Будущее электромобилей в России

Перспективы развития электромобилей в нашей стране и в мире зависят от комплекса условий, которые могут как стимулировать, так и тормозить данное направление. Для ответа на поставленный вопрос следует рассмотреть все эти факторы и проанализировать их применительно к российской ситуации.

Чтобы прогнозировать будущее, необходимо обращаться к истории. А история развития проектов электромобилей начинается в 1835 г., когда профессор Страйтинг продемонстрировал небольшой электрический автомобиль в городе Гронинген (Нидерланды). Он представлял собой концептуальную модель, в которой предстояло решить множество перспективных задач.

Задача обеспечения хранения электроэнергии была решена, когда бельгийский ученый Гастон Планте в 1859 г. создал свинцово-кислотную тяговую аккумуляторную батарею (ТАБ). А в совокупности с разработанной Зенобом Теофилом Граммом более совершенной конструкцией тягового электродвигателя полученный комплекс сформировал предпосылки для развития процессов проектирования и производства электромобилей.

ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ

К концу 1890-х гг. на автомобильном рынке появились более высокотехнологичные двигатели внутреннего сгорания (ДВС), которые напрямую конкурировали с электроприводами. Начался этап соперничества технологий.

Уже в 1896 г. испанский инженер Г. Хульен разработал батарею с цинковыми пластинами в щелочном электролите, конструкция которой актуальна и сегодня. А в 1897 г. был построен электромобиль, имеющий достаточно высокие показатели энергосбережения. В этот период в Великобритании наблюдался всплеск интереса к электромобилям, которые использовались, например, в такси. К лету 1897 г. в Лондоне работали уже 15 электромобилей.

Важным достижением электромобилестроения являются технологии французского изобретателя Ками Женази, благодаря которым в 1899 г. был достигнут рекорд скорости на электромобиле — 98 км/ч. Фердинанд Порше в 1900 г. создал первый Lohner-Wagen с электродвигателями на передней ступице колес, а уже через год — Lohner-Porsche Rennwagen с батареями общей массой 1800 кг и питанием электропривода 1,5 кВт. Он также построил первую модель автомобиля с комбинированной энергоустановкой — MixtWagen, использовав в ней бензиновый двигатель для привода генератора, с которого электроэнергия снималась ТАБ, питающей электропривод.

До Первой мировой войны в США и Великобритании экс­плуатировалось порядка 30 тыс. электромобилей. Автомобилей с ДВС в то время было уже не менее 900 тыс.

Причин бурного роста технологий проектирования и производства автомобилей с ДВС несколько. В 1908 г. Генри Форд запустил Model T, и наступил век массового производства автомобилей с низкой себестоимостью. В тот же период в Техасе и на Ближнем Востоке были обнаружены обширные залежи нефти. В 1911 г. Чарльз Кеттеринг внедрил электрический стартер на Cadillac, из-за чего исчез ручной пуск. Все это привело к снижению инженерной активности в разработке электромобилей, и уже к 1935 г. соответствующие технологии не обновлялись.

Итак, первопричиной активного роста или замедления развития тех или иных автомобильных направлений является наличие конкурентных научно-технических и технологических достижений, которые обеспечивают экономическую эффективность в процессах производства и эксплуатации. В России до настоящего времени не создана критическая масса таких решений. Попросту говоря, у нас нет конкуренции между производителями традиционных автомобилей и электромобилей. Автомобили с ДВС — вне конкуренции. Отрасль производства электрокомпонентов недостаточно развита даже в сегменте электрооборудования и электроники для автомобилей тради­ционных конструкций.

ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ТРЕБОВАНИЯ

В 1960-х гг. актуальность приобрела проблема развития экологичного транспорта. Электромобили стали рассматриваться как потенциально необходимые транспортные средства. Так, в 1966 г. в связи с ростом количества автомобилей, эксплуатируемых в штате Калифорния (США), президент Никсон подписал первый пакет законов, который определял экологические требования к автомобильному транспорту.

