AUTORA: SANJANA HARESH SADHWANI

ESTUDIO DE VIABILIDAD TÉCNICA-ECONÓMICA DE LA IMPLANTACIÓN DEL GAS NATURAL COMO COMBUSTIBLE

EN VEHICULOS DE TRANSPORTE PÚBLICO

AUTORA: SANJANA HARESH SADHWANI

UNIVERSIDAD DE LAS PALMAS DE GRAN CANARIAESCUELA DE INGENIERÍAS INDUSTRIALES Y CIVILES

OBJETIVOS INDUSTRIA DEL GAS NATURAL INDUSTRIA DEL TRANSPORTE CON GAS NATURAL INDUSTRIA DE LA AUTOMOCIÓN CON GAS NATURAL INDUSTRIA DEL COMBUSTIBLE ESTACIONES DE SERVICIO DE GAS NATURAL ESTACIÓN DE SERVICIO DE GAS NATURAL PARA UNA FLOTA DE

AUTOBUSES EN LA CIUDAD DE LAS PALMAS DE GC ESTUDIO DE VIABILIDAD ECONÓMICA CONCLUSIONES

CONTENIDO



CONTENIDO

OBJETIVOS

• Realización de un estudio de viabilidad técnica-económica acerca de la implantación del gas natural como combustible en vehículos de transporte público; concretamente, en autobuses.

• Diseño de una estación de servicio que suministrará a un flota de autobuses en la ciudad de Las Palmas de Gran Canaria.



CONTENIDO

INDUSTRIA DEL GAS NATURAL

GAS NATURAL•Mezcla de hidrocarburos (metano) y otros compuestos minoritarios•Gas combustible: fuente de energía CH4 + 2 O2 CO2 + 2 H2O + Calor •Localización: Reservorios •Gran variedad de gases naturales según su origen•Parámetros que definen su calidad:•Poder calorífico superior (PCS)•Poder calorífico inferior (PCI)•Densidad•Composición•Índice de Woobe

DEFINICIÓN

CADENA DEL GAS NATURALINDUSTRIA DEL GAS NATURAL

CADENA DEL GAS NATURAL: Exploración y extracción del gas natural

EXPLORACIÓN

RESERVA PROBADA

EXTRACCIÓN

Localización: Oriente Medio y Europa Oriental


• Perforaciones en zonas donde se presupone la existencia de gas natural• Análisis de la calidad y cantidad de gas natural así como su duración Torres perforadoras


CADENA DEL GAS NATURAL: Tratamiento del gas natural

TRATAMIENTO

Necesidad de eliminar algunos componentes del gas natural

N2 y CO2

Propano, butano e hidrocarburos más pesados

H2O (v)

Compuestos de azufre

PLANTA DE FRACCIONAMIENTO

RESULTADO: METANO 95%



CADENA DEL GAS NATURAL: Transporte y distribución en estado gaseoso y licuefacción

TRANSPORTE Y DISTRIBUCIÓN EN ESTADO GASEOSO LICUEFACCIÓN

Introducir el gas natural en gaseoductos y transportarlos hasta los puntos de consumo

Transporte a lugares lejanos (intercontinental) a través de buques metaneros


CADENA DEL GAS NATURAL: Regasificación o distribución en estado licuado

REGASIFICACIÓN

•El gas natural licuado se transforma a su estado original gaseoso • Se introduce en la red de gaseoductos para su distribución a los puntos de consumo

DISTRIBUCIÓN EN ESTADO LICUADO

Se transporta en estado líquido mediante camiones cisternas hasta los puntos de consumos, donde los clientes lo utilizan en este estado o lo regasifican en su propia planta


CADENA DEL GAS NATURAL: Aplicaciones del gas natural


ESTADOS DEL GAS NATURAL

Gas natural comprimido (GNC)

• Gas natural a altas presiones y almacenado en depósitos

• Cantidad de energía considerable en un volumen limitado Autonomía adecuada• Presión compresión: 250

bar• Presión almacenam.: 200

bar• Temperatura: 15ºC

Gas natural licuado (GNL)

• Gas natural en estado líquido • T = -161 ºC P=1 atm• Energía almacenada 600

veces superior a las condiciones base (T =15ºC P=1 atm)


