].sub.e]) apskaiciuoti remiantis degalu sunaudojimo matuoklio rodmenimis. (1) formuleje pateikta vieno is svarbiausiu energetiniu parametru--naudingo veikimo koeficiento apskaiciavimo forma (Mollenhauer, Tschoeke 2010):

[[eta].sub.e] = [P.sub.e] x 3600/[G.sub.f] x [H.sub.U]. (1)

cia: [P.sub.e]--variklio galia (apkrova); [G.sub.f]--valandinis degalu suvartojimas; [H.sub.U]--zemutinis degalu kaloringumas.

Vieno is svarbiausiu ekonominiu parametru--specifinio degalu suvartojimo--apskaiciavimo forma pateikta (2) formuleje (Mollenhauer, Tschoeke 2010):

[b.sub.e] = [G.sub.f]/[P.sub.e], [g/kWh], (2)

cia: [P.sub.e]--variklio galia (apkrova) [kW]; [G.sub.f]--valandinis degalu suvartojimas [g/h].

Eksploatacijos rodikliu ivertinimo metodika

Motoriniai tyrimai atlikti atsizvelgiant i variklio pagrindine eksploatacine charakteristika--apkrovos charakteristika (kai n = 1500 [min.sup.-1]), esant rezimams nuo tusciosios eigos iki artimos maksimaliai. Eksploatuojami dyzeliniai generatoriai nominaliosios apkrovos rezimais veikia tik nedidele laiko dali (5%, 3 lentele). Kita eksploatacijos laiko dali dyzeliniai generatoriai veikia dalines apkrovos rezimais. Norint apskaiciuoti vidutines eksploataciniu parametru reiksmes taikyta ISO 8178 standarto D2 (pastoviu apsuku ne kelio paskirties dyzeliniams varikliams) bandymu cikle numatyta nustatymo forma (Markle, Brown 1995) (3 formule). Pastoviu apsuku ne kelio paskirties dyzeliniu varikliu eksploatacijos daliniu rezimu svorio koeficientu reiksmes (pagal standarto ISO 8178 bandymu cikla D2) pateiktos 3 lenteleje.

Energetiniai ir ekologiniai rodikliai eksploatacijos metu ivertinami remiantis matuojamo parametro reiksmems esant budingiems variklio apkrovos rezimams. Vidutiniu eksploataciniu matuojamu rodikliu reiksmiu pokyciai apskaiciuojami pagal 3 formule:

[MATHEMATICAL EXPRESSION NOT REPRODUCIBLE IN ASCII], (3)

cia: [DELTA][X.sub.eks]--vidutinis skaiciuojamojo parametro pokytis eksploatacijos metu; [MATHEMATICAL EXPRESSION NOT REPRODUCIBLE IN ASCII]--parametro reiksme esant i-ajam apkrovos rezimui, varikliui dirbant i-aisiais biodegalais; [X.sub.iD]--parametro reiksme esant i-ajam apkrovos rezimui, varikliui dirbant mineraliniu dyzelinu; [w.sub.i]--svorio koeficientas esant i-ajam apkrovos rezimui.

Tyrimu rezultatai

Degalu motoriniu savybiu palyginamieji tyrimai atliekami lyginant vidutines parametru reiksmes eksploatacijos metu (pagal standarto ISO 8178 bandymu cikla D2) ir esant skirtingiems apkrovos rezimams, kaip bazinius imant rodiklius varikliui dirbant mineraliniu dyzelinu.

Bandymu metu atlikti kontroliniai variklio stabilumo patikrinimo matavimai. Ivertinti bet kuriam variklio darbo proceso nukrypimui nuo etalonines bukles jautrus parametrai: specifinis efektinis degalu sunaudojimas ([b.sub.e]) (2 pav.), azoto oksidu emisija ([NO.sub.x]) (3 pav.) ir anglies monoksido emisija (CO) (4 pav.). Variklio, veikiancio mineraliniu dyzelinu, energetiniu ir ekologiniu rodikliu stabilumas tyrimu metu liudija apie variklio technines bukles stabiluma.

[FIGURE 2 OMITTED]

[FIGURE 3 OMITTED]

[FIGURE 4 OMITTED]

Energetiniu rodikliu palyginimo rezultatai

Specifinio degalu sunaudojimo priklausomybe nuo variklio apkrovos (5 pav.) rodo, kad esant zemu ir vidutiniu apkrovu rezimams, biodegalai pasizymi siek tiek geresniais rodikliais (Cheng et al. 2008), kurie skirtinguose apkrovos taskuose yra zemesni ~3-4% lyginant su mineraliniu dyzelinu. Apkrovai artejant prie maksimalios, fiksuojamas biodegalu sunaudojimo padidejimas, kuris siekia 5-6%. Vertinant vidutini pokyti eksploatacijos metu, didesniu skirtumu nepastebima ir galima teigti, kad naudojant biodegalu misinius specifinis degalu sunaudojimas faktiskai sutampa su mineralinio dyzelino naudojimu.

