Мода на зелёные технологии в развитых странах (как тут не вспомнить Грету Тунберг), приход к власти в США Джо Байдена, основным предвыборным лозунгом которого был отказ от грязных технологий в пользу экологически чистых (его предшественник, Дональд Трамп, придерживался противоположных взглядов); многочисленные субсидии и дотации в различных государствах за покупку электромобилей и настоящая транспортная революция в Поднебесной под строгим руководством коммунистической партии – всё это привело к тому, что за последние 2-3 года весь мир буквально захлестнула электромобилемания.
История электромобилей началась почти 2 столетия назад. Первая тележка с электродвигателями и батареями на борту смогла преодолеть расстояние в 100 метров еще в 1841 году. А настоящие электромобили появились на европейских дорогах только в конце XIX века. Тогда они опережали бензиновых и паровых конкурентов по всем параметрам: скорости, динамике разгона, грузоподъёмности и запасу хода. Минусом был только сложный процесс зарядки батарей. Пока не изобрели выпрямитель тока, приходилось соединять между собой электродвигатель переменного тока и генератор постоянного тока. Механизм тратил много энергии и часто ломался. Тем временем бензиновые машины становились всё более совершенными – минусы электромобилей заставили надолго забыть об этом виде транспорта.
К ним вернулись на рубеже 1960-70-х годов, когда случился первый и крупнейший в мире энергетический кризис из-за нефтяного эмбарго, а в крупных городах остро встала проблема выхлопов. Электромобили выпускались небольшими сериями, но по-прежнему оставались диковинкой. В 1990-х были выпущены первые крупные партии электротранспорта.
В конце 2000х годов наглядно плюсы электромобилей продемонстрировала компания Илона Маска Tesla Motors. Именно эта компания первой выпустила революционный автомобиль с приемлемыми для ежедневной езды характеристиками: 300-400 км на полном заряде, плавный разгон до сотни за 4-5 сек (быстрее многих спорткаров), зарядка за ночь от обычной розетки 220В, а ещё в США была развёрнута целая сеть электрозаправок Tesla Superchargers, где все владельцы автомобилей Tesla могли бесплатно заправиться. Что может быть проще? Купил и катайся! Автомобиль получился не только симпатичным снаружи, но и очень удобным и просторным внутри. Управление основными системами авто осуществляется через огромный тачскрин (рис.1) – больше никаких кнопок, ручек и джойстиков, и это на волне массового появления бескнопочных смартфонов. Единственной преградой оставалась цена – около 100 000$ – которую сложно было назвать демократичной.
В 2010-х выпуск электрокаров начали многие автомобильные компании: Mitsubishi, Nissan, Volkswagen, Toyota, Jaguar, Renault и другие. Благодаря массовому производству их цена снизилась в 1,5–2 раза. Экологически чистый транспорт впервые стал доступным.
В 2016 году в Германии было продано около 25 тыс. электрокаров, а в 2020 – уже почти 400 тыс.; во всём ЕС: 221 тыс. и 1,4 млн. соответственно. То же самое в Китае: 350 тыс. и 1,25 млн.; США: 157 тыс. и 330 тыс. Всего в 2020 году было приобретено около 3 миллионов электромобилей. Как видно из статистики, всего за 4 года произошёл феноменальный рост на всех ключевых рынках.
Для сравнения: по итогам 2020 года в России было продано всего 687 легковых аккумуляторных электромобилей или 0,05% от общей величины продаж. А суммарный парк электромобилей в 2020 году насчитывал всего 11 тысяч единиц или 0,03% от всего парка.
В прошлом году в среднем в Европе электродвигатель был у каждого десятого купленного автомобиля, но в отдельных странах эта доля гораздо выше: в Нидерландах – 25%, в Швеции – 30%, в Исландии – 50%, а в Норвегии – невероятные 75%, при этом нефтегазовый комплекс страны является фундаментом всей норвежской экономики.
Только в Китае в настоящий момент насчитывается около 400 компаний, которые тем или иным образом связаны с производством электрокаров.
