Электроэффективный транспорт

Заправка электромобилей является ахиллесовой пятой для этого вида транспорта. Фото Reuters

Мало кто знает, что когда-то на заре автомобиля электрические «самодвижущиеся экипажи» на равных конкурировали со своими собратьями на жидком топливе. Но как только появились двигатели внутреннего сгорания (ДВС) современного типа, началось отмирание машин на электротяге. Ведь удельная энергоемкость моторного топлива в сотни раз выше, чем у аккумуляторов. Последнее утверждение, кстати, практически верно до сих пор, при всех новейших технологиях.

Электрическая тяга в той или иной мере сохранилась лишь в мощных машинах. Активно вошла в ж/д и водный транспорт. Но в зоне ниже 1 тыс. л.с. с такой трансмиссией не было места. Брала свое компактность, дешевизна, относительная эффективность и надежность механики.

Маятник начал обратное движение в 60–70-е годы XX века. Сначала электрическая трансмиссия заняла прочное место в крупных машинах – карьерных самосвалах. А потом произошла революция.

 Появились постоянные магниты невиданной мощности, потом – новые мощные транзисторы с полевым управлением. Наконец, новые накопители энергии: литий-ионные аккумуляторы и суперконденсаторы.

И если первые два прорыва открыли двери просто тяговому электроприводу, то последний – гибридным силовым установкам. У гибридной машины помимо основного источника энергии (к примеру, дизеля) на борту есть другой накопитель энергии. Вторым источником и является накопитель электроэнергии. Он подзаряжается за счет кинетической энергии торможения, которая раньше сжигалась впустую. 

Преимущества электротяги

Кратко сформулируем перечень преимуществ электромеханической трансмиссии и гибридной силовой установки перед традиционными схемами. В первом случае традиционной можно считать механическую трансмиссию или более совершенную гидромеханику (включая разного рода «автоматы»). Во втором случае – силовую установку на базе двигателя внутреннего сгорания (ДВС).

Электрическая трансмиссия без накопителя электроэнергии применяется главным образом в дорожно-строительной, сельскохозяйственной, лесной и специальной технике и позволяет: 

– снизить динамические нагрузки на узлы машины в целом и на ДВС в частности; 

– уменьшить буксование колес, снизить расход топлива, а значит, и выхлопы (экономия 10–20%, в отдельных режимах – до 30%); 

– регулировать скорость бесступенчато (электрическая трансмиссия – «автомат»);

– исключить сложные и дорогие механические компоненты (многие из них в России не производятся);

– дать суммарный КПД трансмиссии выше, чем у аналогов (80–90% и выше против 70–80%);

– повысить надежность (ресурс электрических компонентов на порядок выше, чем механических);

– снизить эксплуатационные затраты (объем ТО падает вдвое); 

– повысить маневренность и проходимость (управлять энергией в электрической форме намного точнее и быстрее, чем механическим приводом).

Гибридная энергоустановка наиболее эффективна для транспортных средств, работающих в циклах с частыми колебаниями нагрузки. 

Применение: автобусы, развозные грузовики и мусоровозы, легкий коммерческий транспорт, пассажирские машины, некоторые виды промышленной и сельхозтехники (фронтальные погрузчики и т.п.).  Перспективна она и для военной техники.

Преимущества гибридов:

– экономия топлива; 

– ДВС работает с оптимальной топливной эффективностью;

– возможность исключить штатные стартер и генератор, ременные передачи ДВС, традиционную батарею 12/24 В (наименее надежные узлы любой машины);

– можно применять ДВС меньшей мощности (на 20–30%);

– резкое увеличение ресурса работы ДВС, тормозов;

– снижение до 10 раз выбросов «парниковых газов», канцерогенов, углеводородов, сажи;

– возможность выключить ДВС в замкнутых пространствах и на остановке; 

– повышение комфортности (снижение шумности, вибраций, лучшая управляемость);

– доступность таких опций, как «электрический дифференциал», режимы «антиюза» и «антиблокировки» («электронные EBS и ABS»).

