Использование гибридных силовых установок позволяет уменьшить вредные выбросы, но конечно не радикально, т. к. значительную часть пути автомобили проезжают на бензине или дизельном топливе. Поэтому, по сути, гибридные двигатели стали определенной ступенью к пониманию того, что можно создать автомобильный двигатель без шума и выхлопа. И этот автомобиль не будет потреблять нефтепродукты или природный газ, а только электрическую энергию. Главным энтузиастом, продвигавшим такой подход, стал американский предприниматель Илон Маск, который создал предприятие, серийно выпускающее электромобили «Tesla». К настоящему моменту времени практически все ведущие автоконцерны мира уже освоили или заявили, что готовы к выпуску легковых автомобилей. Также важно помнить, что транспортные средства, работающие на электроэнергии, уже нашли широкое применение на строительных площадках, промышленном производстве, складах и терминалах, где давно сформировался отдельный подкласс спецтехники - бесшумной, экономичной и соответствующей самым высоким экологическим требованиям. Широко используются электромобили и в сфере обслуживания - в парках, зоопарках, заповедниках, туристических и спортивных кластерах. В качестве довольно новой сферы применения электротранспорта должна стать коммерческая доставка грузов. Сама идея круглосуточного использования бесшумных машин, не загрязняющих окружающую среду, в мегаполисах, включая даже их центр, куда доступ транспорту с двигателем внутреннего сгорания зачастую закрыт вообще, настолько хороша, что заставляет производителей коммерческого транспорта создавать все новые концепты соответствующих этим требованиям грузовиков, которые со временем обретают жизнь полноценных серийных моделей. Развозные грузовики и фургоны, несомненно, наиболее привлекательные для производителей грузовых электромобилей, регулярно создающих новые модели машин различной грузоподъемности. Рассмотрим несколько образцов развозных автомобилей на электротяге от ведущих мировых автопроизводителей, часть которых уже производится серийно, а другие могут встать на конвейер в ближайшие годы. /8/
Немецкий автоконцерн «Mercedes» представил обновленную линейку фургонов Mercedes Sprinter. В числе «новинок» появилась и первая чисто электрическая модель серии. Не так давно компания официально озвучила все технические подробности электрогрузовика. Автомобиль имеет 5,9 метров в длину (с колесной базой 3,9 метра) и весом 3,5 тонны и оснащен 300-сильным электродвигателем. С таким двигателем фургон может развивать скорость до 80 км/час. Что касается аккумуляторных батарей, то их будет две версии: модель с батареей на 41 кВт-ч сможет преодолевать на одной подзарядке до 115 км, а модель с батареей 55 кВт-ч проедет уже 150 км. Одной из важных характеристик фургона является его грузоподъемность. Максимально в «eSprinter» может быть загружено до 1 тонны груза, объемом не более 10,5 м3. По сравнению со многими уже существующими на рынке моделями грузовиков, «eSprinter» получился «недальнобойным». Однако производитель считает, что электрофургон был создан преимущественно для внутригородских перевозок и с этой задачей он справится отлично. «Электрификация коммерческого транспорта подтверждает нашу убежденность в том, что будущее - за электроприводом, особенно для трафика внутри городов», - отмечает глава компании ФолькерМорнхинвег. Он убежден, что их транспорт на электротяге сегодня вполне конкурентоспособен на рынке, поэтому компания планирует инвестировать в эту сферу дополнительно 150 миллионов евро.
Королевская почта Великобритании имеет автопарк, состоящий из 49 000 грузовых автомобилей, и доставляет посылки по всему Соединенному Королевству. В парке находятся, как тяжеловозы, на которых посылки передвигаются между городами, так и компактные городские грузовики, которые ездят внутри городов. Именно их предполагается заменить электрогрузовиками и уже сейчас первые электрогрузовики, созданные для королевской почты, доставляют первые грузы в рамках тестовой программы. Если тестовый период пройдет успешно, то грузовики с дизельным двигателем начнут массово заменять специализированными почтовыми электрогрузовиками. Что представляют собой электрогрузовики, созданные фирмой «Arrival» для Королевской почты? Предполагается выпуск трех категорий грузовиков с грузоподъемностью 3 тонны, 6 тонн, и наиболее мощный - 7,5 тонн. Грузовики будут производиться непосредственно в Великобритании. Максимальная дальность поездки на одной зарядке аккумуляторов составит примерно 160 км. Для внутригородских перевозок этого вполне достаточно. Представители «Arrival» утверждают, что добиться такой дальности однозарядной поездки без чрезмерного повышения стоимости грузовика им удалось благодаря использованию сверхлегких композитов. Плюс к этому -- собственные разработки в силовой электронике и электродвигателях.