Первые попытки возрождения проектов электромобилей были реализованы в виде глубоких инженерных изменений стандартных автомобильных платформ, например электромобиль Illinois корпорации Eureka Williams, электромобиль Enfield производства Центральной электропроизводящей компании Англии. Enfield имел массу 975 кг и мог развивать скорость до 64 км/ч при пробеге до полной разрядки ТАБ 90 км. Тем не менее стоимость такого электромобиля в два раза превышала стоимость аналогичного автомобиля с ДВС.

В 1967 г. компания Ford в Великобритании представила электромобиль Comuta с заявленным циклом пробега до перезарядки 64 км при обеспечении средней скорости 40 км/ч. В тот же период в США корпорация GM запустила проект создания электромобиля на базе модели Corvair, оцененный в 15 млн долл. Сначала основным накопителем энергии служили цинк-воздушные ТАБ, а уже во второй итерации данной марки применялись расположенные в переднем и заднем отсеках салона серебряные батареи с примесью цинка. Они обладали высокой мощностью в пиковых режимах и достаточным уровнем сохранения энергии, но были дорогими, а характеристики надеж­ности и стабильности работы резко ухудшались уже после 100 циклов перезарядки. Пробег электромобилей до полного разряда ТАБ был ограничен 129 км, а бензиновая версия автомобиля обеспечивала движение на расстояние 480 км.

Таким образом, при существенной значимости вопросов экономической эффективности автомобильного производства стимулировать развитие электромобилей можно через жесткие экологические ограничения. Но, как известно, в России нет требований, ограничивающих эксплуатацию традиционных автомобилей до таких параметров экологичности, которые могли бы быть достигнуты только посредством применения электромобилей.

В настоящее время появляются конструкции и технологические проекты, позволяющие добиться достаточной эффективности работы электромобилей. При этом усиливается конкуренция между традиционными марками с ДВС, электромобилями и автомобилями с комбинированной энергоустановкой. По сути, сегодня наблюдается переломный момент в автомобильных технологиях, как это было в начале XX в. И обострение экологических проблем может обеспечить еще больший рост электротехнологий в транспортной индустрии.

ЭКСПЛУАТАЦИОННАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ

Когда речь заходит о перспективах развития экологического транспорта, сразу встает вопрос об обеспечении инфраструктуры обслуживания и ремонта.

Важнейшим условием для расширения использования электромобилей является способность энергосети к надежной зарядке ТАБ. Увеличение нагрузки на генерирующие мощности требует усиленного энергетического прироста. Однако исследования показывают, что при сохранении текущих темпов перехода транспорта на электротехнологии дополнительные мощности, необходимые для удовлетворения спроса на электроэнергию, будут не так уж велики и составят примерно 1,5% к 2030 г.

Скорее всего, актуализируется другая проблема — обеспечение надежности процесса зарядки ТАБ в пиковые часы работы энергосети. Меньшим по значимости, но важным для потребителей вопросом является зарядка ТАБ электромобиля по приемлемой цене. В США, Западной Европе, да и в России действует сетка тарифов на электроэнергию в зависимости от времени суток. Понятно, что надо повышать степень информированности потребителей о достоинствах и недостатках реализации процесса обслуживания транспортного средства в определенные часы. Основную же проблему обеспечения надежной зарядки ТАБ в пиковые часы следует решать на основе внедрения так называемых интеллектуальных технологий в энергетические распределительные системы.

Интеллектуальные энергетические сети (ИЭС) — сравнительно новое понятие, которое в приложении к транспортным технологиям должно обеспечивать оптимальное перераспределение электроэнергии исходя из существующего спроса и предложения в разных географических регионах. Данное направление реализуется, например, в концепции «Умный город», позволяющей гармонизировать решение довольно сложных вопросов в рамках единого комплекса. С помощью ИЭС осуществляется перенос мощностей в зависимости от глобального изменения спроса на электроэнергию. Такая модель дает возможность более гибко управлять энергораспределением и требует разработки новых алгоритмов управления, когда накопление потребительских запросов на местном уровне должно переводить систему в соответствующий режим обеспечения.

