Цель этой статьи-обсудить комплекс проблем возникающих при более широком внедрении электромобилей, методы улучшения технических параметров электрокаров.
Как известно электромобили в своём чистом виде не загрязняют атмосферу и сторонники экологии на вершине блаженства от роста их количества. Но они далеки от полного понимания сути проблем, постараюсь их кратко обрисовать.
Для того чтобы электромобиль зарядить необходимо эл. энергию для начала выработать на электростанциях, затем несколько раз трансформировать изменяя напряжение, передать на некоторое расстояние и наконец преобразовать для зарядки.Это неизбежные технические потери(14-15%).
При выработке эл.энергии применяются различные типы генерации-чистыми(без выбросов газов) считаются атомные, гидро, ветровые, геотермальные, солнечные, приливные электростанции. Но в ЕС преобладает тенденция сокращения генерации на АЭС, возможностей для строительства гидроэлектростанций нет(в РФ с точностью наоборот дела идут). Другие чистые источники эл.энергии не отличаются надёжностью по выдаваемой мощности, их относительная мощность не является определяющей в балансе производства. Так в пасмурную погоду и ночью солнечные батареи снижают(прекращают) выработку ими эл.энергии, на ветровых выдаваемая мощность зависит от скорости ветра, а заряд машин происходит преимущественно в вечернее и ночное время.
Если все машины станут электромобилями то это значительно увеличит потребление эл.энергии, её производство будет необходимо нарастить и это возможно (в ЕС) только увеличением генерации на тепловых электростанциях сжигающих природное топливо(уголь, мазут, газ). Т.е. выбросы газов в атмосферу увеличатся. Энергосистемы многих стран не готовы к такому повороту событий, сперва нужно долю "зелёной" энергетики довести хотя бы до 50% и далее её наращивать.
При этом запас энергии в аккумуляторных батареях электромобиля мал, их требуется долго заряжать, они занимают достаточно большой объём и имеют большой вес. При их производстве атмосфера тоже загрязняется и утилизация батарей процесс достаточно сложный.
На мой взгляд оптимальным является решение использовать более экологичный ДВС(статья о перспективных двигателях) на более экологичном топливе(ОЧМ не менее 95, ОЧИ не менее 110)-дороже, но экономичней и экологичней, совместить это с гибридным исполнением машины.Вообще топливо для таких электромобилей можно стандартизировать по моторному методу с условием обязательным что по исследовательскому методу октановое число не может быть ниже 110. Для примера-если состав топлива будет включать в себя 30% базового бензина, 30% толуола, 30% этанола, 5% изобутилового спирта, 5% ЭТБЭ то такое топливо будет иметь ориентировочно ОЧМ-95,3, ОЧИ-112. Ещё более интересен дизельный (4+2)-тактный мотор V8 со степенью сжатия 20:1, у него топливная эффективность ещё выше и нет нужды так заморачиваться с топливом-уже сейчас дизельное топливо на многих сетевых АЗС очень достойное по качеству, о вымирании дизельных двигателей рано рассуждать. Такой вариант на данный момент времени решает все проблемы. Пропорции между мощностью ДВС, мощностью эл.двигателя, ёмкостью аккумуляторных батарей(запасом хода на эл. тяге) могут быть различными, мне кажется идеальным вариант когда движение ( и рекуперация) происходит только от эл. двигателя-генератора, но максимально экологичный ДВС с мощностью примерно в 30-35% от мощности эл.двигателя работает на постоянных оборотах и своим генератором всегда подзаряжает аккумуляторные батареи (форсированный (4+2)-тактный двигатель V8 с общим объёмом 0,5 л и мощностью примерно 60 л.с).В таком варианте запас хода должен значительно увеличиться. Для примера-при мощности эл. двигателя 120 кВт мощность генератора ДВС составит примерно 36-40 кВт, запас хода на одной зарядке может стать очень большим(более 600 км) и выбросы в атмосферу минимальными. Всегда будет возможность при полной разрядке аккумуляторных батарей остановиться в любом месте и подождать пока они подзарядятся от генератора ДВС или продолжить движение с ограничением мощности тягового эл.двигателя (предусмотреть для этого отдельный режим движения).При увеличении мощности генератора ДВС до 50% от мощности тягового эл.двигателя можно уменьшить ёмкость аккумуляторных батарей при сохранении дальности передвижения автомобиля, заряд будет происходить быстрее.При такой схеме работы нет потерь эл.энергии которая вырабатывается генератором ДВС. Варианты всегда есть и истина часто лежит между крайностями. Наиболее продвинутыми на сегодня наверно являются электромобили Тесла, если посмотреть на Модель 3 то с 3-мя разными электродвигателями она тратит примерно 15 кВт*ч эл.энергии на 100 км движения (не уверен что это соответствует действительности, особенно в городском цикле). Так при ёмкости аккумуляторов 75 кВт*ч заявлена дальность передвижения почти 500 км. Если это расстояние преодолевается за 6 часов то при включённой системе климат-контроля она израсходует безвозвратно( без рекуперации) ориентировочно 20-24 кВт*ч, производители сознательно допускают такие неточности. Характеристики тяговых эл. двигателей таковы что на 10 л.с. их мощности приходится примерно 15 Нм крутящего момента. Если дополнительно в машине разместить компактный ДВС V8 с объёмом 1,0 литра мощностью 120 л.с. и генератором на 75 кВт это даст возможность вне города двигаться с постоянным подзарядом аккумуляторных батарей, в городе только на электротяге( ДВС не работает), заряд батарей поддерживать всегда на уровне 60-95 %. Надо пробовать, всё подтверждается или опровергается практикой.
ДВС на водороде ещё в отдалённой перспективе, проблемы с получением водорода и его безопасным использованием далеки от решения.Но уже сейчас предварительно можно отработать часть решений на дизельном (4+2)-тактном двигателе, понять какие соотношения между мощностью тягового эл.мотора, ёмкостью АКБ и мощностью эл.генератора для заряда АКБ в движении являются оптимальными. В дальнейшем это может быть электрокар со вспомогательным ДВС на водороде, с относительно небольшим запасом водородного топлива для увеличения гарантированного пробега на одной зарядке и заправке.
В сухом остатке имеем:
1.Электромобили это в целом хорошо.
2.Цена у них пока кусается, они не являются общедоступными.
3.Ёмкость АКБ пока не позволяет им передвигаться на значительные расстояния без дополнительного заряда.
4.Никто из владельцев электромобилей так и не сообщил о безвозвратном расходе эл. энергии для работы климатической системы, о том как это влияет на пробег машины.Обошли этот вопрос стороной, скромно умолчали.
5.Электромобили в целом имеют преимущества перед использованием ДВС на водородном топливе.Однако необходимы дополнительные прорывные решения по используемым в них аккумуляторам.
6.Снижение цены на электромобили, улучшение их характеристик, развитие инфраструктуры требуют некоторого времени, эти процессы растянуты на годы.