Современный пионер-новатор в области электромобилей, компания Tesla, в 2020 году по капитализации обогнала Volkswagen Group, Toyota Group, Honda Motor, альянс Renault-Nissan-Mitsubishi, General Motors, Ford и Stellantis NV (Peugeot, Citroen, Fiat, Chrysler) вместе взятые, при этом продажи Tesla в 2020 году составили скромные 500 тыс. штук против 47,9 млн. у всех вышеперечисленных гигантов отрасли. Как бы там ни было, но к 2030 году Tesla планирует продавать 20 миллионов автомобилей в год – это долгосрочная цель компании.
Кажется, что мир сошёл с ума. Даже всемирно известный производитель смартфонов iPhone и мобильной электроники, Apple Inc., приступил к разработке электромобилей (прототип от дизайн-бюро Vanarama на рис. 2), а их китайский коллега Huawei Technologies, который в настоящий момент является крупнейшим в мире производителем смартфонов, уже представил своё первое детище в 2021 году.
Маркетологи, как правило, сравнивают электромобиль с игрушечной машинкой с моторчиком на батарейках. В реальной жизни же не всё так просто, как хотелось бы потребителю, тем не менее, рассмотрим плюсы и минусы. Итак, плюсы:
1. Высокий КПД силовой установки:
с учётом всех преобразований энергии КПД электрокара значительно выше КПД автомобиля с двигателем внутреннего сгорания (ДВС);
2. Безопасность:
отсутствие большого двигателя, который может травмировать пассажиров при столкновении. Большие зоны деформации спереди. Жёсткий каркас, создаваемый батарейным блоком. Низкий центр тяжести — меньшая склонность к переворачиванию, лучшая управляемость.
3. Отсутствие выхлопов:
только в США ежегодно более 500 человек погибает, задохнувшись угарным газом (CO) в машине (некоторые случае имеют криминальный подтекст), поэтому данное преимущество особо ценно для людей, у которых авто стоит в гараже или на подземной стоянке.
4. Низкая стоимость электроэнергии по сравнению с нефтяным топливом;
5. Рекуперативное торможение:
когда водитель отпускает педаль газа, двигатель автоматически переходит в режим генератора и всю энергию, которая образовалась во время торможения, возвращает в батарею.
6. Меньший шум во время движения:
электромотор, инвертор и редуктор значительно тише ДВС с трансмиссией;
7. Отсутствие вибраций силовой установки;
8. Мгновенный отклик на педаль ускорения (набор скорости):
за счёт мгновенного отклика и высокого крутящего момента машины на электротяге могут разгоняться от 0 до 100 км/ч всего за 3 секунды.
9. Нет необходимости заводить и глушить двигатель;
10. Нет проблем с качеством топлива и недоливом:
у электричества нет октанового числа, и оно не может быть плохого качества. Нет возможности недолить несколько киловатт.
11. Отсутствие необходимости прогревать двигатель:
у электромобилей нет проблем с запуском при низких температурах.
12. Стабильная работа двигателя на высокогорных дорогах:
в отличие от ДВС, который теряет свою мощность с уменьшением содержания кислорода в воздухе, электромотор не испытывает никаких трудностей.
13. Электромобили значительно надёжнее, чем их бензиновые, дизельные и газовые собратья:
в них меньше подвижных и изнашиваемых частей, так как двигатель и коробка передач устроены гораздо проще. Кроме того, ДВС из-за своей неэффективности выделяют большое количество тепла во время работы, что ускоряет износ компонентов силового агрегата.