С другой стороны, являясь как потребителями, так и источниками электроэнергии, электромобили могли бы вносить свой энергетический вклад в работу всей сети. Однако в настоящее время не в полной мере разработаны инструменты расчета и возмещения со стороны энергосетей затрат, связанных с передачей электроэнергии от транспортного средства в сеть. Для эффективной реализации концепции «Умный город» необходимо решить ряд задач: создать систему двунаправленного силового интерфейса, обеспечить беспроводной доступ в Интернет для всех транспортных средств и глобальное позиционирование (для полного контроля за их передвижением с целью оптимизации управления и реализации инструментов прогнозирования локального спроса на электроэнергию), разработать двунаправленную систему учета электроэнергии на розничном уровне, а также интеллектуальные алгоритмы управления.

Процесс обслуживания электромобилей можно организовать на базе целого энергетического комплекса, созданного с использованием технологий возобновляемых источников электроэнергии. Комплекс работает по принципу стабильного обеспечения электроэнергией транспортных средств в любой момент времени. При невозможности надежной зарядки ТАБ через традиционные энергетические сети реализуется алгоритм зарядки с помощью генерирующих устройств: солнечная батарея, ветряной генератор. В случае повышения нагрузки на сервисный комплекс предусмотрена возможность замены разряженной ТАБ на специально подготовленную и хранимую в складских условиях батарею. Таким образом, решается проблема надежного обеспечения эксплуатационных параметров электромобилей.

Важным вопросом при обеспечении эффективности обслуживания электромобилей является уровень согласованности принятых стандартов в отраслях, так или иначе связанных с электротехнологиями на транспорте. Поскольку напряжение в бытовых сетях даже в развитых странах отличается, необходимо использовать инструменты стандартизации для достижения единообразия хотя бы некоторых особенностей транспортных средств и инфраструктуры с точки зрения эксплуатации.

В нашей огромной стране, кроме крупнейших городских агломераций (которых, прямо скажем, немного), отсутствует не просто требуемая инфраструктура, а даже возможность ее создания. Между тем она необходима для поддержания эксплуата­ционной эффективности электромобилей.

ЭЛЕКТРОМОБИЛИ В РОССИИ

В России существуют вполне определенные перспективы развития электромобильной тематики, связанные, прежде всего, с проектами «КамАЗ», «Москвич», «АвтоВАЗ», «НАМИ» и др. Однако они нуждаются во всесторонней поддержке — начиная от научно-технического обеспечения и заканчивая производственным и эксплуатационным. Мы в начале пути. Сегодня даже не стоит вопрос о возможности конкурирования традиционных конструкций автомобилей и электромобилей.

Полагаю, что первичный и значительный рост данного направления в ближайшие 10 лет возможен в крупных городах нашей страны, где требуется обеспечить необходимые экологические нормы на выбросы. География нашей страны такова, что необходимости в массовой эксплуатации электромобилей повсеместно не будет еще довольно долго, если таковая вообще когда-нибудь возникнет. Наличие углеводородных ресурсов способствует дешевизне и развитию других видов автомобильного транспорта, например работающих на газе.

***

И наконец, отмечу еще один важный момент. Электромобили — это не вершина технологий, ведь в настоящее время активно прогрессирует соответствующая водородная тематика, а дальше появится что-то еще.

Каждый раз, интегрируясь в новый цикл развития автомобильной отрасли (автомобиль с ДВС, электромобиль, гибридный автомобиль, водородный автомобиль), мы проходим соответствующие этапы научно-технического и технологического уклада. Перепрыгнуть через цикл или сразу через два, скорее всего, нельзя. Требуются не только чисто научные достижения, но и технологии, способные обеспечить массовость производства. Именно поэтому нам критически необходимо заниматься электромобилями так же, как и остальными направлениями эволюции автомобильной промышленности.

Начинать нужно, не изобретая велосипеда, используя инструменты обратного инжиниринга, не просто закупая компоненты для автосборки у восточных партнеров, а исследуя их и давая пищу для научно-образовательных учреждений, где воспиты­ваются перспективные кадры. Вот в такой связке можно творить будущее!

01.12.2022

---

448

Поделиться: