Статья посвящена вопросам формирования парков экологически чистого и экономичного транспорта, что особенно актуально в условиях интенсивного роста уровня автомобилизации. С целью обеспечения устойчивого развития транспортной системы и городов рассмотрены возможности применения альтернативных видов топлива на автомобильном транспорте, в том числе гибридных приводов. Показана значимость внедрения инновационных решений для повышения экологичности общественного транспорта городов. Приведены стандарты мобильности и ограничения использования неэкологичных автомобилей в мегаполисах, а также показаны перспективы развития общественного транспорта в России и за рубежом. Выполнена качественная оценка ситуации на рынке с целью реализации возможностей расширения парка автобусов с гибридными силовыми установками. Выделены стратегические мероприятия, способствующие выходу гибридных автобусов на рынок.
экологичность транспорта
экономичность
гибридные автобусы
перспективы развития
«зеленая» экономика
1. Карасев А.В. Водород хорошо, но дизель дешевле // Автотрак – 2014. – № 4 – С. 56–57.
3. Alicia A. Reich. Transportation Efficiency. Strategic Planning for Energy and the Environment. – 2012. – Vol. 32, Issue 2. – P. 32–43.
4. Eurostat 2013. Energy, transport and environment indicator. Luxembourg: Publications Office of the European Union. 2013. – URL: http://epp.eurostat.ec.europa.eu/cache/ ITY_OFFPUB/KS-DK-13-001/EN/KS-DK-13-001-EN.PDF (дата обращения – 06.06.2014).
5. Global status report on road safety 2013: supporting a decade of action. 318 р. www.who.int/violence_injury_prevention.
6. Green and healthy jobs in transport: launching a new Partnership under THE PEP. World Health Organization 2011. P. 12.
7. Preparation of the Fourth High-level Meeting on Transport, Health and Environment (April 2014) Concept note prepared by Transport, Health and Environment Pan-European Programme secretariat. ECE/AC.21/SC/2012/3 – EUDCE1206040/1.9/SC10/3. – 10 p.
8. Ribeiro S.K. & D’agosto, M.D.A. Аssessment of hybrid-drive bus fuel savings for brazilian urban transit // Transportation Planning and Technology. – 2004. – Vol. 27, Iss. 6. – P. 483–509.
9. Romm J. The car and fuel of the future. Energy Policy. – 2006. – Vol. 34, Iss. 17. – P. 2609–2614.
«Зеленая» экономика - направление в экономической науке, в рамках которого считается, что экономика является зависимым компонентом природной среды, в пределах которой она существует, и является ее частью. «Зеленая» экономика определяется как экономика, повышающая благосостояние людей и обеспечивающая социальную справедливость и при этом существенно снижающая риски для окружающей среды и перспективы ее деградации. Важные черты такой экономики - эффективное использование природных ресурсов, сохранение и увеличение природного капитала, уменьшение загрязнения, низкие углеродные выбросы, предотвращение утраты экосистемных услуг и биоразнообразия, рост доходов и занятости.
Стоящая перед человечеством задача поддержания экологического равновесия инициирует разработки по снижению выбросов в таких отраслях как строительство, транспорт и энергетика. Стремительное истощение природных энергоносителей выводит на первый план задачу поиска принципиально новых способов получения энергии. Одним из основных направлений в автомобилестроении в существующих тенденциях защиты природы, направленных на решение задачи по снижению потребления углеводородов, является совершенствование и расширение применения гибридных автомобилей.
Автомобильный транспорт является крупнейшим загрязнителем окружающей среды и в первую очередь атмосферного воздуха. По данным агентства Евростат, наиболее значительные объемы выбросов парниковых газов в странах ЕС-28 (рисунок) отмечены вследствие сжигания топлива в таких отраслях, как энергетическая, строительная и транспортная .
В исследованиях зарубежных и российских ученых рассматриваются возможные варианты повышения экологичности и экономичности транспортных средств путем использования альтернативных источников топлива. В работе приведены возможности применения альтернативных источников топлива для общественного транспорта. Статья посвящена анализу перспектив применения альтернативных источников энергии, в том числе гибридных приводов на автомобильном транспорте. Показаны перспективы применения автомобилей на водородном топливе. В статье рассматриваются результаты пилотного проекта «Whistler hydrogen fuel cell bus», рассчитанного на 5 лет, предназначенного для демонстрации эксплуатационных показателей автобусов, работающих на водороде. Результаты реализации проекта свидетельствуют о том, что эксплуатация водородных автобусов с учетом стоимости обслуживания и топлива обходится в три раза дороже, чем эксплуатация автобуса Nova с дизельным двигателем. Несмотря на то, что с экономической точки зрения такой вид транспорта является неоптимальным, исследование в рамках реализации проекта было признано успешным. В первую очередь, такая оценка обусловлена тем, что общие выбросы в атмосферу сократились примерно на 65 % (по сравнению с дизельными автобусами), что соответствует выбросам 4400 т парникового газа.
