Меню

четверг, 20 сентября 2012 г.

Альтернативное топливо: сила тока




За сотню лет автомобиль прошел огромный путь развития, превратившись из примитивной дымящей телеги в быстроходный и комфортабельный транспорт, напичканный всевозможной электроникой. Современная машина может обогревать или охлаждать своих пассажиров, развлекать их музыкой и телевидением, "знает дорогу" и даже может самостоятельно парковаться.
Невзирая на эволюцию, в качестве движителя ультрасовременного экипажа по-прежнему выступает так называемый отто-мотор - четырехтактный двигатель внутренного сгорания. Как и 100 лет назад, для его работы в бак необходимо заливать углеводородное топливо - продукты перегонки нефти.
Между тем, альтернативные источники энергии были известны конструкторам еще раньше, чем традиционный ДВС! И с каждым годом электромобили из "чистой теории" все больше переходят в практическую плоскость. Сегодня встретить автомобиль, работающий на электричестве, реально встретить на улице! Причем не только Парижа или Токио, а даже Киева или Донецка. А это значит, что прогресс не остановить и рано или поздно гибриды и "чистые" электромобили вытеснят традиционные ДВС из-под капотов автомобилей.



Немного истории
Электромобиль опередил традиционный ДВС, появившись еще в 1841 г. Более того, в начале ХХ века в Нью-Йорке работало в такси до 70 тысяч (!) электромобилей. На электрическом приводе ездили не только легковушки, но и грузовики и  омнибусы.
Небольшой по современным меркам запас хода на электроэнергии в то время был вполне на уровне бензиновых современников.
Зарядка электромобиля происходила очень непросто - для неё применяли электромотор, работавший от переменного тока. От него работал генератор, который и заряжал сами батареи.
Фердинанд Порше сделал гибрид больше 100 лет назад
Электромобили не просто успешно существовали на заре автомобилестроения, но и устанавливали мировые рекорды скорости! В отличие от современных "тихоходов", электромобиль La Jamais Contente (вечно недовольная - фр.) в 1899 г. первым в мире достиг 100-километровой отметки скорости, разогнавшись до 105,882 км/ч.
Примерно в то же время американский электрокар проехал на одной зарядке путь от Чикаго до Милуоки (167 км) со средней скоростью 55 км/ч.
Электромобиль-рекордсмен, преодолевший
отметку 100 км/ч
Современники (энциклопедия Брокгауза и Ефрона) весьма точно сформулировали суть электромобилей больше ста лет назад: «Самым многообещающим типом автомобиля в будущем можно считать электрический, но пока он ещё недостаточно усовершенствован. Электрические двигатели не дают ни шума, ни копоти, они, бесспорно, удобнее и совершеннее всех других, но А. должен везти свой источник энергии: аккумуляторную батарею, которая пока ещё слишком тяжела и непрочна. Поэтому невозможно возить с собою запас энергии на длинный путь, а вновь заряжать аккумуляторы и заменять истощённые другими возможно лишь при езде в городах или от одной специально устроенной станции до другой. Существуют уже более лёгкие аккумуляторы Эдисона, но они ещё не получили распространения, так как, вероятно, ещё недостаточно усовершенствованы своим изобретателем».
В дальнейшем автомобили не ездили на электричестве вплоть до 60-х годов ХХ века, а после нефтяного кризиса начала 70-х интерес к альтернативным источникам энергии усилился, вследствие чего десятки фирм и производителей занялись разработкой электромобилей и гибридов. Уже к началу ХХ века автомобили с гибридным приводом стали вполне привычными во многих странах, хоть и не получили массового распространения во всем мире. А пару лет назад наступление на реальный рынок начали «чистые» электромобили.

