Актуальные направления исследований в области повышения топливной эффективности парка эксплуатируемых самолетов и снижения выбросов парниковых газов в гражданской авиации с учетом требований Киотского протокола Текст научной статьи по специальности «Экономика и бизнес»

2008 НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК МГТУ ГА № 135

серия Эксплуатация воздушного транспорта и ремонт авиационной техники. Безопасность полетов

УДК 629.735

АКТУАЛЬНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ ИССЛЕДОВАНИЙ В ОБЛАСТИ ПОВЫШЕНИЯ ТОПЛИВНОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПАРКА ЭКСПЛУАТИРУЕМЫХ САМОЛЕТОВ И СНИЖЕНИЯ ВЫБРОСОВ ПАРНИКОВЫХ ГАЗОВ В ГРАЖДАНСКОЙ АВИАЦИИ С УЧЕТОМ ТРЕБОВАНИЙ КИОТСКОГО ПРОТОКОЛА

Б.Н. МЕЛЬНИКОВ, Ю.А. БОЛЬШУНОВ Статья представлена доктором технических наук, профессором Зубковым Б.В.

В первой части обзора, посвященного анализу возможных механизмов влияния авиации на глобальный климат [1], подчеркивается, что такое воздействие обусловлено в основном выбросами парниковых газов (ПГ), включая углекислый газ СО2 и метан СН4, образуемые при сжигании авиакеросина. В публикуемой статье, являющейся продолжением указанного обзора, приводится анализ достижений мировой практики и рекомендаций ИКАО по повышению топливной эффективности ГВС, внедрение которых гарантирует заметное снижение локального и глобального воздействия авиационных эмиссий на окружающую среду.

Известно, что основные направления, результаты и программы дальнейших исследований ИКАО в области охраны окружающей среды (ООС), реализуемые в рамках деятельности Комитета ИКАО по ООС от воздействия авиации (САЕР), опубликованы в последнее время в известных документах [2-5], свидетельствующих о значительных достижениях в области регламентации и дальнейшего снижения выбросов окиси углерода (СО), оксидов азота (NOX) и несгоревших углеводородов (ЦНС) на единицу тяги в соответствии с требованиями стандартов тома 2 Приложения 16 «Эмиссия авиационных двигателей», а также параметры стандартного взлетно-посадочного цикла LTO, широко используемого для расчета загрязнения атмосферы в аэропортах при полетах самолетов на сравнительно небольших высотах (до 915 м). Структура реализуемых при этом характерных режимов полета и относительные показатели выбросов загрязняющих веществ (ЗВ) для типичного современного самолета представлены на рис. 1. Однако в реальных условиях эксплуатации ГВС, включая полеты на значительных (крейсерских) высотах полета, во многом определяющих состав и величину характерных выбросов ЗВ, воздействующих на глобальный климат, гораздо шире. Об этом свидетельствуют данные, представленные в табл. 1, где показаны характерные количественные показатели выбросов ЗВ, включая ПГ, регламентируемые Киотским протоколом, для типичного осредненного парка существующих ГВС или устаревшего парка эксплуатируемых самолетов на внутренних и внешних авиалиниях зарубежных авиакомпаний в соответствии с рекомендациями международной методологии EMEP/CORINAIR, широко используемой в странах Европейской Конференции ГА (ЕСАС).

Результаты многочисленных исследований свидетельствуют о том, что масса выбросов ЗВ в ГА пропорциональна количеству сожженного в отрасли авиатоплива (например, при потреблении 1 кг керосина в атмосферу выделяется 3,15 кг СО2). По оценке ИКАО, представленной в докладе совещания САЕР/7 [ 3 ], общая масса потребляемого мировой ГА авиатоплива и соответствующие выбросы СО2 по годам с учетом прогнозов на период до 2025 года представлены на рис. 2. Очевидно, что выбросы ЗВ, а следовательно и масштабы воздействия авиации на окружающую среду непосредственно связаны с достигнутыми к на стоящему времени показателями топливной эффективности парка эксплуатируемых в ГА самолетов и двигателей. Сравнительная оценка численных показателей используемых при этом критериев экономичности для парка отечественных и зарубежных самолетов представлена на рис. 3 [4]. Результаты обобще-