Выбросы парниковых газов (разбивка по секторам), EU-28, %
Испытания гибридного общественного транспорта, проводимые в Гетеборге, показали, что расход топлива автобуса Volvo менее 11 литров на каждые 100 км. Это на 81 % меньше, чем потребляет эквивалентный дизельный автобус. Гибриды (в проекте было задействовано 3 автобуса) курсировали по установленным маршрутам общественного транспорта, периодически подзаряжая аккумулятор на остановках. Подзарядка происходила посредством подключения к зарядным шинам.
Рассматривая возможности применения альтернативных видов топлива на автомобильном транспорте, в том числе гибридных приводов, следует учитывать такой фактор, как перспективный спрос у потребителей. Поскольку потребитель не всегда готов отказаться от привычных транспортных средств, следует применять перспективные двигатели в тех сегментах рынка, где государство наиболее эффективно может сформировать спрос, используя различные методы стимулирования.
Автор статьи для оценки эффективности транспорта выделяет два основных направления: топливная экономичность и эффективность парка. При этом топливная экономичность - форма тепловой эффективности, зависящая от уникальных параметров двигателя, аэродинамического сопротивления, веса и сопротивления качению транспортного средства, в то время как эффективность парка описывает использование топлива группой транспортных средств, что можно повысить как улучшением характеристик отдельного автомобиля, так и оптимизацией маршрута или модификацией поведения.
В качестве потенциальных владельцев транспорта на альтернативном топливе авторы выделяют следующие группы: города и школы (школьные автобусы; полицейские управления и отделы пожарной охраны; общественный транспорт); компании по прокату автомобилей; федеральные и государственные агентства; коммерческие юридические лица; фирмы-грузоперевозки; почта и службы доставки. Актуальность такого выбора авторы мотивируют тем, что согласно статистическим данным воздействие на окружающую среду крупных парков выше, чем личных транспортных средств из-за большого ежегодного пробега. Пробег личного автомобиля составляет в среднем 12 000 миль/лет, тогда как средний автомобиль в парке проходит 23 000 миль/лет. Кроме того, доля новых автомобилей в парке значительна, поскольку их обновление происходит чаще, чем у индивидуальных владельцев.
В России были опробованы лишь точечные меры поддержки гибридного и электротранспорта. Среди них отмена ввозной пошлины на новые электромобили, предоставление бесплатных парковок для электромобилей в Москве, развитие электротакси в Ставрополе, внедрение программы по строительству инфраструктуры для электротранспорта компанией МОЭСК, ввод «Евро-5» на импортные автомобили, а также предложение Минприроды маркировать автомобили с высоким уровнем загрязнения, запретив им въезд в центр столицы.
Обеспечение доступа к товарам, рабочим местам, услугам, образованию и досугу посредством экологически чистой, здоровьесберегающей, экономически и социально жизнеспособной транспортной системы является ключевым фактором улучшения окружающей среды и качества жизни, фактором экономического и социального роста. По итогам состоявшегося в 2009 г. в Амстердаме Совещания в рамках Общеевропейской программы по транспорту, окружающей среде и охране здоровья (ОПТОСОЗ), а также по итогам Симпозиума ОПТОСОЗ 2010 года, посвященного экологичным и здоровьесберегающим инвестициям и рабочим местам в транспортной отрасли, было создано Партнерство для координации усилий стран-участников и разработки совместных проектов по переходу к «зеленому» транспорту . При этом указывается, что переход к низкоуглеродной транспортной системе может быть осуществлен путем сочетания следующих направлений:
- системного перехода к низкоуглеродным видам транспорта, включая возобновляемые источники энергии и альтернативные транспортные средства и виды топлива;
- сокращения выбросов при данном виде передвижения, в том числе путем управления мобильностью, содействующего менее загрязняющему и более экономически эффективному транспорту;
- изменения модели мобильности в сторону уменьшения количества поездок и сокращения расстояний
В ходе дебатов по вопросам устойчивого развития участниками Конференции Организации Объединенных Наций по устойчивому развитию (Конференция «Rio+20») отмечалось, что транспорт и мобильность имеют крайне важное значение для устойчивого развития в качестве одного из факторов повышения уровня социальной справедливости, улучшения здоровья людей, обеспечения устойчивости городов, налаживания связей между городскими и сельскими районами и повышения производительности в сельских районах. Была отмечена необходимость содействия применению комплексного подхода к выработке на национальном, региональном и местном уровнях политики в отношении транспортных услуг и систем в целях поощрения устойчивого развития.
