Электромобильность

Автор обзора Е.Н. Пронин

Машина на электричестве становится всё более популярным типом транспортного средства. Мировой автопром серийно выпускает чистые электромобили и гибриды с химическими источниками энергии двух типов: аккумуляторными батареями (АКБ) и топливными элементами (ТЭ). По экспертной оценке, с 2010 года по декабрь 2016 года в мире продано более миллиона пассажирских электромобилей. Это - крайне мало на фоне общего мирового парка, насчитывающего примерно 1,5 млрд. машин; для сравнения, численность автомобилей на природном газе насчитывает 23 – 25 миллионов единиц.

Количество автомобилей с электроприводом неуклонно растет. Среди причин можно назвать стремление владельцев «озеленить» свой деловой или общественный имидж; мощное политическое давление, нацеленное на декарбонизацию экономики; насильственный переход на энергоносители из возобновляемых источников; значительная финансовая поддержка из бюджетных источников. При этом зачастую не говорится, откуда в зарядном устройстве берется электричество, где чего и сколько сожгли для его получения.

Наибольшую популярность электромобили приобрели в США. В 2012 году там были проданы 52,5 тысяч машин; в 2016 – 97,5 тыс.; за январь – май 2017 - 72 тыс.

Одним из примеров комплексного и агрессивного подхода к закреплению позиций на рынке можно назвать американскую публичную компанию Tesla (бывш. Tesla Motors). С 2006 года она выпускает электромобили, производит оборудование и строит электрозарядные пункты. С тех пор компания продала около 30 тысяч этих машин нескольких модификаций и открыла по всем миру 1130 станций. В Европе построены почти 500 зарядных станций Tesla. Кстати, компания Tesla предполагает открыть шесть зарядных пунктов Supercharger в России: в Московской, Тверской и Нижегородской областях.

Маркетинговая политика компании Tesla включает разные меры стимулирования. Первоначально компания предоставляла щедрые бонусы для покупателей электромобиля Tesla Model-S, -X, -3 и Roadster, включая

«вечную» бесплатную электроэнергию. После 15 января 2017 года была введена платная подзарядка. Однако клиентам полагается ежегодный бонус: 400 кВт·ч даром. Этого хватает на пробег примерно в 1600 км. После этого электричество становится платным.

Цена автомобиля Tesla Model S 85D (в базовой комплектации без опций) в США равна US$ 85 000 (данные 2017 года). Стоимость лизинга при пробеге 15 тыс. миль в год составит US$ 1 038 в месяц. Гарантия на автомобиль составляет 4 года или 50 тыс. миль; на аккумуляторную батарею и электромотор гарантия продолжается 8 лет без ограничения пробега. На версию Model S предоставляется федеральный налоговый кредит в размере 7 500 USD.

Автомобиль потребляет 4,71 кВт на 1 км пробега. По подсчетам экспертов Tesla, для американских водителей экономия затрат на топливо составляет 20% в средних ценах США в IV квартале 2017 года: 1 л бензина premium (US$ 1,40) по энергетике эквивалентен = 8,6 кВтч (US$ 1,12 при стоимости электроэнергии 1 кВтч = US$ 0,13). Таким образом, теоретическая экономия по топливу за пять лет эксплуатации может составить US$ 5 550.

Не смотря на оптимизм руководства компании, реальная «тесланомика» выглядит несколько менее радужной. С учетом дополнительных опций (за исключением улучшенной обивки салона, дополнительных косметических процедур) и всех сопутствующих выплат и затрат покупная цена машины составит US$ 100 737,87, т.е. + 16% к базовой цене. Вычтя из этой суммы экономию по топливу и техническому обслуживанию, налоговые льготы, цену продажи автомобиля на вторичном рынке или возвращение автомобиля производителю по схеме трейд-ин (примерно US$ 44 390), владелец за пятилетний период эксплуатации будет платить по US $730 в месяц. Т.е. практически столько же, сколько за седан Lexus или Audi класса люкс. Таким образом, экономические стимулы сводятся к нулю.

В целом электрическая стратегия Tesla на ближайшие годы очерчена достаточно четко. Сначала- в 2018 году- на рынок должен выйти легковой автомобиль Tesla Model 3. В конце 2019 – начале 2020 года за ним последует кроссовер Tesla Model Y (на базе модели 3). А потом настанет время пикапа Tesla Pickup Truck. Об этом в декабре 2017 говорил главный менеджер компании Tesla Илон Маск. Есть информация о том, что Tesla Pickup Truck может быть немного больше и мощнее пикапов самого популярного семейства Ford F150.

