Концепция использования электромобилей в крупных городах

История

Транспортные средства, оборудованные электрическим мотором, были созданы раньше машин с двигателем внутреннего сгорания. Первые модели были собраны в 1830-40-х годах и представляли собой неуклюжие и ненадежные агрегаты, которые передвигались с очень небольшой скоростью.

Конец XIX века - начало XX века вполне можно назвать бумом электромобилестроения. В этот период производство электромобилей было налажено как в Европе, так и в США. Выпуск электромобилей к началу XX века достиг в Соединенных Штатах 10 тыс. экземпляров, а их количество в несколько раз превышало количество бензиновых автомобилей.

В 1899 г. электромобиль сумел преодолеть рубеж 100 км/ч. Произошло это знаменательное событие во французском городе Ашер, неподалеку от Парижа. Электромобиль-рекордсмен был создан бельгийцем Камилем Женатци. Машина имела обтекаемый корпус из сплава алюминия и вольфрама. Внешним видом она напоминала торпеду, установленную на шасси. Кузов электромобиля был открытым. Он оснащался двумя электродвигателями и имел массу около 1 тонны. Конструктор сам управлял своим детищем. Электромобиль достиг скорости 105,88 км/ч.

Впервые десятилетия XX века на улицах крупнейших городов можно было увидеть как машины с двигателями внутреннего сгорания, так и электромобили. Неоспоримые преимущества последних при эксплуатации в городских условиях были оценены по достоинству. В Нью-Йорке, например, в 1910-х годах работали до 70 тыс. такси на электрической тяге.

Однако, процент электромобилей среди транспортных средств медленно, но верно снижался. Если в самом начале 20-го века их доля составляла чуть менее половины, то в 1920-х годах она уменьшилась до 1%.

Возрождение интереса к электромобилям произошло в 1960-е годы из-за экологических проблем автотранспорта, а в 1970-е годы и из-за резкого роста стоимости топлива в результате энергетических кризисов.

Основные достоинства электромобиля:

• отсутствие вредных выхлопов непосредственно в месте нахождения;
• простота конструкции и техобслуживания;
• низкая пожаро- и взрывоопасность;
• применение дешевой, по сравнению с бензином, электрической энергии;
• массовое применение электромобилей смогло бы помочь в решении проблемы суточного провала потребления электроэнергии, за счет подзарядки аккумуляторов в ночное время;
• меньший шум;
• высокая плавность хода;
• возможность торможения самим электродвигателем без механических тормозов.

Основные недостатки:

• даже современные аккумуляторы не достигли характеристик, позволяющих электромобилю на равных конкурировать с автомобилем по запасу хода и стоимости;
• аккумуляторы хорошо работают при движении электромобиля на постоянных скоростях и при плавных разгонах. При резких стартах они теряют много энергии. Для увеличения пробега электромобиля необходимы специальные стартовые системы и системы рекуперации;
• значительная часть энергии аккумуляторов тратится на обогрев или охлаждение салона автомобиля;
• для массового применения электромобилей требуется создание соответствующей инфраструктуры подзарядки аккумуляторов;
• длительное время зарядки аккумуляторов по сравнению с заправкой топливом;
• уменьшение емкости батарей на холоде.

Является ли электромобиль
энергоэффективным и экологичным?

Нет. Отсутствие выхлопной трубы не должно вводить в заблуждение. Если автомобиль сам сжигает бензин и сам едет, то для электромобиля сначала придется сжечь топливо на тепловой электростанции, затем в генераторе получить электроэнергию, передать через сеть линий электропередач и трансформаторных подстанций к зарядному устройству и зарядить аккумулятор. И на каждом этапе терять часть энергии. Суммарный же КПД электромобиля оказывается даже ниже, чем у автомобиля.

Также не стоит обольщаться, что электромобили могут кардинально улучшить экологическую обстановку. Просто нужно понимать, что запасенная в аккумуляторе энергия процентов на 70 состоит из энергии сгоревшего на ТЭС газа, угля или мазута, процентов на 15 из полуразложившегося урана и на 15 процентов энергии водных потоков от гидроэлектростанций.

С другой стороны, именно автомобили в городах являются главными источниками самых вредных выбросов. Городские электростанции в основном используют относительно экологически чистое топливо - газ, а точечная концентрация выбросов позволяет дыму из труб достигать относительно большой высоты и рассеиваться.

Даже в таком мегаполисе как Москва самые мощные электростанции построены вдоль МКАД, а преобладающий ветер с северо-запада сносит дым из города. В кольце крупных электростанций Москвы нет северо-западной, так как это последняя «форточка» для поступления чистого воздуха. Широкие улицы раньше позволяли автомобилям двигаться относительно свободно и при своем движении выталкивать грязный приземный слой воздуха выше зданий, где он также рассеивался ветром. Но движение в Москве встало и город задохнулся. Сейчас история повторяется во всех крупных городах.