В документах ОПТОСОЗ отмечается, что внушают оптимизм позитивные примеры принятых мер по улучшению качества городской окружающей среды и поддержки процесса перераспределения способов передвижения за счет увеличения доли пешеходного и велосипедного движения в сочетании с использованием городского транспорта. Это совершенствование велосипедной инфраструктуры и городского движения с помощью велосипедов в Париже и Барселоне, взимание платы за въезд в перегруженные районы Лондона, Стокгольма и других городов и меры, принятые в Нью-Йорке с целью «запрещения движения автотранспорта» в сильно перегруженных районах и их превращения в парки . Помимо этого отмечается, что электромобильность становится все более доступной и широко распространенной. Многие корпоративные автомобильные парки и схемы совместного пользования прокатным автомобилем в масштабах всего общеевропейского региона опираются на электрические и/или гибридные транспортные средства, а внедрение электровелосипедов позволило использовать велосипедное движение не только для оздоровления и отдыха, но и в качестве жизнеспособного средства передвижения.
Сдерживающим фактором развития альтернативных способов передвижения является тот факт, что только 68 стран приняли на национальном и субнациональном уровнях меры политики, способствующие развитию ходьбы и езды на велосипеде, и только 79 стран приняли меры по защите пешеходов и велосипедистов, изолировав их от других моторизованных высокоскоростных средств транспорта. Этот показатель значительно выше в странах с высоким уровнем доходов (69 %), чем в странах с низким и средним уровнями доходов (34 %) .
Безопасные системы общественного транспорта все больше рассматриваются как важное средство безопасного повышения мобильности населения, особенно в городских районах, страдающих от растущих транспортных заторов. Во многих городах с высокими доходами особо акцентируется политика сокращения использования личного автомобильного транспорта с помощью инвестиций в развитие сетей общественного транспорта. Инвестиции в безопасный общественный транспорт рассматриваются также как механизм, стимулирующий рост физической активности и, следовательно, способствующий укреплению здоровья населения.
Более 100 стран приняли на национальном или субнациональном уровнях меры политики, предусматривающие инвестиции в общественный транспорт. В большинстве стран с высоким уровнем доходов общественный транспорт регулируется надлежащим образом и в силу этого существенно более безопасен, чем частный автотранспорт: однако во многих странах с низким и средним уровнями дохода, чья экономика стремительно развивается, рост не регулируется, что ведет к повышению дорожно-транспортного травматизма среди его пользователей. Правительствам следует обеспечить безопасность, доступность и ценовую приемлемость систем общественного транспорта.
Так, в таких городах как Лондон, Париж, Нью-Йорк, Мехико, Сингапур, Сеул, Гонгконг и др. введены ограничения на использование автомобилей и активно внедряются новые стандарты мобильности. В Лондоне с 2003 г. взимается плата с автомобилистов за въезд в центр города, пошлина направлена на уменьшение заторов. Помимо этого, транспортная администрация Лондона продемонстрировала приверженность гибридным технологиям: чиновники оформили производственный заказ на 600 новых гибридных автобусов. В Мехико используется программа «Hoy no» - ограничение индивидуального вождения. Политика ограничений на регистрацию новых автомобилей введена в Пекине. В Париже можно воспользоваться системой проката велосипедов (Velib), либо системой Autolib (прокат электромобилей). Кроме того, по прогнозам к 2016 году на улицах французской столицы будут ездить автобусы, оснащенные гибридным двигателем .
Воздействие на окружающую среду крупных парков выше, чем личных транспортных средств, из-за большого ежегодного пробега, поэтому самым значимым для внедрения новых инновационных решений в части совершенствования экологичности транспортных средств являются парки грузовых автомобилей, работающих в городах (коммунальная техника, развозные автомобили) и городских автобусов. Автомобильные выбросы наиболее интенсивны в пробках, что делает дороги и состояние дорожного движения главным источником загрязнения воздуха в городах. Развитие гибридной технологии на общественном транспорте улучшит экологическую обстановку городов. Применение же аккумуляторных батарей гораздо меньшей емкости, чем в электромобилях, снижает остроту проблемы утилизации использованных аккумуляторов.
