Автодайджест №135

⇡#Гибриды и электрокары

В гонку по строительству зарядных станций для электрокаров включаются настоящие индустриальные гиганты. Шведско-швейцарская машиностроительная компания ABB объявила о намерении вплотную заняться этим рынком. По расчетам специалистов компании, сегмент крайне перспективен: к 2017 году ежегодные продажи электрокаров превысят 5 миллионов экземпляров, а ниша зарядных станций оценивается в $1 миллиард.

Вступление столь крупной компании в рынок электрических машин — зеленый свет не только для потенциальных покупателей, но и для производителей самих электромобилей. Это история о яйце и курице: что было раньше? Без значительного распространения работающих на электричестве машин никто не рискнет строить крупную сеть зарядных станций. В свою очередь покупатели будут обходить стороной неудобные с точки зрения эксплуатации инновационные транспортные средства: не у каждого есть дом с выделенной высоковольтной линией. Именно этот замкнутый круг и разорвет ABB со своим новым проектом. Как грибы после дождя общедоступные точки для подзарядки «прорастут» в США, Европе и Азии. Их общее количество в ближайшие 5 лет достигнет 7,7 миллиона.

Чтобы проект оказался успешным, в разработке зарядных точек примут участие производители электромобилей. Специалисты ABB учтут также вероятные проблемы, связанные с нагрузками на электросети. Жесткое тестирование ждет слабые участки цепи, часть ЛЭП будет обновлена. Дополнительно к этому защиту от перегрузок встроят в сами пункты заряда: умная автоматика сможет определять пиковые нагрузки на сеть и самостоятельно ограничивать напряжение на выходе. Соответственно, когда мощности электросети используются не полностью, питание будет подаваться в максимальном объеме.

Разработка зарядных станций ведется совместно с немецкой энергетической компанией RWE. Это один из крупнейших поставщиков газа в Германии. Безусловно, пригодится и богатый опыт RWE в строительстве ветряных электростанций. Несколько лет назад немецкая компания уже занималась разработками в сфере станций для электрокаров. Тогда заказчиком выступал концерн Daimler.

Даже если сеть заправочных станций будет успешно развернута, останется масса недовольных владельцев электрокаров, которые заходят заряжать их без проводов. Об этой технологии не только мечтают, ряд компаний давно готов начать серийное производство таких модулей. Далеко идти за примером не надо: мы уже писали о разработках Evatran, Delphi Automotive и HaloIPT. К сожалению, ни одна из этих компаний до сих пор не решила главную проблему электрокаров: эти транспортные средства по-прежнему заряжаются дольше, чем едут. По данным Департамента энергетики США, на территории Штатов сейчас функционирует около 5500 зарядных станций. К концу текущего года их количество должно увеличиться в 5 раз. Большинство из уже созданных и только запланированных зарядок соответствуют требованиям Level 1 и Level 2: более современная спецификация Level 2 подразумевает возможность увеличения доступного пробега электрокара на 16-32 км за один час. Иными словами, необходимо очень много времени, чтобы хоть немного увеличить запас хода. Даже редкие станции быстрой подзарядки, способные повысить остаточную емкость батарей на 80-100% за полчаса, не смогут кардинальным образом повлиять на ситуацию. Но специалисты Стэнфордского университета готовы решить эту проблему, подарив владельцам электрокаров возможность свободного путешествия по стране.

Если человечество может передавать электричество без проводов, то почему бы не заряжать машины непосредственно во время их перемещения по дорогам? Секрет переноса больших зарядов на огромные расстояния с собой в могилу (или в параллельный мир?) забрал Никола Тесла, мы же сегодня можем лишь заряжать электромобили. В 2007 году в Массачусетском технологическом институте (Massachussetts Institute of Technology — MIT) провели эксперимент, в ходе которого смогли подключить к лампочке источник электричества без использования проводов. Тогда расстояние между катушками приема и передачи составило 2 метра, при этом на пути находились различные объекты. В Стэнфорде попытались увеличить пересылаемую мощность до 10 кВт. Они собрали катушки приема и передачи, причем обе имели характерную конструктивную особенность — изгиб на 90 градусов. С их помощью удалось зарядить находящий на расстоянии 2 метров электромобиль, при этом мощность составила искомые 10 кВт. Одним из самых удивительных результатов эксперимента стала эффективность, которая достигла 97%. Ученые уверены, что они могут еще повысить КПД, постепенно настраивая элементы беспроводной цепи.

Основной целью команды Стэнфордского университета является не создание нового поколения стационарных станций зарядки, а проектирование совершенно новой инфраструктуры для электромобилей. С учетом возросшей мощности, эффективности и дальности беспроводной передачи энергии можно создать настоящие индукционные дороги. Перемещаясь по ним, электрические машины заряжались бы автоматически. Некоторое подобие такой системы уже используется, например аналогичный принцип заложен в детском аттракционе Online Electric Vehicle в Южной Корее.