ALMACENAMIENTO DE GNC VS GNL

•Depósitos de menor peso y volumen•Mayor autonomía (triple)Ventajas del GNL frente al GNC •Imposibilidad de lograr un aislamiento

perfecto por lo que se producirán fugas al ambiente

•Depósitos más complejos y costosos•Necesidad de una utilización regular

Desventajas del GNL frente al

GNC

Conclusión: La tecnología del GNC es la más utilizada actualmente




CONTENIDO

INDUSTRIA DEL TRANSPORTE CON GAS NATURAL

GAS NATURAL VEHICULAR (GNV)

• Serio competidor de los combustibles tradicionales

• Aumento exponencial del número de vehículos en los últimos años

• Desarrollo no homogéneo en el mundo (Argentina, Italia, Pakistán, EE.UU,…)

• Desarrollo gracias a diversos acuerdos y ayudas

GNV EN EL MUNDO

Gas natural utilizado como combustible en vehículos

(GNC + GNL)


EVOLUCIÓN DEL NÚMERO DE VEHÍCULOS A GNV

Actualmente se superan los 11 millones de vehículos propulsados a GNV

La Comisión Europea (COM(2001)547) propuso un objetivo de sustitución de un 25% de combustibles tradicionales por combustibles alternativos.

Para lograr dicho objetivo será necesario:


POLÍTICA DE LA UE FRENTE AL GNV

•Apoyo institucional•Programas adecuados para implantar una infraestructura de estaciones de carga y flotas•Impuestos reducidos u otras ventajas fiscales

Marco legal y fiscal Distancia geográfica respecto a los yacimientos y escasa producción nacional

Muy restrictivo hasta 2005

Desarrollo razonable

Gran desarrollo tecnología GNL

Gaseoductos Plantas de regasificación

Fuerte dependencia del exterior

Actualmente, existe una gran infraestructura. Asimismo, existen proyectos de ampliación de gaseoductos e implantación de nuevas plantas

de regasificación (incluyendo Canarias)


GNV EN ESPAÑADesarrollo relativamente escaso debido a

El gas natural está cobrando cada vez un mayor protagonismo en el sector

(grandes ciudades)

Apoyos institucionales

• Autobuses urbanos• Camiones de Recogida de Residuos

Expansión enfocada a los vehículos pesados

• Impuestos reducidos• Ayudas para la adquisición de vehículos nuevos• Ayudas para la adquisición de una estación de suministro• Ayudas por Comunidades Autónomas

Previsión futura

Fuerte expansión no sólo en los sectores anteriores, sino también en los vehículos ligeros.


SITUACIÓN DEL GNV EN ESPAÑA


GNV EN ESPAÑA: EVOLUCIÓN POR CIUDADES



CONTENIDO

INDUSTRIA DE LA AUTOMOCIÓN CON GAS NATURAL

Evolución paralela y conjunta a los combustibles líquidos, actualmente muy desarrollada

CLASIFICACIÓN

TECNOLOGÍA DE LOS VEHÍCULOS A GAS NATURAL

VEHÍCULOS DEDICADOS

VEHÍCULOS BI-FUEL

VEHÍCULOS DUAL-FUEL

Combustible

Gas natural

MEP (Ciclo Otto) optimizado

• Potencia• Rendimiento• Emisiones• Bajo nivel de ruido

GNC:• Vehículos ligeros (turismos)• Vehículos pesados con autonomías < 350 km (camiones y autobuses urbanos) y potencias < 300 CV

Aplicación

GNL:• Vehículos pesados con autonomías elevadas, hasta 1.000 km (transporte de mercancías e interurbano de pasajeros)


VEHÍCULOS DEDICADOS


VEHÍCULOS BI-FUEL VEHÍCULOS DUAL-FUEL

COMBUSTIBLE: Gas natural + Gasolina

MEP (CICLO OTTO):2 depósitos y sistemas de alimentación diferenciados

VENTAJAS:•Elevada autonomía•Flexibilidad de uso

APLICACIÓN:Vehículos ligeros

COMBUSTIBLE: Gas natural + Gasóleo

MEC (CICLO DIESEL):• El gasóleo actúa como iniciador del proceso (se inyecta en la cámara de combustión)• El gas natural se introduce en el aire de admisión

TECNOLOGÍAS:• Cummins Westport (95% sustitución)• Clean Air Power y Hardstaff (60-80% sustitución)

APLICACIÓN:GNL: Vehículos pesados con potencias >300 CV y elevadas autonomías

NATURALEZA DEL COMBUSTIBLE

INDUSTRIA DE LA AUTOMOCIÓN CON GAS NATURALCOMPARACIÓN DE COMPORTAMIENTOS DEL GNC CON RESPECTO A LA GASOLINA Y GASÓLEO

Emisiones contaminantes menores de:•Monóxido de carbono, CO•Compuestos orgánicos volátiles, COV´s •Dióxido de Carbono, CO2