Tyrimu rezultatai rodo, kad naudojant biodegalu misinius, naudingo veikimo koeficientas [[eta].sub.e] variklio eksploatacijos metu padideja apie 4% (6 pav.), sio rodiklio pokytis yra labai svarbus igyvendinant ES tikslus, susijusius su energijos vartojimo efektyvumo didinimu transporto sektoriuje (Directive 2003/30/EC ... 2003). [[eta].sub.e] padidejima veikia 3-3,5% mazesnis biodegalu zemutinis degalu kaloringumas ir artimas mineraliniui dyzelinui specifinis degalu sunaudojimas.

[FIGURE 5 OMITTED]

[FIGURE 6 OMITTED]

Ekologiniu rodikliu palyginimo rezultatai

Anglies dioksido (C[O.sub.2]) emisijos atzvilgiu rezultatai faktiskai sutampa tiek naudojant skirtingus biodegalu misinius, tiek mineralini dyzelina (7 pav.). Taciau gyvavimo ciklo (augimas--gamyba--tansportavimas realizavimas) laikotarpiu, remiantis mokslininku atliktu tyrimu duomenimis (Thamsiriroj, Murphy 2011, Krohn, Fripp 2011), RRME biodegalu C[O.sub.2] emisija, palyginus su mineraliniu dyzelinu, yra apie 20 % mazesne. Camelina sativa biodegalu gyvavimo laikotarpiu C[O.sub.2] emisija yra 40-60% mazesne nei mineralinio dyzelino.

Varikliui dirbant mazu ir vidutiniu apkrovu rezimais, panaudojus biodegalu misinius anglies monoksido emisijos atzvilgiu, ryskesnio skirtumo nepastebima (Cheng et al. 2008) (8 pav.). Didejant variklio apkrovai nuo vidutines iki artimos nominaliai, pastebimas 5-6% CO emisijos sumazejimas lyginant su mineraliniu dyzelinu. Taciau vertinant vidutinius eksploatacijos rodiklius, skirtumas yra nereiksmingas.

[FIGURE 7 OMITTED]

[FIGURE 8 OMITTED]

Lyginant su mineraliniu dyzelinu, panaudojus biodegalu misinius, stebimas azoto oksidu emisijos padidejimas (Hoekman, Robbins 2012), taciau visame variklio aprovos diapazone pablogejimas siekia tik 2-3% (9 pav.).

Fiksuojant angliavandeniliu (HC) emisija nustatyta (10 pav.), kad biodegalu RME rodikliai yra artimi mineralinio dyzelino rodikliams (Labeckas, Slavinskas 2006). Diapazone nuo vidutines iki maksimalios variklio apkrovos RME ir mineralinio dyzelino rodikliai faktiskai sutampa, o esant mazos apkrovos rezimams RME HC emisija padideja iki 3%. ZME visame istirtame variklio apkrovos diapazone pasizymi prastesniais HC rodikliais lyginant tiek su RME, tiek su mineraliniu dyzelinu. Vidutinis ZME HC emisijos padidejimas eksploatacijos metu siekia ~6%, esant skirtingiems apkrovos rezimams, maksimalus padidejimas siekia iki 8%.

Atlikus tyrimus pastebeta, kad didziausias teigiamas efektas pasiekiamas ismetamuju duju dumingumo (SM) mazinimo atzvilgiu (11 pav.). Kaip rodo ir kitu mokslininku atliktu tyrimu (Crookes, Bob-Manuel 2007; Bernardo et al. 2003) rezultatai, matyti, kad panaudojus biodegalu misinius, visame variklio apkrovos diapazone, lyginant su mineraliniu dyzelinu, stebimas SM sumazejimas: RME vidutine SM emisija sumazeja apie 12%, o esant skirtingiems apkrovos rezimams, SM maksimaliai sumazeja iki 20%; atitinkamai VME- ~7-8% ir 10%. ZME pasizymi maziausiais SM rodikliais, kurie eksploatacijos metu sumazeja apie 17%, o maksimalus sumazejimas, esant vidutines ir maksimalios apkrovos rezimams, siekia 25-30%.

[FIGURE 9 OMITTED]

[FIGURE 10 OMITTED]

[FIGURE 11 OMITTED]

Isvados

Tyrimu rezultatai rodo, kad energetiniu atzvilgiu Camelina sativa biodegalu (VME ir ZME) motorines savybes islieka perspektyvios lyginant su standartizuoto rapso metilesterio biodegalu (RME) savybemis. Lyginant su mineraliniu dyzelinu, specifinis degalu sunaudojimas, variklio apkrovai artejant prie maksimalios, padideja 5-6 %, taciau eksploatacijos salygomis ryskesnio skirtumo nepastebima. Naudingo veikimo koeficientas, vertinant ekploatacija, padideja apie 4%.

