Сарвар Кадыров – Электромобили (страница 3)
Для работы автомобиля требуется вполовину меньше топлива, по сравнению с обычным автомобилем такого же размера и мощности, а значит, и выделяется в атмосферу в два раза меньше СО2. Другие выбросы (НС, СО и NOx), как утверждают, уменьшены на 90%. Выходная мощность 1,5-литрового двигателя Prius, который никогда не превышает 4000 об/мин, составляет 58 л.с., в то время как электромотор может добавить дополнительные 40 л.с. (и соответствующий крутящий момент) для спринтерского ускорения.[2]
Рис.1. Система Neo Hybrid (Nissan)
5.Топливные элементы
Топливный элемент – продукт наиболее изощренной технологической мысли, который обеспечит долгосрочный ответ на проблему вредных выбросов в атмосферу и исчерпания нефтяных запасов. Основной принцип топливного элемента заключается в том, что он повторяет школьный лабораторный эксперимент по электролизу, в котором электрический ток, проходящий через воду, разлагает ее на кислород и водород.
В топливном элементе кислород (из воздуха) и водород заполняют противоположные стороны слоя реактива, в котором, с помощью катализатора, они образуют воду и в процессе этой реакции производится электрический ток. Было разработано несколько типов топливных элементов, хотя только один тип, протонно-обменная мембрана (proton exchange membrane – «РЕМ»), работает при довольно низких температурах (порядка 80°С), что делает возможным их применение в транспортных средствах.
В 1999 году автокомпании Daimler Chrysler, Ford, General Motors, Honda и Toyota продемонстрировали автомобили на топливных элементах с удовлетворительной работоспособностью и поведением, хотя они продолжали иметь высокую стоимость.
Некоторый вид прогресса был заметен в демонстрационных моделях Daimler Chrysler NECAR. Компания выступила с этой моделью впервые в 1994 году, когда ее NECAR 1 представлял собой минивэн, в котором оставалось место только для водителя, а все остальное пространство занимал экспериментальный силовой узел. Двумя годами позже NECAR II, выполненный на базе минивэна V-класса, имел уже шесть мест для пассажиров, а силовая установка располагалась в задней части под полом. К 1999 году в автомобиле NECAR 4, изготовленном на базе маленького А-класса, вся система топливных элементов размещалась под полом, оставляя место для четырех пассажиров и багажа.
Теоретически топливные элементы не производят ничего, кроме электричества и воды. Практически картина не так проста, хотя потенциальные проблемы связаны в основном с преобразованием топлива, бензина или метанола, в водород, необходимый для топливного элемента. Альтернатива заключается в использовании в автомобиле сжатого или сжиженного водорода, но в этом случае заправка автомобиля не настолько удобна. Хотя в 1999 и 2000 годах возникали горячие дебаты по поводу предпочтительных видов топлива между сторонниками бензина, метанола и водорода, каждый из которых отстаивал свою точку зрения.
Использование бензина – самый простой способ, несмотря на то, что требуемый бензин должен иметь совсем другие характеристики, чем сейчас: не этилированный, с полностью исключенными добавками и примесями (особенно серой). Бензин стоит перед проблемой, которая рано или поздно наступит: он станет очень дорогим, когда исчерпаются основные запасы. Кроме того, использование бензина мало поможет в решении проблемы с выбросами СО,. Топливные баки могут быть заправлены метанолом точно так же, как бензиновые, но очевидно, что нужна полностью новая сеть заправочных станций, распределение и заправочные колонки.
Использование водорода может сделать систему на топливных элементах гораздо проще, но возникнут огромные сложности при решении вопросов в отношении того, как хранится топливо, передается и распределяется, что потребует принятия серьезных мер безопасности. Потенциально топливные элементы очень эффективны.
Еще в 1824 году французский ученый Карно доказал, что ДВС, работающий циклами расширения и сжатия, не может иметь эффективность более 50% при преобразовании тепловой энергии (являющейся химической энергией сгорающего топлива) в механическую. Топливный элемент не имеет движущихся частей (по крайней мере, внутри самого элемента), и поэтому они не подчиняются закону Карно. Естественно, они будут иметь большую эффективность, чем 50%, и особенно выгодны при низких нагрузках, на которых ДВС значительно теряют свою эффективность.[2]
Рис.2. Схема автомобиля Nissan на топливных элементах
6.Рынок гибридных автомобилей
Несмотря на присутствие на рынке в течение многих лет, количество гибридов все еще не превышает 2% продаж всех новых автомобилей – согласно недавним данным Research & Market. Отмечено также, что в Европе только 0,2% от всех автомобилей являются гибридами, причем такая ситуация сложилась в связи с преобладанием дизельных автомобилей. Доминирование дизельных автомобилей на европейском рынке объясняется развитыми технологиями: прямого впрыска (Direct Injection, DI), турбонаддув с переменной геометрией (Variable Geometry Turbocharging) и Common Rail Direct Injection (CRDI), а также высокой экологичностью.