Взлет

Тяга двигателя \ 100%

Продолжительность, мин: 0,7

Рис. 1. Характерные относительные значения расхода топлива и выбросов газообразных загрязняющих веществ для основных элементов стандартного взлетно-посадочного цикла ИКАО ЬТО на примере самолетов, оборудованных

двигателями семейства СБМ 56

к к Я й

Р Я *н со

8 № 43

8

43

Р

О»

Е

В

Р

СС

2

СҐ

Я

Я

о

«

о

й

п>

Я

я

Яс

о

о

в

п>

о

н

и

й

¡56

О

Я Р

43 о

ц 8

►3 -К

Р к

2 Є 2 к

о сс

2 Кс 1-й

О) и

43 о

В й

® в

н

43 Р

я я 2 ° Э я &

р 43

Н

Р Р

Н

п> кГ й > п> н ® >

н -

§ я и о Я *

Я со И Со Я Р

о я

ЯС И

Й я І-©' р

^ чз

я

я

43

О

И

СҐ

я

н

п>

Я

й

п>

Я

а

я

Яс

Я

и>

2

сс

Я

п>

Я

Я

¡56

Р

Я

>

я

м

И

43

О

Я

п>

Я

43

П>

Й

О

н

р

И

Й

сс

я

СҐ

о

О)

п

я

И

3 ъ

ТІ

я в 8

2 сґ о 1-4

Й 43 о ¡5а

н Й

р

н

р

с\

ю

о

И о

^ У

б ё

п> ¿3 2 Я

V- 43 Я О 2 » В м я Е

X X

я

о

«

п>

Й

п>

Яс

§ £

О)

*

Я

43

О

Й

Я

о

Яс

>5

!

х

а

►3

тз

а

§

то

а;

I

к

о

§

то

О/

о

®

а

а;

к

о

Таблица 1

Характерные значения выбросов ЗВ, используемые для расчета загрязнения атмосферы при эксплуатации типичного парка самолетов на внутренних и международных авиалиниях зарубежных авиакомпаний (по данным Европейской методологии ЕМЕР/СОКШАГО., 2003).

Местные авиалинии Топл. SÜ2 <N О О CÜ NÜx NM- VÜC Я C NÜ2

Станд. цикл ЬТО (кг/ЬТО)

Оср. парк (В737-400) 825 0,8 2600 11,8 8,3 0,5 0,1 0,1

Старый парк (737-100) 920 0,9 2900 4,8 8,0 0,5 0,1 0,1

Крейс.полет (кг/т топлива) Оср. парк (В737-400) 1,0 3150 2,0 10,3 0,1 0 0,1

Старый парк (737-100) - 1,0 3150 2,0 9,4 0,8 0 0,1

Международные авиалинии Топл. SÜ2 <N О C CÜ NÜx nm- VÜC Я C NÜ2

Станд. цикл LTÜ (кг/LTÜ)

Оср. парк (В767) 1617 1,6 5094 6,1 26,0 0,2 0 0,2

Оср.парк (м/дальн, В737-400) 825 0,8 2600 11,8 8,3 0,5 0,1 0,1

Оср.парк (б/дальн, В747-400) 3400 3,4 10717 19,5 56,6 1,7 0,2 0,3

Старый парк (БС10) 2400 2,4 7500 61,6 41,7 20,5 2,3 0,2

Стар.парк (м/дальн, В737-100) 920 0,9 2900 4,8 8,0 0,5 0,1 0,1

Стар.парк (б/дальн, В747-100) 3400 3,4 10754 78,2 55,9 33,6 3,7 0,3

Крейс.полет (кг/т топлива) Оср.парк (В767) 1,0 3150 1,1 12,8 0,5 0 0,1

Старый парк (БС10) - 1,0 3150 1,0 17,6 0,8 0 0,1

Summary of CAEP/7 Total Fuel Burn

Рис. 2. Уточненные данные ИКАО по оценке общего количества сожженного в мировой ГА авиатоплива и соответствующих выбросов парниковых газов в виде углекислого газа СО2 в период до 2025 года с использованием различных расчетных моделей (по данным док.САЕР7^Р/18, 2007,37с.)

