Электрические автобусы в России. Практично?
Сразу в нескольких российских городах местные власти проводят опыты по внедрению нового вида транспорта — электрических автобусов. Они, в отличие от троллейбусов, не требуют уродующих город и ограничивающих манeвры проводов, и не загрязняют воздух, по сравнению с обычными автобусами. Но на сколько хватает заряда батареи? И не боится ли новинка российской погоды?
Россия поддалась мировой моде на электротранспорт. Автобусы будущего, которым не нужны ни контактная сеть, ни бензин, появились на бульварах и проспектах страны. Электробусы можно встретить в Туле, Ижевске, Казани, Тюмени — в списке больше дюжины городов. Причем на испытания и действующие маршруты выходят не импортные, а отечественные модели, которые производятся под марками ГАЗ, ЛиАЗ, КамАЗ, Volgabus и Тролза.
Московские власти, взявшие курс на экологичность и избавление города от уродливых троллейбусных проводов, закупили партию сразу из 200 машин и в начале сентября торжественно представили первый рейсовый электробус жителям города. Внешне он ничем не отличается от автобуса, вся разница внутри, а точнее на крыше: именно там установлены аккумуляторы, которые питают электромотор. Максимальная скорость 75 км/ч, запас хода — около 70 км. Такая машина тише автобуса и не имеет выхлопа, в чем уже можно убедиться на маршруте от парка ВДНХ до самого севера столицы. Тем более что первый месяц проезд будет абсолютно бесплатный.
Свой маршрут московские электробусы начинают на заводе в Ликино-Дулево. Сначала, из сотни стальных кусочков варится каркас, затем его обшивают листами железа, и дальше по конвейеру отправляют на СПА-процедуры. Так рабочие в шутку называют процесс катафореза — антикоррозийной обработки кузова в гигантских ваннах. Окуная в каждую купель, металл обезжиривают, покрывают специальным грунтом, ополаскивают, а затем отправляют в тепловую камеру сушиться при температуре 180 градусов.
После этого в автобусе устанавливают пол и раскатывают крышу. Да-да, именно раскатывают! Она сделана из стеклопластика, а потому ее достаточно просто посадить на клей, после чего вся конструкция готова отправиться на покраску. В нашем случае кузов красят в фирменный голубой цвет московского общественного транспорта и оснащают электрооборудованием, чтобы на выходе получился новенький электробус!
По задумке, запасы энергии пополняются на конечных станциях, где установлены ультрабыстрые зарядки. Подняв токоприемник, электробус за 15 минут заполняет батареи на 80%, и может проехать по маршруту 2 полных круга.
В интернете сейчас множество публикаций о том, что старт провалился, электробусы глохнут на ходу и высаживают пассажиров. Но власти и производители поломки отрицают, утверждая, что запуск идет по плану, а первые дни машины просто-напросто двигались по укороченным маршрутам. На момент съемки 3 сентября электробус передвигался в обычном режиме, но некоторые заминки все-таки былию
Тем не менее, московские власти пока настроены позитивно и верят в светлое будущее инновационного транспорта. До конца года электробусы запустят еще на 6 столичных маршрутах и постепенно заменят ими привычные автобусы и троллейбусы. А в 2021 году в Москве планируют и вовсе перестать закупать дизельные автобусы.
В регионах этим летом испытывали электробусы другого производителя — такой как в Волгограде. Он способен весь день возить пассажиров (при полной нагрузке запас хода составляет 220 км), а на зарядку заезжать нужно лишь ночью. Создатели отмечают и существенную экономию на топливе: в год на электричество потребуется потратить всего около 130 000 рублей, против миллиона в случае с дизельным автобусом.
Но местные власти боятся двух вещей. Во-первых, цены: около 25 млн. рублей против 7 млн. у обычного автобуса. Во-вторых, длительная эксплуатация в суровых климатических условиях. Опыт эксплуатации в зимний период уже есть в Тюмени. Ночная температура в январе тут легко опускается до -20 градусов. Еще в декабре прошлого года тут появился первый в России рейсовый электробус, связывающий город и аэропорт Рощино. По словам местных транспортников, в зимнее время все рейсы машина выполняет по графику, заряда батареи хватает примерно на 80 км пробега, а после долгого простоя не бывает проблем со стартом.
Правда, между рейсами местный аэроэкспресс все-таки приходится заряжать, как говорится, на всякий случай. Да и экологичным на 100% его считать нельзя — обогрев салона все равно происходит за счет дизельной системы отопления. А вот в обычном троллейбусе — даже «печка» электрическая! Вообще, конечно, классический троллейбус — важная с культурологической точки зрения вещь, у которой безусловно есть свои фанаты.