Все вышеперечисленное позволяет повысить производительность, снижает стоимость жизненного цикла, экологический ущерб, уменьшает себестоимость перевозок. Фактически появляются транспортные средства принципиально нового поколения.

Что в минусах? В основном три вещи, но очень важные:

– неумение применять новые виды техники;

– дополнительная стоимость, порой весьма существенная;

– нишевое применение.

Все известные автобренды уже выпускаются и в электромобильной версии. Фото Reuters

Машины на топливных элементах сжигают кислород в огромном количестве. Странно выглядят проекты метропоездов и шахтных транспортеров на их основе.

Электромобили – дороги и экологически неэффективны (если учитывать полный жизненный цикл и подсчитать реальные затраты и выбросы, включая субсидии и утилизацию). Это примеры неправильного применения зеленого транспорта.

Что до цен, то действительно они весьма высоки, особенно в развитых странах. Поэтому гибридный 12-метровый автобус стоит на 150 тыс. евро дороже обычного и окупается лишь к концу своего ресурса. Поэтому практически все крупные закупки подобного транспорта субсидируются государством.

Лишь нишевое применение могут иметь электробусы. Применять их в обычных городских зонах – пускать деньги на ветер. «Электромеханика» подходит для внедорожных машин от 150 л.с., все проекты 100–120 л.с. неконкурентоспособны.

Но минусы можно при умелом применении сделать гораздо «тоньше» плюсов.

Широко шагая

Перечисленные преимущества перспективных «альтернативных» систем и ужесточение требований по экономичности и экологичности вызвали активность всех мировых производителей. 

Эти выгоды давно известны, скажем, производителям автобусов. Поэтому неслучайно, что продажи серийных гибридных автобусов начались еще в 1991 году. Пионером, как и в продвижении легковых гибридов, стала Toyota (их «дочка» Hino). С 1997-го лидеры по количеству коммерчески используемых гибридных автобусов – США и Канада. Только в США продано более 9 тыс. единиц. Заказчики – крупные города. Причем со временем удалось несколько уменьшить разницу в цене гибридного и обычного образца. Активную материальную и организационную поддержку их внедрению оказывают власти всех уровней, общественно-коммерческие организации. Стоимость владения сравнялась и даже стала ниже стоимости владения газовыми автобусами, которые раньше считались «чемпионами» экономичности.

Еще больший эффект достигается за счет комбинированной силовой установки на компримированном природном газе (CNG). Здесь при высочайшем уровне экологичности (Евро-6) значительна экономия топлива (расход меньше вдвое). Это увеличивает пробег автобуса, уменьшает стоимость перевозок, снижает эксплуатационные затраты за счет повышения ресурса газового ДВС.

Гибридные газовые автобусы идеальны для замены муниципального транспорта в крупных городах России. При этом следует учитывать и развитую заправочную сеть (проблема для Европы), и выгодную разницу в ценах на CNG между Россией и Западом.

Как только в России по поручению президента была принята программа замены муниципального транспорта на газовый, несколько китайских компаний (например, Hentong) предложили свои варианты покупки их гибридных автобусов на газомоторном топливе.

На сегодняшний день в мире насчитывается более десятка ОЕМ тягового привода. Компаний, выпускающих отдельные компоненты, интеграторов на порядок больше. Автопроизводитель без гибридных моделей в развитых странах рассматривается как компания «второго сорта». Это подтверждают и последние крупные выставки производителей транспорта – UITP, BusWorld, IAA и др. 

В Европе переломным стал 2010 год. Серийное производство гибридных автобусов начали сразу HESS, MAN, Mercedes, VanHool, VDL, Volvo, Scania, Solaris, Wrightbus, ADL, Optare. Примерно в это же время массовое производство стартует в Китае, причем как на внутренний рынок, так и с экспортом в ближайшие страны и даже в США. В КНР уже более 10 тыс. гибридных автобусов, только в прошлом году закуплено по 3 тыс. «гибридов» и электробусов. Модели гибридных автобусов появляются у всех ведущих фирм Кореи, Турции, Индии. Но автобусы – лишь один из примеров. Аналогична ситуация с гибридными автомобилями: легковыми и грузовыми. 

