Электромобиль — будущее автомобилестроения?

УДК 629.(014.8+113.65)

С.Н. Ивлев ДТР ОАО «АвтоВАЗ»

История эволюции технических устройств зачастую сильно напоминает эволюцию живых существ. И как в животном или растительном мире наблюдается смена эпох, торжество и гибель десятков и сотен видов, уступающих первенство другим, более совершенным организмам, так и история техники являет собой борьбу не на жизнь, а на смерть различных концепций. Новые концепции рождаются, развиваются, достигая апогея своего технического уровня, и дают собой начало новым, более совершенным идеям, либо умирают.


Рисунок 1. Первый автомобиль, сконструированный Эньсом Джедиком

Интересной в этом смысле является история электромобиля как разновидности автомобильного транспорта. Мало кто знает, что первым автомобилем был, вообще говоря, электромобиль, сконструированный венгерским изобретателем Эньсом Джедиком (рис. 1). Конец XIX — начало XX века является временем ожесточенного соперничества парового и электрического двигателей. И тот, и другой в третьем десятилетии ХХ века были вытеснены бурно развивающимся двигателем внутреннего сгорания. На рис. 2 показан немецкий электромобиль 1904 года, на рис. 3 — электромобиль Эдисона.


Рисунок 2. Немецкий электромобиль 1904 года


Рисунок 3. Электромобиль Эдисона

Ренессанс электромобилей начался в конце прошлого века и связан с разработкой более эффективных аккумуляторов электрической энергии и новых типов электродвигателей. Некоторые современные электромобили показаны на рис. 4-8. Появление на рынке Америки и Европы электромобиля «Nissan Leaf» (рис. 5) ожидается в 2010 году.


Рисунок 4. Автомобиль GM EV-1, 1999 г., запас хода 260 км, батареи NiMh


Рисунок 5. Электромобиль «Nissan Leaf»


Рисунок 6. Популярный в Европе автомобиль «Think City»

В настоящее время электромобили выпускаются значительно более мелкими сериями, чем обычные легковые машины. Однако уже сейчас они присутствуют в разных ценовых нишах.

Примером успешного легкого электромобиля является индийский автомобиль REVA (рис. 7). Это городской 3-дверный микроавтомобиль. Габариты: длина — 2,6 м, ширина — 1,3 м, высота — 1,5 м. Вес 745 кг. Грузоподъёмность 270 кг. В электромобиле предусмотрены два места для взрослых и два задних места для детей. Пиковая мощность двигателя 13 кВт. Аккумуляторы свинцово-кислотные. Запас хода 80 км. Время зарядки 6 часов.


Рисунок 7. Индийский электромобиль «REVA»

Стоимость в Великобритании f 7700 (около 8500 Евро). Стоимость в Индии 6000 $. Этот электромобиль поставляется в 21 страну мира. Имеется модификация с литий-йонными аккумуляторами. Дальность пробега этой модификации автомобиля составила 131 км.

На другом полюсе рынка электромобилей находится городской 2-дверный родстер TESLA (рис. 8). Габариты: длина – 3,9 м, ширина – 1,87 м, высота – 1,12 м. Вес 1235 кг. Разгон от 0 до 97 км/ч за 3,7 с. Пиковая мощность двигателя 13 кВт. Аккумуляторы свинцово-кислотные. Запас хода 393 км. Время зарядки 6 часов. Базовая цена 109 000 $. Продажи с 2008 года. Продано около 800 автомобилей.


Рисунок 8. Городской двухместный родстер TESLA

Если посмотреть на диаграмму, сравнивающую потребительские качества обычного автомобиля и электромобиля (рис. 9), то можно заметить, что здесь достигнут определенный паритет. И если обычный автомобиль имеет значительные преимущества перед электромобилем в отношении климатического комфорта (особенно зимой) и безопасности, то в отношении запаса хода, энергетической эффективности, экологичности (с учетом новых норм токсичности для бензиновых и дизельных двигателей) наблюдается примерное равенство. Зато с точки зрения динамических свойств и возможности рекуперации энергии торможения электромобили имеют явное преимущество.


Рисунок 9. Потребительские качества обычного автомобиля и электромобиля

К выводу о временном «равенстве сил» можно прийти, анализируя также энергетические цепочки, обеспечивающие движение электромобиля и обычного автомобиля с двигателем внутреннего сгорания (ДВС).

В случае электромобиля энергия получается на электростанциях (в настоящее время преимущественно тепловых). Основные потери — примерно 2/3 энергии преобразуются в тепло, часть энергии теряется на передачу от электростанции к заряжающей станции и часть энергии теряется при зарядке. Еще небольшая доля энергии теряется в самом движителе электромобиля. В целом при использовании для движения 12,7 квт·ч энергии (примерные энергозатраты на 100 км пути), необходимо затратить около 60 квт·ч энергии.

В случае получения энергии в автомобиле с ДВС эффективно используется около 20% энергии. Остальная энергия преобразуется в тепло, которое может быть частично использовано для улучшения климатического комфорта, а оставшаяся часть удалена из автомобиля (рис. 10).


Рисунок 10. Сравнение энергетической эффективности электромобиля и обычного автомобиля

Понятно, что здесь приведены некоторые условные усредненные расчеты, которые в случае той или иной конструкции могут значительно отклоняться в ту или другую сторону. Тем не менее, понятно, что развитие энергетики и уход от тепловых электростанций в значительной степени повысит «экологичность» транспорта и сильно уменьшит расход топлива на обеспечение его движения, а значит, и в целом выбросы CO2 в атмосферу. Другим важнейшим резервом повышения эффективности электромобилей является возможность рекуперации энергии при торможении транспортного средства. Большим недостатком является необходимость находить дополнительную энергию на обогрев салона. Поскольку в электромобилях «даровой» энергии нет, придется в холодное время года «возить» ее с собой.

Резервы для ДВС — только повышение эффективности использования сгорания топлива хотя бы до уровня теплоэлектростанций.

Наиболее значительные недостатки, которые пока сдерживают интерес к электромобилям, — большое время «заправки» и отсутствие развитой инфраструктуры, поддерживающей эксплуатацию электромобилей. И если с временем зарядки в ближайшее время технический прогресс, видимо, справится, то отсутствие развитой инфраструктуры является более существенной проблемой. При значительном развитии парка электромобилей одновременная зарядка десятков тысяч машин, «живущих» в городе средней величины, может привести к локальным разрушениям существующей энергетической сети, не рассчитанной на такие перегрузки.

В любом случае, вопрос развития электрического транспорта, в первую очередь электромобилей, является во многом системной государственной проблемой, решение которой может помочь уменьшить экологическую нагрузку на среду обитания человека в ближайшем будущем. В таблице приведен далеко не полный перечень известных в настоящее время государственных программ, направленных на поддержку перехода к электромобилям, которые, очевидно, имеют технико-экономическое обоснование. Так что, электромобиль — транспорт будущего?