Все замечали, как резво «стартуют» с места составы метро, троллейбусы, трамваи. При минимальных оборотах электродвигателя крутящий момент уже максимальный и позволяет легко столкнуть тяжелую машину с места. И мощность довольно быстро достигает своего максимума. По мере набора скорости уже не нужны такие усилия как при трогании и разгоне с места. А максимальные обороты электродвигателя тоже ограничены только качеством подшипников.
Так электродвигатели Tesla Model S P100D, заявленная мощность топового авто аж 773 лошадиные силы (270 Hp спереди и 503 Hp сзади), по оборотам крутятся до Max RPM 16 000 об/мин. Поэтому электротранспорт обходится без коробки передач.
У двигателя внутреннего сгорания (ДВС), бензинового или дизельного, оптимальное сгорание топлива происходит в определенном узком диапазоне скорости вращения коленчатого вала1500-4500 об/мин, где характеристики крутящего момента и мощности оптимальны. Потом качество смесеобразования и сгорания топлива падает и опять снижаются характеристики мотора.
Это преимущество электромотора и обуславливает его популярность применения в транспорте городском и грузовом.
Так в советском электровозе постоянного тока ВЛ22 (Владимир Ленин) выпускался с 1938 по 1941 гг., советские инженеры реализовали в промышленном масштабе принцип рекуперации.
А в 70е годы троллейбусы в Крыму, спускаясь с перевала к морю, переключались в режим рекуперативного торможения, когда тяговый электродвигатель приводился во вращение инерцией троллейбуса и, работая в режиме генератора, выдавал в сеть электроэнергию. А троллейбус, который поднимался на перевал, получал эту электроэнергию, не допуская просадки напряжения в сети.
Сегодня эффект рекуперации используется и в городском транспорте, и в спортивных болидах, и в электросамокатах, и в складской технике, когда паллета грузом опускаясь с высоты стеллажа, приводит в движение через гидравлическую систему электромотор и подзаряжает аккумуляторную батарею (АКБ).
В СССР и других странах занимались разработкой зеленых технологий, электромобилей, солнечных панелей. Идея эта не нова. В этом видео «предки» очень забавно изобразили и нас, людей в 2000 году))), и перспективы развития электромобилей.
Полную версию фильма, 9 минут 48 секунд, можно посмотреть тут https://www.youtube.com/watch?v=E-v6L-M4Ba0&feature=emb_logo
Однако много лет назад русский ученый Михайло Ломоносов сформулировал описанный еще древними греками закон сохранения «Ничто ниоткуда не появляется и никуда не исчезает». Электроэнергию человек не может зачерпнуть ведром или накопать в шахте. Что бы ее получить, необходимо сжечь углеводороды, ядерное топливо и тп. А процессы этого превращения имеют свой КПД. Если вы в автомобиле с ДВС преобразуете энергию химических связей углеводородного топлива в кинематическую энергию движения, то будут потери (тепловые, механические, звуковые). А если в этот процесс вы вставляете еще звено - генерацию электроэнергии, то КПД дополнительно снижается. Это как раз вариант электромобиля, когда топливо на ГРЭС сгорая, крутит турбину как в случае с колесами авто, турбина крутит генератор, потом дополнительно генерируемая электроэнергия трансформируется сначала в высокое напряжение до 1000 кВ, передается по линиям электропередач конечно же с потерями на тысячи километров, обратно трансформируется в низкое напряжение 220В, попадает в АКБ электромобиля и только потом превращается в кинетическую энергию движения. На каждом звене этой цепочки есть потери.
Для перемещения нашей драгоценной «пятой точки» из пункта А в пункт В нужно совершить работу. И тут начинаются недостатки электромобилей:
- Электромобили как правило тяжелее традиционного авто из-за аккумуляторов, значит необходимо совершить бОльшую работу по перемещению и бОльшие затраты энергии
- Потребление электроэнергии электродвигателем при увеличении скорости вращения растет нелинейно, по параболе. Кроме того, сопротивление воздуха растет в квадрате от скорости. Поэтому электромобиль - это хороший вид транспорта для багажа в аэропорте и перевозки клюшек по гольфполям, а в марафоне он всегда проиграет ДВС. Все наши плюсы они же и минусы, поэтому у полноценного АВТО для устранения этого недостатка есть КПП, когда оптимальные обороты двигателя поддерживаются на разной скорости движения. Решайте сами на чем ехать за день до 1500км со скоростью 160 км/ч.