Тема перевода пикапов на электричество (во всех парадигмах - гибридные, аккумуляторные, подзаряжаемые, на топливных элементах и их комбинациях) набирает обороты. В этом классе уже появились электромобили различных мировых и малоизвестных брэндов: Chevrolet, Chrysler, Dodge, Ford, General Motors, Havelaar Canada, Honda, Nissan, Renault, Toytota, Via, Volkswagen, Workhorse и др.

Наиболее активно развивается рынок электрических пикапов в США. Они активно используются в частной жизни и бизнесе для перевозки грузов и буксировки. Это - типично американский автомобиль: большой, избыточно мощный и совершенно неэкономичный. Поэтому регулярно поднимается вопрос о необходимости сократить стоимость эксплуатации пикапов, в том числе за счет перехода на альтернативную энергетику. Однако, до настоящего времени существенных преимуществ электромобили данного класса не получили.

Были попытки международного сотрудничества в области разработки гибридных пикапов. Ford и Toyota в течение пяти лет пытались соединить преимущества Ford-150 и Toyota Prius в одном автомобиле. Однако проект закончился неудачей. Компания Ford в 2015 году вышла из проекта. Toyota намекала на то, что американцам просто были нужны японские секреты и опыт в области гибридизации. Ford, естественно, всё отрицал и настаивал на том, что интегрировать гибридные технологии переднеприводной легковушки Toyota Prius в классический заднеприводной пикап Ford-150 нецелесообразно.

После легковых автомобилей и пикапов следующим логичным объектом для электрификации становится грузовик. В этом сегменте разработок намного меньше, чем в легковом. Однако и тут есть интересные проекты. Особенно привлекательным представляется использование электромобилей в условиях городской езды с частыми остановками. В режиме «старт-стоп» электродвигатель является более эффективным, чем дизельный. По оценкам специалистов, примерно треть времени силовой агрегат автомобиля работает вхолостую. Мусоровозы, грузовики для доставки товаров, автобусы – представляются первоочередными реципиентами электротехнологий.

По утверждению экспертов, по сравнению с дизельным топливом электричество позволяет повысить крутящий момент на движители; снизить расход энергии (топлива) на 67%; сократить шум и выбросы на 63%. Важным показателем является сокращение затрат на техническое обслуживание, например, муниципального мусоровоза примерно на US$ 25 тыс. в год.

Та же компания Tesla в ноябре 2017 года показала прототип тягача Tesla Semi на подзаряжаемых АКБ, продажи которого могут начаться в 2019 году.

Однако есть опасение, что его цена окажется на уровне US $ 250 000, что более чем в два раза больше чем цена дизельного грузовика.

Магистральный тягач Tesla Semi оборудован четырьмя независимыми электромоторами на задних осях, обеспечивающими при полной нагрузке разгон от 0 до 60 миль за 20 секунд. Пустой грузовик развивает эту скорость за пять секунд. Кроме того машина поднимается по склону крутизной 5% со скоростью 65 миль в час, что почти в два раза быстрее обычного грузовика этого класса.

Компания Tesla предполагает комплектовать грузовик двумя вариантами аккумуляторной батарей (АКБ): на 300 и 500 миль пробега на одну зарядку. Расчётная емкость АКБ на 500 миль может составлять 1000 кВт.ч, если, конечно, принять утверждение компании, что расход энергии у автомобиля Tesla Semi составляет менее 2 кВт.ч на милю. Вопрос АКБ очень чувствительный: стоимость батареи на 400 – 600 кВт.ч может достигать $ 100 000 US.

Также важный вопрос, волнующий автоперевозчиков, - это время зарядки грузовика. Компания Tesla представила устройство Megacharger мощностью 1,6 MВт (на базе предыдущей модели Supercharger V3), которое за 30 минут заряжает АКБ грузовика для пробега дальностью в 400 миль.

Один из интересных вариантов внедрения электричества на грузовом автомобильном транспорте, предложила Американская инжиниринговая компания из Калифорнии Wrightspeed.

Конструкторы компании Wrightspeed утверждают, что любой современный дизельный грузовик может быть переоборудован под электричество. При этом штатные двигатель и трансмиссия грузовика будут заменены комплектом оборудования Route™, включающим электро-механический колесный привод Geared Traction Drive (GTD™), микротурбину Fulcrum™, комплект аккумуляторов, подключаемое зарядное устройство, систему управления динамикой автомобиля Vehicle Dynamics Control System (VDCS), обеспечивающей среди прочего рекуперацию энергии торможения, а также систему подключения к внешнему зарядному устройству.