•Hidrocarburos no metálicos•Partículas prácticamente nulas

Potencias similares: Reducciones entre 1-15% dependiendo del tipo de inyección

Mantenimiento: Combustión más limpia• Menor contaminación el aceite lubricante• Menor desgaste del motor• Menor limpieza del compartimento del motor, taller y lugares de estacionamiento• Mayor vida del vehículo (2-3 años con respecto a la gasolina y gasóleo)

• Más ligero que el aire y rápida dispersión

• Temperaturas de ignición más altas

• Rango estrecho de mezcla explosiva

• Alto nivel de exigencia de las normas aplicables a los componentes y rigurosas pruebas.

• Los depósitos impiden explosiones

• Únicamente los locales cerrados de mantenimiento han de tener detectores de metano y suficiente ventilación además de utilizar mecanismos diseñados para atmósferas explosivas.

INDUSTRIA DE LA AUTOMOCIÓN CON GAS NATURALGAS NATURAL: ALTO NIVEL DE SEGURIDAD COMO COMBUSTIBLE VEHICULAR



CONTENIDO

CONTAMINACIÓN ATMOSFÉRICA

CAMBIO CLIMÁTICO

Emisiones de contaminantes a la atmósfera

Problema actual de la sociedad

Fuentes

• Procesos industriales• Desechos y agricultura• Disolventes u otros productos• Energía

Transporte (terrestre)

SMOG FOTOQUÍMICO

LLUVIA ÁCIDA

EFECTO INVERNADERO

Causas

Provocan

Contaminantes vehiculares

• Óxidos de nitrógeno, NO y NO2

• Óxidos de azufre, SO2

• Monóxido de carbono, CO• Ozono, O3

• Material particulado, PM10 y PM2,5• Dióxido de carbono, CO2

INDUSTRIA DEL COMBUSTIBLE

Programa de medidas reglamentarias que establecen los requisitos de homologación de los vehículos de motor en lo que se refiere a emisiones de gases de combustión. Mayor nivel de exigencia con el tiempo.

Contaminantes regulados:

• Óxidos de nitrógeno (NOX)• Monóxido de carbono (CO)• Material particulado (PM)• Hidrocarburos inquemados (HC)

Dióxido de carbono (CO2) no regulado por la norma EURO pero propone reducciones progresivas hasta alcanzar 95 g/km en 2020 (vehículos ligeros) (regulación

443/2009)

INDUSTRIA DEL COMBUSTIBLENORMA EUROPEA SOBRE EMISIONES (EURO)

La comparación de los niveles de exigencia de las normas 5 y 6 en el segmento de vehículos pesados ya muestra el cumplimiento con la tecnología actual de gas natural. Además, se prevé

que estas emisiones se reduzcan aún más en 2013 con los avances en las tecnologías

Para que la tecnología diesel cumpla los niveles del Euro 6:

• Incrementará el consumo de combustible (6-8%)• Encarecerá el coste del combustible• Adición de AdBlue• Imposibilitará el uso de biocombustibles por incompatibilidad con los catalizadores• Encarecerá el coste del vehículo

INDUSTRIA DEL COMBUSTIBLE

CO NMHC CH4 NOX PM00.5

11.5

22.5

33.5

44.5

Euro IIIEuro IVEuro VEuro VIEEVGN (2008)GN (2013)

Contaminantes

Valo

res

de e

mis

ione

s g/

kWh

No regulados pero dañinos (cancerígenos)

Prácticamente nulas

Menores niveles de ruido del motor y vibraciones

INDUSTRIA DEL COMBUSTIBLEEMISIONES CONTAMINANTES

OTROS CONTAMINANTES

CONTAMINACIÓN ACÚSTICA



CONTENIDO

DEFINICIÓN Instalación cuya función principal es suministrar gas natural comprimido a los vehículos automotores propulsados por dicho combustible.