Гибриды
Предтеча гибридного Cayenne - VW Golf
с дизель-гибридной силовой установкой
Принципиальное отличие гибрида от «чистого» электромобиля в том, что у него под капотом присутствует вполне традиционный бензиновый ДВС. Благодаря этому на автомобиле можно продолжать движение даже в случае, если заряд батарей иссякнет. Идея подобного «тяни-толкая» не нова: первым автомобилем с гибридным приводом считается Lohner-Porsche, разработанный Фердинандом Порше в 1900-1901 гг.
В современных гибридах применяют схему, при которой происходит совмещение тяги двигателя внутреннего сгорания и электродвигателя. Благодаря этому на малых нагрузках ДВС не используется совсем, а в режиме торможения двигателя происходит рекуперация кинетической энергии, что повышает КПД силовой установки.
Гибридный автомобиль сочетает преимущества электромобиля и авто с ДВС. При этом используются различные схемы подключения двигателя к приводу - параллельная (через дифференциал) и последовательная, при которой ДВС соединяется только с накопителем, который связан с тяговым электродвигателем. Эта схема нехарактерна для легковых автомобилей, а вот "смешання" последовательно-параллельная применяется на автомобилях Toyota.
Для повышения эффективности силовой установки большинство производителей остановилось на смехе "ДВС-батарея-электромотор". Умная бортовая электроника сама решает, когда нужно включать электромотор или запускать бензиновый двигатель. В некоторых случаях авто может ехать только на электротяге, как "чистый" электромобиль, но возможна и обратная ситуация - авто работает только на бензине.

Гибридный Cayenne сочетает в себе
и ДВС, и электродвигатель
Некоторые страны поощряют покупку гибридов и предоставляют их владельцам налоговые льготы и другие преференции.
Гибрид Honda CR-Z официально
представлен в Украине
Поскольку мощность разных двигателей суммируется, производители могут позволить себе использование относительно слабого и экономичного ДВС. Дальнейшее развитие электроники привело к совершенствованию схемы и повышению её КПД. Экономия достигается оптимальным режимом работы двигателей в зависимости от дорожных условий и нагрузок. Благодаря совершенному управлению с помощью бортового компьютера гибриды работают эффективнее как традиционных "бензинок", так и "чистых" электромобилей, взяв от каждого из типов все наилучшее. Не в последнюю очередь гибриды активно продвигаются производителями благодаря экологичности, а их динамические характеристики остаются на приемлемом уровне. Недостаток - высокая сложность конструкции и вес. В отличие от "чистого" электромобиля, у гибрида сохранен весь набор "рудиментов" обычного автомобиля - гидроприводы тормозов и рулевого управления, жидкостная система охлаждения и т.д. Из-за постоянного отключения ДВС возникают проблемы с охлаждением и отоплением салона, а за ремонт силовой установки возьмутся далеко не везде даже в цивилизованной Европе, не говоря уже о наших реалиях.
Некоторые производители (к примеру, Mitsubishi и Renault) сконцентрировали все свои усилия на разработке не гибридов, а именно электромобилей в чистом виде.

Электромобили
У "чистого" электромобиля есть два главных преимущества по сравнению с традиционными автомобилями и гибридами. Это «нулевой  выхлоп» и низкая стоимость эксплуатации - ведь полная зарядка АКБ обойдется заметно дешевле, чем заправка бензином. В итоге стоимость километра на электричестве и бензине разнится на порядок – на сотню километров пробега на зарядку потребуется потратить эквивалент стоимости… одного литра бензина!. Кроме того, электромобиль практически не издаёт шума, а его конструкция не требует применения антифризов, трансмиссионного масла, тормозной жидкости,  фильтров и других деталей, что также означает упрощение технической части и увеличение межсервисного интервала..