- в лучшем случае 37% энергии сгоревшего на электростанции топлива превращается в электроэнергию. Остальное греет атмосферу. Поэтому вопрос с экологичностью электротранспорта по сравнению с привычным нам ДВС весьма спорный. Что бы вы «стильно, модно, молодежно» ехали на электромобиле по городу, где-то по прежнему должна гореть нефть и причем в большем количестве, чем в традиционном ДВС.
- передача и хранение электроэнергии - это основная проблема её применения. При передаче электроэнергии по проводам и трансформации, согласно законам Ома и Фарадея, теряется, по статистике некоторых электросетевых компаний, до 11% электричества. И за это платит потребитель, поскольку в России тариф на энергоресурсы утверждают региональные энергетические комиссии (РЭК), а расчет тарифа, включая потери и воровство делают сами компании.
- Электротранспорт оправдывает себя если он проводной (троллейбус, локомотив, метро) и если он медленно и спокойно выполняет работу там где нельзя применять ДВС (магазины и склады продуктов питания, фармацевтики, где работают люди и вентиляция зимой сделает неэффективным эксплуатацию склада). Даже производители пива, Кока и Пепси ни на одном складе не используют электропогрузчики. Стоимость их владения в разы выше обычного бензинового погрузчика с газовым оборудованием. Не проходит и месяца, что бы на складе с электрическими погрузчиками не испортили батарею стоимостью 1/3 всей машины.
- Из понятия тонны условного топлива и оценки Калорийного коэффициента у электроэнергии становится понятно что эффективность электромобиля, если ее оценивать правильно начиная с генерации электроэнергии, очень низкая.
Гораздо проще и эффективнее сразу использовать топливо в ДВС, чем трансформировать энергию химических связей топлива по цепочке до электромотора с потерями на каждом этапе
- переход на электромобили потребует увеличения сечения проводов, строительства новых и модернизации существующих сетей, а значит увеличения производства меди и алюминия. Все это не самые экологичные виды производств (добыча, расплав, электролиз, рафинирование, флотация и тп) и заплатит за это и в прямом и переносном смысле потребитель.
- для аккумуляторов электромобиля используется литий, никель и др. редкие материалы. добыча и переработка которых, ввиду крайне низкого содержания в земле, очень не энергоэффективное занятие, тоже загрязняющие экологию. Среднее содержание лития в земной коре 0,004—0,006%, наиболее богаты им граниты (0,004—0,018%) и гранитные пегматиты. Аккумулятор для Tesla на 85 кВт·ч состоит из 16 блоков, в которых помещается 7104 батарейки размером чуть больше привычного нам элемента пальчиковой батарейки, тип АА. Его вес составляет 540 кг.
Значит, для производства аккумулятора для одного автомобиля нужно перелопатить на горно-обогатительном предприятии 10 800 000 кг земной коры. Возможно, существуют другие способы алхимии, позволяющие получить 540 кг лития из 540 кг земли. Но экология мне кажется и тут сомнительная.
- А как мне быть, если я за день доезжаю из Москвы до Варшавы 1200 км? Останавливаться в Минске на сутки для зарядки? Возить два аккумулятора? Однозначно электромобили проигрывают в мобильности и доступности мест для парковки обычным авто.
- Как быть с дальнобойными грузовиками? Возить прицеп с батарейками?
- А военная техника в пустыне и болотах? После первой же НЕ прицельной бомбардировки электросетей, электротанки и электроБТРы превратятся в груду бесполезного металла? )))
- Зимой в условиях крайнего севера тяговые батареи будут разряжаться из-за отрицательных температур за час-два (отправить бы сторонника электромобилей по дороге в Якутию)
- Аккумуляторы требуют длительного времени для зарядки. Кто-то возразит - есть новые технологии быстрой зарядки. Но всем известно то, что быстро заряжается, также быстро разряжается и еще быстрее портится от таких экзекуций. Значит, дорогой аккумулятор придется менять за полезный срок использования электромобиля не раз? Из моего 8 летнего опыта эксплуатации парка электропогрузщиков 300 ед, не проходило и одного месяца что бы не испортили тяговую АКБ.
