Анализ преимуществ и недостатков видов легкого электротранспорта



Автомобиль — популярное средство передвижения в настоящее время. Но, несмотря на свою популярность и огромное количество положительных сторон, они имеют ряд существенных недостатков. Например, загрязнение окружающей среды, в виде выбросов в атмосферу выхлопных газов, являющихся результатом сгорания углеводородного топлива. Рост цен на бензин приводит к увеличению стоимости использования транспорта с бензиновым двигателем. Эти недостатки привели к тому, что ведущие страны стали разрабатывать более экологичные автомобили. Россия не является исключением. О перспективах развития транспорта, использующего электрическую энергию, в частности, электромобиля и гибридных автомобилей, будет рассказано в этой статье.

Для того чтобы понять, что же такое электромобиль и чем он отличается от гибридных автомобилей рассмотрим их определения. Электромобиль — это автомобиль, который приводится в движение не двигателем внутреннего сгорания, а одним или несколькими электродвигателями, питающимися от аккумуляторов или топливных элементов [1]. Гибридным автомобилем называется транспортное средство, приводимое в движение с помощью гибридной силовой установки. Отличительной особенностью гибридной силовой установки является использование двух и более источников энергии и соответствующим им двигателей, преобразующих энергию в механическую работу [2].

Начиная с 1880 г., развитие электромобилей происходило параллельно с автомобилем. В эти годы автомобили с ДВС еще не являлись серьезным конкурентом электромобилям. Это было обусловлено тем, что конструкция электромобилей была проще и они (как и автомобили) использовались только в городах и осуществляли передвижение в радиусе 10–15 км. Скорость таких экипажей не превышала 20 км/ч. [3].

История же гибридных автомобилей насчитывает чуть больше 100 лет. Первые гибридные автомобили появились приблизительно в одно и то же время в нескольких странах, но, несмотря на вышесказанное, многие признают, что одним из первых кто изобрёл и, главное, сумел наладить массовое производство гибридных автомобилей был великий немецкий конструктор, сыгравший большую роль в общем развитии автомобилестроения, Фердинанд Порше. В 1898 году Порше создал автомобиль, в котором электродвигатель не приводил ведущие колёса автомобиля, а приводил в движение электрический генератор, преобразовывающий механическую энергию, выработанную ДВС, в электрическую. После второй мировой по советским улицам ездил автобус — ЗИС-154. В его хвостовой части находился дизельный 110-сильный агрегат, работающий в паре с генератором постоянного тока. В 60–70 годы советский ученый Нурбей Гулиа проводил множество испытаний с маховичными гибридными двигателями, благодаря которым удавалось почти на половину снизить расход дизельного топлива [4].

В настоящее время на российском рынке можно приобрести такие гибридные автомобили, как: Audi Q5 Hybrid, BMW ActiveHybrid X6, Lexus CT200h, Mercedes-Benz S400 Hybrid, Porsche Cayenne S Hybrid, Toyota Prius, Volkswagen Touareg Hybrid и другие.

Наиболее известными серийно выпускаемыми моделями электромобилей, которые можно купить в России, являются: Toyota RAV4 EV, Tesla Model S, Mitsubishi i-MiEV, BMW i3, Citroen Berlingo First Electric,Renault серия Z. E., Nissan LEAF, Lada Ellada. Что же касается Tesla Model S, то ее можно приобрести только у серых дилеров.

Преимущества и недостатки электрокаров. Сравнение с гибридными автомобилями

Преимущества электромобилей:

‒ Низкие расходы на топливо. Стоимость энергии, необходимой для поездки на электромобиле, меньше, чем стоимость энергии, потребляемой при поездке на автомобиле, работающем на ископаемом топливе, на то же расстояние.

‒ Снижение загрязнения окружающей среды. Двигатель электромобиля не производит выхлопных газов и, соответственно, не ухудшает экологическую обстановку.