В Санкт-Петербурге решили не избавляться от проводной системы совсем, а закупили 115 электробусов с динамической зарядкой. Грубо говоря, это тот же троллейбус, только с дополнительными аккумуляторами, которые дают возможность двигаться автономно там, где нет контактной сети. Запас хода составляет более 60 километров, а если энергия заканчивается, можно вновь подключиться к проводам. Подобный способ перевозки пассажиров очень удобен для районов с новостройками, где не до конца развита дорожная инфраструктура.
Постепенно становится все более очевидным, что транспорт на аккумуляторах — это ближайшее будущее мегаполисов! Такие машины уже почти 3 года ходят в шведском Гетеборге. Уже к 2025 году местные власти планируют перевести 95% всех перевозок на возобновляемые источники энергии. За 2 года эксплуатации 200 финских электробусов перевезли более 8 млн. человек. При этом никакие холода им не страшны.
А по улицам китайского Шеньчженя и вовсе катаются уже 16 тысяч электробусов! Для них построили 510 стандартных зарядных станций и около 8000 зарядных мини-установок. При этом всего в Китае насчитывается уже более 200 тысяч электробусов.
Электробусы — это экологично, это бесшумно, это экономично с точки зрения топлива, но пока дорого и не каждый город может себе это позволить. Остается надеяться, что прогресс все-таки подарит нам дешевые и супер-емкие аккумуляторы, тогда и гаджеты не придется заряжать каждый день и про аромат выхлопных газов можно будет позабыть.
Благодарим за помощь в подготовке сюжета:
— Департамент транспорта и развития дорожно-транспортной инфраструктуры города Москвы
Полный выпуск «Чуда техники с Сергеем Малоземовым» от 9 сентября доступен по ссылке .
Все полные выпуски программы «Чудо техники» находятся здесь .
День работает, ночь на зарядке — как смартфон. Обзор электробуса МАЗ
Минский автозавод набрал завидный темп: в январе нам показали перонный автобус следующего поколения — МАЗ-271, в феврале мы подробно рассказали о новой городской модели — МАЗ-303. Все это время в кулуарах поговаривали, мол, это не все, готовится еще одна громкая новинка. «Электробус?» — спрашивали мы. «Увидите», — улыбались на предприятии. Увидели — точно электробус. Но одного беглого взгляда было мало, ведь вполне вероятно, что именно на этом транспорте мы будем ездить в обозримом будущем.
Республиканский полигон для испытаний мобильных машин, в народе просто «Липки». Наверное, самое подходящее место под Минском для того, чтобы вдалеке от посторонних глаз, практически в самоизоляции, проверять готовность новых образцов автомобильной техники. Мы проникли туда с единственной целью — увидеть мазовский электробус. Вот, собственно, и он.
МАЗ-303Е10
- Цифры и факты
- Кузов. Это что, «тройка»?
- Батарея. На сколько хватает заряда?
- Особенности эксплуатации в зимний период
- Двигатель. Разгон бодрее, чем у метро
- Салон. Два сиденья вместо бензобака
- Когда ждать?
Цифры и факты
Габариты:
- длина — 12,43 м;
- ширина — 2,55 м;
- высота — 3,3 м.
Пассажировместимость (зависит от компоновки салона):
- мест для сидения — 30;
- общее число пассажиров — 72.
Двигатель: ZF CeTrax, мощность — 300 кВт.
Емкость батарей: 412 А·ч.
Запас хода: до 300 км.
Разъем зарядного устройства: CCS2 Combo.
Время полной зарядки при максимальном токе: до 4 часов.
Кузов. Это что, «тройка»?
Тоже заметили? Внешне электробус — это тот же МАЗ-303, городской автобус третьего поколения. Объяснение простое: за основу взяли самый свежий, самый перспективный вариант кузова, разработанный предприятием.
— Мы хотели добиться максимальной унификации этой модели, чтобы не пришлось заниматься большим количеством переделок. Плюс это вопрос простоты обслуживания и ремонтопригодности. Унификация — тот тренд, которому стараются следовать крупные предприятия, — объяснил Артем Алексиевич, инженер-конструктор отдела электрооборудования Центра перспективных разработок Минского автозавода.
Решение логичное: есть автобус третьего поколения, сертификация которого уже близится к завершению. Для него был разработан свежий кузов, который отвечает современным стандартам и общим взглядам на автобусостроение. В этот кузов можно установить как ДВС (в том числе стандарта Евро-6), так и электродвигатель — все зависит от желания заказчика. Это, впрочем, не исключает возможности вносить определенные изменения в конструкцию, но такие шаги могут быть подсказаны только опытом непосредственной эксплуатации.
Сейчас трудно сказать, разрабатывался ли кузов 303-го с потенциалом адаптации под электробус. Но можно смело утверждать, что это самый подходящий вариант из всех, что до сих пор выпускали на Минском автозаводе. Автобус на полметра длиннее предшественника (МАЗ-203) — увеличилось расстояние между передним и задним мостом. При этом машина более низкопольная: высота входа — всего 320 мм от земли, а с использованием системы книлинга (когда борт опускается во время посадки пассажиров) и вовсе 250 мм. Алюминиевые панели вместо цельного борта, измененная конструкция зеркал — это и есть современные тренды.
