Развитие гибридных автомобилей

 

Троллейбус «Белкоммунмаш-33300А» является низкопольной сочлененной четырехдверной пассажирской машиной с электронной системой управления на IGBT-модулях. Он может передвигаться в режиме троллейбуса, от тока контактной сети, или в автономном режиме, используя электроэнергию, вырабатываемую дизель-генератором или аккумулированную батареями. Причем динамические характеристики в обоих вариантах будут абсолютно одинаковыми. Эта двойственность привода позволяет модели «Белкоммунмаш-33300А» работать и на маршрутах, где есть контактная сеть, и там, где ее нет. Если сравнивать «Белкоммунмаш-33300А» с обычным троллейбусом без накопительных батарей, то можно сказать, что эксплуатация гибрида сэкономит 10% энергии от использования рекуперативного торможения, а в автономном режиме экономия дизельного топлива достигнет 40% в сравнении со стандартным автобусом.

 

Первая в России модель гибридного троллейбуса, который благодаря специальным аккумуляторам может некоторое время ехать без контактной сети, успешно прошла испытание в Новосибирске в 2012г.

 

СТ-6217 — высокопольный троллейбус, выпускающийся с 2009 г. на "ООО «Сибирский троллейбус». «Сибирскому троллейбусу» в 2003 г. дали разрешения только на капитально-восстановительный ремонт, а сейчас дали сертификацию уже на строительство собственной модели.

 

Сейчас троллейбус курсирует по маршруту № 5 «Городской аэропорт – Ленинградская». От конечной остановки маршрут будет продлен до ТЭЦ-5. Этот отрезок пути троллейбус будет проходить, используя автономное питание от установленных батарей. Таким образом, без контактной сети он будет проезжать 6 остановок.

 

• 4. Преимущества и недостатки

 

• Преимущества

 

Главным преимуществом является экономная эксплуатация.

 

Очень актуально сегодня уменьшение вредных выбросов с отработавшими газами, что стало прямым следствием снижения расхода топлива у гибридомобилей. А при работе на электроприводе эмиссия вообще нулевая, это имеет неоценимое значение для больших городов, в том числе в России. Как показывает опыт эксплуатации, в городе гибридный автомобиль 80% времени работает в режиме электромобиля. Наличие двигателей двух типов позволяет отказаться от установки одного мощного двигателя, рассчитанного исходя из пиковых нагрузок эксплуатации транспортного средства. Когда гибридомобилю потребуется максимальная мощность, в работу одновременно включаются ДВС и электромотор. Это позволяет установить менее мощный ДВС, работающий большую часть времени в экономичном режиме. Снижение расхода углеводородного топлива немедленно сказалось на экологической чистоте.

 

Устранён главный недостаток двигателя на углеродном топливе – невозможность возврата энергии обратно в углеродное топливо. Инженеры по транспорту давно пытались сохранить энергию движения при торможении, чтобы её повторно использовать. Например, применялись специальные конструкции с большим маховиком.

 

Сокращение числа заездов на АЗС благодаря меньшему расходу топлива позволяет сэкономить около трети рабочего времени. И последнее, пусть и небольшое преимущество гибридомобиля – это заправка углеводородным топливом. У электротранспортных средств остается один существенный недостаток – необходимость длительного заряда аккумуляторов. Процесс этот долгий, и к тому же требует специ-ально подготовленного пункта зарядки. Электромобиль пока непригоден для длительных междугородных поездок. У гибридного автомобиля этого недостатка нет.

 

• Недостатки

 

Гибридные автомобили имеют относительно больший вес, они сложнее и дороже традиционных автомобилей с двигателями внутреннего сгорания.

 

Наиболее перспективные, механические, гибриды не могут на данном этапе составить конкуренцию электрическим гибридам. Основной проблемой является невозможность создания адаптивных трансмиссий, способных работать в широком диапазоне передаточных отношенй.

 

Также существуют опасения, что в будущем нас ожидает дефицит редких материалов, используемых при производстве гибридомобилей. На-пример, редкоземельный элемент диспрозий, который применяют при производстве высокотехнологичных электрогенераторных узлов. Надо сказать, что 95% мировых запасов редкоземельных материалов добывают сегодня в Китае, и у аналитиков возникают опасения, что внутри-китайское потребление этих элементов к 2012 г. сравняется с существующим объемом добычи.