На совещании по вопросам расширения использования природного газа в качестве моторного топлива в регионах Приволжского федерального округа глава Минпромторга Денис Мантуров сообщил, что на рассмотрении в Госдуме находится заявка министерства на выделение 3,7 млрд рублей в 2014 году из федерального бюджета на субсидии при закупке регионами автомобильной техники на газомоторном топливе, прежде всего автобусов и грузовых автомобилей. По его словам, субсидии будут предоставляться в первую очередь тем регионам, где будет формироваться партионность заказов, при этом объемы закупок должны соответствовать инфраструктуре для заправки техники на газомоторном топливе, которая будет либо обеспечена, либо уже существует.
Проблемы снижения негативного воздействия автотранспорта на окружающую среду могут быть решены путем использования транспортных средств на альтернативных источниках топлива. При сходных экологических показателях гибридные автобусы в сравнении с газовыми, электрическими имеют существенные преимущества в эксплуатации, поскольку не требуют дополнительной инфраструктуры по обслуживанию. Однако на долгосрочную перспективу пока для новых видов транспорта, таких как электромобили и гибридные автомобили, не найдены решения по снижению стоимости их эксплуатации, актуальным было бы расширение использования газомоторного топлива как альтернативы бензину.
Работа выполнена за счет средств субсидии, выделяемой Казанскому федеральному университету для выполнения проектной части задания в сфере научной деятельности.
Рецензенты:
Кулаков А.Т., д.т.н., заведующий кафедрой эксплуатации автомобильного транспорта Набережночелнинского института (филиала), ФГАОУ ВПО «Казанский (Приволжский) федеральный университет», г. Казань;
Ахметзянова Г.Н., д.п.н., заведующая кафедрой «Информационные технологии» Набережночелнинского филиала Института экономики, управления и права, г. Казань.
Работа поступила в редакцию 01.10.2014.
Библиографическая ссылка
Макарова И.В., Хабибуллин Р.Г., Габсалихова Л.М., Мухаметдинов Э.М. ГИБРИДНЫЕ АВТОБУСЫ – РЕШЕНИЕ ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ ПРОБЛЕМЫ ГОРОДОВ // Фундаментальные исследования. – 2014. – № 11-1. – С. 28-32;URL: http://fundamental-research.ru/ru/article/view?id=35472 (дата обращения: 15.06.2019). Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
65 нанометров - следующая цель зеленоградского завода «Ангстрем-Т», которая будет стоить 300-350 миллионов евро. Заявку на получение льготного кредита под модернизацию технологий производства предприятие уже подало во Внешэкономбанк (ВЭБ), сообщили на этой неделе «Ведомости» со ссылкой на председателя совета директоров завода Леонида Реймана. Сейчас «Ангстрем-Т» готовится запустить линию производства микросхем с топологией 90нм. Выплаты по прошлому кредиту ВЭБа, на который она приобреталась, начнутся в середине 2017 года.
Пекин обвалил Уолл-стрит
Ключевые американские индексы отметили первые дни Нового года рекордным падением, миллиардер Джордж Сорос уже предупредил о том, что мир ждет повторение кризиса 2008 года.
Первый российский потребительский процесор Baikal-T1 ценой $60 запускают в массовое производство
Компания «Байкал Электроникс» в начале 2016 года обещает запустить в промышленное производство российский процессор Baikal-T1 стоимостью около $60. Устройства будут пользоваться спросом, если этот спрос создаст государство, говорят участники рынка.
МТС и Ericsson будут вместе разрабатывать и внедрять 5G в России
ПАО "Мобильные ТелеСистемы" и компания Ericsson заключили соглашения о сотрудничестве в области разработки и внедрения технологии 5G в России. В пилотных проектах, в том числе во время ЧМ-2018, МТС намерен протестировать разработки шведского вендора. В начале следующего года оператор начнет диалог с Минкомсвязи по вопросам сформирования технических требований к пятому поколению мобильной связи.
Сергей Чемезов: Ростех уже входит в десятку крупнейших машиностроительных корпораций мира
Глава Ростеха Сергей Чемезов в интервью РБК ответил на острые вопросы: о системе «Платон», проблемах и перспективах АВТОВАЗа, интересах Госкорпорации в фармбизнесе, рассказал о международном сотрудничестве в условиях санкционного давления, импортозамещении, реорганизации, стратегии развития и новых возможностях в сложное время.