Верхняя фальшпанель с горбинкой задумывалась для прикрытия оборудования на крыше: кондиционера, глушителя и прочего. В электробусе она закрывает батареи, размещенные там же, на крыше (к ним еще вернемся).
Полноценный переход на светодиоды, внедрение USB-зарядок, камер видеонаблюдения, датчиков и радаров, кнопок открытия дверей — в электроверсии автобуса все это выглядит еще органичнее, чем в традиционном транспорте. И, что важно, расход энергии на эти опции минимальный: батареи почти не ощутят нагрузки, даже если весь электробус осветить будто новогоднюю елку.
Батарея. На сколько хватает заряда?
— Всего мы установили 18 батарей: 12 на крыше и еще 6 — в моторной шахте, в специальном отсеке над двигателем, — рассказал Артем.
Он пояснил, что электромотор занимает куда меньше пространства, чем ДВС стандарта Евро-6 со всеми его системами. Возможно, если возникнет такая необходимость, компоновку электробуса пересмотрят в соответствии с этой особенностью, и так называемый шкаф в задней части станет меньше. Но пока сохранены объемы 303-й модели в стандартном исполнении. Просто освободившееся пространство заполнили другими необходимыми комплектующими.
МАЗ-303 с двигателем Daimler OM 936 LA
МАЗ-303Е10 с двигателем ZF CeTrax
К слову, автобус неожиданно мало прибавил в весе после перехода на электротягу — всего 500 кг. Мы уже выяснили, что электродвигатель значительно компактнее и легче Евро-6, а батареи, как оказалось, не дали критичной прибавки массы. Правда, их размещение на крыше привело к подъему центра тяжести. Но другого выхода нет: установить батареи внизу проще, но это негативно скажется на низкопольности автобуса. Выбирая между практичностью и удобством пассажиров производитель остановился на втором.
Емкость всех батарей — 412 А·ч. Много это или мало?
— По расчетам запас хода нашего электробуса на одном заряде — до 300 км. Сейчас мы будем проводить испытания, по итогам которых увидим более точные цифры, — констатирует специалист.
Трех сотен километров в большинстве случае достаточно для рабочего дня городского автобуса. Можно задуматься и о междугородних поездках, хотя в этом сегменте вопрос экологичности так остро не стоит — от загазованности страдают в первую очередь крупные города.
Процесс зарядки происходит так же, как у электромобилей. В задней части расположена розетка, куда подключается вилка (CCS2 Combo) от зарядной станции, которая может обеспечить зарядное напряжение не менее 690 вольт. Дооснастить такими зарядными устройствами диспетчерские станции и автобусные парки, вероятно, не составит большого труда.
— При максимальном токе примерно в 200 ампер весь процесс зарядки займет примерно 4 часа. При 60—70 амперах электробус зарядится где-то за 8 часов, — отметил Артем.
Говоря по-простому, это как смартфон: целый день работает, а ночью нужно поставить на зарядку.
Особенности эксплуатации в зимний период
Это слабое место электротранспорта: как быть зимой? Да, светодиоды и прочая электроника заряд батареи сильно не «съедают», а вот обогрев салона — это серьезная нагрузка.
— В основном энергию потребляют устройства, работающие на высоком напряжении: двигатель, гидростанция, система отопления. В электробусе больше неоткуда взять энергию на обогрев салона, да и батареи на крыше зимой нуждаются в обогреве — все это увеличивает расход и, как следствие, уменьшает запас хода, — подтверждает специалист.
Артем Алексиевич, инженер-конструктор отдела электрооборудования Центра перспективных разработок Минского автозавода
Установить отопитель, который бы работал на жидком топливе, — прием известный, но очень неоднозначный. Электробус — это же вроде про экологию. А тут дополнительное устройство, которое сжигает горючее и портит атмосферу, — в чем логика?
Вероятно, предстоят масштабные испытания новой модели в условиях белорусской зимы, которая временами бывает и морозной, и снежной. Только проведя их можно будет сделать вывод, насколько серьезной проблемой станут погодные условия.
Кстати, кондиционер тоже никуда не делся — в жару он будет «подъедать» батарею для охлаждения салона. Пока производитель так видит режим эксплуатации: перед выходом на линию, пока электробус стоит на зарядке, системы работают или на охлаждение, или на обогрев — в зависимости от погоды. Затем останется только поддерживать комфортную температуру внутри, что должно снизить расход энергии в рабочие часы.
Двигатель. Разгон бодрее, чем у метро
Вопрос локализации производства всегда остро обсуждается в комментариях. Поэтому сразу отметим, что подходящих электродвигателей в Беларуси пока не выпускают, и для установки на электробусы Минский автозавод закупает агрегаты у немецкого производителя ZF. А если конкретнее — модель CeTrax мощностью 300 кВт. Но с другой стороны, и ДВС ставят импортные, только в этом направлении минчане работают с Mercedes. Компания ZF для столичного предприятия — партнер тоже давний и проверенный, его продукция используется и в серийной технике, и в спортивных грузовиках.