TIPOS

Estación de servicio GNC(L): Gas natural inicialmente licuado

Estación de servicio GNC: Gas natural procedente de gaseoductos

ESTACIONES DE SERVICIO DE GAS NATURALESTACIONES DE SERVICIO DE GAS NATURAL

TIPOS DE PRODUCCIÓN

PRODUCCIÓN INSTANTÁNEA

PRODUCCIÓN CON ACUMULACIÓN

• El GNC se produce en el instante demandado• Repostado desde el equipo productor (Bomba + vaporizador o compresor) al vehículo (a través del surtidor) • Caudal suministrado: capacidad de los equipos

• El GNC se almacena en unos cilindros desde donde se lleva a los vehículos (a través de los surtidores)• Repostado: Diferencia de presión entre los cilindros de almacenamiento y del vehículo• Caudal suministrado: Mayor que la capacidad de los equipos

ALMACENAMIENTO MEDIANTE TANQUE ÚNICO

ALMACENAMIENTO EN CASCADA

Se utiliza en estaciones GNC cuando se dispone de poco tiempo de llenado o se trate de una estación pública.

Se utiliza en estaciones GNC(L) (tanto para tiempos de llenado cortos y largos) y GNC cuando se el tiempo no es un factor importante (estación privadas).

ESTACIONES DE SERVICIO DE GAS NATURAL

Varios cilindros divididos en 3 niveles de presión: baja, media y alta refiriéndose al nivel de presión al que será reducida

Un solo depósito que proveerá el GNC a los vehículos

ESTACIONES DE SERVICIO DE GAS NATURAL

ALMACENAMIENTO MEDIANTE TANQUE ÚNICO

ALMACENAMIENTO EN CASCADA

Factor determinante para la mayoría de ingenieros y fabricantes. Además, el requerir una capacidad de almacenamiento prácticamente doble repercute directamente en su coste.

% APROVECHAMIENTO (masa útil) Mayor en el almacenamiento en cascada (31% - 16%)

VELOCIDAD DE LLENADOMayor en el almacenamiento de tanque único (1,27 veces superior al de cascada)

ANÁLISIS TERMODINÁMICO En el vaciado de los depósitos de almacenamiento tiene lugar un proceso de expansión que conlleva una disminución de temperatura. El almacenamiento en cascada presenta un mejor comportamiento debido a su mayor superficie exterior.

ESTACIONES DE SERVICIO DE GAS NATURALALMACENAMIENTO TANQUE ÚNICO VS CASCADA



CONTENIDO

Guaguas Municipales: Encargada del transporte urbano en la ciudad

RENOVACIÓN DE 50 AUTOBUSES ANTIGUOS POR AUTOBUSES A GNC

Consumo estimado por autobús: 130 Nm3/día

Capacidad estación:6.500 Nm3/día = 812,5 Nm3/h

Proyecto propuesto

Se considerará que los autobuses entran a la cochera a las 22.00 y saldrán a las 6.00

por lo que se dispone de 8 horas

LLENADO LENTO

50 autobuses

ESTACIÓN DE SERVICIO DE GAS NATURAL PARA UNA FLOTA DE AUTOBUSES EN LA CIUDAD DE LAS PALMAS DE GC

SITUACIÓN ACTUAL

CAPACIDAD ESTACIÓN SOLUCIÓN ADOPTADA


ESTACIONES DE SERVICIO GNC

ESTACIONES DE SERVICIO GNC(L)

Funcionamiento nocturno 2 sectores de llenado (10 surtidores por sector)

Mediante un botón en el panel de control se inicia el flujo hacia los vehículos de uno de los sectores

Cuando los depósitos de los autobuses alcancen 200 bar, se desvía el flujo hacia el segundo sector y así sucesivamente

Funcionamiento ordinario

Funcionamiento extraordinario

Llenado rápidoAlmacenamiento en cascada con capacidad para 2 autobuses

Desviación de todo el flujo de gas a un solo surtidor


FUNCIONAMIENTO DE LA ESTACIÓN


IMPACTO AMBIENTAL: EMISIONES TEÓRICAS DE CO2

COMPARATIVA DE EMISIONES DE CO2 PARA UNA FLOTA DE AUTOBUSES A GNC/DIESEL

REACCIONES DE COMBUSTIÓN

Diésel

Gas Natural



CONTENIDO

ESTUDIO DE VIABILIDAD ECONÓMICA

OBJETIVOAnalizar si es rentable, llegado el momento de renovación, sustituir 50 autobuses antiguos a gasóleo de una flota de autobuses urbanos por autobuses a gas natural

Estudio económico comparativo

Inversión inicial

Ingresos

Costes

Horizonte temporal

PARÁMETROS A CONSIDERAR

• Adquisición de autobuses a GNC• Adquisición e instalación de una estación de suministro de GNC