Биттагу САЕР/7 Total СО2

4

Й*

о

о

8

©

4Р

I

1800

1600

1400

1200

1000

800

400

200

- -РАвТ -- — АГОТ/вАСЕ - АЕЮ2К -АЕМ - А1_1_

_

/

г ^ ^ о*

— ■

1 1 1 1

2000

2005

2010

2015

2020

2025

0

Продолжение рис. 2

Наблюдаемый в настоящее время существенный рост стоимости затрат на авиатопливо при эксплуатации самолетов заметно влияет на актуальность проблемы и усугубляет ее решение в ближайшие годы. Об этом свидетельствуют опубликованные в последнее время обобщенные данные Е.В. Бачурина о результатах деятельности российских авиакомпаний и анализа прогнозов их дальнейшего развития [5-8] с учетом необходимости ускорения обновления парка эксплуатируемых в РФ самолетов для обеспечения их соответствия современным требованиям по экономичности и ООС. Об этом свидетельствует информация, которая по данным указанных публикаций, для иллюстрации современного состояния проблемы, представлена на рис. 6-8.

Для решения проблем энергосбережения, т.е. повышения топливной эффективности и снижения за счет этого эмиссии используемых в парке российской Г А самолетов и двигателей, определенный практический интерес могут представить известные рекомендации и разработки, широко используемые в международной практике в последнее время [9-11].

Рис. 3. Прогресс в области совершенствования показателей топливной эффективности отечественных и зарубежных двигателей и самолетов, определяющих масштабы влияния выбросов загрязняющих веществ в атмосферу вблизи аэропортов и на высотах крейсерского полета ВС

Годы

Рис. 4. Характерная зависимость изменения топливной эффективности по годам в период 1970 - 2020гг. для парка самолетов государств-членов IATA (по данным IATA Environment Review 2000, 76 p.)

Параметры Расход топлива (л/100 ткм) Выбросы СО2 (кг СО2/ткм)

Базовое значение для 1990года 56,1 1,42

Целевая норма 2012г. по Киотскому протоколу 41,6 1,05

1. прогноз 1АТА на 2000-2012годы.

2. фактические значения для самолетов парка 1АТА на 1970 - 1995г.

3. базовая величина 1АТА для1990года.

4. Базовое значение КАБА на 1992 и 2015 годы.

Таблица 2

Целевые нормативы национального плана США (2007 год) исследований и развития воздушного транспорта в период до 2020 года в области уменьшения воздействия ГА на окружающую среду (по данным Flight Int., 2008, v. 173, № 1521, р. 20)

Поколение и годы внедрения новых самолетов в эксплуатацию Повышение топливной эффективности и снижение выбросов СО2 Снижение NOX отн. норм САЕР/2 Снижение шума отн. норм гл. 4 (сумма уровней в 3-х к/точках) Цели Европ. прогр. ACARE на 2020 год

N+1 в период до 2015 года 33% • СО2 50% • NOx 80%

N+2, 2020-25 гг. 40% 42 ЕР^Б • Сниж. АШ на 20 ЕР^Б

N+3, 2030-35 гг. 70% 80% 62 ЕР^Б (отн. 2000 г.)

'’к

-12.9

GE90-115В"

Средние самолеты Дапьн. 3000 м.м. 0,85М, 305 пасс. \

-30.6

Крупные<— самолеты Дальн. 3000 м.м. 0,85М, 420 пасс.

Очень большие самолеты Дальн. 3000 м.м. 0,855М, 571 пасс.

Рис. 5. Исследования фирмы Боинг по улучшению показателей топливной эффективности существующих гражданских самолетов различной размерности при внедрении в практику Г А результатов программы NASA UEET с учетом реализации целевой нормы снижения расходов топлива ТРДД на 15 % (по данным док. CAEP «NASA AST and

programs», 2002, 28р.)