Ростех "огражданивается" и покушается на лавры Samsung и General Electric
Набсовет Ростеха утвердил "Стратегию развития до 2025 года". Основные задачи – увеличить долю высокотехнологичной гражданской продукции и догнать General Electric и Samsung по ключевым финансовым показателям.
Представила «ультразелёный» автобус 7700 Hybrid, базирующийся на обычной версии свежей городской модели . Компания называет новичка «первым в мире коммерчески жизнеспособным гибридным автобусом».
Гибридизация уверенно завоёвывает автоиндустрию. Ведущие производители легковушек или имеют в своей гамме гибридные модели, или планируют вывести таковые на рынок. Как известно, сочетание традиционного привода (от ДВС) и электрического позволяет экономить топливо. И в случае больших годовых пробегов это даже может окупить большую стоимость гибридного автомобиля.
А где имеются самые внушительные пробеги? Конечно на городском транспорте. Большие и тяжёлые автобусы «поедают» уйму солярки, выбрасывая в воздух немало вредных веществ. Уж им-то перейти на гибридный привод, как говорится, сам бог велел.
Собственно, такой переход начался далеко не сегодня. К примеру, в США на гибридную тягу переводят школьные автобусы , а Нью-Йорк не первый год наращивает свой «флот» гибридных рейсовых автобусов, намереваясь к 2010 году в этом отношении стать лидером среди всех городов мира.
И вот теперь произошло примечательное событие: один из крупнейших производителей автобусов в мире создал свою гибридную версию городского лайнера.
7700 Hybrid расходует на 30% меньше горючего, чем такой же, но чисто дизельный 7700-й (что понравится транспортным компаниям), и выдаёт на 30% меньше углекислого газа (что придётся по душе «зелёным»). А выброс сажевых частиц и оксидов азота у нового автобуса ниже на 40-50% (это уже скорее оценят жители мегаполисов).
Место стандартного для модели 7700 9-литрового ДВС в 7700 Hybrid занял более скромный 5-литровый дизель, которому помогает мощный электромотор. Машина может двигаться как на одном дизеле, так и на одном электромоторе, равно как при помощи обоих агрегатов одновременно.
Эта гибридная комбинация получила у Volvo название I-SAM. Данная система, как и все гибриды, позволяет заряжать тяговые аккумуляторы за счёт рекуперации во время торможения. На остановках или светофорах дизель выключается. Далее разгон происходит только на электрической тяге, а при достижении скорости 20 километров в час ДВС запускается автоматически.
Интересно, что гибридная версия 7700-го оказалась всего на 100 килограммов тяжелее стандартной дизельной.
Про точную цену пока шведы не говорят, но утверждают , что прибавка к стоимости обычного 7700-го окупится за счёт экономии дизтоплива за 5-7 лет. Вполне приемлемый вариант для транспортников. Далее – пойдёт уже чистая экономия средств. А уж пользу для воздуха на улицах ощутят все и сразу.
Первые серийные 7700 Hybrid поступят на «прилавки» уже в 2009 году, а в 2010-м начнётся их массовый выпуск. Тем временем Volvo намерена распространить гибридный привод и на свои грузовики, а также — свою строительную технику.
Расход топлива снижается более чем на 80%, а общее потребление энергии более чем на 60%. Таковы потрясающие результаты полевых испытаний, гибридного автобуса Volvo , проходящих в Гетеборге.
«Наши результаты даже лучше, чем мы ожидали. Гибрид потребляет менее 11 литров топлива на каждые 100 километров. Это на 81% меньше, чем потребляет эквивалентный дизельный автобус», - говорит руководитель испытаний Йохан Хельсинг (Johan Hellsing). Кроме того, выше планируемых оказалась и данные по общей экономии энергии. Заряжаемый гибридный автобус расходует энергии на 61% меньше, чем требуют для дизельных автобусов.
Полевые испытания в Гетеборге, в которых приняли участие три гибридных автобуса , начались в июне 2013 года. Двигаясь по установленным городским маршрутам, автобусы периодически подзаряжали свои аккумуляторные батареи на остановках, используя подключение к зарядным шинам.
Размещенные на крыше зарядные штанги чем-то напоминают токоприемники троллейбусов или трамваев. Для заряда они автоматически поднимаются и входят в соприкосновение с электродами зарядного устройства, пока пассажиры осуществляют посадку и высадку.
Схема с периодической подзарядкой батарей позволила гибридным автобусам большую часть маршрута проезжать на электрической тяге. Кроме того, что она обеспечила столь значительную экономию, такая методика наносит меньше ущерба окружающей среде, предоставляет пассажирам и водителю больше комфорта за счет снижения выбросов и шума.