 

• 5. Альтернативные источники энергии

 

• Биологическое топливо

 

Биото́пливо — это топливо из биологического сырья, получаемое, как правило, в результате переработки биологических отходов. Существуют также проекты разной степени проработанности, направленные на получение биотоплива из целлюлозы и различного типа органических отходов, но эти технологии находятся в ранней стадии разработки или коммерциализации. Различается жидкое биотопливо (для двигателей внутреннего сгорания, например, этанол, метанол, биодизель), твёрдое биотопливо (дрова, брикеты, топливные гранулы, щепа, солома, лузга) и газообразное (биогаз, водород).

 

• Жидкое биотопливо

 

Технологий производства биотоплива несколько. Одна из них - это переработка сельскохозяйственных отходов в топливо. Сырьем, для этого процесса, могут служить и куски древесины, и солома, и навоз…

 

После сушки отходы нагреваются до 400-500°С, выделившийся газ проходит ряд превращений в присутствии катализатора – и на выходе из реактора получается дизельное топливо без содержания серы и других вредных примесей. Кроме того, биодизельное топливо «СО2-нейтрально» по отношению к окружающей среде - при его сгорании в атмосферу возвращается та углекислота, что была поглощена растениями при росте.

 

По оценкам авторов проекта, нынешние возможности сельского хозяйства Европы способны обеспечить таким топливом от половины до 80% всех легковых дизелей.

Еще один способ получения биологического дизельного топлива – растительное сырье. Тем более идея получать его из растительного сырья была озвучена еще Рудольфом Дизелем. В 1900 году он даже продемонстрировал двигатель, работавший на горючем из арахисового масла.

 

Основой для биодизельного топлива служат различные компоненты, чаще всего соя, рапс, хлопок, а в последнее время ятрофа – это южноамериканское растение еще называют бутылочным деревом. Технология в общих чертах такова: семена растений проходят через маслобойку, в которой масло отделяется от шрота – отходов маслоэкстракционного производства. Затем масло смешивают с метанолом, применяя в качестве катализатора метоксид натрия. Полученную смесь очищают – горючее готово.

 

Плюсы:

 

Экономический аспект. Страны, где нефти нет либо крайне мало, готовы платить зеленым сырьем (а не долларом) за энергетическую независимость;

 

«Биодизель» практически не содержит серы и канцерогенного бензола. Разложение этого топлива происходит в естественных условиях без вреда для природы, а в процессе сгорания в двигателе выбросы в атмосферу СО2 на 50–80% ниже, чем при работе на традиционном минеральном дизтопливе;

 

Растительное топливо отличает хорошая воспламеняемость, поскольку его цетановое число достигает 58, тогда как этот показатель для традиционной солярки не превышает 52. Иными словами, зажечь биодизельное топливо легче, но, увы, сгорает оно с меньшей теплоотдачей;

 

Запасы сырья могут возобновляться ежегодно, культура не требует особого ухода в процессе выращивания;

 

В ходе переработки масла получают дополнительные продукты (глицерин, сульфат натрия);

 

 

Минусы:

 

Себестоимость производства выше, чем бензина и дизтоплива;

 

Требуются дополнительные площади сельскохозяйственных земель;

 

Эфиры рапсового масла обладают значительной коррозионной активностью. Это чревато потерей стойкости резиновых прокладок и сальников, образованием твердых отложений в форсунках и жиклерах, забитыми топливными фильтрами и отказавшими насосами высокого давления;

 

Высокое содержание в «растительном» выхлопе окиси азота. Содержание NOx в выхлопе в сравнении с обычным дизельным топливом на 10% больше, а в ходе эксперимента инженеры Volvo доказали, что эта разница может достигать 40%;

 

Борьба с токсичностью приводит и к потере мощности, а ее компенсирует больший расход топлива;

 

• Водородное топливо

 

В настоящее время многие специалисты в области энергетики, политики, журналисты и активисты общественных движений в защиту среды обитания отдают предпочтение водородному топливу. Постоянно ведутся исследования, призванные более широко внедрить использование водородное топливо в качестве замены бензину.

 

У водорода есть множество очевидных достоинств. Водород полностью сгорает в кислороде, выделяя большое количество энергии и оставляя после себя только водяной пар. Его легко транспортировать по трубопроводам практически на любые расстояния, тем более, что он не ядовит (хотя и взрывоопасен) и не обладает коррозирующим действием. Запасы водорода (как компонента воды) практически неограниченны и более или менее равномерно распределены по всем континентам. Водород представляется идеальным горючим для относительно маломощных и в то же время многочисленных силовых установок, размещенных на подвижных платформах – прежде всего для автомобильных и авиационных двигателей.