- Утилизация отработавшей свой срок АКБ, тоже дорогое и не экологичное мероприятие
Некоторые сторонники электромобилей кивают в сторону «халявной» «зеленой» электроэнергии.
При производстве «зеленой энергии» (возобновляемые источники энергии - ветер, солнце, геотермальное, ) существуют серьезные риски и ограничения. Во-первых, все эти способы низкопотенциальные по сравнению с традиционными электростанциями. Для производства необходимой человечеству мощности придется покрыть всю территорию земли солнечными батареями, ветряками и тд. Что глупо, не реально и совсем не экологично.
Энергии падающей воды в мире недостаточно за исключением разве Норвегии. Чистая питьевая вода рек становится причиной конфликтов между странами в Африке. И строительство гидроэлектростанций серьезно нарушает экосистему. Всем известна проблема в бассейне реки Волга, каждый год из-за перекрытия и сброса воды икра отнерестившейся рыбы уходит в поля, а потом засыхает. Во время отсутствия ветра и солнца нельзя и небезопасно отказаться от привычного людям комфорта. Поэтому зеленую энергетику необходимо резервировать (дублировать) традиционной, углеводородной и ядерной. Запуск и вывод любой электростанции на оптимальные режимы и КПД занимает не минуты и даже не часы. Кто заплатит за строительство и обслуживание солнечных батарей и резервной ТЭЦ одновременно? Поэтому все уже слышали про проблему зеленой энергетики в Германии и про веерные отключения электроэнергии в районах Калифорнии в пасмурные и безветренные дни.
В развитие биотоплива активно вкладывалась Дания. Однако недавно вынужденно признала на законодательном уровне, что это плохое решение вопроса энергетической независимости.
- Современный двигатель внутреннего сгорания состоит из 1200 деталей, требующих высокой точности, специальной обработки. Электродвигатель же из 200 деталей и ему не нужна коробка передач. Но стильный Тесла стоит в несколько раз дороже аналогичного авто с ДВС. Угадайте, кто оплачивает модный тренд? И доходы какого производителя выше?
- Переход на электромобили приведет к финансовым потрясениям и кризис автопрома неизбежен. По примеру мобильных телефонов не выжили такие гиганты как Нокиа, Сименс, Эриксон, зато появились другие, которые сделали из телефона развлечение и виртуальный мир счастья. Кто выиграет от изменений, а кто проиграет, вопрос времени. Миллионы людей останутся без работы.
На диаграммах ниже за 7 лет уже видны эти изменения. Получается, что люди отдают свое предпочтение не надежным, проверенным производителям, не сервису и гарантиям, а тренду моды, маркетингу и дизайну?
Ситуация с развитием эры электромобилей напоминает мне эпизод из фильма «В джазе только девушки».
Возможно, что-то поменяется с появлением новых материалов и электромобили лишатся своих недостатков. Но пока в электромобилях больше минусов. И превратить их в плюсы можно только за наш с вами кошелек, и без ощутимой пользы для экологии. Общественный и грузовой электротранспорт с рельсами и проводами конечно исключение.
Поэтому, отвечая на вопрос гений или аферист Илон Маск, я скажу:
- если у вас в конюшне уже стоит пара породистых бензиновых и дизельных жеребцов и вам хочется иметь еще собственный троллейбус без проводов, по цене хорошего спорткара, резво стартующий, но без звука, при появлении хозяина приветливо машущий крыльями-дверями, играющий "Танец с саблями" Хачатуряна, моргающий фарами (как китайская дека) и потрескивающий дровами в камине на планшетнике панели приборов, при этом вы живете в солнечном Лос Анджелесе, цените обертку больше чем содержимое, и не ездите дальше чем Беверли хиллс, то такой вариант вполне катабельный.
Оценивать самого Илона Маска мне не хочется. Хочется верить, что он, нормальный представитель хомо сапиенс, как и все люди способен ошибаться, верить, надеяться на успех своих трудов и новые материалы для прорыва идеи. Как пели the Deep purple – Time will show. Можно точно сказать, что парню повезло. Ему акционеры позволяют "зарывать" по миллиарду долларов в год убытков в солнечную или кремниевую долину Калифорнии и он делает то, что приносит ему удовлетворение.
Учитесь на чужих ошибках! Пишите вопросы и комментарии.
Ваш Андрей Тарасевич
