Электрическая тяга, или Тихая литиевая революция
Многие изобретения годами ждут перехода количества в качество. Те же транзисторы размахнулись во всю мощь, уменьшившись до размера то ли инфузории, то ли микроба. Результаты – мобильные телефоны, айпады и прочие гаджеты. А вот что происходит с источниками питания?
Постоянно повышающаяся плотность упаковки электроэнергии в литий-ионных аккумуляторах вызвала к жизни, например, такие телефоны, как Philips Xenium E180 с батарейкой на 3,1 А∙ч, способный почти полгода ожидать звонка. А дождавшись, непрерывно болтать двое суток! Такой (или почти такой) аккумулятор может и стартер прокрутить, доказательством чему являются десятки и сотни пусковых устройств, умещающихся в кармане. Ну а то, что в кармане не поместится, позволит проехать, проплыть или пролететь сотни километров без грамма бензина. Об этой революции и поговорим!
Идеальное токохранилище?
Знаю – оно не без недостатков. Начнем с того, что плотность энергии не позволяет электрокарам пока проехать между розетками больше 400 км. На практике – вдвое-втрое меньше. Про зиму лучше не вспоминать. Портит все карты противоречие между временем зарядки и сроком службы аккумулятора: не хотите тратить часы на «заправке», потратите многие десятки тысяч рублей на преждевременную замену батареи. На холоде емкость резко снижается (впрочем, литий-ионный аккумулятор может сам себя подогреть, но тоже за счет пробега). А вот если его перегреть при зарядке, рванет так, что мало не покажется. Были случаи смертельных ранений даже от телефона, что уж говорить о взрыве электромобиля?
И тем не менее уж больно хочется перемещаться в пространстве без шума и выхлопа. Вот и посмотрим, как это получается сегодня и что ждет нас завтра.
Плавали, знаем…
И знаем очень хорошо еще по картине Репина «Бурлаки на Волге». Сил десятка человек вполне достаточно, чтобы тащить здоровенную баржу. Но медленно, потому что в воде сила сопротивления резко увеличивается с ростом скорости. Итак, где же подходящая ниша для электротяги? Это – тихоходные суда для перевозок больших грузов на короткие расстояния. Паромы! Настоящие!!!
Буквально на днях первый такой электропаром Ampere зарядил свои литий-ионные аккумуляторы и начал курсировать через шведский фьорд под Бергеном между Лавиком и Оппедалем. Представьте: 80-метровый катамаран берет на борт до 120 автомобилей и 360 человек, совершая 34 рейса по 6 км в день. Два двигателя по 450 кВт позволяют преодолеть маршрут за 20 минут, а батарея весом 10 т вмещает 1000 кВт∙ч электроэнергии. Этого достаточно не на один рейс, и все же в течение каждой погрузки-выгрузки несколько минут отводится на пополнение заряда. Зачем? Дело в том, что местные сети не рассчитаны на такую нагрузку, какая потребовалась бы для быстрой закачки всего мегаватт-часа. А так надо пополнить лишь около 150 кВт∙ч, истраченных за один рейс. Но и это оставило бы без света деревушку на берегу.
Выход нашли остроумный. В белых будочках на причалах расположены буферные литий-ионные батареи по 260 кВт∙ч емкостью. И вот они-то заряжаются в течение всего рейса парома туда и обратно. А это уже больше 40 минут, стало быть, можно обойтись меньшим зарядным током! Потом заряд просто «перетекает» на борт по толстым проводам за считанные минуты стоянки. Отметим в скобках, что энергия поставляется с гидроэлектростанции, т.е. все абсолютно экологично. А философ скажет, что вода как бы двигает корабли сама по себе.
Тихая революция
Раннее утро, самый сладкий сон… И вдруг со двора раздается рычание дизеля мусоровоза, прибывшего за контейнерами. И он не просто проехал за окном, нет: он, гад, остановился и начал манипуляции с краном и прессовщиком отходов – целая какофония звуков громкостью около 90 дБ! Сюда бы бесшумный электропривод…
Теперь с этим нет проблем. Более того, такому «трудяге» не требуется огромных пробегов на электротяге: поработал во дворе, выехал на трассу, и включай себе дизель на здоровье, подзаряжая батареи. Именно такие мусоровозы с гибридным приводом начинают пользоваться популярностью. Мало того, что они экономят до 33% топлива за счет рекуперации энергии, так они еще и работают по специальности с уровнем шума всего 54 дБ – просто разительный прогресс!
