Дмитрий Мыльников (mylnikovdm) wrote,
Дмитрий Мыльников
mylnikovdm

Category:

Личный электромобиль — роскошь не для всех. Часть 1.

Личный электромобиль — роскошь не для всех.
Часть 1.


В последние годы тема перевода автотранспорта с углеводородного топлива на электрический привод стала очень популярной. Новости о том, что тот или иной автомобильный концерн выпустил очередную модель сверхсовременного супер технологичного и совершенно «зелёного» электромобиля в новостных лентах появляются практически каждый день. Мало того, страны Европейского Союза одна за другой заявляют о том, что в самые ближайшие годы они собираются полностью запретить продажу новых автомобилей с двигателями внутреннего сгорания (ДВС). Норвегия собирается полностью запретить продажу автомобилей с ДВС уже в 2025 году. При этом уже в 2020 году  почти половина всех проданных в Норвегии новых автомобилей были с электрическим приводом. Великобритания собирается пересмотреть сроки запрета продажи автомобилей с ДВС и перенести их с 2040 на 2030 год вслед за Францией, власти которой заявили о том, что подобный запрет они вводят с 2030 года. Германия собиралась отказаться от продажи новых автомобилей с ДВС к 2034 году, но после заявлений властей Франции и Великобритании в немецком парламенте всё громче звучат призывы к тому, чтобы также сдвинуть этот срок на 2030 год.

В США власти штата Калифорния собираются запретить продажу легковых автомобилей и лёгких коммерческих автомобилей с ДВС к 2035 году, а к 2045 году данный запрет будет распространён на средние и тяжёлые грузовики.

Власти Сингапура собираются запретить регистрацию новых легковых автомобилей и такси с ДВС с 2025 года, к 2030 году данный запрет распространится на все виды автомобилей, а к 2040 году и вовсе будет введён запрет на эксплуатацию автомобилей с ДВС.

Вслед за властями о своих намерениях прекратить выпуск автомобилей с ДВС начинают заявлять и основные мировые автопроизводители. Что, в общем-то, логично. Зачем производить автомобили с ДВС, если их будет запрещено продавать?

В целом, если слушать политиков и производителей электромобилей, то может сложиться ложное впечатление, что все проблемы с переводом автотранспорта с ДВС на электропривод полностью решены и нам осталось только заменить свои старые бензиновые или дизельные автомобили на новые электромобили, то есть, сделать примерно тоже самое, что было сделано на железнодорожном транспорте в 1950-1960-х годах, когда паровозы были массово заменены на новые более эффективные тепловозы и электровозы. Сделаем очередной технологический рывок и заживём ещё лучше прежнего.

Но так ли это на самом деле? Существуют ли проблемы перехода к массовому использованию электротранспорта и в чём они состоят? Давайте разберёмся.

Для начала я хочу перечислить те плюсы, которые даёт массовый переход на использование электропривода вместо двигателей внутреннего сгорания.

Во-первых, динамические характеристики электродвигателя лучше, чем у ДВС, поскольку с увеличением нагрузки на валу двигателя у электрических двигателей крутящий момент возрастет, в то время как у ДВС с определённого момента крутящий момент начинает резко падать.

По этой же причине в большинстве случаев при использовании электродвигателей можно обходится без коробки перемены передач, напрямую соединяя вал электродвигателя с в валами привода колёс.

В том числе нам не требуется передача заднего хода, поскольку в отличие от ДВС, которые из-за особенностей конструкции всегда вращаются только в одну сторону, электродвигатели легко меняют направление вращения вала двигателя.


Во-вторых, с механической точки зрения электродвигатели намного проще, чем ДВС. В них заметно меньше двигающихся частей, а также поверхностей терния. Нет сложной механики, типа газораспределительной системы ДВС или поршневой системы, преобразующей возвратно-поступательное движение поршней во вращательное движение коленчатого вала.

Таким образом, электрическая трансмиссия оказывается заметно проще в производстве и последующем обслуживании, а также обладает большей надёжностью и долговечностью. При использовании электродвигателей нам больше не будет требоваться постоянная смена моторного масла, без которой нормальная длительная эксплуатация ДВС невозможна. Ремонт, в том числе капитальный, у электродвигателей также заметно проще, чему у ДВС. Соответственно, снижаются требования к квалификации и количеству специалистов, которых сегодня необходимо иметь для обслуживания большого парка автомобилей с ДВС.