Реальная ниша для электромобилей

Автомобиль - это в первую очередь комфорт. При наличии альтернативных, более быстрых способов передвижения по городу, люди упорно стоят в пробках. Расширение дорог приводит к тому, что на улицы выезжает еще больше автомобилей и все повторяется. Во всех странах наиболее эффективными оказываются экономические и запретительные меры:

• На Манхеттене поставить машину на стоянку в самом дешевом месте - у порта обойдется в 250 долл. США за рабочий день, да и въезд на остров платный;
• В Австрии годовая страховка на наши старенькие «Жигули» будет стоить около 6тыс. евро;
• В Пекине надо прилично заплатить за лицензию по перевозке самих себя и только после этого свободно ездить по платным дорогам;
• Существуют разные варианты запрета на въезд в города грузового транспорта.

Альтернатив немного - общественный транспорт и такси, то есть либо неудобно, либо дорого.

Проблема крупных городов - экология и пробки. Электромобиль, конечно, может улучшить экологическую обстановку, но, если его применять в виде электрифицированного автомобиля, он точно также будет стоять в пробках. Логичны два решения:

• электромобили должны занимать как можно меньше места на дороге, то есть быть маленькими;
• электромобили должны занимать малую часть площади дорог под парковку, а это возможно если большинство их станет индивидуально-общественным транспортом, обслуживая в течение дня многих горожан. Речь идет о краткосрочной аренде на одну поездку.

Идеальный вариант для организации нового типа движения - Москва с ее кольцевой структурой. Дороги в пределах третьего кольца уже не расширить. Построить над домами эстакады - потерять облик города. Деньги на строительство подземных тоннелей лучше потратить на метро.

Представим вариант:

• въезд в пределы третьего кольца жестко ограничен;
• территория оставшихся в городе заводов используется не под новую застройку, а для организации стоянок;
• любой человек, имеющий права, может продолжить поездку на микро-электромобиле непосредственно до цели передвижения;
• поддерживается избыток электромобилей, так что свободные находятся в шаговой доступности от любого места.

Передвижение станет быстрым, более безопасным при сохранении большинства удобств автомобиля.

Требования к электромобилю для краткосрочной аренды

1. На первое место я, как ни странно, поставил бы хороший дизайн. Понятно, что по комфорту такой электромобиль не будет дотягивать до нормального автомобиля, так пусть хотя бы будет красив.
2. Малые габариты. Электромобиль не просто должен быть маленьким, он должен быть узким для возможности парковки вдоль дорог без создания серьезных препятствий для автобусов и троллейбусов. То есть, перспективны одноместные электромобили, либо двухместные с задним расположением пассажира.
3. Малые размеры позволяют также тратить меньше энергии на обогрев салона. Дверь необходима только с одной - правой стороны.
4. Необходимо предусмотреть автосцепку электромобилей с возможностью управления из переднего. Это позволит при переброске машин обойтись малым количеством водителей, а нанимателям перевезти необходимое количество людей или груза.
5. Скорость электромобиля можно ограничить 60км/ч. Во-первых, больше не надо, а во-вторых, потребная мощность электродвигателей возрастает в квадрате от скорости.

Аккумуляторная батарея должна быть легкосъемной и заменяемой. Незачем привязывать электромобиль на несколько часов к местам заправки. Может быть, окажется дешевле возить аккумуляторы на ТЭЦ, чем создавать систему заправок и использовать более дорогую электроэнергию. Компании, владеющие ТЭЦ, будут конкурировать за право ночной зарядки (даже если все автомобили поменять на электромобили ночной избыточной мощности электростанций хватит с избытком).
7. Машины должны быть антивандальными с видеоконтролем обстановки в салоне и за процессом движения. Для нарушителей необходима возможность блокировки движения и дверного замка.
8. Процесс вступления в права аренды и финансовые расчеты должны быть автоматизированы.

Сегодняшние электромобили

Российский электромобиль ГАЗ 330 21Е «Газель-Электро» предназначен для перевозки грузов в городе. При максимальной скорости в 75 км/ч и грузоподъемности в 1000 кг, способен без подзарядки реально проехать 80 км. Работает на аккумуляторной или конденсаторной батарее.

В июне 2011 г. в России начались официальные продажи первого электромобиля - Mitsubishi i-MiEV, и открылась первая электрозаправка в Москве.

Среди множества иностранных концепт-каров выделяется компактный однообъемный «городской» электромобиль под названием Lightcar, созданный транснациональной инжиниринговой фирмой EDAG со штаб-квартирой в Германии (фото 2.). Отдельные детали его кузова для легкости конструкции были сделаны из базальта.

