Характеристика проекта: Электромобиль

     Планы автопроизводителей

     Правительственные планы

     Правительство Ирландии планирует к 2020 году 10 % транспорта перевести на электроэнергию. Правительство Германии планирует к 2020 году вывести на дороги страны 1 миллион электромобилей, гибридных автомобилей и полных гибридов (PHEV). Серийное производство должно начаться уже в 2011 году. До 2012 года на эти цели из бюджета будет выделено 500 миллионов евро.

     Правительство Китая планирует начать испытания  до 2012 года в 11 городах страны 60 тысяч  автомобилей, включая электромобили, гибриды и автомобили на водородных топливных элементах. Министерство Науки и технологий Китая разрабатывает 12-ый пятилетний план для электромобилей на 2012—2016 г. В план могут войти положения:

• снизить стоимость аккумуляторов на 50 %;
• вывести на дороги страны 1 миллион электромобилей к 2015 г.;
• увеличить мощности по производству аккумуляторов до 10000 МВт
• разработать стандарты для электромобилей;

     Правительство Франции планирует к 2012 году вывести  на дороги страны более 100 тысяч электромобилей.

     Правительство Южной Кореи поставило цель автомобилестроительным компаниям начать массовое производство электромобилей до второй половины 2011 года и произвести 1 миллион электромобилей к 2020 году.

3. Жизненный цикл и стадии проекта

     Анализ  работ по созданию электромобилей за рубежом и в нашей стране, начиная  с момента их зарождения и включая сегодняшнее время, показывает, что можно условно выделить шесть этапов развития:

1. зарождение (1837-1895)
2. интенсивное развитие и конкуренции (1896-1930)
3. локального использования (1931-1960)
4. широкого проведения опытно-конструкторских работ и выпуска большого числа опытных образцов и малых серий опытных электромобилей (1961-1982)
5. определенный спад работ, вызванный резким изменением конъектуры на нефтяном рынке и неудачами в эксплуатации опытных партий из-за недостатков источников тока (после 1982г.)
6. в последние годы в связи с непрерывным ростом цен на нефть и сложившейся экологической ситуацией в мире, электромобили вновь стали набирать популярность (1982-2011)

     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.

4. Эффективность проекта

     Преимущества электромобиля

     Электромобили отличаются низкой стоимостью эксплуатации. Ford Ranger потребляет 0,25 кВт·ч на один километр пути, Toyota RAV4 — 0,19 кВт·ч на километр. Средний годовой пробег автомобиля в США составляет 19 200 км (т. е. 52 км в день). При стоимости электроэнергии в США от 5 до 20 центов за кВт·ч стоимость годового пробега Ford Ranger составляет от $240 до $1050, RAV-4 — от $180 до $970. В России стоимость электроэнергии — порядка 3,8 руб за кВт·ч по дневному тарифу и около 0,95 руб за кВт·ч в ночное время. Таким образом, стоимость эксплуатации электромобиля в России будет существенно ниже, чем в США, поскольку заряжаться он будет скорее всего ночью. КПД тягового электродвигателя составляет 88 %—95 %.

     Существует  легенда, что низкий уровень шума электромобилей может создавать проблемы — пешеходы, переходя дорогу, зачастую ориентируются на звук автомобиля. В некоторых странах даже предлагается искусственно повысить уровень шума электромобилей. Разумеется, резкий шум работающего мощного электродвигателя трудно с чем-то спутать, шум электроприводов троллейбуса (в основном воздушных компрессоров и вентиляторов в старых моделях), механических передач (дифференциал и карданная передача), электрокара, поезда метро широко известен, так что электромобилю необходимо обычное для транспорта шумоподавление. Однако при использовании маломощных двигателей, как, например, в трамваях, шум действительно практически отсутствует и на некоторых выпускаемых электромобилях искусственно повышают уровень шума.

     Сравнение с ДВС — преимущества

• Отсутствие вредных выхлопов в месте нахождения электромобиля.
• Высокая экологичность ввиду отсутствия применения нефтяных топлив, антифризов, трансмиссионных и моторных масел, а также фильтров для этих жидкостей.
• Простота техобслуживания, большой межсервисный пробег.
• Низкая пожаро- и взрывоопасность при аварии.
• Простота конструкции (простота электродвигателя и трансмиссии, отсутствие необходимости в переключении передач) и управления, высокая надёжность и долговечность экипажной части (до 20—25 лет) в сравнении с обычным автомобилем.
• Возможность подзарядки от бытовой электрической сети (розетки), но такой способ в 5—10 раз дольше, чем от специального высоковольтного зарядного устройства.
• Электромобиль — единственный вариант применения на легковом автотранспорте дешевой (по сравнению с бензином) энергии, вырабатываемой АЭС, ГЭС и электростанциями других типов.
• Массовое применение электромобилей смогло бы помочь в решении проблемы «энергетического пика» за счёт подзарядки аккумуляторов в ночное время.
• ТЭД имеют КПД до 90-95 % по сравнению с 22-42 % у ДВС.
• Меньший шум за счёт меньшего количества движимых частей и механических передач.
• Высокая плавность хода с широким интервалом изменения частоты вращения вала двигателя.
• Возможность подзарядки аккумуляторов во время рекуперативного торможения и при движении вниз по склонам (при переключении двигателя в режим генератора).
• Возможность подзарядки аккумуляторов от энергии солнца (как во время движения, так и во время простоя автомобиля).
• Возможность торможения самим электродвигателем (режим электромагнитного тормоза) без использования механических тормозов — отсутствие трения и соответственно износа тормозов.
• Простая возможность реализации полного привода и торможения путем применения схемы «мотор-колесо», что позволяет, помимо прочего, легко реализовать систему одновременного поворота всех четырех колес, вплоть до перпендикулярного положения.
• Также как и в автомобилях с ДВС, часть энергии (около 10 %) теряется в коробке передач и других элементах трансмиссии. Для решения этой проблемы в элекромобилях, компания Mitsubishi Motor разработала колесо с встроенным электродвигателем (мотор-колесо). Система получила название Mitsubishi In-wheel motor Electric Vehicle (MIEV). Аналогичное мотор-колесо разработала Toyota. Прототип автомобиля Toyota Fine-T может поворачивать колёса перпендикулярно оси автомобиля, что позволяет значительно упростить парковку. Возможно также решением данной проблемы будет отказ от коробки передач в пользу обычной цилиндрической передачи, как на локомотивах (КПД около 95 %) или простого карданного вала, как на троллейбусах.