Vertinant ekologinius parametrus vienareiksmiskos isvados daryti negalima:

1. Naudojant bandomuosius biodegalu misinius ir mineralini dyzelina, stebima faktiskai identiska anglies dioksido C[O.sub.2] emisija;

2. Anglies monoksido CO emisijos 5-6% sumazejimas, lyginant su mineraliniu dyzelinu, pastebimas didejant variklio apkrovai nuo vidutines iki artimos nominaliai. Ivertinus vidutinius eksploatacijos rodiklius ryskesnio skirtumo nepastebima;

3. Lyginant su mineraliniu dyzelinu, visame variklio aprovos diapazone stebimas 2-3% azoto oksidu [NO.sub.x] emisijos isaugimas;

4. Padidejusia angliavandeniliu HC emisija pasizymi tik biodegalai ZME, kurie eksploatacijos metu siekia apie 6%, o skirtinguose taskuose --iki 8%;

5. Dumingumo SM atzvilgiu, lyginant su mineraliniu dyzelinu, RME SM emisija eksploatacijos metu sumazeja ~12%, o esant skirtingiems apkrovos rezimams atitinkamai--iki 20%, VME ~7-8% ir iki 10%; ZME ~17 ir iki 25-30%.

doi: 10.3846/mla.2012.63

Literatura

Bernardo, A.; Hildige, H. R.; O'Connell, A.; Nichol, R.; Ryan, J.; Rice, B.; Roche, E.; Leahy, J. J. 2003. Camelina oil as a fuel for diesel transport engines, Industrial Crops and Products 17: 191-197. http://dx.doi.org/10.1016/S0926-6690(02)00098-5

Cheng, C. H.; Cheung, C. S.; Chan, T. L.; Lee, S. C.; Yao, C. D.; Tsang, K. S. 2008. Comparison of emissions of a direct injection diesel engine operating on biodiesel with emulsified and fumigated methanol, Fuel 87: 1870-1879. http://dx.doi.org/10.1016/j.fuel.2008.01.002

Crookes, R. J.; Bob-Manuel, K. D. H. 2007. RME or DME: a preferred alternative fuel option for future diesel engine operation, Energy Conversion and Management 48: 2971-2977. http://dx.doi.org/10.1016/j.enconman.2007.07.002

Directive 2003/30/EC of the European Parliament and of the Council of 8 May 2003 on the promotion of the use of bio-fuels or other renewable fuels for transport, Official Journal of the EU, 2003-0517.

Hoekman, S. K.; Robbins, C. 2012. Review of the effects of biodiesel on NOx emissions, Fuel Processing Technology 96: 237-249. http://dx.doi.org/10.1016/j.fuproc.2011.12.036

Krohn, B. J.; Fripp, M. 2011. A lifecycle assessment of biodiesel derived from the "niche filling" energy crop Camelina in the USA, Energy 92: 92-98.

Labeckas, G.; Slavinskas, S. 2006. The effect of rapeseed oil methyl ester on direct injection Diesel engine performance and exhaust emissions, Energy Conversion and Management 47: 1954-1967. http://dx.doi.org/10.1016/j.enconman.2005.09.003

Lebedevas, S.; Lebedeva, G.; Makareviciene, V.; Kazanceva, I.; Kazancev, K. 2010. Analysis of the ecological parameters of the diesel engine powered with biodiesel fuel containing methyl esters from Camelina Sativa oil, Transport 25(1): 22-28. http://dx.doi.org/10.3846/transport.2010.04

Markle, S. P.; Brown, A. J. 1995. Naval Diesel Engine Duty Cycle Development. Massachusetts Institute of Technology. http://dx.doi.org/10.4271/950733

Mollenhauer, K.; Tschoeke, H. 2010. Handbook of Diesel Engines. Springer-Verlag Berlin Heidelberg. ISBN 978-3-540-89082-6. http://dx.doi.org/10.1007/978-3-540-89083-6

Roadmap to a Single European Transport Area--Towards a competitive and resource efficient transport system. European Commission, Brussels, 2011.

