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) Şimdi bu yakıtları sırasıyla görelim 3- Yakıtların sınıflandırılması 3.1 Gaz yakıtlar Tablo 1. Alternatif yakıt kaynakları 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 CO x 11.1 0.17 Nox 1.48 0.13 HC + Nox 3.7 0.13 SO 2 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) 400 350 300 250 Birincil Enerji İkincil Enerji 343,64 301,04 250,03 200 150 150,07 100 50 0 26,96 22,14 22,72 19,38 9,37 8,24 9,94 17,04 Yerüstü treni Metro Hafif Raylı Taş. Sis. Otobüs Otomobil Elektrikli Otomobil Şekil 1 Çeşitli ulaşım araçlarının enerji harcamaları
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 di, dizel enerji fiyatı ( TL ) ve p el,elektrik enerji fiyatı (TL) dır. Ömür faktörü [d (yıl) ]; 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 (km 2 ) olarak tanımlanır. Elektrikle çalışma faktörü [ l e (%) ]; l e = 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 [N ee ( )] kontrol için;ü N ee = K. L e. e. 10 3 / 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 N ee 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 N ee faktörü artacaktır. Sonuç olarak elektrikli araç taşımacılığı gerekli hale gelecektir. 1. Neden Doğalgaz DOĞALGAZLA (LNG) ÇALIŞAN TAŞITLAR Bölge Petrol (yıl) Doğalgaz (yıl) Kömür (yıl) Kuzey Amerika 9,7 11,2 269 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 CO 2 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 Benzin Doğalgaz C / H Oranı 0.556 0.25 Buharlaşma ısısı (Mj/ kg) Laminer alev hızı(m / s) Tutuşma sınırı (HFK) Adyabatik alev sıcaklığı(k o ) 0.272 0.37 0.26 1,67 2226 0.509 0.35 0.59 2.00 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. NO x 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 m 3 fiyatı 40.280 TL /Nm 3 (66 lt /gün * 115.000) + (100 Nm 3 /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 = 440.480 -Dönüşüm kitleri = 470.800 -CNG tüpleri = 240.800 -Nakliye = 49.200 -Otobüs tadilat = 123.800 TOPLAM 1.323.800 Sterlin
10 -Toplam tesis masrafları = 1.323.800 * 414.000 =548.053.200.000 TL -Enerji giderleri (yıllık) =23.828.400.000 TL -Doğalgaz bağlantı şebeke giderleri =5.811.804.000 TL TOPLAM 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 / Nm 3, 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 CO 2 % 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. CO x, NOx ve SO 2 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.