Компания Wrightspeed разработала три варианта электро-гибридного комплекта Route™ для грузовых автомобилей и автобусов общей массой от 4,5 до 14,9 тонны. Грузоподъемность автомобиля определяет количество колесных приводов GTD™: один на 150 лс, два на 250 лс или четыре на 400 лс. Оборудование Wrightspeed обеспечивает работу автомобиля на скоростях 80 – 115 км/ч, что вполне удовлетворяет условиям езды по городу и пригородам.

Общая схема комплекта Route™

А – микротурбина Fulcrum™, В – блок основных АКБ, С – дополнительная АКБ, D – электро-механический привод GTD™, Е – топливный бак (бензин, ДТ, КПГ, СПГ, СУГ)

Автономность электро-гибридного автомобиля при работе на АКБ не значительная: от 32 до 43 километров. Однако после выработки аккумуляторов, машина переходит в режим гибрида (включается электрогенератор Fulcrum™), начинается зарядка АКБ, и машина продолжает движение до следующей зарядки и заправки.

Ожидаемый расход топлива/энергии составляет для грузовиков массой 4,5 – 7,2 тонны 16 л/100 км, для машин 7,3 – 14,9 тонны 25 л/100 км и для автомобилей массой более 14,9 тонны 40 л/100 км. При этом расход топлива снижается на 26% - 33%.

Микротурбина-генератор Fulcrum™ работает на скорости 100 тыс. оборотов в минуту, имеет производительность 80 кВт, высокий массовый коэффициент совершенства 750 кВт*кг, подключена к системе охлаждение, обеспечивает рекуперацию энергии торможения (возвращается до 750 кВт); ресурс турбины - 10 тыс. часов.

Комплект оборудования компании Wrightspeed стоит примерно US$ 200 тыс. Эти средства окупаются за 4 – 5 лет за счет экономии затрат на топливо - примерно US$ 35 тыс. - и техническое обслуживание (главным образом тормозной системы) – около US$ 20 тыс. в год.

Известны и другие разработки.

В России известны работы, проводимые на АвтоВАЗе. Там осуществляется не очень удачный проект электромобиля LADA Ellada. К сожалению, заряд АКБ ограничивает пробег всего 20 – 30 километрами. Зарядка батареи возможна только от бытовой электросети.

Отсутствие отечественных электромобилей в продаже не причиняет каких-либо неудобств, поскольку в России этот рынок только зарождается. Агентство «Автостат» оценивает общий российский парк этих машин в 1 133 единиц (на 01.07.2017). Для сравнения: на природном газе в России работают примерно 100 тысяч машин. В московском регионе насчитываются 367 электрокаров, включая 150 Mitsubishi I-MiEV и 138 электромобилей Tesla моделей -S и -Х. Есть также 20 Renault Twizy, 9 LADA Ellada, 7 BMW-i3, 3 Nissan Leaf. Доля электромобилей в общем парке легковых автомобилей Москвы и области (6,3 млн. шт.) составляет менее одной сотой процента.

Тем не менее, в ноябре 2016 года Минэнерго России предположило, что к 2020 году число электромобилей в России может вырасти до 200 тысяч машин. Можно с высокой степенью уверенности утверждать, что за оставшиеся два года такого рывка на рынке электромобилей произойти просто не может.

Какую-то часть автомобильных перевозок в российских городах можно переложить на электроприводные машины. Однако, это должно быть экономически оправдано. Иначе, дорогие аккумуляторные и гибридные модели останутся, как и сейчас, в единичных экземплярах в качестве модных аксессуаров. Да и кому в России нужен, например, автомобиль Mitsubishi I-Miev (с максимальной скоростью 140 км/ч, пробегом на одну зарядку в 144 км, скоронаборностью от 0 до 100 км/ч за 12 секунд, временем зарядки АКТ семь часов) за 1,7 млн. рублей!?

Магистральным направлением развития российского сегмента автомобилей на альтернативных видах моторного топлива в ближайшие десятилетия должен быть природный газ в форме КПГ, СПГ и синтетического жидкого топлива (СЖТ) из отечественного газа. И зачем нам нужно сжигать газ для производства электроэнергии, чтобы потом её использовать в автомобиле?

Источник: http://www.gazpronin.ru/

Ориентировочные данные по некоторым моделям электромобилей на заряжаемых АКБ, топливных элементах и гибридов.