Многие специалисты R&M высказывают мнение, что спрос на гибридные автомобили может значительно увеличиться в связи с их топливной эффективностью и высокой скоростью роста цен на бензин. Регуляция эмиссии также способствует стимулированию спроса, так как правительства некоторых стран предлагают налоговые стимулирующие факторы (налоговый кредит для покупателей). Так, согласно исследованиям RNCOS, опубликованным в отчете “Global Hybrid Car Market Forecast to 2010”
• Глобальные продажи HEV будут увеличиваться с совокупным среднегодовым темпом роста (Compound Annual Growth Rate, CAGR) порядка 12% в период 2008–2015 гг.
• Продажи гибридных автомобилей в США достигнут 1 млн в 2012 году.
• CAGR для японских HEV – 6,6% в период 2008–2011 гг.
• Рынок батарей для HEV увеличится с CAGR примерно 10,4% (с 2010 по 2015 год).
• Рынок гибридных компонентов возрастет с CAGR 17,4% с 2008 по 2012 год.
Экологичные гибриды привлекательны не только для правительств или заинтересованных клиентов, но и для производителей, культивирующих имидж технологического лидерства: Toyota, Honda, General Motors и других. Технология применяется и в потребляющих много топлива SUV (Sport Utility Vehicle) и люкс-седанах, спортивных автомобилях, в которых электрический привод добавляет мощности (вместе с экономией топлива). Но преимущественные признаки гибридной технологии значительно различаются для основных типов гибридомобилей:
• микрогибрид (Micro Hybrid);
• средний, «умеренный» или «мягкий» (Mild/Mid Hybrid), иногда также называемый Assist Hybrid;
• полный гибрид (Full Hybrid).
Кроме того, выделяют также следующие типы гибридных автомобилей:
• последовательные (Series Hybrids);
• параллельные гибриды (Parallel Hybrids);
• последовательно-параллельные гибриды (Series/Parallel Hybrids);
• одно- и двухрежимные гибриды (One-Mode и Two-Mode Hybrids).
Первоначально концепция гибридного автомобиля предполагала совместную работу именно бензинового двигателя с привлечением электрического двигателя. Но в дальнейшем эта концепция расширилась и теперь включает следующие разработки и технологии:
• плагинные гибриды (Plug-in Hybrids);
• дизельные гибриды;
• гибриды на топливных ячейках (Fuel Cells);
• регенеративное торможение;
• новые батарейные технологии;
• новые электрические двигатели;
• 42-вольтные электрические системы;
• гибридные трансмиссии;
• стартеры и генераторы: Integrated Starter Alternator Damper (ISAD) (Continental), Belt Alternator Starter (BAS) Delphi;
• новые электронные компоненты.
Достижения в технологии литий-ионных батарей изменили рынок PHEV (Plug-in Hybrid Electric Vehicles) – так называемых плагинных, или подключаемых к домашней электрической сети для зарядки батареи. Способность PHEV снижать цену топлива оценивается примерно в 75 центов/галлон, кроме того, ввиду отсутствия использования многих механических частей снижается и увеличивающаяся цена масла. Все же на данном отрезке времени литий-ионные батареи характеризуются размерами, температурным управлением, надежностью, прочностью, ценой материалов и производства – теми характеристиками, которые создают временные трудности в применении этой технологии. Внимание производителей сфокусировано на инновационных исследованиях и разработках, предназначенных для того, чтобы оптимизировать характеристики батарей.
Глобальный рынок PHEV оценивается по данным R & M в 130 000 автомобилей в 2015 году. Но сравнительно высокая стоимость PHEV и FCV, главным образом, именно из-за цены стеков питания, все еще удерживает ценовой зазор между PHEV и FCV, с одной стороны, и обычными автомобилями, с другой. Кроме того, сложности продвижения батарейных технологий также создают проблемы коммерциализации PHEV и FCV. Ожидается, что в расширении рынка сыграют значительную роль правительственные легислации.
С водородными автомобилями на топливных ячейках, продуктом электрохимических процессов которых является вода, связывается большое будущее, и различные автопроизводители разработали свои автомобили, готовые к серийному выпуску. Но массовое распространение сейчас ограничено главным образом их сравнительно высокой ценой, а в последующие годы может быть ограничено отсутствием распределенной топливной инфраструктуры. Поэтому переход на эти экологичные автомобили компании также предполагают осуществить в два или три этапа. На первом этапе – с привлечением гибридной технологии, на втором и третьем этапах – посредством привлечения различных источников энергии (электричества, E85, биотоплив, бензиновых топлив).