К недостаткам электромобилей относят:
1. Пожароопасность:
наверное, для многих это самый неочевидный факт, так как в электромобилях не используются легковоспламеняющиеся жидкости или газы. Несмотря на то, что электрокары менее подвержены возгоранию, чем машины на бензиновом двигателе, специалисты отмечают, что горящие электромобили намного сложнее потушить – они горят сильнее и дольше. Так, имеющиеся из практики данные показывают, что на тушение пожара с участием Tesla Model S уходит до 135 тыс. л воды, в то время как обычный автомобиль можно потушить 1,4 тыс. л. Электрокары горят непрерывно несколько часов, а машину на бензиновом двигателе можно потушить за несколько минут, так как бензин из бака достаточно просто слить, а батарея долго хранит накопленную в ней энергию. «На тушение пожара аккумулятора может потребоваться до 24 часов», – говорится в руководстве по реагированию на чрезвычайные ситуации для Tesla Model S.
Литий-ионные аккумуляторы при всех своих плюсах могут загореться или взорваться, если произойдет короткое замыкание. Например, в 2016 году из-за самопроизвольного возгорания и даже взрыва литий-ионных батарей смартфонов Galaxy Note 7 компания Samsung была вынуждена снять с производства новую модель и списать многомиллионные затраты на её разработку и продвижение продукта.
Естественно, конструкторы понимают риск и принимают серьезные меры, чтобы в случае аварии батарея не пострадала. В первую очередь, это огнеупорные перегородки, предохранители, специальные клапаны для выхода газа. Возгорание в литий-ионном аккумуляторе происходит не сразу, и пассажирам, как правило, удаётся спастись.
General Motors даже провела серию обучающих занятий для пожарных. Она рекомендовала в случае аварии сначала обесточить машину и только потом спасать пассажиров.
2. Электромобили не являются экологически чистыми:
Электромобили наносят такой же ущерб экологии, как и обычные машины, так как ТЭЦ необходимо обеспечивать постоянно растущий спрос на электроэнергию, что приводит к увеличению объёма вредных выбросов.
Выходит, что на каждый киловатт (или лошадиную силу) мощности электромобиль жжёт примерно столько же условных единиц угля или мазута, сколько традиционный двигатель внутреннего сгорания жжёт бензина или солярки.
Разница лишь в том, что «выхлоп» электромобиля происходит где-то далеко, а сам он не портит воздух, и для больших городов, загазованных автотранспортом, такие машины с точки зрения экологии действительно спасение.
Выбросы СО2 при производстве автомобилей с ДВС ниже, чем при производстве электромобилей, а основной объем выбросов автомобиль с ДВС вырабатывает при сжигании топлива. Чтобы сделать аккумуляторную батарею, нужно опять-таки много энергии, а это дополнительные выбросы. Кроме того, утилизация аккумуляторных батарей может нанести серьезный ущерб экологии.
Китай является лидером в области использования электрических машин, но его экономика по-прежнему является заложником угля, обеспечивающего по разным подсчётам по состоянию на 2021 год 55-65 процентов энергогенерации страны. Китай в 2021 году в погоне за чистым небом в Пекине во время Зимней Олимпиады 2022 года резко сократил объём сжигания угля. Первый звоночек прозвенел ещё летом, когда из-за аномальной жары энергопотребление было рекордным, вследствие чего стали происходить проблемы с электричеством. В сентябре более чем в десяти провинциях Китая, включая промышленные центры, произошли перебои с электроэнергией. Остановились многие предприятия, в том числе производители компонентов для Tesla, Samsung и Apple. Было отключено отопление, на улицах не работали светофоры. Жителям даже было рекомендовано не пользоваться электрочайниками и микроволновками в часы пик.
Массовый переход на электромобили усугубляет энергодефицит страны, вследствие чего для удовлетворения спроса требуется сжигание ещё большего количества угля.
Если посмотреть на мировой энергетический баланс за 2020 год, то нельзя не отметить всё ещё высокую долю угля – не менее 37%.
Многие страны поставили цели стать углеродно-нейтральными к 2030-2060 гг. Власти стран выпустили декларации о постепенном увеличении доли энергии, вырабатываемой из возобновляемых источников энергии.