Один из авторов проекта Ричард Сэссун так описывает будущее разработки: «Самое потрясающее в этом концепте — потенциальная возможность путешествия на неограниченную дальность и время без дополнительных зарядок. В конце поездки у вас даже может оказаться больше энергии, чем в начале».

В перспективе инновационная система позволит путешествовать на электрокарах. Осуществить такую поездку будет даже проще, чем проехать это же расстояние на бензиновом или дизельном автомобиле. Если же встроить описанные зарядные механизмы во все трассы федерального и местного значения, то у владельцев электромобилей практически не останется проблем с путешествиями любой дальности. В ближайшее время Стэнфордский университет планирует провести испытания новой системы на электромагнитное загрязнение окружающей среды. Если технология не будет оказывать заметного пагубного воздействия на человека, перед ней откроются самые радужные перспективы на массовое внедрение.

В США пересаживать на электрические автомобили начали не только пассажиров, но и грузы. Первый электрогрузовик производства Boulder Electric Vehicle достался американской компании Precision Plumbing and Electric, специализирующейся на подводе электричества, водопровода и прочих коммуникаций. Не в последнюю очередь покупка обусловлена желанием создать благотворную репутацию, продемонстрировать заботу об экологии. Тем не менее работающий на электричестве грузовик обещает к концу года сэкономить немало денег, а при большом автопарке это будет целое состояние.

Машины Boulder Electric Vehicle не похожи на обычные грузовики. Их скорее можно принять за фургоны торговца мороженым, нежели за серьезные автомобили крупной компании. Внешность до мельчайших деталей просчитана на компьютере, ведь столь большой электромобиль должен обладать отменной аэродинамикой, чтобы половину заряда своих батарей не «выбросить на ветер». В грузовиках Boulder Electric Vehicle все нацелено на максимальную экономию: светодиодное освещение, бесколлекторный синхронный электродвигатель кондиционера и встроенные в каждую покрышку датчики давления. Рама автомобиля сделана из алюминия, кузов — из композитных материалов.

Максимальная скорость фургона Boulder Electric Vehicle составляет 112 км/ч. На каждые 1,6 километра грузовик расходует всего 0,5 кВт*ч, то есть примерно в 2-5 раз меньшее количество энергии, чем аналогичное транспортное средство с дизельным двигателем. Покупатель может выбрать одну из трех штатных батарей: их хватит на 64, 128 или 192 км. Стоимость зарядки составит примерно 2,5-5 центов за километр. При годовом пробеге 40 тысяч километров это сэкономит потребителю примерно $8 000. Для столь выдающихся финансовых результатов грузоподъемность автомобиля просто отлична — 2 тонны. Сегодня уже идет разработка пассажирского автобуса, в основу которого положены технологии, использованные в этом грузовике.

Если все расчеты Boulder Electric Vehicle справедливы, то компанию ожидает поток предпринимателей, готовых поменять свои старые чадящие грузовики на экологичный инновационный транспорт. Ведь новинка сулит не только нулевые выбросы вредных веществ и доступ к закрытым «зеленым» зонам городов, но и рекордное снижение издержек, связанных с покупкой горюче-смазочных материалов.

Одновременно с Boulder Electric Vehicle аналогичное исследование было проведено в Массачусетском технологическом институте. Специалисты Центра транспорта и логистики (Center for Transportation and Logistics) попытались выяснить, найдется ли место в городских грузоперевозках электрическим автомобилям и смогут ли они существовать без государственных субсидий.

Сегодня коммерческий электромобиль стоит примерно $150 000. Аналогичный по грузоподъемности автомобиль с бензиновым или дизельным двигателем обойдется примерно втрое дешевле. Тем не менее использование электрических машин может значительно снизить себестоимость грузоперевозок — именно к такому выводу пришли специалисты MIT. Исследования построены не только на создании виртуальной экономической модели, но и на практическом опыте передовых компаний. Международный поставщик офисной техники Staples уже сегодня постепенно внедряет электрические грузовики для доставки товаров, их общее количество достигло 53 штук, все произведены компанией Smith Electric Vehicles в штате Миссури. Исследователи сначала изучили реальные данные, а затем смоделировали экономический эффект от использования парка из 250 подобных автомобилей, сравнив их с дизельными и гибридными аналогами.

В MIT использовали весьма любопытный сценарий дополнительного заработка для армии электрических грузовиков. Эту технологию ученые назвали vehicle-to-grid (V2G) — «автомобиль-сеть». Ночью электромобили можно будет отдавать в прокат коммунальным компаниям с целью питания некоторых энергозависимых объектов. Таким образом, грузовая компания будет продавать услуги не только по транспортировке грузов, но и по электроснабжению в темное время суток. Если расчеты сотрудников Массачусетского технологического института окажутся верными, за год каждый грузовик в «ночную смену» заработает примерно $900-1400. Иными словами, эксплуатационные расходы сократятся на 7-11%. Еще один дополнительный способ сокращения издержек — уменьшение затрат на тормозную систему, ведь каждый электрический грузовик будет оснащен рекуперативными тормозами.