Есть мнение, что электромоторы проще и даже надежнее ДВС, тем более стандарта Евро-6, которые и недешевые, и весьма требовательные в плане обслуживания. Что ж, может статься, что МАЗ-303 с Евро-6 и электробус МАЗ-303Е10 практически одновременно выйдут на линию — вот специалисты и сравнят их в реальных условиях.
А в чем соревноваться точно не получится, так это в динамике разгона.
— Мы тестировали новые Евро-6 — да, все хорошо. Но электробус — это совсем другое. Пришлось даже ограничить программно максимальное ускорение — вжимало в сиденье при разгоне, — делится впечатлениями Артем.
— Как метро, когда со станции уходит?
Салон. Два сиденья вместо бензобака
Салон на первый взгляд не изменился: увеличенные по сравнению с прошлой моделью стекла, усовершенствованные поручни, LED-подсветка. Но есть одно очень серьезное отличие от стандартного 303-го: в передней части, возле двери, исчезла «тумба» — бензобака нет, он электробусу ни к чему. Вместо него появились два сиденья и полка — такие же, как и на противоположной стороне.
Бензобак в салоне, напомним, появился еще в МАЗ-203. Это было вынужденным решением для того, чтобы обеспечить бóльшую низкопольность модели. Для 303-го инженеры сделали бак уникальной формы: более вместительный и при этом менее громоздкий. Но без него салон выглядит более правильным, естественным — еще одно довольно неожиданное очко в пользу электричества.
Это электробус: что мы знаем о транспорте с батарейкой
После появления первого электротранспорта в XIX веке и второго всплеска популярности в 70-х годах XX века электробусы вновь вышли на улицы городов. О том, что повлияло на их развитие и как изменились технологии: от создания ёмких аккумуляторов до развития зарядной инфраструктуры — можно узнать в нашей новой статье.
Первый электротранспорт: привет из XIX века
Электромобили появились задолго до машин с двигателем внутреннего сгорания. Готтлиб Даймлер и Карл Бенц запатентовали первые самодвижущиеся повозки с бензиновым ДВС в 1886 году, тогда как первый электромобиль для перевозки людей был представлен в 1837 году. Из-за высокой стоимости и низкой эффективности первые электромобили не могли тягаться с машинами с паровым двигателем. Стоимость обслуживания авто с цинковым аккумулятором в 40 раз превышала цену обслуживания паровой машины на угле.
После появления доступных свинцово-кислотных аккумуляторов электромобили успели ненадолго войти в моду. В 1890 году американец Уильям Моррисон построил первый электробус — автомобиль вместимостью 6 человек, развивающий скорость до 19 км/ч и проезжающий на одном заряде до 160 км. 24 батареи, весившие в сумме почти 350 кг, выдавали ток 112 А с напряжением 58 В и требовали для полной перезарядки 10 часов.
Электробус Уильяма Моррисона. Источник: american-automobiles.ru
В самом начале XX века в Лондоне на маршрутах городского транспорта успешно работали 20 электробусов, на то время более эффективные и экономичные, чем их бензиновые аналоги. Одного заряда аккумулятора хватало на 60 км пути, поэтому на конечных станциях опустевшие батареи заменяли на новые — процесс занимал всего три минуты.
Лондонский электробус со съемной батареей – прообраз будущей Tesla с быстросъемными аккумуляторами. Источник: Лондонский музей транспорта
К 1900 году 38% автомобилей в США работали на электричестве, но совершенствование двигателей внутреннего сгорания и снижение цен на топливо резко затормозило развитие отрасли автономного электротранспорта — уже к 30-м годам XX века электробусы практически исчезли. В отличие от бензиновых машин, электротранспорт не дешевел, а состояние экологии пока никому не внушало опасений. Крест на инвестициях в автобусы с аккумуляторами поставило появление в 20-х годах дешевых троллейбусов.
Процесс замены аккумулятора в электробусе — полная автоматика, как в XXI веке.
Источник: Британская библиотека
Но из-за низких цен на топливо в середине XX века индустрия ДВС пошла по пути наращивания объема, что напрямую сказывалось на расходе бензина. Даже легковые автомобили снабжались неэкономичными шестилитровыми двигателями, обслуживание которых в 70-х стало буквально «золотым». Сложившаяся ситуация вызвала новый всплеск популярности электромобилей. Так в английском Манчестере в 1974 году на городские маршруты вышли электробусы Seddon Pennine 4-236 на хлоридных аккумуляторах.
Редкий кадр действующего в 1975 году электробуса Seddon Pennine 4-236.