Помимо проблем себестоимости («зелёная» энергия почти всегда значительно дороже энергии из ископаемого топлива) существуют и другие трудности. Например, ветрогенераторы вследствие объективных причин не могут выдавать постоянную мощность, а, следовательно, их всегда нужно страховать электростанцией на «грязном» топливе. Так, в 2020 году ряд стран ЕС едва не погрузились в пучину тьмы из-за длительной безветренной погоды в районе Северного моря (рис. 3). Чтобы компенсировать снижение, было задействовано электричество, получаемое на газовых и угольных станциях. Также экологи бьют тревогу по поводу гибели птиц: ежегодно в районе Северного моря гибнет до полумиллиона птиц из-за лопастей турбин.
Проблемы с солнечными панелями связаны с тем, что если они частично засыпаны, например, снегом или песком, то их КПД кратно снижается.
4. Длительная заправка автомобиля:
если на заправку автомобиля с ДВС уходит не более 10 минут, то для зарядки электромобиля требуется не менее 3х часов.
5. Ёмкость литий-ионного аккумулятора уменьшается с течением временени, а также при низких температурах окружающего воздуха:
со временем аккумулятор деградирует, то есть теряет часть своей изначальной энергетической ёмкости, о чём известно каждому на примере собственного смартфона. Даже при надлежащем уходе батарея теряет около 20% ёмкости до пробега 250 000 км.
Зимой в умеренном климате максимальная дистанция без подзарядки сокращается на ~30%.
6. Отсутствие развитой инфраструктуры зарядных станций;
7. Высокая стоимость электромобилей:
многие базовые модели электромобилей всё ещё очень дороги, поскольку в них применяются самые последние технологии, которые требуют значительных инвестиций на разработку. Узким местом является батарея, которая по стоимости составляет около 50-60% от цены всего автомобиля.
В кратко- и среднесрочной перспективе стоимость владения электромобилем будет снижаться за счёт увеличения масштабов производства электромобилей, но на более длительном отрезке времени стоимость владения электромобилем увеличится из-за роста цен на металлы и электроэнергию, а также из-за необходимости утилизации батарей.
Как бы там ни было, но автопроизводители стараются находить соответствующие решения для снижения цен на свою продукцию.
Так, в 2020 году вполне резонно наделал много шума электромобиль Wuling HongGuang Mini EV (рис.4), который из-за своей демократичной цены (4500$) прозвали народным автомобилем. В январе 2021 года данная марка электромобиля стала самой продаваемой в мире.
Автомобиль по большей части предназначен для перемещений по городу, так как имеет невысокий запас хода на одном заряде (120-170 км).
В 2020 году китайский производитель премиальных электромобилей NIO Inc. объявил о старте продаж своих моделей без аккумуляторов. Такой формат продажи позволяет снизить стоимость электромобиля, сделав её сравнимой со стоимостью обычного автомобиля с ДВС. При этом батарею, без которой движение электромобиля невозможно, можно взять в аренду.
Фирменная сеть экспресс-замены батарей стала частью программы Battery as a Service (BaaS), в рамках которой в Китае построены станции для установки аккумуляторов. Они представляют собой небольшой бокс, в который заезжает электромобиль. После этого водитель выходит, транспортное средство вывешивается на подъёмнике, затем снизу подъезжает аппарат, который извлекает аккумуляторную батарею, увозит её и устанавливает новую. Электрокар опускается на землю, водитель садится в него и уезжает.
Скидка на электромобиль NIO по программе BaaS составит 70 000 юаней, месячный абонемент на пользование аккумулятором 70 кВт∙ч обойдётся владельцу в 980 юаней, а ещё 80 юаней в месяц будет стоить гарантия на батареи для клиентов. NIO уже получил разрешение на продажу электромобилей по такой схеме в Китае.
Ряд экспертов считают, что недостатки электромобилей являются весьма спорными, а их опасность преувеличена прессой. Как бы там ни было, электромобили являются частью общей концепции мира с нулевыми авариями, нулевыми выбросами и нулевыми заторами на дорогах.