Водители, эксплуатирующие машины во время испытаний, отмечают тихую и комфортную езду без вибрации. Дизельный двигатель включался в работу очень редко, несмотря на то, что маршруты изобилуют подъемами. Общая продолжительность работы на электричестве составила около 85% от всего времени, проведенного автобусами на маршрутах.
Испытательный проект в Гетеборге еще не завершен. Его программа включает 10 тысяч часов работы и будет продолжаться большую часть следующего года. Еще один аналогичный проект начнется в Стокгольме, где на маршруты выедет 8 гибридных автобусов.
Ряд европейских городов проявляет живую заинтересованность во внедрении гибридов в схему пассажирских перевозок. Контракты на поставку гибридных автобусов в 2014 и 2015 годах подписали власти Гамбурга и Люксембурга. В 2015 году Volvo планирует начать коммерческое серийное производство подобных машин.
Привод гибридного автобуса Volvo состоит из небольшого дизельного двигателя и электромотора, питающегося от литиевой аккумуляторной батареи. Исключительно на электроэнергии без шума и выбросов автобус может проехать около 7 километров. Подзарядка аккумуляторов занимает 5-6 минут.
Первоначально идея организации принципа «электрической коробки передач », то есть замены механической коробки передач на электрические провода, была воплощена в железнодорожном транспорте и большегрузных карьерных самосвалах . Причина применения такой схемы обусловлена огромными сложностями механической передачи управляемого крутящего момента на колеса мощного транспортного средства. Это обусловлено тем, что ДВС обладает определённой нагрузочной характеристикой (зависимостью отдаваемой мощности от частоты вращения вала), которая имеет оптимальные показатели только в узком интервале, как правило, смещённом в сторону высоких оборотов. Частично этот недостаток компенсируется за счёт применения коробки передач, однако она ухудшает общий КПД за счёт собственных потерь. Кроме того, ДВС не может изменить направление вращения, чтобы обеспечить задний ход. Электродвигатель свободен от этих недостатков, обеспечивает мгновенный запуск и остановку, и не имеет нужды в холостом ходе, что позволяет исключить из конструкции сцепление . Электродвигатель не требует никакой трансмиссии, и может быть размещён непосредственно в колесе (мотор-колесо).
Суть нового принципа заключается в том, что двигатель, работающий на обычном топливе, приводит в движение электрогенератор, и через систему управления нужное количество электроэнергии передаётся на электродвигатели, приводя в движение транспортное средство. Это похоже на электростанцию на электромобиле , вырабатывающую энергию для собственного движения. Суть схемы работы гибридного автомобиля аналогична, но значительно модифицирована, в первую очередь добавлением аккумуляторной батареи, только в отличие от электромобиля имеющей меньшую ёмкость , а следовательно, и вес.
Гибридный автомобиль сочетает в себе преимущества электромобиля и автомобиля с двигателем внутреннего сгорания (ДВС) . Это больший коэффициент полезного действия электромобилей (80-90% у электромобиля против 35-50% у ДВС) и большой запас хода на одной заправке автомобиля с ДВС.
Типовые схемы
- По методу подключения двигателя и накопителя к приводу:
- Параллельная. Двигатель и накопитель соединены дифференциалом , который соединен с приводом колес. Используется в автомобилях с Integrated Motor Assist (Honda). Характеризуется простотой (возможно применение вместе с механической коробкой передач) и низкой стоимостью.
- Последовательная. Основной источник тока (самое распространённое решение +электрический генератор) соединен только с накопителем, который в свою очередь соединён с тяговым электродвигателем . В легковых автомобилях пока используется редко ( Ё-мобиль). Близкий принцип используется в электрической трансмиссии, которая применяется в случаях, когда необходимо передать большой момент с ДВС на колеса, например, в железнодорожном транспорте или карьерных самосвалах.
- Последовательно-параллельная. Система может работать как последовательно, так и параллельно, в зависимости от режима работы. Реализовано в автомобилях с Hybrid Synergy Drive (Toyota), например, Toyota Prius .
- По типам накопителей:
- Электрические:
- На основе электрохимических аккумуляторов
- На основе инерционных накопителей
- Механические:
- На основе пневматических аккумуляторов, гидроаккумуляторов с пневматическим накопителем.
- На основе инерционных накопителей.