Источник: Alan Snatt
Единственный универсальный коммерческий автомобиль, оставшийся на память о том времени — минивэн Mercedes-Benz LE 306, чей быстросъемный аккумулятор обеспечивал мощность около 76 лошадиных сил, но истощался уже через 50 км пути. Автомобиль прожил до 1983 года, после испытаний почтовой службой немецкого города Бонна он был признан нерентабельным.
Электрический минивэн Mercedes-Benz LE 306 — напоминание об эпохе топливного кризиса. Источник: Mercedes-Benz
Серьезно о массовом производстве и использовании электротранспорта заговорили лишь в XX веке, когда общество стало задумываться об экологических угрозах и осознавать, какой вред окружающей среде наносят выхлопные газы автомобилей. На фоне обсуждения экологических проблем идея перевода дизельных автобусов на электричество стала довольно популярной, и немалую роль в этом сыграло появление литий-ионных батарей, способных накапливать энергию и обеспечивать автономное движение электробусов в течение длительного времени. Изобретение таких батарей решило и экономическую проблему, сделав производство и обслуживание электротранспорта более экономичным и открыв ему дорогу на массовый рынок.
Вопросы питания
В современных электробусах для питания используются аккумуляторы или суперконденсаторы. Последний способ хранения энергии по-своему интересен, хотя и сильно ограничивает возможности электротранспорта.
Суперконденсаторы могут хранить всего 5% энергии в сравнении с литий-ионными батареями схожего объема. Очевидно, что на одном заряде конденсатора автобус проедет всего несколько километров, а значит о какой-либо автономности говорить не приходится. Но позитивное свойство конденсаторов — скорость зарядки. На восстановление заряда уходят секунды.
Китайский суперконденсаторный Ultracap Bus на остановке с зарядной станцией — выглядит, как участок с троллейбусными проводами. Источник: Shanghai Aowei Technology
Так в китайском городе Нинбо действует конденсаторный электробус, которому для подзарядки хватает всего 10 секунд — благодаря развитой инфраструктуре зарядных станций, автобус получает энергию на каждой остановке во время высадки-посадки пассажиров, которая обычно длится немного дольше. Кроме того, до 80% энергии торможения преобразуется в электричество и возвращается обратно в конденсаторы — это дает экономию до 50%.
Суперконденсаторы постоянно совершенствуются, но внедрение электробусов на таких элементах питания требует очень дорогостоящей инфраструктуры в виде зарядных станций высокой мощности на каждой остановке. Кроме того, внештатные ситуации в виде неожиданных пробок могут оставить автобус с разряженными конденсаторами на дороге и создать дополнительные проблемы для дорожного трафика.
Литий-ионный аккумулятор – это не какой-то конкретный вид батарей с единственным утвержденным составом, а целое семейство энергетических элементов. Разработка литий-ионных аккумуляторов представляет собой сложный процесс поиска необходимого баланса между мощностью, ёмкостью, компактностью и ценой. Идеала пока не существует. Каждый тип литий-ионной батареи хорош для конкретной сферы применения. Далеко не все они используются в электротранспорте, многие находят свое место в электронике с небольшим энергопотреблением.
Аккумуляторы на оксиде лития-кобальта (LiCoO2), – самые доступные и популярные на сегодняшний день, — имеют отличную ёмкость на единицу объема, низкую стоимость и напряжение 3,6В на ячейку. Именно такую батарею вы найдете в мобильных устройствах и портативной потребительской электронике. Минусы таких аккумуляторов тоже известны: малый ток разряда, максимум 1000 циклов зарядки/разрядки до начала серьезной деградации ёмкости, долгая зарядка и невозможность работы при отрицательных температурах. Электробус на LiCoO2 обойдется дешевле, чем на других типах аккумуляторов, но сможет работать только в теплых странах на коротких маршрутах с минимальной загрузкой, вроде трансферов внутри кампусов.
Литий-марганцевый аккумулятор (LiMn2O4) благодаря трехмерной структуре смог обеспечить высокий ток разряда — до 30 раз превышающим его ёмкость. Это дало возможность использовать LiMn2O4 в устройствах с краткосрочным высоким энергопотреблением, например, в электромобилях Nissan Leaf и BMW i3. Но у литий-марганцевых аккумуляторов обнаружились свои недостатки: еще меньший, чем у литий-кобальтовых батарей жизненный ресурс и нетерпимость к холоду. Поэтому литий-марганцевые батареи комбинируют с другим типом аккумуляторов — NMC.
NMC-аккумулятор Nissan Leaf стоит вдвое дешевле NCA-батареи Tesla, но и ёмкость теряет примерно вдвое быстрей (70% после 100 тыс. км). Источник: Benjamin Nelson
Литий-никель-марганец-кобальт-оксидные батареи, или просто NMC, получили неплохую удельную энергоёмкость и срок службы (до 2000 циклов разрядки), но ток отдачи у них оказался невелик. Именно поэтому для использования в электромобилях NMC комбинируют с LiMn2O4 — при обычной езде в основном работают NMC-ячейки, а при ускорении высокий ток отдают ячейки LiMn2O4.