‒ Снижение шума. Разгон электромобиля производится плавно и тихо

‒ Постепенное снижение стоимости. При росте производства батарей для электрокаров уменьшается их стоимость.

‒ Надежность. Из-за меньшего количества деталей и узлов, повышается надежность электромобиля [5].

Недостатки электромобилей:

‒ Малое количество станций для подзарядки. Правительство Москвы в лице замглавы Дептранса Дмитрия Пронина сообщило, что в течение года в столице установят 250 станций «Московский транспорт», с учётом станций МОЭСК их количество достигнет 280 единиц [6]. Но на данный момент инфраструктура находится на начальном этапе развития.

‒ Короткий пробег и ограниченная скорость. Максимальный пробег электрокара меньше, чем пробег автомобиля с полным баком горючего до его опустошения.

‒ Длительное время перезарядки. Для полной зарядки электромобиля требуется около 8 часов. Хотя некоторые компании, в частности Tesla, предлагают экспресс-зарядки Tesla Supercharger Station, которые позволяют зарядить аккумулятор до 80 процентов за 40 минут.

‒ Необходимость замены батареи через каждые 3–10 лет.

‒ В зимнее время расход энергии аккумулятора повышен из-за обогрева салона. Поэтому пробег осенью, зимой и весной сокращается на 20–50 % по сравнению с летним периодом.

Что же касается безопасности. Все автомобили проходят одинаковые процедуры тестирования. В случае столкновения, в электромобиле сработают подушки безопасности, датчики столкновения отключат аккумуляторы. Например, электромобиль Tesla Model S в 2013 году получил наивысший рейтинг безопасности из всех автомобилей, когда-либо протестированных в США [7]. Но все тот же электромобиль Tesla Model S может быстро воспламеняться при ДТП, также были отмечены случаи возгорания, причины которых еще не выяснены. Примечательно, что потушить электрокар намного сложнее из-за литиевых аккумуляторов, которые нельзя тушить водой, так как литий бурно взаимодействует с водой.

В то время, пока развивается инфраструктура и дорабатываются модели электромобилей можно обратить внимание на гибриды электрокаров, которые могут нивелировать недостатки чисто электрических моделей.

Преимущество гибридных автомобилей перед электромобилями одно: запас хода не ограничен емкостью батареи. При разрядке батареи автомобиль использует другое топливо. Этот факт является существенным плюсом в российских реалиях, так как широкие просторы нашей страны требуют дальних переездов и, зачастую, нет возможности зарядить батареи. Минусом же является использование углеводородов в качестве основного топлива, то есть происходит выброс выхлопных газов, но в меньшем размере, чем в бензиновом автомобиле.

Конструктивные особенности гибридных автомобилей и электромобилей

Основными конструктивными элементами электрооснащения автомобиля являются: аккумуляторная батарея, электродвигатель, трансмиссия, бортовое зарядное устройство, электронная система управления.

Тяговая аккумуляторная батарея обеспечивает питание электродвигателя. Зачастую используются различные вариации литий-ионных батарей. Электродвигатель — главная система, создающая крутящий момент. Электродвигатель работает благодаря принципу электромагнитной индукции, коэффициент преобразования электрической энергии в механическую составляет 80–95 %. Трансмиссия в отличие от автомобилей с двигателем ДВС проста, используется одноступенчатый зубчатый редуктор. Заряжать батарею от бытовой электрической сети позволяет бортовое зарядное устройство. Электронная система управления выполняет несколько функций, направленных на обеспечение комфорта и безопасности пассажиров.

Отличие гибридов от электромобилей заключается в том, какая роль отведена электромотору. В зависимости от этого гибриды делятся на умеренные и полные. У первых электромотор служит помощником двигателю внутреннего сгорания: помогает снизить потребление топлива и используется для запуска двигателя. Вторые способны проехать некоторое расстояние на одной электротяге. По типу совмещения ДВС и электромотора полные гибриды можно разделить на гибриды с последовательной силовой установкой, в которой ДВС вращает генератор, а электродвигатель передает крутящий момент на колеса, и параллельной, в которой ДВС и электромотор могут работать параллельно. Следует отметить, что сложная организация гибридных силовых установок усложняет ремонт и эксплуатацию автомобилей с такой системой.