Электрическая трансмиссия, а иногда и гибридная схема все шире применяется в серийной строительно-дорожной и лесной технике: бульдозеры, форвардеры, фронтальные погрузчики, экскаваторы. Что касается сельского хозяйства, то ведущие производители сельхозтракторов активно ведут работы в этом направлении. Применение электропривода выгодно и в комбайнах, где работают десятки рабочих механизмов. 

Машины с электроприводом и гибридной силовой установкой захватывают все более широкую долю мирового рынка.

А как у нас?

В России тоже ведутся НИОКР по созданию транспортных средств с электромеханическими трансмиссиями, в том числе гибридных. Накоплен немалый опыт. Есть и проблемы: во многих НИОКР применялись импортные элементы. 

Вперед вышли довольно молодые коллективы с пониманием специфики тягового привода, силовой электроники, микроконтроллеров, накопителей энергии именно в колесном и гусеничном транспорте. Они вырастают в электротехнических холдингах либо под крылом у производителей транспорта. Нормальная практика, как и во всем мире. Причем, как и везде, мозги, понимание логики и физики процессов, умение грамотно управлять мощностью, правильно подбирать конфигурацию и режим работы оборудования едва ли не важнее, чем «железо».

Одна из таких команд возникла в концерне «Русэлпром». В активе первый российский гибридный автобус ЛИАЗ 5292ХХ, успешные совместные разработки с «Белкоммунмашем», «Богданом», «Волжанином». Вместе с МТЗ «Русэлпром» создал трактор с электротрансмиссией переменно-переменного тока «Беларус-3023» – первый в мире серийный колесный трактор с современной электромеханической трансмиссией.

Итак, наработки в России есть, и неплохие. Слово за государством.

«Курс – на инновации» 

Мы упоминали меры, принимаемые за границей для стимулирования экономичного и экологичного транспорта на электротяге. Положительные – субсидии на закупку таких машин и разработку новых моделей. Отрицательные – растущие штрафы за экологический ущерб, ограничения на движение и т.п. Между прочим, еще один стимул – негласное правило использовать альтернативный транспорт на крупных международных выставках и спортивных событиях вроде World Expo и Олимпиад. Еще ни одно событие подобного рода не обходилось без такого жеста доброй воли. Причем всегда использовались модели собственного производства. 

В России до сих пор ни одна из НИОКР не завершилась серийным производством – ни многоосных тягачей, ни гибридных автобусов, ни БТР, ни гибридных легковых и грузовых автомобилей.

В итоге «Русэлпром» создал несколько моделей гибридных автобусов с белорусскими и украинскими фирмами. КамАЗ создал гибридный автобус сам, использовав готовую австрийскую схему (вместо разработки собственной или использования российской). 

В России есть те, кто готов к разработке, изготовлению и поставкам комплектного тягово-энергетического электрооборудования для различных видов транспорта. Необходима модернизация производства. Имеющихся наработок достаточно не только для отдельных инновационных проектов, но и для модернизации имеющегося транспорта, что экономически выгодно. 

Наши производители транспортной техники в состоянии в кратчайшие сроки выйти на передовые рубежи в создании современных машин нового поколения. Было бы желание. Внедрение такой техники может стать достойным примером инновационного выхода отрасли из технологической стагнации и прививкой от экономического кризиса. 

Что нужно:

– четко выраженная государственная политика;

– внедрение современных экологических стандартов;

– реальная поддержка НИОКР;

– закупка современной техники для государственных, региональных и муниципальных нужд.

Только так мы сможем сделать наш транспорт по-настоящему эффективным и чистым.