Производство электрических трансмиссий также оказывается заметно проще и менее трудоёмко, чем автомобилей с традиционными двигателями внутреннего сгорания и со сложными коробками перемены передач, особенно автоматическими.

В третьих, с точки зрения эффективности использования энергии, применение электропривода позволяет резко повысить эту эффективность, поскольку многие электрические машины являются машинами двойного действия, то есть, могут использоваться и как двигатель, и как генератор электрической энергии. Данное свойство электрических машин позволяет утилизировать кинетическую энергию при торможении автомобилей, возвращая до 70% энергии обратно в аккумуляторные батареи. В случае с ДВС реализация подобной схемы невозможна и вся кинетическая энергия при торможении просто превращается в тепло, которое рассеивается в окружающую среду тормозными дисками и тормозными колодками.

Для техногенной цивилизации повышение энергоэффективности своих машин, систем и процессов является одной из важнейших задач, поскольку именно энергия является главным ресурсом, который ограничивает возможности техногенной цивилизации по трансформации материи. И с этой точки зрения любые виды транспорта, которые при торможении позволяют хотя бы частично вернуть в систему кинетическую энергию транспортного средства, будут более предпочтительны для массового использования. Но при условии, что у них нет недостатков, которые препятствуют их массовому использованию.

Я сознательно не привожу в качестве одного из преимуществ электромобилей так называемую «экологическую чистоту», поскольку данная тема требует отдельного рассмотрения. Бесспорно, что непосредственно в месте своей эксплуатации электромобили наносят минимальный вред окружающей среде. Но если учесть процессы производства и утилизации всех узлов электромобиля, особенно аккумуляторов, а также те выбросы в окружающую среду, которые произошли в процессе генерации электрической энергии, необходимой для постоянной зарядки электромобилей, большая часть которой до сих пор производится на тепловых электростанциях, сжигающих топливо на основе углерода, то общий вред окружающей среде будет соизмерим с тем, который наносится автомобилем с бензиновым или дизельным двигателем.

Но не смотря на имеющиеся преимущества, до недавнего времени речи о массовом применении электротранспорта, не говоря уже о замене автомобилей с ДВС, не было, поскольку электромобили проигрывали автомобилям на бензине или дизельном топливе по такому важному показателю, как дальность хода с одной заправки. Появление новых типов современных аккумуляторов позволило частично решить эту проблему. Сегодня уже имеются электромобили, которые в состоянии с одной зарядки проехать до 500 км. Этот показатель неплохо было бы увеличить ещё в 1.5 или даже в 2 раза, но по сравнению со 100 км, которые могли проехать электромобили 10 лет назад, это уже весьма существенный прогресс.

Тем не менее, у массового перехода на использование электромобилей имеется целый ряд серьёзных проблем, о которых производители и пропагандисты, рассказывая о преимуществах электромобилей, предпочитают не упоминать. И главная из этих проблем, это зарядка аккумуляторов электромобилей.

Сотрудники Калифорнийского университета в Дэвисе Скотт Хардман (Scott Hardman) и Гил Тал (Gil Tal) провели исследование, в котором приняли участие жители штата, купившие электромобили в период с 2012 по 2018 годы. Оказалось, что примерно каждый пятый владелец электромобиля в конечном счёте вернулся к использованию авто с двигателем внутреннего сгорания, во многом из-за проблем с зарядкой аккумуляторов.

Всего три минуты требуется, чтобы заполнить бензобак Ford Mustang с двигателем V8 и иметь запас хода более 480 км. В это же время, подключенный к домашней розетке Ford Mustang Mach-E за час получает заряд, которого хватит для преодоления всего 5 км, а за ночь — 50 км.

Давайте посмотрим, какие вообще сейчас существуют варианты для зарядки аккумуляторов электромобиля?

Самое простое зарядное устройство, которое можно подключать к обычной бытовой розетке с силой тока до 16 ампер, выдаёт мощность 2.3 кВт.

На сайте фирмы Ауди, на странице, посвящённой электромобилю e-tron 55 quattro, который имеет аккумуляторную батарею ёмкостью 95 кВт/час, имеется специальный калькулятор, который позволяет посчитать время, которое вам потребуется для полной зарядки.

Для варианта «зарядка от домашней электросети» и «бытовая розетка», мы имеем только один вариант мощности — 2.3 кв. При этом время, которое потребуется для полной зарядки составляет 46 часов 42 минуты.