Литий-никель-кобальт-алюминий-оксидные батареи (LiNiCoAlO2, или NCA) отличаются высокой удельной ёмкостью и приемлемой стоимостью. Скорость зарядки и ток разрядки у NCA-аккумуляторов средние, их нельзя записать в достоинства или недостатки. Именно NCA стали источником энергии для автомобилей Tesla и систем хранения Powerwall.
540-килограммовая NCA-батарея Tesla Model S на 85 кВт при замене из-за износа отправляется в системы хранения энергии Tesla Powerwall. Источник: wk057
Но одна особенность NCA-батарей бросила тень на Tesla еще до того, как владельцы могли столкнуться с потенциальными проблемами – аккумуляторы имеют сравнимые с литий-кобальтными ячейками срок службы в 500 циклов. А дальше замена и утилизация изношенных элементов. Реальный опыт показал, что даже спустя 200 тысяч километров батареи в электромобилях Tesla остаются рабочими, теряя треть ёмкости. Но, несмотря на этот положительный опыт, для городского электротранспорта NCA-аккумуляторы не являются лучшим выбором, ведь пробег автобусов в разы и даже на порядки превышает пробег личных авто.
Литий-титанатный ответ
Литий-титанатные аккумуляторы (Li4Ti5O12, LTO) известны еще с 80-х годов прошлого века. Toshiba активно разрабатывает и производит этот тип батарей под названием SCiB (Super Charge Ion Battery). Для изготовления анода в них используется литий-титанат вместо графита. При этом катод может быть заимствован у NMC-батарей. Замена графита позволила увеличить эффективную площадь анода с 3 м 2 /г до 100 м 2 /г, что в лучшую сторону влияет на скорость зарядки ячейки и ток разряда. Так в 2017 году Toshiba продемонстрировала SCiB-батарею, способную восстановить до 90% своей ёмкости всего за 5 минут.
Пористая структура литий-титанатного оксида обеспечивает в 30 раз большую площадь, чем графит, и в разы больший срок службы. Источник: КБ «Энергия»
Литий-титанатные батареи стабильно отдают ток в десять раз превышающий их ёмкость, и в тридцать раз при импульсных нагрузках. Ранние образцы выдерживали до 7000 циклов разрядки, а современные аккумуляторы обеспечивают 15000-20000 циклов — с этими показателями не сравнится ни один другой тип литий-ионных батарей. Кроме того, LTO-батареи пожаробезопасны, при разгерметизации они нагревают до 70 градусов и остывают, перегрев им также не страшен. На холоде элемент почти не теряет эффективность — при температуре –30 градусов ёмкость литий-титанатной ячейки понижается до 80% от номинала.
Литий-титанатная батарея Toshiba, используемая в автобусах Proterra. Источник: Proterra
Невероятная живучесть, мгновенная зарядка, стойкость к холодам. Звучит, как идеальный аккумулятор для телефона. Но есть у LTO-батарей и свои недостатки, которые пока ограничивают круг их применения. В первую очередь, это низкая удельная ёмкость 50-80 Вт/кг, тогда как у традиционных литий-кобальтовых элементов она равна 150-200 Вт/кг — то есть, для получения равной ёмкости литий-титанатная ячейка должна быть вдвое-втрое объемней. Во-вторых, номинальное напряжение ячейки равно всего 2,4 В против 3,6 В у литий-кобальтовых. В-третьих, пока литий-титанатные батареи отличаются высокой ценой, втрое большей, чем у NCA-батарей. Именно поэтому встроить литий-титанатный аккумулятор в смартфон пока невозможно — получится дорогой элемент с низкой ёмкостью и недостаточным для работы устройства напряжением.
Зато в электробусах, где нет дефицита места, а также требуется высокий ресурс батареи, литий-титанатным аккумуляторам самое место.
На графике показан пробег тестовой машины на SCiB и литий-кобальт-оксидных батареях. Преимущество SCiB более чем очевидно. Источник: Toshiba
Вопрос подзарядки
Без развитой инфраструктуры электробус превращается в проблему. Заряжать электробус можно тремя разными способами: долгой ночной зарядкой, быстрой зарядкой на конечных станциях и экспресс-зарядкой на остановках.
Зарядные станции на остановках общественного транспорта требуются, например, электробусам на суперконденсаторах: над павильоном устанавливается контактная площадка или провода, которых автобус касается пантографом. Если суперконденсаторам хватает питания в течение нескольких секунд, то для подзарядки аккумулятора нужны хотя бы минуты. Учитывая, что современные литий-титанатные батареи Toshiba восстанавливают большую часть заряда за пять минут, на маршрутную сеть электробуса достаточно установить всего несколько зарядных станций, которые смогут поддерживать аккумуляторы автобуса заряженными.