Актуальные направления исследований... 109

40 35 30 25 20 15

а 10

<1 5

0

35,9

37

31,6

-281----------------27,6-

26

Ми

ро

вая

ГА

2002

2003

2004

2005

2006

2006

Годы

Рис. 6. Затраты на авиа ГСМ в себестоимости авиаперевозок российских авиакомпаний

(по данным Е.В.Бачурина [5])

80

60

§ 40

X

о

ГС

а

гс

в

20 -

72,4

50,9

38,9

1 1 1

Иностранные ВС

Российские ВС новрго поколения

Прочие российские ВС

Рис. 7. Осредненные показатели топливной эффективности парка самолетов российских авиакомпаний (по данным Е.В.Бачурина [5])

Рис. 8. Структура парка эксплуатирующегося в российских авиакомпаниях пассажирских самолетов с учетом показателей и топливной эффективности (по данным О.Ю. Страдомского[8])

0

ЛИТЕРАТУРА

1. Мельников Б.Н., Мунин А.Г., Большунов Ю.А. Политика и программа действий ИКАО по уменьшению воздействия гражданской авиации на глобальный климат: сущность проблемы и возможные механизмы влияния // Научный Вестник МГТУ ГА, серия Эксплуатация воздушного транспорта и ремонт авиационной техники. Безопасность полетов (статья в данном Вестнике).

2. Обновленная резолюция «Сводное заявление о постоянной политике и практике ИКАО в области охраны окружающей среды», принятая на 36-й сессии Ассамблеи в сентябре 2007 года (по данным док. А36-ШР/355, 2007, 43 с.)

3. Доклад 7-го совещания Комитета ИКАО по охране окружающей среды от воздействия авиации (Монреаль, февраль 2007 года). Док. 9886, САЕР/7, 548 с.

4. Vjyjuhfabz @Fdbfwbz b ukj,fkmyfz fnvjcathf@ ||Aviation and the global at-mosphere/ Ed. by J.E.Penner et al. Cambridge Univ. Press, 1999, 388 p.

5. Бачурин Е.В. Развитие авиаперевозок и парка воздушных судов авиакомпаний Российской Федерации. Доклад на авиационном форуме «Крылья России». Москва, октябрь 2007, 56 с.

6. Страдомский О.Ю. и др. Взгляд на проблемы развития парка ВС в России. Сб. докладов 6-й научной конф. по гидроавиации «Гидроавиасалон - 2006». М., 2006, Ч. 1. - С. 118-123.

7. Комаров А., Синицкий А. Авиакомпании. Прогноз на будущее // Авиатрансп. обозрение, 2007, ноябрь. -С. 12-15.

8. Dobbie L. Airlines see direct link between improved environmental performance, sustainable growth. ICAO Journal, 1999, v. 54, № 7, р. 15-17, 29.

9. Эксплуатационные возможности сведения к минимуму потребления топлива и уменьшения эмиссии. Циркуляр ИКАО 303-AN/176, 2004, 138 с.

10. Технические возможности снижения эмиссии парниковых газов авиационных двигателей. Док. САЕР/5-WP/76, 2001, 8 с.

11. Результаты экономического анализа потенциальных возможностей снижения выбросов углекислого газа СО2 в авиации с использованием рыночных механизмов. Док. САЕР/5-1Р/9, 2001, 58 с.

URGENT RESEARCH DIRECTIONS IN THE FIELD OF FUEL EFFICIENCY INCREASE OF THE AIRCRAFT FLEET IN SERVICE AND IN THE FIELD OF HOTHOUSE GAS EMISSION DECREASE IN CIVIL AVIATION WITH ACCOUNT FOR THE REQUIREMENTS OF KIOTO

PROTOCOL

Melnikov B.N., Bolshunov Yu. A.

The analysis of the world achievements and ICAO recommendations are presented with respect to an increase of efficient showings for the aircraft fleet in service and engines as well as to decrease of pollution emissions due to these achievements

Сведения об авторах

Мельников Борис Николаевич, 1935 г.р., окончил ХАИ (1960), кандидат технических наук, возглавляет отдел охраны окружающей среды от воздействия авиации ГосНИИ ГА, автор более 10 научных работ, область научных интересов - регламентация и снижение неблагоприятного влияния авиационного шума и выбросов авиадвигателями загрязняющих веществ.

Большунов Юрий Александрович, 1960 г.р., окончил МИИГА (1983), сотрудник ОАО «Аэрофлот», автор 3 научных работ, область научных интересов - инженерная экологии, экологическая безопасность ГА.