- Электрические:
Наиболее используемая схема для реализации последовательного гибрида «двигатель внутреннего сгорания - накопитель электроэнергии (необязательно большой ёмкости) - электродвигатель». В случае накопителя большой ёмкости может питаться как горючим , так и зарядом электрического аккумулятора , (пример реализации - Chevrolet Volt) стоить отметить, что в качестве накопителя могу применяется другие вторичные источники тока например конденсаторы и ионисторы (суперконденсаторы). Главное преимущество гибридного автомобиля - снижение расхода топлива и вредных выхлопов . Это достигается полным автоматическим управлением режима работы системы двигателей с помощью бортового компьютера, начиная от своевременного отключения двигателя во время остановки в транспортном потоке, с возможностью продолжения движения без его запуска, исключительно на энергии аккумуляторной батареи, и заканчивая более сложным механизмом рекуперации - использования электродвигателя как генератора электрического тока для пополнения заряда аккумуляторов. Кроме того в случае использования связки ДВС-генератор в качестве первичного источника тока, режим работы ДВС выбирается оптимальным по тому или иному признаку. В некоторых случаях может применяется микротурбина (обусловлено соотношением габаритов веса и мощности) Газотурбовоз , также применяется на некоторых видах пассажирского транспорта -из-за лучшей экологичности и низкого уровня шума ЭКОбус
Причины начала разработок
Главной причиной начала производства легковых гибридов был рыночный спрос на подобные автомобили, вызванный высокими ценами на нефть и постоянным повышением требований к экологичности автомобилей. При этом совершенствование технологий и налоговые льготы производителям гибридов делает эти автомобили в некоторых случаях даже дешевле обычных. В некоторых странах владельцы гибридов освобождаются от уплаты дорожного налога и не платят за муниципальные парковки . Применение электромобилей , несмотря на многие преимущества, и даже налаженный их выпуск, имеет ряд недостатков:
- необходимость длительной зарядки аккумуляторов ;
- большая масса аккумуляторов;
- недостаточная дальность пробега;
- недоступность заправочных станций ;
Нужно было искать компромиссы и устранять недостатки. И таким компромиссом стала разработка гибридомобиля.
История разработок
Первым автомобилем с гибридным приводом считается Lohner-Porsche . Автомобиль был разработан конструктором Фердинандом Порше в - 1901 годах .
В США гибридные автомобили начал разрабатывать Виктор Воук в 60-е - 70-е годы.
В СССР
В Советском Союзе также велись работы по разработке гибридных автомобилей. Так, работы советского ученого Нурбея Гулиа привели к созданию прототипа гибридного автомобиля на базе автомобиля-грузовика УАЗ-450 , где накопителем энергии являлся маховик , трансмиссией - особый вариатор. Это был один из первых «гибридов». В 1966 году удалось достичь экономии топлива до 50 % .
В Курске в 1972-73 годах Н. В. Гулиа были проведены испытания городских автобусов с маховичными гибридными агрегатами и вариаторами. Кроме того были построены и испытаны гибридные силовые агрегаты для автобусов на основе гидропривода. В последних роль накопителя энергии играли баллоны со сжатым азотом и маслом. Несмотря на различные принципы действия этих «гибридов» эффективность их оказалась близкой друг к другу - расход топлива снижался примерно вдвое, а токсичность выхлопа - в несколько раз . Но данные технологии советская автомобильная промышленность не начала использовать .
Преимущества
Экономная эксплуатация
Главным преимуществом является экономная эксплуатация . Чтобы достичь её, необходимо было искать баланс , то есть уравновесить все технические показатели машины, но при этом сохранить все полезные параметры обычного автомобиля: его мощность, скорость, способность к быстрому разгону, и множество других, весьма важных характеристик, заложенных в современных автомобилях. Мало того, способность накапливать энергию, в том числе и не терять понапрасну кинетическую энергию движения во время торможения, а заряжать аккумуляторные батареи, помимо основных явных преимуществ, привнесло автолюбителям некоторые побочные «мелкие радости», например, меньший износ тормозных колодок.
Как была достигнута экономия:
- снижением объёма и мощности двигателя;
- работа двигателя в оптимальном и равномерном режиме, в гораздо меньшей зависимости от условий езды;
- полная остановка работы двигателя, когда это необходимо;
- возможность движения только на электродвигателях;
- рекуперативное торможение с зарядкой аккумулятора.
Вся эта система до такой степени сложна, что стала возможна в полной мере только в современных условиях, с применением достаточно непростых алгоритмов работы бортового компьютера . Даже правильное и эффективное (с точки зрения безопасности) торможение управляется бортовым компьютером.