     Сравнение с ДВС — недостатки

• Аккумуляторы электромобиля за полтора века эволюции так и не достигли характеристик, позволяющих электромобилю на равных конкурировать с автомобилем по запасу хода и стоимости, несмотря на значительное усовершенствование конструкции. Имеющиеся высокоэнергоемкие аккумуляторы либо слишком дороги из-за применения драгоценных или дорогостоящих металлов (серебро, литий), либо работают при слишком высоких температурах (рабочая температура натрий-серного аккумулятора — более 300 °С). Кроме того, такие аккумуляторы отличаются высоким саморазрядом. Одним из перспективных направлений стала разработка никель-металл-гидридных аккумуляторов с оптимальным соотношением энергоёмкости и себестоимости, однако из-за патентных ограничений на NiMH-аккумуляторы на электромобилях вынуждены применять свинцово-кислотные АКБ. Впрочем, энергоёмкость таких АКБ увеличилась за XX век в 4 раза (до 40—45 Вт·ч/кг) и они не требуют обслуживания в течение всего срока службы. Значительно повысить отдачу от аккумуляторов позволило применение электронных систем оперативного контроля за состоянием и зарядкой-разрядкой АКБ. Возможно выходом из этой ситуации будет применение топливных элементов, в частности дешевеющих PEM-элементов.
• Аккумуляторы хорошо работают при движении электромобиля на постоянных скоростях и при плавных разгонах. При резких стартах тяговые АКБ теряют много энергии. Для увеличения пробега электромобиля необходимы специальные стартовые системы, а также применение систем рекуперации энергии (экономия до 25 %).
• Проблемой является производство и утилизация аккумуляторов, которые часто содержат ядовитые компоненты (свинец, литий) и кислоты.
• Часть энергии аккумуляторов тратится на охлаждение или обогрев салона автомобиля, а также питание прочих бортовых энергопотребителей (свет или воздушный компрессор). Предпринимаются усилия, чтобы решить эту проблему с использованием топливных элементов, ионисторов и фотоэлементов.
• Для массового применения требуется создание соответствующей инфраструктуры для подзарядки аккумуляторов («автозарядные» станции).
• При массовом использовании электромобилей в момент их зарядки от бытовой сети возрастают перегрузки электрических сетей «последней мили», что чревато снижением качества энергоснабжения и риском локальных аварий сети.
• Длительное время зарядки аккумуляторов по сравнению с заправкой топливом.
• Малый пробег от одного заряда. Литиевая батарея ёмкостью 24 кВт·ч при средних условиях движения (60-90 км/ч, ближний свет фар (фары на светодиодах), без отопления салона, без кондиционера) позволяет электромобилю проехать около 160 км. Использование кондиционера, отопителя салона, движение с частым разгоном/торможением, движение со скоростью более 90-100 км/ч, загрузка электромобиля пассажирами или грузом уменьшают пробег от одного заряда до 2-х раз (до 80 км).
• Высокая стоимость литиевых батарей, или высокий вес достаточно ёмких свинцовых батарей. Литиевая батарея ёмкостью 24 кВт·ч стоит порядка 6000-9000$ (даёт около 160км пробега). Свинцовые батареи весом порядка 400кг позволяют иметь пробег всего около 80 км, к тому же свинцовые батареи очень не любят глубокого разряда. Использование большего количества свинцовых батарей приводит к перегрузке электромобиля, а использование литиевых батарей большей ёмкости сильно удорожает электромобиль. Другие типы батарей в электромобилях практически не используются.
• Ухудшение характеристик батарей на холоде.
• Деградация литиевых и других батарей с возрастом. В лучших моделях литиевых батарей через 5-8 лет остается менее 80% емкости.

     Интеграция дома и электромобиля

     Разрабатываются различные концепции интеграции электромобилей и жилых домов (анг. Vehicle-to-Home). Например, старые аккумуляторы электромобиля могут несколько лет проработать в роли стационарных накопителей электроэнергии. Собранные вместе, снабжённые инвертором и сетевым фильтром 5-10 аккумуляторов от электромобиля Chevrolet Volt могут обеспечить несколько коттеджей или малый бизнес резервным питанием во время аварийных отключений на несколько часов.

Список используемой литературы

1. http://ru.wikipedia.org/wiki/%DD%EB%E5%EA%F2%F0%EE%EC%EE%E1%E8%EB%FC (Википедия)
2. http://electroauto.ru/index.php?module=catalog&id=2&articlesdetail=57 (статья Дмитрия Молодцова 02 мая 2008 года)
3. В.А. Щетина, Ю.Я. Морговский, Б.И. Центер, В.А. Богомазов; Под общей редакцией д-ра тех. наук проф. В.А. Щетины Электромобиль. Техника и экономика.- Л.: Машиностроение. Ленингр. отд-ние, 1997.-253с.