UNIVERSIDAD DE LAS PALMAS DE GRAN CANARIA

UNIVERSIDAD DE LAS PALMAS DE GRAN CANARIA
ESCUELA DE INGENIERÍAS INDUSTRIALES Y CIVILES ESTUDIO DE VIABILIDAD TÉCNICA-ECONÓMICA DE LA IMPLANTACIÓN DEL GAS NATURAL COMO COMBUSTIBLE EN VEHICULOS DE TRANSPORTE PÚBLICO AUTORA: SANJANA HARESH SADHWANI

CONTENIDO 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

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 OBJETIVOS

INDUSTRIA DEL GAS NATURAL
DEFINICIÓN 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

CADENA DEL GAS NATURAL

CADENA DEL GAS NATURAL: Exploración y extracción del gas natural EXPLORACIÓN EXTRACCIÓN 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 RESERVA PROBADA Localización: Oriente Medio y Europa Oriental

CADENA DEL GAS NATURAL: Tratamiento del gas natural N2 y CO2 TRATAMIENTO H2O (v) Necesidad de eliminar algunos componentes del gas natural Compuestos de azufre Propano, butano e hidrocarburos más pesados 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 DISTRIBUCIÓN EN ESTADO LICUADO 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 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 Ventajas del GNL frente al GNC Depósitos de menor peso y volumen Mayor autonomía (triple) Desventajas 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 Conclusión: La tecnología del GNC es la más utilizada actualmente

CONTENIDO INDUSTRIA DEL TRANSPORTE CON GAS NATURAL 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

INDUSTRIA DEL TRANSPORTE CON GAS NATURAL
GAS NATURAL VEHICULAR (GNV) Gas natural utilizado como combustible en vehículos (GNC + GNL) GNV EN EL MUNDO 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

Actualmente se superan los 11 millones de vehículos propulsados a GNV
INDUSTRIA DEL TRANSPORTE CON GAS NATURAL EVOLUCIÓN DEL NÚMERO DE VEHÍCULOS A GNV Actualmente se superan los 11 millones de vehículos propulsados a GNV

POLÍTICA DE LA UE FRENTE AL 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: Apoyo institucional Programas adecuados para implantar una infraestructura de estaciones de carga y flotas Impuestos reducidos u otras ventajas fiscales

GNV EN ESPAÑA Desarrollo relativamente escaso debido a Marco legal y fiscal Distancia geográfica respecto a los yacimientos y escasa producción nacional Muy restrictivo hasta 2005 Fuerte dependencia del exterior Gran desarrollo tecnología GNL Desarrollo razonable Gaseoductos Plantas de regasificación Actualmente, existe una gran infraestructura. Asimismo, existen proyectos de ampliación de gaseoductos e implantación de nuevas plantas de regasificación (incluyendo Canarias)

SITUACIÓN DEL GNV EN ESPAÑA El gas natural está cobrando cada vez un mayor protagonismo en el sector (grandes ciudades) Expansión enfocada a los vehículos pesados Autobuses urbanos Camiones de Recogida de Residuos Apoyos institucionales 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.

GNV EN ESPAÑA: EVOLUCIÓN POR CIUDADES

CONTENIDO INDUSTRIA DE LA AUTOMOCIÓN CON GAS NATURAL OBJETIVOS

INDUSTRIA DE LA AUTOMOCIÓN CON GAS NATURAL
TECNOLOGÍA DE LOS VEHÍCULOS A GAS NATURAL Evolución paralela y conjunta a los combustibles líquidos, actualmente muy desarrollada CLASIFICACIÓN VEHÍCULOS DEDICADOS VEHÍCULOS DUAL-FUEL VEHÍCULOS BI-FUEL

VEHÍCULOS DEDICADOS Combustible MEP (Ciclo Otto) optimizado Gas natural Potencia Rendimiento Emisiones Bajo nivel de ruido Aplicación GNC: Vehículos ligeros (turismos) Vehículos pesados con autonomías < 350 km (camiones y autobuses urbanos) y potencias < 300 CV GNL: Vehículos pesados con autonomías elevadas, hasta km (transporte de mercancías e interurbano de pasajeros)

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

COMPARACIÓN DE COMPORTAMIENTOS DEL GNC CON RESPECTO A LA GASOLINA Y GASÓLEO NATURALEZA DEL COMBUSTIBLE 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)

GAS NATURAL: ALTO NIVEL DE SEGURIDAD COMO COMBUSTIBLE VEHICULAR 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.