На сегодняшний день в мире существуют три основных способа зарядки электромобилей:

‒ Способ зарядки аккумуляторных батарей электромобиля от бытовой электрической сети называется медленной зарядкой и длится около 8 часов.

‒ Быстрая зарядка — способ зарядки на специально оборудованных станциях. В течение 20–30 минут аккумуляторная батарея заряжается более чем на 90 процентов.

‒ «Горячая» замена батареи — замена батареи на полностью заряженную. «Горячая» замена батареи осуществляется только на зарядных станциях Tesla Supercharger, которую можно произвести за 2 минуты. [6]

Основная проблема использования электрокаров в России заключается в недостаточном количестве зарядных станций и высокой стоимости как гибриднах автомобилей, так и электромобилей. Поэтому для того чтобы решить эти вопросы, необходимы определенные льготы. В 2015 году процесс начал развиваться более активно — страны, входящие в ЕАЭС, одобрили проект плана поддержки электромобильного сегмента в период 2015–2017 годов. План предусматривает снижение пошлин на импорт комплектующих для электромобилей с 5–10 % до нуля. По примеру Норвегии ЕАЭС тоже решил давать владельцам электромобилей права на бесплатный проезд по выделенным полосам для общественного транспорта, платным дорогам, а также бесплатную парковку. Предусмотрены льготы и для юридических лиц, размещающих на своей территории зарядные станции для электромобилей [7]. Еще дальше в решении проблем развития электротранспорта пошло правительство Москвы, которое собирается выделять специальные парковочные места для «зеленых» автомобилей. Также планируется существенное увеличение количества зарядных станций, как в Москве, так и в других крупных городах.

В масштабах России является уникальным опыт использования отечественного электрокара EL LADA. Первые пять электромобилей были поставлены таксопарку в Кисловодске в 2013 году.Вновь же крупной проблемой стало отсутствие зарядных станций, на весь Кисловодск их только три, построенных в партнерстве с фирмой Ensto. К 2016 году электрокары, используемые как такси, проехали свыше 70 тыс. км.

Для России, с ее широкими просторами, на данный момент, целесообразно развивать рынок гибридного транспорта и параллельно расширять сеть зарядных станций с последующим полным переходом на электромобили. Для развития электротранспорта необходимы субсидии и льготы со стороны государства как для производителей электрокаров и гибридов, так и для пользователей. Льготы для производителей могут быть представлены в виде налоговых льгот и государственных субсидий. Для потребителей необходимы: государственные субсидии на покупку и освобождение от транспортного налога.

Отрасль производства электромобилей и гибридов в России слабо развита в настоящее время и уступает развитым странам, таким как Япония, США, Германия, Норвегия и др. Российские ученые уже занимаются разработкой отечественного электротранспорта, и они дают надежду на создание образцов, по качеству сопоставимые с импортными аналогами. Создание новых технических решений поспособствует модернизации производства и стремительному росту экономики.

Литература:

1. http://www.kolbasers.ru/hq/elektromobil.php

2. http://systemsauto.ru/engine/hybrid.html

3. http://www.electrolibrary.info/history/electromobi.htm

4. http://autology.jimdo.com

5. http://nature-time.ru/2014/08/preimushhestva-elektromobilya-i-ego-nedostatki.

6. http://fundamental-research.ru/en/article/view?id=39606

7. http://peretok.ru/innovations/elektromobili-v-rossii-vy-ne-videli-moyu-zaryadku.html

8. http://www.zr.ru/content/news/567354-tesla_model_ s_ poluchila_ vysshije_ rejtingi_bezopasnosti/.