Итоговые данные сравнения расходов для дизельных и электрических грузовиков таковы: 47 центов на километр против 43, инновационный транспорт оказался не только более экологичным, но и более выгодным. Но пока это лишь расчет математической модели MIT. Заведующий гаражом Staples Майкл Пэетт абсолютно солидарен с выводами известного института. По его словам, выгода от внедрения работающих на электричестве грузовиков была вполне предсказуема. Но одновременно с экономическим эффектом он отметил положительные отзывы водителей таких грузовиков: после работы на электромобиле они отказывались возвращаться за руль дизельных машин.

⇡#Автомобильные технологии

В будущем автомобили будут потреблять лишь воздух. Это не метафора, а вполне реалистичный вариант развития технологий. Прототип первого двигателя, единственным топливом для которого является воздух, уже создан. Пока это трудно представить, ведь помимо кислорода требуется энергоноситель: бензин, дизельное топливо, метанол или какие-либо более экзотические варианты. Теперь к ним добавился и жидкий воздух.

Словосочетание «жидкий воздух» вполне можно принять за оксюморон. Но в Dearman Engine Company так не считают. Ученые этой компании не только знакомы с таким понятием, они уже создали прототип двигателя, работающего на этом виде топлива. Жидкий воздух можно получить только при экстремально низких, криогенных температурах — ниже минус 160 градусов Цельсия. Любопытно, что азот и кислород, основные компоненты воздуха, переходят в газообразное состояние при -196 и -183 градусах Цельсия соответственно. Таким образом, температура кипения воздуха составляет примерно -195 градусов Цельсия, при этом жидкий воздух является очень неустойчивым веществом. Если же отвлечься от тонкостей химических процессов, то все выглядит очень просто и крайне эффективно. В работающем на жидком воздухе двигателе отсутствует процесс сжигания, хотя визуально и по общему принципу работы он крайне похож на ДВС. Это паровая машина XXI века: подающийся в цилиндры жидкий воздух начинает нагреваться и очень быстро переходит в газообразное состояние. Средняя плотность привычного для нас воздуха составляет 1,2 кг/м³, жидкого — 870 кг/м³. Нетрудно посчитать, что при кипении объем такого «топлива» увеличится в 725 раз. Расширяющийся воздух давить на поршень при закрытых впускных и выпускных клапанах. После достижения нижней точки выпускные клапаны открываются, отработанные газы выходят наружу.

Основатель Dearman Engine Company Тоби Петерс уверен, что использование жидкого воздуха приведет к созданию уникальных по эффективности двигателей. По его словам, для этого требуется установить систему охлаждения, вернее «отопления». Непосредственно перед впрыском в «камеру кипения» жидкого воздуха в головку цилиндров необходимо подать антифриз. С его помощью удастся сохранить температуру цилиндра на одном уровне. Таким образом, кипение жидкого воздуха происходит лишь за счет контакта с теплыми стенками цилиндров. Если же их температура будет постоянной, то искомая реакция окажется изотермической, а это уже сулит совершенно новый уровень эффективности.

Более желанный двигатель сложно вообразить. В качестве топлива — воздух, выхлоп также состоит только из воздуха. Сегодня Dearman Engine Company уже работает с британской инженерной компанией Ricardo. Целью совместных экспериментов является создание близкого к коммерческой реальности двигателя. Существующий прототип уже установлен на автомобиль. Максимальная скорость такого транспортного средства достигает 50 км/ч.

Трудно представить, что мы когда-нибудь сможем использовать воздух в качестве топлива. Да и вся затея Тоби Петерса невольно воспринимается как научная фантастика. Кто знает, возможно, самый инновационный вид энергоносителей окружал нас с момента появления жизни на Земле.

Каждое поколение флагманской модели Mercedes-Benz приносит немало инноваций. В свое время S-класс стал первым автомобилем с антиблокировочной системой тормозов, затем были подушки безопасности и система электронной стабилизации. Уже почти готово к презентации новое поколение S-класса, и наверняка оно в очередной раз в чем-то станет первым в мире. Одна из мелких инноваций уже известна, это активные пряжки ремней безопасности.

Пассажиры Mercedes-Benz S-класса — люди занятые. Они ценят свое время и свободу, поэтому их трудно заставить пристегивать ремни. Теперь это сделать несколько проще: если дверь автомобиля открылась, пряжка ремня безопасности под действием электромотора вытягивается примерно на 7 см. Дополнительно активируется ее подсветка. Мимо такого замка точно не промахнешься. После того как пряжка защелкнулась, в действие вновь вступает электромотор. Он на 4 см утягивает ремень безопасности, более надежно фиксируя пассажира. В случае возникновения опасности столкновения его длина уменьшается еще на 8 см. Новая система заменит срабатывающие в момент аварии пиропатроны ремней безопасности, которые применялись в автомобилях Mercedes-Benz в течение многих лет.