Может ли городской транспорт перейти на использование перпетуум мобилей
Солнечные зайчики
Может ли городской транспорт перейти на использование перпетуум мобилей?
Салават Халилов: "Перпетуум мобиле" - понятие условное. Пока стоит говорить про экономичное отношение к запасенной на борту электробуса энергии и о снижении ее расхода, а также про использование альтернативных источников энергии для подзарядки.
В первую очередь я бы делал ставку на рекуперацию. Как движется городской автобус? Он отъезжает от остановки, разгоняется, едет вперед, приближается к следующей остановке, тормозит, останавливается. Огромная 18-тонная махина, снижающая скорость - это же настоящая динамо-машина! На недавно запущенном в Санкт-Петербурге электробусе провели замеры, и первая статистика показывает, что так теоретически возможно возвращать до 20 процентов использованной энергии. Я думаю, в условиях реального городского движения цифра будет на уровне 10 процентов, но и это уже очень серьезный ресурс.
Сейчас электробусы заряжают на конечных станциях. А что будет, если им на крышу добавить солнечную батарею?
Салават Халилов: Это более трудный путь. Крыша электробуса и так перегружена накопителями энергии и другим оборудованием, если туда добавить еще и солнечную панель с сопутствующим оборудованием, центр масс будет расположен очень высоко, это плохо с точки зрения безопасности. Солнечную батарею надо чистить, зимой убирать с нее снег, это тоже непросто. А самое главное - тут надо просто посчитать - сколько киловатт-час можно будет снять с панели такой площади. Условно говоря, если для 1 километра пробега необходимо 2 киловатт-часа энергии, а в среднем скорость городского автобуса составляет около 20 км/ч, значит, нам надо за 3 минуты, которые займет движение по этому отрезку, выработать те самые искомые 2 киловатта-час, что, конечно же, не достижимо при нынешнем уровне развития техники.
Но прогресс не стоит на месте, ученые уже изобрели солнечные панели с КПД больше 40 процентов. Очевидно, что скоро эта цифра еще вырастет на порядок. Нам надо просто дождаться этого момента?
Салават Халилов: Есть и другой путь. Сейчас в курортных городах Черного моря используются дизельные автобусы. При этом там очень яркое солнце и много ясных дней в году. Есть все предпосылки для развития электробусов. Ведь солнечную панель не обязательно возить на крыше автобуса, ее можно установить на конечной станции. Там она будет под охраной, контролем, с постоянным доступом для обслуживания. А на борту электробуса останется только аккумулятор, так мы еще и на массе машины сэкономим. Он вернулся с маршрута, встал на полчаса на отстой, перезарядил свой накопитель и отправился в новый рейс.
Что делать в других городах? Например, в столице?
Салават Халилов: Одним из главных потребителей энергии в Москве, да и во многих других крупных городах является метрополитен. Но, при этом, он теоретически может и стать ее источником. Поезд с огромной массой идет всегда по одному и тому же маршруту, у него есть точно известные места торможения и остановки. Представляете, сколько энергии сейчас уходит просто в тепло? Ее можно собрать и направить или в накопители на борту вагона или передавать по проводам, проложенным вдоль туннеля, и выводить ее на поверхность.
Рубли и Ватты
Кроме рекуперации и солнечного света, есть другие источники энергии, открывающие такие же перспективы для городского транспорта?
Салават Халилов: На данный момент существует ряд конкурирующих технологий - топливные водородные элементы и аккумуляторы разных систем. Они пока не слишком распространены и дороги. Нам в любом случае нужен электрический ток и аккумулятор для его хранения. На сегодня оптимален литий-ионный аккумулятор. Когда-то, в конце девятнадцатого века сжигание углеводородов в двигателях внутреннего сгорания, как это ни странно звучит, спасло крупные города от экологической проблемы: сотен тонн навоза, оставляемого на улицах лошадьми. Теперь пришло время замещать сжигание углеводородов в двигателях внутреннего сгорания. Это сделает электричество, накопленное в литий-ионных аккумуляторных батареях на борту транспортных средств. При это электричество будет вырабатываться как на традиционных, гидро- и тепловых электростанциях, на АЭС и за счет альтернативных источников. При этом надо учесть, что даже традиционные тепловые электростанции, стоящие вдали от городов, намного экологичнее для людей, чем дизельный или бензиновый двигатель автомобиля рядом с детским садиком.
Использование электротранспорта обходится дешевле, чем с двигателем внутреннего сгорания.
Салават Халилов: Есть мировая статистика: при среднем суточном пробеге автобуса 200 км стоимость 1 километра что дизельного автобуса, что электрического примерно 1 доллар. Правда, для электробусов в эту сумму уже входит работа по созданию и обслуживанию инфраструктуры. Если же рассматривать российские цены и считать чистый расход топлива или заряда, получаются такие цифры:
- дизельный автобус тратит на 100 км пробега около 40 литров дизельного топлива, в пересчете на каждый километр пути мы получаем в среднем 17-18 руб. на топливо;
- электробус тратит на 1 километр пробега 2-3 киловатт*час электроэнергии, что обойдется от 4 до 12 руб. в зависимости от используемого тарифа и времени подключения к сети.