• Coste eléctrico debido al bombeo/compresión del gas natural

• Vida útil de los autobuses y la estación de suministro (10 años)

• Combustible• Mantenimiento de vehículos

Adquisición autobuses

Adquisición e instalación de estación de suministro

Sobrecoste de 18.000 €/autobús Sobrecoste flota: 900.000 €

ESTUDIO DE VIABILIDAD ECONÓMICAINVERSIÓN INICIAL

Coste eléctrico • Opción I: Estación GNC (L) = 20.494,06 €/año• Opción II: Estación GNC = 88.805,67 €/año

Ahorro combustible • Opción I: Estación GNC (L) = 95.089,00 €/año• Opción II: Estación GNC = 367.609,79 €/año

Mantenimiento Ahorro de 60.000 €/año

ESTUDIO DE VIABILIDAD ECONÓMICA

COSTES

INGRESOS

OPCIÓN I:GNC (L) OPCIÓN II: GNC

Donde:• P0: Coste inicial de la inversión• Rj: Flujos (diferencia entre ingresos y gastos) en cada período• i: Tipo de interés al que se descuenta la inversión

VAN = -244. 993,55 € VAN = 1.260.119,61 €

RESULTADOS

ESTUDIO DE VIABILIDAD ECONÓMICADETERMINACIÓN DEL VALOR ACTUAL NETO (VAN)

El valor del VAN indica el beneficio relativo que se obtendría si en el proceso de renovación de 50 autobuses, estos funcionaran a gas natural en lugar de diesel.

Valor negativo Valor positivo

Pérdida económica Beneficio adicional

La implantación de una flota de 50 autobuses a gas natural cuyo combustible

sea suministrado por una estación GNC (L), conlleva a una pérdida (al final de los 10

años) de 244.993,55 €

La implantación de una flota de 50 autobuses a gas natural cuyo combustible sea

suministrado por una estación GNC , conlleva a un beneficio adicional (al final de los 10

años) de 1.260.119.61 €, incentivo suficiente para apostar por el proyecto

ESTUDIO DE VIABILIDAD ECONÓMICAINTERPRETACIÓN DE RESULTADOS

COSTE GAS NATURAL Coste supuesto: Tarifas Península

Coste real : Sumatoria de costes unitarios

Coste gas natural en Canarias más elevado

• Licuefacción• Transporte• Regasificación • Distribución (gaseoductos)

Canarias presenta ayudas políticas y económicas para asemejar los precios a los de

la Península y no penalizar su condición de insularidad

VAN =0X = Diferencia de costes entre el gas natural y gasóleo = 204.418,54 €

> 204.418,54 €: Rentable= 204.418,54 €: Económicamente indiferente< 204.418,54 €: No rentable

MARGEN DIFERENCIA COSTES COMBUSTIBLE

ESTUDIO DE VIABILIDAD ECONÓMICAANÁLISIS DE SENSIBILIDAD DE LA OPCIÓN II: ESTACIÓN GNC

Difíciles de cuantificar pero igualmente importantes

Beneficio social

Posición privilegiada de la

empresa

Gran aceptación por parte de los usuarios de autobuses

Las Administraciones cada vez dan mayor importancia al factor ambiental, por lo que apostar por tecnologías alternativas menos contaminantes permitirá un mayor apoyo

en inversiones futuras

ESTUDIO DE VIABILIDAD ECONÓMICAOTROS BENEFICIOS



CONTENIDO

CONCLUSIONES

Tras haber estudiado las ventajas y desventajas de la utilización del gas natural como combustible en vehículos de transporte público, se concluye lo siguiente:

• Tecnología totalmente desarrollada y disponible • Reducción considerable de emisiones contaminantes con respecto a los combustibles tradicionales• Económicamente viable según el estado del gas natural suministrado• Seguridad: Combustible seguro y con medidas reglamentarias muy estrictas

Por razones ambientales, económicas y de seguridad, se recomienda el gas natural

ESTUDIO DE VIABILIDAD TÉCNICA-ECONÓMICA DE LA IMPLANTACIÓN DEL GAS NATURAL COMO COMBUSTIBLE

EN VEHICULOS DE TRANSPORTE PÚBLICO

AUTORA: SANJANA HARESH SADHWANI

UNIVERSIDAD DE LAS PALMAS DE GRAN CANARIAESCUELA DE INGENIERÍAS INDUSTRIALES Y CIVILES¡MUCHAS GRACIAS POR SU ATENCIÓN!

AUTORA: SANJANA HARESH SADHWANI

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