Электромобиль Opel с трехфазным асинхронным
двигателем мощностью 40 кВт.
За четыре года испытаний десять построенных
экземпляров проехали в сумме 350 тысяч км
За счет особенностей конструкции электромотора нет нужды в переключении передач, что значительно упрощает конструкцию трансмиссии, а электромотор можно использовать как для подзарядки АКБ в режиме рекуперации, так и для остановки автомобиля.
Nissan Leaf - первый победитель конкурса
"Автомобиль года" на электротяге
Как и гибрид, электромобиль приводится в движение с помощью тягового электродвигателя, но бензиновый «подстраховщик» отсутствует. Это значит, что при существенном разряде батарей машина может встать и  «в чистом поле», а дальнейшее движение будет возможно только после подзарядки батарей.
«Недальнобойность» является главной проблемой современных электромашин. Несмотря на 150 лет эволюции, батареи пока так и не приблизились по параметрам запаса хода к бензиновым аналогам. И если для гибрида разряженный аккумулятор не особо страшен, то в случае с «чистым» электромобилей все обстоит гораздо печальнее. Ведь подзарядка батареи от «бытовой» розетки не слишком эффективна, а специальные «электро-АЗС» являются экзотикой даже в Европе.
Как и полагается "китайцу", Eva-2 относительно
доступна даже украинцам. Про другие электромобили
этого не скажешь
Электромобили могли бы получить массовое применение при наличии развитой инфраструктуры не только по подзарядке, но и по быстрой смене разряженных батарей на заряженные. В случае массового выпуска наверняка снизилась бы и цена, а пока что основные недостатки электромобилей никуда не делись. В первую очередь, это высокая стоимость батарей и небольшой запас хода на одной зарядке, относительно невысокий ресурс и проблемы с отоплением и охлаждением салона – ведь для работы кондиционера или электрического отопителя необходима электроэнергия! А это значит, что и без того маленький запас хода упадет еще больше...
В странах с холодным климатом у автомобилей на электротяге возникает еще одна эксплуатационная проблема: на холоде ёмкость батарей заметно падает, а в в сильный мороз АКБ может и вовсе замерзнуть! В любом случае, срок службы батарей пока ограничен на уровне 5-8 лет, причем с заметной деградацией аккумуляторов со временем. Эта особенность заметно ограничивает сферу применения электромобилей, а с учетом немаленькой цены (электромалолитражка без учета налоговых льгот по цене сравнима со среднеразмерным кроссовером!) они пока еще не могут конкурировать на равных с отто-мотором и детищем Рудольфа Дизеля.
Впрочем, большинство недостатков электромобиля преодолимы при его массовом производстве и развитии соответствующей инфраструктуры. Например, в 2010 г. электромобиль «lekker Mobil» на базе Audi A2 проехал  на одной зарядке из Мюнхена в Берлин (605 км) со средней скоростью 90 км/ч по дорогам общего пользования в обычном режиме с постоянной работающими системами отопления и вентиляции. Символично, что 29 ноября 2010 года победителем конкурса «Европейский автомобиль года» впервые стал электромобиль - Nissan Leaf. 

Рыночное предложение
Во всем мире продаются самые разные гибриды и электромобили – от небольших малолитражек Mitsubishi i-MiEV до роскошных кроссоверов Porsche и представительских седанов Lexus. Лидером по производству гибридов является японская Toyota, а в «чистом электричестве» пальму первенства разделяют Mitsubishi и Renault.
C каждым годом мировой рынок электромобилей и гибридов растет на 30-40%, но в абсолютных цифрах объемы пока относительно невелики, хотя в тех же  США за 10 лет  продано более миллиона электромобилей.
Отрадно, что «заправляться от розетки» можно и в Украине: китайская компания BIO Automotive предлагает две модели электромобилей - двухместную evA-2 стоимостью около 10 тысяч евро и пятиместную evA-5 за 13 тысяч. Запас хода достигает 120 км, а максимальная скорость - 80 км/ч. При этом расчетный срок службы батарей составляет 3-5 лет, а время заряда колеблется от 6 до 8 часов. Чтобы проехать сотню километров на электричестве, на зарядку потребуется потратить примерно 5-6 гривен.
Не так давно в Украине появился еще один электромобиль – японский Mitsubishi i-MiEV, который по договоренности с импортером получила в свой корпоративный парк для испытаний донецкая компания ДТЭК. Приобрести же в частном порядке i-MiEV пока нельзя.



Олег Полажинец

Фото предоставлены автором

Комментариев нет:

Отправить комментарий