Экологическая чистота
Недостатки
Высокая сложность
Гибридные автомобили имеют относительно больший вес, они сложнее и дороже традиционных автомобилей с двигателями внутреннего сгорания. Аккумуляторные батареи имеют небольшой диапазон рабочих температур, подвержены саморазряду. Кроме того, они дороже в ремонте. Опыт США говорит, что автомеханики берутся за ремонт гибридных автомобилей с большой неохотой. США пытаются решить проблему дороговизны налоговыми льготами.
Компания Porsche отказалась от попыток самостоятельного производства гибридного автомобиля. Компания Mitsubishi изначально не пыталась создать гибридный автомобиль, а сконцентрировала все свои усилия на разработке электромобилей . Наиболее удачная на сегодня (2008) серийная разработка - Hybrid Synergy Drive (произносится [ха́йбрид си́неджи драйв ]) компании Toyota .
Отсутствие трансмиссий
Наиболее перспективные, механические, гибриды не могут на данном этапе составить конкуренцию электрическим гибридам. Основной проблемой является невозможность создания адаптивных трансмиссий, способных работать в широком диапазоне передаточных отношений (более 20).
Утилизация аккумуляторов
Хоть и в меньшей степени, чем электромобили, гибридные автомобили подвержены проблеме утилизации аккумуляторов. Влияние выбрасываемых аккумуляторов на окружающую среду, по-видимому, никто не исследовал. В некоторых гибридных автомобилях аккумуляторы не предусмотрены (например, в ё-мобиле).
Подогрев салона
Высокий КПД определяет малую побочную генерацию бросового тепла. В обычных автомобилях в зимнее время это тепло используют для обогрева салона . В гибридных автомобилях ДВС не глохнет, пока не нагреет салон до требуемой температуры, что, естественно, увеличивает расход топлива. В американских моделях Тойота Приус также используются электрические ТЭНы, которые питаются от высоковольтной батареи. Они не только обеспечивают тепло без излишней работы ДВС, но и позволяют нагревать салон сразу после холодного старта автомобиля.
Опасность для пешеходов
Американский институт по оценке ущерба на дорогах (англ. Highway Loss Data Institute ) опубликовал исследование, согласно которому гибриды опаснее для пешеходов, чем автомобили с двигателем внутреннего сгорания . Причиной повышенной опасности гибридов для пешеходов является их бесшумность в режиме работы от электродвигателя. Согласно опубликованной статистике аварийности, наезды гибридных автомобилей на пешеходов происходят на 20 % чаще, а степень урона выше . Для решения этой проблемы предлагается оснащать гибридные автомобили генератором звукового сигнала, который на небольших скоростях (до 30 км/ч) будет имитировать звук работающего двигателя внутреннего сгорания. Подобный генератор ставится с 2010 года на Toyota Prius . Сейчас требования к наличию звукового генератора у гибридных и электрических машин узаконены только в Японии . В конце 2011 года президент США Барак Обама дал указание Национальной администрации безопасности дорожного движения решить эту проблему в США в течение ближайших трёх лет .
Стоимость автомобиля, внешний вид и обустройство салона
Гибридный автомобиль ничем внешне не отличается от своих «бензиновых» собратьев. Выпускаются различные виды, начиная от обычных городских автомобилей и заканчивая джипами-внедорожниками и спортивными моделями. А своеобразная начинка только добавляет особую гордость владельцу. При этом цена остаётся практически на том же уровне. Дисплей, отображающий работу системы и направление потоков энергии, некоторые владельцы уже окрестили термином «тамагочи для больших мальчиков». Но всё же производители не рекомендуют джипы-внедорожники использовать в сложных геоклиматических условиях.
Гибриды с возможностью подключения к электросети
Такой автомобиль, так же называемый англ. plug-in hybrid electric vehicle или PHEV, включать в розетку не обязательно - но у владельца есть и такая возможность. В результате водитель получает все преимущества электромобиля без самого большого его недостатка - ограничения по пробегу за один заряд. Машину можно использовать как электромобиль большую часть пути, а как только заряд падает ниже определённого уровня, включается небольшой бензиновый или дизельный двигатель и ваша машина едет дальше как последовательный гибрид приводя в действие ТЭДы и заряжая накопители, ппосле их зарядки двигатель выключается и цикл повторяется. Зарядка будет происходить в основном ночью, в часы, когда электроэнергия стоит дешевле.
Примером PHEV является, например, модель Chevrolet Volt , выпускаемая концерном General Motors с 2010 года.