Долгая ночная зарядка в общественном транспорте используется только в паре с одним из двух других способов. Заряжать автобус всего раз в сутки и отправлять его на маршрут на весь день невозможно по объективным причинам. Во-первых, для работы в течение хотя бы половины дня нужны очень ёмкие аккумуляторы, которые займут много места в салоне — это обстоятельство резко удорожает стоимость каждого автобуса. Во-вторых, к автобусному парку необходимо подводить очень мощные линии электроснабжения, чтобы одновременно питать десятки и даже сотни автобусов.
Серийный электробус КамАЗ заряжается на конечной остановке московского маршрута №73.
Источник: alisa
А что дальше?
Городской электротранспорт всегда считался сомнительной экзотикой, а сейчас в мире работают сотни тысяч электробусов. Чемпионом по адаптации новых технологий является Китай, где находятся почти 99% существующих в мире электрических автобусов. По оценкам Bloomberg New Energy Finance, к 2025 году 47% автобусов в мире будут электрическими.
Россия тоже не отстает от мировых тенденций. Ежегодно многие российские города закупают электротранспорт и выводят его на постоянные маршруты, создается специальная инфраструктура и предлагаются решения в области энергообеспечения. Не исключено, что переход на электротранспорт затянется на десятилетия и, возможно, мы застанем время, когда личные электромобили перестанут быть предметом роскоши и составят достойную конкуренцию дизельным аналогам.
- Блог компании Toshiba
- Транспорт
- Будущее здесь
- Урбанизм
Такие разные электробусы: разбираемся какими они бывают и чем отличаются
Еще несколько лет назад в России о безрельсовом транспортном средстве общего пользования c электрическим приводом говорили, как о невиданной инновационной разработке. И вот, этот транспорт стал частью нашей жизни. Тестируют его во многих городах мира: испытывают разные виды машин на маршрутах, смотрят на проблемы, амортизацию и логистику.
В Праге электробусы запущены на маршруте до аэропорта. Мэрия Берлина экспериментирует с ними в округе Шпандау и планирует перевести все автобусы на электричество к 2030 году.
Первыми в нашей стране закупать электробусы начали в столице. С 2018 года Москва закупает по несколько сотен электробусов – сейчас их более 500. Уже звучат смелые высказывания, что нынешний 2021 год станет последним для закупки дизельных автобусов. Второй по величине мегаполис страны тоже не отстает: несколько лет назад в Санкт-Петербурге приобрели первые электробусы вместе с зарядными станциями к ним. Купленная новинка имела запас хода в 240 километров и заряжалась ночью. В то время как в Москве «прижились» электробусы с ультрабыстрой зарядкой, которые «подпитываются» 10-20 минут и после этого способны проехать на одном заряде 70 километров.
Такое разное будущее
Какие же бывают электробусы и в чем, собственно, их отличия? Основным параметром, по которому подразделяются электробусы – это тип зарядки. На сегодняшний день таких типов несколько: с медленной (ночной) зарядкой в депо (ONC, overnight charging); с динамической зарядкой (подзарядка в движении) (IMC, in-motion charging); с быстрой или ультрабыстрой зарядкой на точках маршрута (OC, opportunity charging). Также, ведутся разработки «водоробусов» – автобусов на водородном топливе.
Медленная зарядка
Как и люди, эти автобусы днем работают, а ночью отдыхают – заряжаются. Это понятный тип работы, который уже зарекомендовал себя в крупных городах РФ. Запас автономного хода такого агрегата: более 150 км. Градоначальникам не надо протягивать новые коммуникации и перекапывать города для установки зарядных станций на улицах. В большинстве случаем фактор дешевизны электричества ночью также является весомым плюсом. Прибавим к этому то, что маршрутная сеть гибкая, как у автобусов, более жесткая привязка – только к парку. То есть электробус в течение дня не привязан к инфраструктуре и может заменить автобус.
Но в данной технологии есть минусы. На конечной, в парке или в депо нужны немалые мощности: для одновременной зарядки всех машин. Поэтому такие электробусы требуют полного пересмотра энергетической инфраструктуры города, подведение мощных линий к паркам. Также такие электробусы нельзя быстро заряжать – их зарядка занимает от 4 до 5 часов. Быстрый заряд негативно сказывается на сроке службы батарей. Батареи отличаются большой массой, сами электробусы тяжелые, за счет чего в салонах остается меньше места для пассажиров, снижая перевозную способность машин. Кроме того, большое количество батарей негативно сказывается на стоимостной эффективности машин. А их утилизация, влияющая на экологию, в разы больше, чем у аналогов: за 15 лет использования машины с медленной зарядкой объемы утилизации батарей будут в несколько раз больше, чем при использовании электробуса с быстрой зарядкой.