Электропривод – это не только технологический прорыв, но и революция в дизайне. Особенность дизайна заключается в форме кузова, так как у электромобилей он должен быть особо аэродинамичным, чтобы мощности аккумулятора хватало на как можно бóльшую дальность пробега без подзарядки.
Вторым технологическим прорывом является система автоматического управления (автопилот), которая делится на 6 уровней: от нулевого (полное отсутствие автоматизации) до пятого (полная автоматизация без необходимости какого-либо вмешательства человека). В основном самые продвинутые в данной области автомобили относятся к 4-му уровню (широкая автоматизация), при котором полностью автоматическое вождение осуществляется лишь в некоторых пространственных областях или в некоторых ситуациях, например, в пробках. Вне таких мест или ситуаций система способна прекратить вождение и припарковать машину, если водитель не взял управление на себя.
По мере развития 5 степени автономности в авто исчезнет руль (рис.5), и по своей сути потеряет смысл личное владение авто в пользу роботакси.
В 2020 году китайский «Google», компания Baidu, запустила в Китае сервис беспилотных такси под названием Apollo Go, который открыл свои филиалы в Пекине, Чанше и Гуанчжоу. Машины перевозят пассажиров в автоматическом режиме, однако на водительском месте присутствует оператор, готовый в случае нештатной ситуации взять управление на себя.
В конце ноября 2021 года Baidu получила разрешение на запуск платных услуг роботакси без водителя, в рамках которых компания будет использовать не более 100 автомобилей в одном из районов китайской столицы. В заявлении компаний говорится, что это будет первое коммерческое развёртывание сервиса Apollo Go на открытых дорогах.
Пока компания Tesla сосредоточена на своих автомобилях и включает автопилот как добавочную функцию, израильская компания Mobileye подходит к вопросу глобально. Им нужно всё связать в единую сеть, т.е. помимо софта самого автомобиля будет ещё взаимодействие с элементами городской инфраструктуры .
Уже сейчас есть прогнозы о том, что к 2040-2050 годам людям запретят ездить за рулём – именно такие условия диктует экономика.
Для экономики важно максимально быстрое перемещение товаров. То есть экономика – это транзакция. Скорость транзакции зависит от скорости логистики товаров, от того насколько мы быстро перемещаемся и взаимодействуем как контрагенты. То есть нам нужны повышенные скорости, но люди уже достигли своего лимита. В разных городах мира предел варьируется от 50 до 70 км/час. Почему сейчас нет ограничений 150 или 250 км в час в городах? Потому что мы не можем безопасно ездить на таких скоростях. Чем выше скорость, тем больше совершается ошибок, и, как следствие, аварий и смертельных случаев. Раз человек не способен с этим справиться, значит, мы должны отдать это машине/роботу.
Если на каком-нибудь перекрестке необходимо будет совершить поворот, то все участники движения будут заранее знать об этом за счёт работы единой системы. Таким образом, автомобили смогут ездить на очень высоких скоростях без столкновений, и для этого даже не нужны будут светофоры.
Автопроизводители стремятся к полному электрическому будущему потому, что изменения климата вполне реальны. Конечно, в мире есть рынки, которые на данный момент не совсем подготовлены к переходу на электромобили как с точки зрения инфраструктуры, так и с точки зрения мышления потребителей, но общие тенденции дают основания утверждать, что в итоге все рынки будут двигаться именно в этом направлении.
Ожидается, что уже к 2035 году мировой автопарк достигнет 2 млрд. штук.
Материал статьи подготовлен с использованием материалов следующих источников:
- http://ru.wikipedia.org – свободная энциклопедия Википедия,
- http://youtube.com – международный видеоархив,
- http://forbes.ru – финансово-экономический журнал,
- http://popmech.ru – журнал «Популярная механика»,
- http:/drive2.ru – интернет-портал автолюбителей,
- http:/autonews.ru – интернет-портал о машинах и авторынке,
- http://bcs-express.ru– сайт об инвестициях и финансовых инструментах,
- http://ria.ru – информационное агентство РИА Новости,
- http://lenta.ru – новостное интернет-издание Лента.