Если же мы выберем вариант «розетка промышленного назначения», то у нас появятся ещё два варианта мощности: 3.7 кВт и 11 кВт, что позволяет полностью зарядить данный электромобиль за 28 часов 6 минут или за 8 часов 54 минуты (соответственно). При этом для использования зарядного устройства мощностью 11 кВт необходимо подключение к трёхфазной сети электропитания.

Максимальная мощность зарядного устройства, которое можно установить дома, для Европы составляет 22 кВт, опять же при условии подключения к трёхфазной сети электропитания.

Какие ещё есть варианты? На сайте Ауди можно выбрать вариант «зарядка в общественных местах», «существующее зарядное решение», в котором предлагается два варианта мощности: 50 кВт и 150 кВт. Последний вариант позволяет зарядить батарею емкостью 95 кВт/час за 48 минут. На данный момент это самый быстрый вариант из всех существующих.

Увы, установить дома подобное зарядное устройство будет очень проблематично, поскольку для его работы требуется подключение к промышленной сети электроснабжения. Чтобы обеспечить 150 кВт мощности электропитания ваша проводка должна выдерживать ток в 250 ампер при трёхфазной сети с напряжением 380 вольт или 95 ампер при трёхфазной сети с напряжением 1000 вольт. Стандартный норматив мощности для квартиры в многоквартирном доме 9 кВт или 11 кВт, для частного жилого дома 15 кВт. Всё, что больше, необходимо согласовывать и получать отдельное разрешение. При этом платить за подключение такой мощности вы будете уже не как частное лицо, а как промышленный потребитель. И это не говоря о том, что стоимость зарядных устройств мощностью 50 кВт составляет от 2 до 4.5 миллионов рублей, что сравнимо со стоимостью самого электромобиля или даже превосходит его. А стоимость зарядных станций мощностью 150 кВт начинается с 7.5 млн рублей (из того, что мне удалось найти в продаже в России).

Очевидно, что зарядные станции мощностью 50 кВт и 150 кВт предназначены для общественных зарядных станций, а не для массового личного использования. Но даже в самом мощном варианте на 150 кВт время зарядки составляет больше 40 минут, в то время как заправка бензином или дизельным топливом бака объёмом 60 литров на практике не превышает 5 минут. В данном случае время на оплату и прочие сопутствующие процедуры я не учитываю, поскольку в обоих случаях они будут примерно одинаковыми.

Теперь давайте рассмотрим, какие проблемы создаёт тот факт, что нам требуется на зарядку 40 минут вместо 5 минут, если мы все пересели на электромобили.

Во-первых, для того, чтобы зарядить такое же количество электромобилей за тоже время, за которое мы раньше заправляли обычные автомобили, нам необходимо будет увеличить количество точек заправки в 8 раз, поскольку для зарядки одного электромобиля теперь требуется в 8 раз больше времени. Также это означает, что мы должны будем выделить в 8 раз большую площадь для размещения этих точек зарядки, поскольку все эти электромобили в течение данных 40 минут должны стоять каждый у своей зарядной станции.

Во-вторых, если в случае с обычным автомобилем достаточно часто можно заправиться просто по пути, поскольку сам процесс заправки занимает не более 5 минут, а большие очереди на заправках сейчас явление достаточно редкое, то в случае с электромобилем его зарядка превращается в отдельный процесс, который необходимо планировать, и который будет неизбежно отнимать у вас как минимум 40 минут вашего времени.

Заряжать свой электромобиль по ночам возле дома? Если у вас частный дом или имеется персональное парковочное место (гараж или место в паркинге), то теоретически можно попытаться там установить зарядное устройство. Но сейчас очень многие люди, включая меня, ставят свой автомобиль на имеющееся свободное место возле дома. Я провёл небольшое исследование и выяснил, что в нашем многоквартирном десятиэтажном доме, имеющем 10 подъездов, имеется около 100 личных автомобилей, которые паркуются вокруг дома на свободных местах. Теперь представим, что мы все пересели на электромобили и собираемся заряжать свои электромобили по ночам. Но купить себе личное зарядное устройство, хотя бы самое простое, мощностью 2.3 кВт, я не могу, поскольку нет никаких гарантий, что я смогу встать возле подъезда своего дома, чтобы мне хватило длины кабеля для подключения зарядного устройства. Опять же, у нас в подъезде 10 автомобилей. То есть, все мы просто физически не сможем встать рядом с подъездом, чтобы из заряжать. Отдельная проблема возникает для тех, кто живёт на верхних этажах.