Помимо создания компактных грузовых электромобилей для внутригородских перевозок, ведутся разработки и гораздо более мощных электрогрузовиков, предназначенных для перемещения грузов на большие расстояния. Основной проблемой, которую предстоит решить, является необходимость использования аккумуляторных батарей большой емкости. Помимо высокой стоимости таким батареям требуется большой интервал времени на подзарядку, что усложняет процесс эксплуатации грузовиков. В рамках решения этой проблемы компания «Siemens» предложила дизель - электрическое гибридное транспортное средство последовательного действия. Грузовик оснащается дизельным двигателем небольшой мощности, электродвигателем постоянного тока с функцией электрогенератора, пантографом (устройство, используемое для электропоездов) для получения электроэнергии и блоком литий-ионных аккумуляторных батарей. Таким образом, зарядка батарей может происходить в процессе движения электрогрузовика, как это показано на рис2.Участок тестовой электрифицированной автомобильной дороги обустроен в Калифорнии на
шоссе, по которому перемещается до 40 % всех грузов, прибывающих в США через морские порты Лонг-Бич и Лос-Анджелеса. Именно эти районы Лос-Анжелеса очень страдают от шума и выхлопных газов. В тестировании электрифицированных линий участвовали в основном гибридные грузовики, оборудованные как дизельными двигателями, так и литий-ионными батареями, позволяющими грузовикам преодолевать расстояния от одного участка электротрассы к другому на одном заряде. После того, как грузовик снова оказывается на электрифицированном участке дороги, аккумуляторная батарея автоматически переключается в режим подзарядки и подпитывается электроэнергией от проводов. Дизельный двигатель нужен гибриду на тот случай, если батарея разрядится на не электрифицированном участке дороги.
Рисунок 2. Электрифицированная автомобильная дорога
Такая схема работы действительно может сделать крупный междугородный автотранспорт экологичным и дешевым в обслуживании. Остаются вопросы только с стоимостью обустройства таких электродорог. «Принцип троллейбуса» -- не единственная разработка по данной теме. Есть и другой проект электротрасс. Здесь энергия будет подаваться по специальным рельсам, от которых электромобиль подпитывается энергией с помощью специальных «подошв». Этот вариант предпочтительнее первого, поскольку им могут пользоваться все участники движения, как электрогрузовики, так и легковые электромобили. Говоря про аккумуляторные батареи, надо отметить, что они остаются самым важным и дорогостоящим узлом всех электромобилей. Финансовое агентство
«Bloomberg New Energy Fmance» опубликовало отчет о динамике снижения цен на литий-ионные аккумуляторы за семь лет (рис.3). Из этого документа видно, что в 2010 году цена за 1 кВт-ч емкости АКБ составляла примерно 1000 долларов. Потом она начала снижаться примерно на 20 % ежегодно и уже в 2016 году цена за 1 кВт-ч емкости АКБ не превышала 275 долларов. При сохранении такой тенденции по снижению цен на батареи, количество желающих приобрести электромобиль будет только возрастать
Рисунок 3. Стоимость 1 кВт-ч емкости АКБ
Подводя итоги, можно отметить, что цена сегодня становится главным барьером к распространению электрифицированного автотранспорта. Грузоперевозки - это финансово мотивированный рынок. Как только будет доказана экономическая эффективность электрогрузовика, то сразу может произойти взрывной спрос на них.
Перспективы коммерческого электротранспорта в России.
Российские производители коммерческих автомобилей также проявляют интерес к электрифицированному автотранспорту, понимая при этом, что для нашей страны это перспектива послезавтрашнего дня. Так крупнейший отечественный производитель грузовиков КАМАЗ заявил, что наряду с развитием газомоторного и беспилотного направлений начинает работу над созданием автомобилей, которые в качестве силового агрегата будут оснащаться электродвигателем. Испытания элетрогрузовика компания начала на базе модели КАМАЗ-4308. Тестирование электромобиля включает в себя как проверку его основных качеств и параметров, так и обкатку в реальных условиях. Запас хода электрогрузовика, по словам разработчиков, будет составлять около 50 километров; в перспективе эту цифру планируется увеличить. Представители КАМАЗ считают, что отечественные грузовики на электротяге найдут применение в городах и смогут достойно конкурировать с зарубежными аналогами.Горьковский автомобильный завод представил электрический фургон (рис.4). В Газели установлен электрический двигатель Siemens, номинальная мощность которого равна 86 л. с., а максимальная мощность составляет 133 л. с. Аккумуляторные батареи для Газели разрабатывает отечественная компания «Спец Авто Инжиниринг» -- их три вида в зависимости от емкости: минимальная -- 23 кВт-ч, средняя - 47 кВт-ч и максимальная - 70,5 кВт-ч. С аккумуляторной батареей 70,5 кВт-ч и электродвигателем фургон сможет разогнаться до 110 километров в час. Разработку Горьковского автомобильного завода уже одобрил Росстандарт. Наличие этого документа позволит продавать электрические Газели во всех странах Таможенного союза.