Более того, в Китае посчитали, что 1 тысяча электробусов каждый день экономит стране 500 баррелей нефти. Вроде бы цифра не сильно впечатляет, но ведь это же каждый день. Сейчас парк электробусов в Поднебесной уже больше 100 тысяч машин, а это уже более 18 млн баррелей или более 1 млрд долларов в год.
Но электробусы сами по себе дороже дизельных автобусов. Получится окупить их покупку за счет меньших издержек на линии?
Салавт Халилов: Сейчас в России есть госсубсидия на закупку электротранспорта - от 7,5 до 8 млн рублей на каждую машину. При этом электробус с завода стоит 24 миллиона рублей (то есть регионам они обходятся в 16 млн руб.), а дизельный городской автобус - 12 миллионов рублей. Растущие экологические требования приводят постепенному удорожанию дизельных машин. У электробуса - обратная зависимость. Почти треть стоимости электробуса составляют литий-ионные аккумуляторные батареи, стоимость которых, в соответствии с многолетней мировой статистикой, снижается. Несложно подсчитать, что стоимость дизельных и электрических автобусов выровняется в начале следующего десятилетия и выгода от покупки электробуса для муниципального бюджета будет очевидна. Кроме того, автобусные парки тратят значительные суммы на закупку моторных масел, фильтров, обслуживание двигателей внутреннего сгорания. У электрических машин этих расходов просто нет.
Как соотносятся эксплуатационные характеристики у дизельной и электротехники?
Салават Халилов: Максимальные пробеги электробусов зависят от типа зарядки и тех батарей, которые используются в машинах. На сегодняшний день наиболее распространенными являются так называемые электробусы с динамической зарядкой (In-Motion-Charging, IMC), которые очень похожи на традиционные троллейбусы, но при этом имеют возможность двигаться без контактной сети. Их пробег может достигать 20-30 километров. Вторая группа - это электробусы с ультрабыстрой зарядкой (Opportunity-Charging, OC). Они сейчас бегают по Москве. Их пробег может достигать 30-40 верст на одной зарядке, которая осуществляется на конечных станциях. Большинство выпущенных в мире электробусов используют ночную зарядку (Overnight-Charging, ONC), эти машины имеют запас хода на одной зарядке 200 - 300 километров, столько же за сутки проходит и обычный дизельный городской автобус. С точки зрения скорости и пассажировместимости отличия незначительные.
Как долго смогут продержаться на линии современные электробусы?
Салават Халилов: Кузов и шасси рассчитаны на 15 лет, причем тут особых отличий между типами техники нет, строят их на одних и тех же заводах. Ресурс литий-ионных батарей - от 3 тысяч циклов зарядки для литий-железо-фосфатные батарей (LFP) (они используются на машинах с ночной зарядкой) до 10 тысяч циклов зарядки для литий-титанатные батарей (LTO) (такие используются в электробусах с ультра быстрой зарядкой, например, как в столице). Если пересчитать в годы, то это по 7-8 лет в обоих случаях. По истечении этого срока будет достаточно заменить батарею и продолжать эксплуатацию электробуса в штатном режиме.
Вторая жизнь аккумулятора
- Литий-ионная батарея очень похожа на живого человека, - размышляет Салават Халилов. - Она работает, устает, питается, стареет и выходит на пенсию. И очень не любит пиковых нагрузок, регулярная разрядка ниже 20 процентов способна катастрофически сократить ее ресурс. После того как аккумулятор отработал свой ресурс в электробусе, он остается вполне работоспособным, но его емкости уже не хватает для тяжелых условий эксплуатации на дорогах, где вибрации, перепады температур, неустойчивая влажность. Но при этом, как и у военного пенсионера, сил - то есть, номинальной энергоемкости - остается процентов на 80. Просто ему надо сменить профессию. Например, старые аккумуляторы можно использовать для организации бесперебойного питания. Так делают во многих странах, к примеру, в Испании. Там аккумуляторы, снятые с электромобилей, после небольшой профилактики отвозят на футбольные стадионы, чтобы при аварийном отключении электричества зрители могли спокойно и комфортно покинуть трибуны.
Без пилота - дешевле
Исследования показали, что рейсовые электробусы смогли бы сэкономить существенную часть заряда, если бы ими управляли не живые водители, а автопилот. Особенно если подключить систему рекуперации. Просто потому, что автоматическая система с заданным алгоритмом будет аккуратнее вести машину, избегать лишних торможений и ускорений и во всех ситуациях выбирать оптимальный режим энергопотребления. А водителю надо оставить две кнопки: включить и выключить - и, конечно же, педаль аварийного тормоза.