В настоящее время ограниченными партиями выпускаются:

 

BMW Hydrogen 7. Битопливный (бензин/водород) легковой автомобиль. Используется жидкий водород;

 

Ford E-450. Автобус (см. Автобусы Ford);

 

Mazda RX-8 hydrogen. Битопливный (бензин/водород) легковой автомобиль.

 

Городские низкопольные автобусы MAN Lion City Bus.

 

Берлинская транспортная компания BVG (Berliner Verkehrsbetriebe) к ноябрю 2009 года приобрела 14 автобусов MAN с двигателями внутреннего сгорания, работающими на водороде.

 

• Водородные топливные элементы

 

Водородные топливные элементы могут производить электрическую энергию для электродвигателя на борту транспортного средства, заменив тем самым двигатель внутреннего сгорания, или применяться для бортового питания.

 

Автомобили с силовыми установками на водородных топливных элементах производят и испытывают:

 

Ford Motor Company — Focus FCV;

 

Honda — Honda FCX;

 

Hyundai — Tucson FCEV (топливные элементы компании UTC Power);

 

Nissan — X-TRAIL FCV (топливные элементы компании UTC Power);

 

Toyota — Toyota Highlander FCHV;

 

Volkswagen — space up;

 

General Motors;

 

Daimler AG — Mercedes-Benz A-Class;

 

В Дании водородный поезд курсирует между городами Vemb, Lemvig и Thyboron. Протяженность маршрута — 59 км, что ограничено ёмкостью водородных баков. Проект получил название Danish Hydrogen Train Project.Разработки водородного железнодорожного подвижного состава также ведутся в Японии компаниями Hitachi и Kinki Sharyo.

 

В Германии производятся подводные лодки класса U-212 с топливными элементами производства Siemens AG. U-212 стоят на вооружении Германии, поступили заказы из Греции, Италии, Кореи, Израиля. Под водой лодка работает на водороде и практически не производит шумов.

 

Fraunhofer Institute (Германия) разрабатывает беспилотный вертолёт с силовой установкой на водородных топливных элементах. Вес топливного элемента — 30 грамм, мощность 12 ватт

 

• Солнечная энергия

 

К наиболее перспективным транспортным средствам грядущего столетия относят электромобиль. Однако его источники энергии - аккумуляторные батареи - пока не могут конкурировать с бензином и дизельным топливом. Да и экологическая чистота электромобиля далеко не бесспорна (если его аккумуляторы заряжают энергией от тепловых электростанций - это, по сути, "нефте-" или "углемобиль", если же от атомных - "атомобиль"). Иное дело солнцемобиль – разновидность электромобиля, получающего электроэнергию от бортовых или стационарных фотопреобразователей.

 

Фотоэлектрические элементы также могут устанавливаться на различных транспортных средствах: лодках, самолётах, дирижаблях и т. д.

 

Фотоэлектрические элементы вырабатывают электроэнергию, которая используется для бортового питания транспортного средства, или для электродвигателя электрического транспорта.

 

В Италии и Японии фотоэлектрические элементы устанавливают на крыши ж/д поездов. Они производят электричество для кондиционеров, освещения и аварийных систем.

 

Компания PlanetSolar создала катамаран TЫRANOR, который работает на солнечных батареях. . Этот катамаран, спроектированный швейцарцами и построенный немцами, оснащен солнечными панелями общей площадью более 5380 квадратных метров. Tыranor признанна самой большой яхтой на солнечных батареях в мире. На проектирование и строительство TЫRANOR было затрачено около 26 миллионов долларов США. Солнечные панели PlanetSolar питают два электрических двигателя, которые обеспечивают максимальную скорость катамарана 24 километра в час. Избыточная энергия, произведенная солнечными панелями, сохраняется в литиево-ионном аккумуляторе большой емкости – ее будет достаточно, чтобы катамаран мог плыть в течение трех суток в пасмурную погоду.

 

Специалисты полагают, что солнечный транспорт станет всерьез конкурировать с автомобильным, когда эффективность доступных по цене солнечных элементов (фотоэлектрических преобразователей) составит 40-50%. Пока же их КПД всего 10-12%.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

• Список литературы:

1. Лайкер Джеффри К. Дао Toyota 14 принципов менеджмента ведущей компании мира, М.: Альпина Паблишерз, 2011. – 398 с.