CONTENIDO INDUSTRIA DEL COMBUSTIBLE OBJETIVOS

INDUSTRIA DEL COMBUSTIBLE
CONTAMINACIÓN ATMOSFÉRICA Problema actual de la sociedad CAMBIO CLIMÁTICO SMOG FOTOQUÍMICO Causas Provocan LLUVIA ÁCIDA Emisiones de contaminantes a la atmósfera Fuentes EFECTO INVERNADERO Procesos industriales Desechos y agricultura Disolventes u otros productos Energía Transporte (terrestre) 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

NORMA EUROPEA SOBRE EMISIONES (EURO) 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)

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

EMISIONES CONTAMINANTES OTROS CONTAMINANTES No regulados pero dañinos (cancerígenos) Prácticamente nulas Menores niveles de ruido del motor y vibraciones CONTAMINACIÓN ACÚSTICA

CONTENIDO ESTACIONES DE SERVICIO DE GAS NATURAL OBJETIVOS

ESTACIONES DE SERVICIO DE GAS NATURAL
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

TIPOS DE PRODUCCIÓN PRODUCCIÓN CON ACUMULACIÓN PRODUCCIÓN INSTANTÁNEA 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 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). Se utiliza en estaciones GNC cuando se dispone de poco tiempo de llenado o se trate de una estación pública. ALMACENAMIENTO MEDIANTE TANQUE ÚNICO ALMACENAMIENTO EN CASCADA

ALMACENAMIENTO MEDIANTE TANQUE ÚNICO ALMACENAMIENTO EN CASCADA
ESTACIONES DE SERVICIO DE GAS NATURAL ALMACENAMIENTO MEDIANTE TANQUE ÚNICO ALMACENAMIENTO EN CASCADA 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

ALMACENAMIENTO TANQUE ÚNICO VS CASCADA % APROVECHAMIENTO (masa útil) Mayor en el almacenamiento en cascada (31% - 16%) VELOCIDAD DE LLENADO Mayor 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. Factor determinante para la mayoría de ingenieros y fabricantes. Además, el requerir una capacidad de almacenamiento prácticamente doble repercute directamente en su coste.

CONTENIDO 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

SITUACIÓN ACTUAL CAPACIDAD ESTACIÓN SOLUCIÓN ADOPTADA
ESTACIÓN DE SERVICIO DE GAS NATURAL PARA UNA FLOTA DE AUTOBUSES EN LA CIUDAD DE LAS PALMAS DE GC SITUACIÓN ACTUAL Proyecto propuesto Guaguas Municipales: Encargada del transporte urbano en la ciudad RENOVACIÓN DE 50 AUTOBUSES ANTIGUOS POR AUTOBUSES A GNC CAPACIDAD ESTACIÓN SOLUCIÓN ADOPTADA Consumo estimado por autobús: 130 Nm3/día Se considerará que los autobuses entran a la cochera a las y saldrán a las 6.00 por lo que se dispone de 8 horas 50 autobuses LLENADO LENTO Capacidad estación: 6.500 Nm3/día = 812,5 Nm3/h

ESTACIÓN DE SERVICIO DE GAS NATURAL PARA UNA FLOTA DE AUTOBUSES EN LA CIUDAD DE LAS PALMAS DE GC
ESTACIONES DE SERVICIO GNC(L) ESTACIONES DE SERVICIO GNC