Thamsiriroj, T.; Murphy, J. D. 2011. The impact of the lifecycle analysis methodology on whether biodiesel produced from residues can meet the EU sustainability criteria for biofuel facilities constructed after 2017, Renewable Energy 36(1): 50-63. http://dx.doi.org/10.10167j.renene.2010.05.018

Justas Zaglinskis (1), Paulius Rapalis (2), Vygintas Dauksys (3)

Klaipedos universitetas

El. pastas: (1) j.zaglinskis@gmail.com; (2) paulius.rapalis@ku.lt; (3) vygintas.dauksys@ku.lt
Table 1. The main operating parameters of engine VALMET
320 DMG

1 lentele. Variklio VALMET 320 DMG pagrindiniai techniniai
parametrai

Parametras                                        Reiksme

Cilindru skaicius                                    3
Darbinis turis, [dm.sup.3]                          3,3
Cilindro diametras, mm                              108
Stumoklio eiga, mm                                  120
Nominalioji galia ([P.sub.enom]), kW                 30
Nominalios apsukos ([n.sub.nom]), [min.sup.-1]      1500

Table 2. Measurement range and accuracy of portable equipment used for
research purposes

2 lentele. Atliekant bandymus naudotu mobiliuju prietaisu matavimo
diapazonas ir tikslumas

Prietaisas        Diapazonas,          CO            C[O.sub.2]
                   tikslumas

Duju              Diapazonas       0 ... 10 %        0 ... 20 %
analizatorius                         turio             turio
HGA 400            Tikslumas      [+ or -] 5 %      [+ or -] 5 %

Duju              Diapazonas      0 ... 20 000     0 ... 25 % turio
analizatorius      Tikslumas      [+ or -] 5 %     [+ or -] 0,3 %
TESTO 330 XL                                            turio

Dumamatis         Diapazonas             Dumingumas, % 0/100
MDO-2              Tikslumas                 [+ or -] 2 %

AIC-888           Diapazonas,     Darbine temperatrura, [degrees]C
                      l/h                    -30 ... 90
                   1 ... 200

Prietaisas        Diapazonas,          HC
                   tikslumas

Duju              Diapazonas      0 ... 20 000
analizatorius
HGA 400            Tikslumas      [+ or -] 5 %

Duju              Diapazonas           --
analizatorius      Tikslumas
TESTO 330 XL

Dumamatis         Diapazonas       Dumingumas,
MDO-2              Tikslumas         % 0/100
                                   [+ or -] 2 %

AIC-888           Diapazonas,        Darbine
                      l/h         temperatrura,
                   1 ... 200       [degrees]C
                                   -30 ... 90

Prietaisas        Diapazonas,        [O.sub.2]         N[O.sub.2]
                   tikslumas

Duju              Diapazonas        0 ... 22 %             --
analizatorius                          turio
HGA 400            Tikslumas       [+ or -] 5 %            --

Duju              Diapazonas     0 ... 25 % turio     0 ... 500 ppm
analizatorius      Tikslumas      [+ or -] 0,2 %      [+ or -] 5 %
TESTO 330 XL                           turio

Dumamatis         Diapazonas         Absorbcijos koeficientas,
MDO-2              Tikslumas             0/9,99 [m.sup.-1]
                                             [+ or -] 2 %

AIC-888           Diapazonas,               Tikslumas, %
                      l/h                   0,5 ... 1
                   1 ... 200

Prietaisas        Diapazonas,          NO            N[O.sub.x]
                   tikslumas

Duju              Diapazonas           --             0 ... 5000
analizatorius
HGA 400            Tikslumas           --          [+ or -] 1 ppm *

Duju              Diapazonas       0 ... 3000             --
analizatorius      Tikslumas      [+ or -] 5 %
TESTO 330 XL

Dumamatis         Diapazonas         Absorbcijos koeficientas,
MDO-2              Tikslumas             0/9,99 [m.sup.-1]
                                             [+ or -] 2 %

AIC-888           Diapazonas,               Tikslumas, %
                      l/h                   0,5 ... 1
                   1 ... 200

* skiriamoji geba

Table 3. D2 weight factors of test cycle ISO 8178

3 lentele. ISO 8178 bandymu ciklo D2 svorio koeficientai

Apsukos, %              100     100     100     100    100

Apkrova, %              100     75      50      25      10
Svorio koeficientas    0,05    0,25    0,30    0,30    0,1
COPYRIGHT 2012 Vilnius Gediminas Technical University
No portion of this article can be reproduced without the express written permission from the copyright holder.
Copyright 2012 Gale, Cengage Learning. All rights reserved.

Article Details
Printer friendly Cite/link Email Feedback
Title Annotation:Transport Engineering/Transportas
Author:Zaglinskis, Justas; Rapalis, Paulius; Dauksys, Vygintas
Publication:Science - Future of Lithuania
Article Type:Report
Geographic Code:4EXLT
Date:Aug 1, 2012
Words:2388
Previous Article:Algorithm for choosing traction rolling-stock for railway line Rail Baltica/Prekiniu silumveziu magistralei "Rail Baltica" parinkimo algoritmas.
Next Article:Application of computer program CarSim for modelling single and double lane change manoeuvres/Taikomosios programos "CarSim" pritaikymas,...
Topics:

Terms of use | Copyright © 2017 Farlex, Inc. | Feedback | For webmasters