Рисунок 4. Коммерческий электромобиль «Газель»
Другим примером заинтересованности российских производителей в развитии идеи электротранспорта может служить электробус ЛИАЗ. Он проезжает 200 километров на одной подзарядке. Автобус ЛИАЗ-6274 с электродвигателем и литий- ионными аккумуляторами - совместная разработка компаний «Русские Автобусы - Группа Газ» и «МОБЭЛ». Автобус ЛИАЗ-6274 рассчитан на перевозку 90 пассажиров и , по мнению разработчиков, отвечает всем современным требованиям, предъявляемым к городскому общественному транспорту. Его достоинства - низкие эксплуатационные расходы, повышенный комфорт для пассажиров за счет низкого уровня шума и вибрации в салоне, отсутствие вредных выбросов в атмосферу.
Использование новейших технологий на автомобильном и электрическом транспорте общего пользования.
В предыдущих главах были рассмотрены преимущества различных автотранспортных средств, использующих электрические силовые установки. Этиавтомобили имеют большие преимущества перед традиционным автотранспортом, т. к. они не загрязняют окружающую среду и не способствуют развитию «парникового» эффекта. Однако в полной мере это будет справедливым, если при производстве электроэнергии не будет использоваться органическое топливо. В противном случае положительный эффект от использования электрических автомобилей будет совсем не таким убедительным. Для получения электрической энергии, без загрязнения окружающей среды, можно использовать возобновляемые источники энергии, например солнечную, энергию ветра и т. п. Такой подход реализуется во многих странах мира, где «зеленая» энергетика стала государственным приоритетом. Однако процесс этот сложный, связанный с преодолением многих препятствий и вряд ли позволит в обозримом будущем обеспечить «зеленой электроэнергией» все транспортные средства, переводимые на электрическую тягу. Кроме того, очень привлекательным является производство электрической энергии непосредственно на самом транспортном средстве. И это возможно при использовании электрохимических энергоустановок на основе топливных элементов (ТЭ). В самом принципе электрохимического преобразования энергии заложено условие экологической безопасности /6/. При использовании водорода электрохимическая энергоустановка не дает никаких вредных выбросов, а при использовании метана выбросы будут на 1 - 3 порядка меньше, чем при сжигании нефтепродуктов. В работе /6/ проанализирован выброс парниковых газов (СО2, СН4 и N02) при использовании бензина, дизельного топлива, природного газа и водорода, полученного из природного газа и биомассы, в легковых и грузовых автомобилях, работающих на ДВС и электрохимической энергоустановке.
Низкий выброс вредных веществ обусловлен отсутствием прямого взаимодействия топлива и окислителя, относительно низкими температурами в ТЭ и предварительной подготовкой топлива. Большинство электрохимических установок практически бесшумны, имеют высокий КПД и соответственно более низкий удельный расход топлива.
Электрохимические энергоустановки уже устанавливаются на различные типы транспортных средств. Так например, в России разработан прототип первого водородного трамвая. Он должен пройти тестовые испытания на улицах Санкт- Петербурга. На уже существующей модели трамвая ЛМ-68М была установлена электрохимическая энергоустановка на водороде. Общий вид опытного образца трамвая, использующего электрическую энергию, произведенную с помощью топливных элементов представлен на рисунке 5.
Рисунок 5. Модель трамвая Лм-68М
Пантограф трамвая демонстративно опущен, так как теперь нет необходимости в контактной сети. Если испытания пройдут успешно будет построен опытный образец уже с использованием наиболее перспективной модели трамвая.
Подводя итог всему вышесказанному, можно прийти к выводу, что наиболее выгодными, с экономической и экологической точки зрения, являются автомобили, силовая установка которых использует природный газ или электрическую энергию. Они имеют больше преимуществ по сравнению со своими предшественниками, оснащенными дизельными или бензиновыми двигателями. Чем быстрее и последовательнее будет совершен переход от использования нефтепродуктов к природному газу и электроэнергии, тем скорее улучшаться условия жизни людей, особенно в крупных городах. С учетом этого государству следует стимулировать производителей переходить на более экологически чистые виды энергии, а также ограничить въезд автомобилей, использующие нефтепродукты, в центральную часть городов. Подобного рода действия позволят кардинально снизить уровень загрязнения атмосферного воздуха в крупных городах не менее чем на 20%. Например, использование экологически чистых автомобилей в промышленном центре Урала, в Челябинске позволит снизить объем вредных выбросов, примерно на пять тысяч тонн в год. Еще одной мерой, которая будет способствовать большему распространению «зеленых» автомобилей, является стимулирующие выплаты населению, приобретающему транспортные средства с новейшими технологиями.
Т.к. разработка, создание и внедрение новых технологий требуют определенных временных и денежных ресурсов, то необходимо использовать и приведенные в реферате социальные технологии, которые позволят сократить в целом количество личного транспорта. Самое простое решение - использование общественного транспорта и такого направления, как «саеп». Подобного рода технологии позволят решить хотя бы часть проблем актуальных на сегодняшний день: сокращение транспорта на дорогах, снижение вредных выбросов и т.п.