Из базальтовых волокон, помещенных в пресс-форму, пропитанных связующим компаундом и спеченных, изготавливают элементы кузова. Такие детали при жесткости, сопоставимой с алюминиевыми аналогами, весят на 28% меньше и обходятся почти втрое дешевле углеволоконных (себестоимость - около трех евро за килограмм).

Но реально все попытки сделать массовый автомобиль аналогичный бензиновому потерпели неудачу. В ходе исследования, в котором участвовало 13 500 потенциальных покупателей из 17 стран, был выявлен высокий интерес к электромобильной тематике. Большинство респондентов считают себя первопроходцами, которые хотели бы купить электромобиль или рассматривают его в качестве возможного приобретения. Только в США таковых набралось 54%.

Но после покупки эйфория улетучивается. В первую очередь из-за цены: почти во всех странах покупатели не хотят переплачивать за электрификацию. Реальная доплата за электромотор под капотом составляет, в среднем, не менее 10 000 долл. В США таковых набралось не более 9% а в России менее 1%. Вторым фактором разочарования стала максимальная дальность пробега на одной зарядке: ее необходимо как минимум удвоить. Большинству клиентов необходимо, чтобы их электромобиль мог пройти не менее 320 км. Этим пока не может похвастать ни один из существующих. И третье - время зарядки. В идеале ее продолжительность не должна быть больше, чем у топливных авто. По крайней мере, меньше двух часов. Это будет возможно, если всех владельцев электромобилей снабдить специальными 340-вольтовыми экспресс-зарядчиками, которыми оснащены специализированные заправочные станции. А пока время зарядки от стандартной электросети в зависимости от напряжения может составлять от восьми часов в Европе до двадцати в США.

И автогиганты двинулись в сторону небольшого городского автомобиля.

Например, японская компания Nissan разработала экспериментальный электромобиль LandGlider (фото 3).

Одноместная городская модель передвигается за счет двух электромоторов, размещенных в задней части автомобиля и питающихся от спрятанных в подполе литий-ионных аккумуляторов. На полностью заряженных батареях прототип LandGlider может проехать 96 км с максимальной скоростью 64 км/ч.

Впрочем, подобные характеристики для современных электромобилей вполне стандартны. Особого внимания заслуживает то, что во время виража кузов автомобиля наклоняется в сторону поворота на манер мотоцикла. Угол наклона, рассчитываемый электроникой на основе данных о перемещениях руля и кривизне поворота, может составлять до 17 градусов.

Отдельно стоит упомянуть рулевую систему LandGlider, лишенную непосредственной связи с колесами: градус поворота руля анализируется электроникой и передается на передний мост посредством специального привода. Сам руль выполнен на манер самолетного штурвала (фото 4). Плюс к тому у электромобиля нет еще одной привычной детали - зеркала заднего вида. Его роль выполняют видеокамеры, передающие изображения на дисплеи, которые расположены на панели приборов.

Но даже для таких автомобилей нет проработок принципиально новых типов городского движения.

Разработчики электромобилей ориентируются на сложившийся тип организации движения транспорта, а транспортники организуют движение под существующие транспортные средства. Хотя принципиально новые машины позволят выбраться из пробочного ада с обеспечением максимально возможного комфорта для людей.

За подобную задачу  взялись американский концерн GeneralMotors и компания Segway, производитель электроскутеров, которые объединили свои усилия для создания нового городского электромобиля - двухместного двухколесного автомобиля под названием P.U.M.A.(фото 5).В движение P.U.M.A. приводят два электромотора с литий-ионной батареей, полной зарядки которой достаточно, чтобы обеспечить до 60 км автономной езды. При этом электромобиль способен развивать до 50 км/ч максимальной скорости.

Для обеспечения безопасности пассажиров P.U.M.A., а также пешеходов электромобиль оснастили системой распознавания движущихся объектов. Эффективное и безопасное торможение этого авто возможно благодаря небольшим колесам, расположенным на задней и передней части электромобиля.

По сообщению производителей, стоимость такого авто-самоката будет в 4 раза меньше цены на «среднестатистическое» легковое авто. Еще один интересный момент: P.U.M.A. оснащается специальной системой (GPS-технология), которая объединяет такие электромобили в единую коммуникационную сеть, что помогает избежать образованию пробок и заторов на улицах города.

Судьба концептуального P.U.M.A. окончательно пока не решена: точно неизвестно, станет ли GM выпускать такой электромобиль серийно. Однако некоторые источники утверждают, что такое транспортное средство начнут производить уже в 2012 г. В свете того, что GM ведет сейчас активную работу в области продвижения на мировые рынки экологичных автомобилей с низким расходом топлива, можно рискнуть предположить, что проект P.U.M.A. перейдет из стадии концептуальной в стадию серийного производства.

Даже такой короткий обзор показывает реальность предложенной концепции.

При подготовке статьи использовались материалы сайтов ElectroAuto.ru, Википедия, Зарулем.рф, AUTOMANIA.RU