С установкой зарядных устройств большей мощности возникает ещё больше проблем, поскольку сеть электроснабжения нашего дома физически не рассчитана на их подключение (дом сдан в эксплуатацию в 2001 году).

Второй вариант, если нам удалось договориться с соседями и централизовано установить во дворе множество стандартных зарядных терминалов с некой системой оплаты за использованную электроэнергию, чтобы можно было использовать для зарядки ближайший свободный терминал. Но даже в этом случае нам всё равно придётся каким-то образом упорядочить систему парковки наших электромобилей, чётко зафиксировав место парковки для каждого электромобиля рядом с таким зарядным терминалом. При этом количество точек подключения на подобных терминалах должно быть соизмеримо с количеством паркующихся во дворе электромобилей (существуют зарядные станции, которые имею несколько точек подключения для нескольких электромобилей), да и процесс их установки во дворе превратиться в достаточно дорогостоящую и сложную процедуру, которая будет требовать разработки технического проекта и массы согласований, поскольку для одновременной зарядки 100 электромобилей через зарядные станции мощностью хотя бы 11 кВт, нам необходим дополнительно получить и развести по двору электрическую мощность порядка 1 мегаватта (1000 кВт).

Отдельная проблема возникает с тем, чтобы просто взять и оставить заряжающийся электромобиль или просто множество зарядных станций большой мощности во дворе без присмотра, поскольку в этом же самом дворе гуляют дети и подростки, поведение которых не предсказуемо. Да и шансы появления во дворе различных личностей с неадекватным поведением, например в состоянии опьянения, весьма высоки.

Из всего сказанного выше следует очень простой вывод. Массовая эксплуатация электромобилей в городах, с отказом от использования обычных автомобилей с ДВС, чтобы их можно было заряжать во время парковки, возможна только при условии, что каждый такой электромобиль имеет охраняемое парковочное место, защищённое от доступа случайных лиц и детей, а также оборудованное зарядным устройством достаточной мощности, хотя бы на 11 кВт.

Очевидно, что в сегодняшних экономических реалиях массовое использование электромобилей в городах становится возможным только в том случае, если вы проживаете в пригороде в частном доме, либо в элитном доме, который оборудован паркингом, в котором у вас помимо квартиры имеется также персональное парковочное место. Если же мы говорим о кварталах с так называемыми «человейниками», то есть домами высокой этажности с повышенной плотностью заселения, которые в последнее время массово строятся практически во всех крупных городах, то для жителей подобных домов эксплуатация электромобилей возможна только при условии, что они будут их заряжать на общественных зарядных станциях, которых потребуется не просто много, а очень много, так как время зарядки одного электромобиля в разы больше, чем время заправки обычного автомобиля бензином или дизельным топливом.

Таким образом, на данный момент позволить себе иметь личный электромобиль могут только люди с достаточно высоким уровнем дохода. И дело даже не в том, что стоимость электромобиля, если отсутствуют государственные дотации на его покупку, оказывается выше, чем традиционных автомобилей с ДВС. При отсутствии развитой общественной инфраструктуры в виде массовых станций быстрой зарядки, требует создания персональной инфраструктуры для зарядки вашего личного электромобиля, которая включает в себя защищённое парковочное место с возможностью установки и подключения зарядной станции мощностью хотя бы 11 кВт, если речь идёт о ежедневной постоянной эксплуатации данного электромобиля. Другими словами, организация персональной инфраструктуры для постоянной эксплуатации электромобиля по стоимости соизмерима или даже будет превышать стоимость самого электромобиля.

О это далеко не все проблемы, которые возникают при переходе к массовому использованию электромобилей и отказе от использования автомобилей с ДВС. Возникает также целый ряд серьёзных инфраструктурных проблем, решение которых потребует серьёзных расходов, которые будут оплачиваться всеми, а не только владельцами электромобилей. Об этом мы поговорим в следующей части.

Продолжение

Tags: реальная экономка, технологии, экология, электромобили
Subscribe

  • Post a new comment

    Error

    Anonymous comments are disabled in this journal

    default userpic

    Your reply will be screened

    Your IP address will be recorded 

  • 34 comments