Динамическая зарядка
Ключевая особенность в том, что на зарядку аккумуляторов не требуется дополнительных времени, мощности и инфраструктуры, для этих целей во время движения по маршруту с пассажирами используется уже имеющаяся в городе контактная сеть, транспорт подзаряжается в режиме троллейбуса с поднятыми токоприемниками. По техническим характеристиками такой транспорт может проезжать без подключения к контактной сети не менее 10-15 километров: идеально для городов с троллейбусной инфраструктурой.
Отсутствие простоя на зарядку, батареи умеренного размера, работающие в щадящем режиме, запас автономного хода до 25 километров, использование существующей инфраструктуры – все это делает этот вид электробусов весьма привлекательным. Прибавим к этому, что электрическое отопление и обогрев салона не требует использования вспомогательных обогревателей использующих дизельное топливо, и получим столь желанную экологичность – еще один огромный плюс данной технологии. Еще один важный плюс: создание распределенной нагрузки на городскую энергосеть в течение всего дня; благодаря контактным сетям, которые связывают подстанции, возможно обеспечить устойчивое энергоснабжение. Но именно тут кроется основной минус данной технологии: такой вид зарядки может применяться только в городах с троллейбусной инфраструктурой, при этом не менее 30% длины маршрута должно проходить под контактной сетью, а значит мечты многих горожан о «чистом небе» – городе без проводов, с данным видом электробусов несовместимы. Важно, что обслуживать существующую инфраструктурную сеть дорого. Строить же контактную сеть «с нуля» в городах, где она ранее отсутствовала – нецелесообразное занятие как технически, так и экономически.
Быстрая зарядка
Электробус подъехал, поднял пантограф, быстро подзарядился и поехал дальше. Этот тип электробусов является одним из наиболее эффективных и подходящих для меняющиеся запросы современных мегаполисов. Классический простой на зарядку составляет всего 5 — 10 минут. Восполняя заряд, электробусы могут работать весь день практически без ограничений в проезжаемых километрах. Например, московские электробусы проезжают за день до 300-400 километров, давая городу возможность осуществлять перевозки непрерывно.
В электробусах такого типа устанавливаются батареи небольшого размера и веса: 1,5 тонны в электробусах с быстрой подзарядкой против 3-4 тонн в электробусах с медленной зарядкой. Меньший вес батарей позволяет перевозить большее количество людей единовременно. Таким образом, электробусы с быстрой зарядкой имеют большую пассажировместимость, а их перевозная способность сравнима с троллейбусами. Также, небольшое количество батарей приводит к минимальному углеродному следу от их утилизации. Не стоит забывать и про устойчивость таких электробусов к низким температурам и общую адаптивность к запросам современных городов.
Сложности создания электробусов с быстрой зарядкой связаны с производителями аккумуляторов. Для осуществления большого количество подзарядок и непрерывной работы в течение дня требуются высокотехнологичные батареи. Предложить качественные решения, отвечающие стандартам безопасности, во всем мире могут лишь несколько компаний. Другой проблемой таких электробусов является привязанность к инфраструктуре. На пути машины в обязательном порядке должна присутствовать зарядная станция. Изменить маршрут движения электробуса в короткие сроки без подготовки инфраструктуры просто не получится.
«Водоробусы»
Водородные автомобили – это более экологичные электромобили. Китай и Европа уже переходят на аккумуляторные батареи, следующий шаг – водород. Использование водорода станет основным преимуществом автотранспорта с пробегом в 500-1000 км на одной заправке.
Привлекательность энергоустановок на водородных топливных элементах по сравнению с литий-ионными аккумуляторными батареями состоит в неизменной скорости: заправка водородом обеспечивается за 3-5 минут, что сравнимо с ультрабыстрой зарядкой большинства электробусов. Основной минус современных электробусов – это все еще ограниченный запас хода. Польские разработчики в 2019 году предложили решение этой проблемы и представили водородный городской автобус Urbino 12 Hydrogen. Вместо батарей на крыше разместились пять 312-литровых баллонов со сжатым водородом, «питающим» 60-киловаттный генератор, который снабжает электричеством батарею. От нее энергия передается двум моторам мощностью 125 кВт каждый. На одной заправке «водоробус» может пройти около 350 км.
Однако, этот полностью экологичный транспорт не сможет существовать без сети водородных заправок, что в свою очередь влечет серьезные затраты на изменение существующей инфраструктуры городов.
Можно с уверенностью сказать, что за электротранспортом – будущее. Годы тестовых испытаний привели к тому, что на данный момент мы уже имеем несколько типов электробусов, курсирующих по улицам наших городов. У каждого из них есть преимущества и определенные недостатки. Однако, объединяет их одно – экологичность. В ближайшем будущем парк общественного наземного транспорта многих городов будет переведен на электробусы. Главное, чтобы выбор типов этих электробусов происходил индивидуально, исходя из запросов конкретного города, существующих проблем, имеющейся инфраструктуры. Только в таком случае мы получим не простую погоню за экологическими трендами, а осознанный переход на новый вид транспорта.