Двери закрываются. Следующая остановка — зарядная!
Идеальная ниша для современных аккумуляторов – автобусы-троллейбусы, которые они превращают в новый вид общественного транспорта — электробусы. Движение от остановки к остановке делает рекуперацию энергии очень эффективной, а паузы на вход-выход пассажиров позволяют пополнять запас энергии хоть через каждые три минуты. На самом деле такая частая подзарядка и не требуется, главное, что зарядные остановки можно разместить вдоль всего маршрута, и тогда город избавится и от выхлопов, и от шума, и от уродливых контактных проводов, так сильно раздражающих туристов-фотографов.
Поэтому электробусы стремительно набирают популярность в Европе куда быстрее, чем легковые электромобили. Пока что литий-ионные батареи довольно дорогое удовольствие: при сравнительно малых годовых пробегах частных авто экономия топлива может вообще не окупить их удвоенную цену за срок жизни машины. А вот работающие целыми днями электробусы – другое дело!
Электробусы строят в трех вариантах:
- с емкими литий-ионными батареями, позволяющими пробежать весь маршрут без подзарядки с тем, чтобы на конечной станции постоять минут 20;
- с батареями малой емкости (а то и с суперконденсаторами), подзаряжающиеся на каждой остановке;
- как троллейбусы, идущие автономно в центре города и под контактными проводами — на его окраинах.
Все выше, и выше, и выше…
Крошечные, но емкие литий-ионные аккумуляторы дали жизнь самолетикам и вертолетикам, заполонившим магазины игрушек радиоуправляемым. А я помню времена, когда альтернативой электроприводу пропеллера был… скрученный резиновый жгут – так называемый «резиномотор». Но сегодня воздушный океан бороздят и вполне взрослые электросамолеты. Для них, правда, кроме аккумуляторов пришлось разработать и электродвигатели большой удельной мощности. Вот, например, авиамотор с жидкостным охлаждением фирмы Siemens: он выдает 260 кВт при массе всего 50 кг.
Многоместных электросамолетов, правда, пока не построили. Из последних уже летающих разработок отметим Airbus E-Fan с двумя моторами по 30 кВт и литий-ионно-полимерными батареями, обеспечивающими полет со скоростью до 220 км/ч в течение 40 минут. Взлетная скорость всего в 110 км/ч делает его очень удобным для обучения новичков, поэтому в кабине и поставили два кресла друг за другом и сдвоенное управление. Для учебно-тренировочных полетов полчаса в воздухе вполне достаточно, да и конечная точка совпадает с начальной – нет проблем с подзарядкой.
Более серьезный аппарат – PC-Aero Elektra One. Мы бы могли его назвать «три-по-сто»: собственный вес 100 кг, масса батарей еще 100 и, наконец, полезная нагрузка – тоже сотня кило. Понятно, что это одноместная машина, которой вполне хватило 5-килограммового моторчика мощностью 16 кВт. А серьезность заключается в дальности полета до 500 км за 3 часа! Причем это не последняя разработка. Версия Elektra One Solar должна покрывать уже 1000 км, а двухместный Elektra Two – до трех тысяч!
Заметим, кстати, что совершающий в настоящее время кругосветку самолет на солнечных батареях тоже не обошелся без литий-ионных аккумуляторов, позволяющих ему накопить энергию на ночь для круглосуточного полета.
А как же легковушки?
А вот с ними до сих пор все не так радужно. Клятвенное обещание немецкого канцлера Ангелы Меркель выпустить на дороги Германии к 2020 году миллион электромобилей уже точно даже близко не будет выполнено.
Основная причина – отсутствие спроса. Практичных немцев так и не удалось убедить массово проголосовать за электромобили «еврорублем». И сейчас серьезные аналитики рисуют перспективный график продаж со всплеском не ранее 2030 года. До той поры мы еще не раз успеем написать обзор о новых разработках. Тем более что на подходе литий-ионные батареи с увеличенной вдвое-втрое против нынешних 200 Вт∙ч/кг удельной энергоемкостью. С ними электромобили сразу стали бы привлекательнее. Если, конечно, цена не будет зашкаливать, если эти батареи выдержат хотя бы пять лет эксплуатации, если их можно будет заряжать за минуты, а не за часы, да к тому же за реальные деньги. Слишком много «если». И тем не менее подождем. Ведь, как видите, процесс пошел, поплыл и даже полетел!
38276
60