FUNCIONAMIENTO DE LA ESTACIÓN
ESTACIÓN DE SERVICIO DE GAS NATURAL PARA UNA FLOTA DE AUTOBUSES EN LA CIUDAD DE LAS PALMAS DE GC FUNCIONAMIENTO DE LA ESTACIÓN Funcionamiento ordinario Funcionamiento nocturno 2 sectores de llenado (10 surtidores por sector) Cuando los depósitos de los autobuses alcancen 200 bar, se desvía el flujo hacia el segundo sector y así sucesivamente Mediante un botón en el panel de control se inicia el flujo hacia los vehículos de uno de los sectores Funcionamiento extraordinario Desviación de todo el flujo de gas a un solo surtidor Llenado rápido Almacenamiento en cascada con capacidad para 2 autobuses

IMPACTO AMBIENTAL: EMISIONES TEÓRICAS DE CO2
ESTACIÓN DE SERVICIO DE GAS NATURAL PARA UNA FLOTA DE AUTOBUSES EN LA CIUDAD DE LAS PALMAS DE GC IMPACTO AMBIENTAL: EMISIONES TEÓRICAS DE CO2 REACCIONES DE COMBUSTIÓN Diésel Gas Natural COMPARATIVA DE EMISIONES DE CO2 PARA UNA FLOTA DE AUTOBUSES A GNC/DIESEL

CONTENIDO ESTUDIO DE VIABILIDAD ECONÓMICA OBJETIVOS

ESTUDIO DE VIABILIDAD ECONÓMICA
Analizar 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 OBJETIVO PARÁMETROS A CONSIDERAR Inversión inicial Adquisición de autobuses a GNC Adquisición e instalación de una estación de suministro de GNC Horizonte temporal Vida útil de los autobuses y la estación de suministro (10 años) Costes Coste eléctrico debido al bombeo/compresión del gas natural Ingresos Combustible Mantenimiento de vehículos

INVERSIÓN INICIAL Adquisición autobuses Sobrecoste de €/autobús Sobrecoste flota: € Adquisición e instalación de estación de suministro

COSTES Coste eléctrico Opción I: Estación GNC (L) = ,06 €/año Opción II: Estación GNC = ,67 €/año INGRESOS Ahorro combustible Opción I: Estación GNC (L) = ,00 €/año Opción II: Estación GNC = ,79 €/año Mantenimiento Ahorro de €/año

DETERMINACIÓN DEL VALOR ACTUAL NETO (VAN) 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 RESULTADOS OPCIÓN I:GNC (L) OPCIÓN II: GNC VAN = ,55 € VAN = ,61 €

INTERPRETACIÓN DE RESULTADOS 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 ,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 €, incentivo suficiente para apostar por el proyecto

ANÁLISIS DE SENSIBILIDAD DE LA OPCIÓN II: ESTACIÓN GNC Coste real : Sumatoria de costes unitarios Coste supuesto: Tarifas Península COSTE GAS NATURAL Licuefacción Transporte Regasificación Distribución (gaseoductos) Coste gas natural en Canarias más elevado Canarias presenta ayudas políticas y económicas para asemejar los precios a los de la Península y no penalizar su condición de insularidad MARGEN DIFERENCIA COSTES COMBUSTIBLE VAN =0 X = Diferencia de costes entre el gas natural y gasóleo = ,54 € > ,54 €: Rentable = ,54 €: Económicamente indiferente < ,54 €: No rentable

OTROS BENEFICIOS Difíciles de cuantificar pero igualmente importantes Beneficio social Gran aceptación por parte de los usuarios de autobuses Posición privilegiada de la empresa 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

CONTENIDO CONCLUSIONES OBJETIVOS INDUSTRIA DEL GAS NATURAL

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

¡MUCHAS GRACIAS POR SU ATENCIÓN!
UNIVERSIDAD DE LAS PALMAS DE GRAN CANARIA ESCUELA DE INGENIERÍAS INDUSTRIALES Y CIVILES ¡MUCHAS GRACIAS POR SU ATENCIÓN! ESTUDIO DE VIABILIDAD TÉCNICA-ECONÓMICA DE LA IMPLANTACIÓN DEL GAS NATURAL COMO COMBUSTIBLE EN VEHICULOS DE TRANSPORTE PÚBLICO AUTORA: SANJANA HARESH SADHWANI

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