Максим Осорин
По сообщениям ряда СМИ наш отечественный электромобиль уже почил в бозе из-за нехватки финансирования. Фото из официального блога «Ё-авто»
В «НГ-Энергия» продолжается дискуссия о будущем электромобиля на российском рынке. В начале года в приложении была опубликована статья эксперта из Института национальной энергетики, считающего, что электромобиль в России – это лишь дань моде. Анализу будущего этого транспортного средства на наших улицах посвящена статья представителей бизнеса.
Сегодня вряд ли есть равнодушные к теме электромобилей. Аудитория явно и резко делится на черное (кто против) и белое (кто за), и в ней практически нет серого. То же самое наблюдается и в СМИ, как в специализированных, так и в других.
Давайте попробуем все-таки максимально объективно разобраться в теме.
Для начала предлагаю разобраться с терминологией: что же такое электромобиль (EV – electric vehicle)? Обычно к этому понятию относятся так называемые чистые электромобили (BEV – battery electric vehicle), которые имеют тяговый электродвигатель, систему хранения энергии в виде батареи и подключаемые (или подзаряжаемые) к сети гибриды (PHEV – plug-in hybrid electric vehicle). В легковом сегменте типичными пробегами для BEV на одной зарядке сегодня являются 120–200 км, за исключением Tesla Model S, где данный показатель превышает 500 км для старших моделей.
Подзаряжаемые гибриды могут быть устроены по-разному. В самом простом случае PHEV могут быть последовательными гибридами (serial hybrid), где тяговым является электродвигатель и есть батарея. Но кроме этого есть двигатель внутреннего сгорания (ДВС), работающий в виде генератора и не имеющий связи с колесами. Другое название такой схемы – электромобиль с расширенным запасом хода или EREV/Rex (extended range electric vehicle). Другой разновидностью PHEV являются параллельные гибриды (parallel hybrid). В этом случае двигатель внутреннего сгорания работает параллельно с электромотором и имеет привод на колеса. Например, электромотор может приводить в движение одну ось, а двигатель внутреннего сгорания (ДВС) другую, или они с помощью, скажем, планетарной коробки передач могут вместе приводить одну ось транспортного средства. Ну и самый сложный, но самый распространенный вариант PHEV – это последовательно-параллельный гибрид. Это когда, в зависимости от условий движения и заданного водителем режима движения, могут применяться все три варианта от BEV до последовательного параллельного гибрида. Обычно сегодняшние PHEV имеют чисто электрический пробег в районе 30–50 км. Логика здесь в том, что при городской эксплуатации водитель такого авто в большинстве случаев будет ездить только на электричестве, имея околонулевой расход топлива (зимой ДВС будет кратковременно включаться, так как его тепло используется для обогрева салона и подогрева батареи). Если вам нужно на дачу, в другой город или выдался интенсивный в плане передвижений день, то в случае с PHEV нет никаких проблем – после исчерпания энергии в батарее будет использован гибридный режим. Еще один немаловажный фактор в PHEV – это отсутствие боязни пробега (range anxiety), так как в любом случае водитель знает, что есть ДВС. Для того чтобы снизить цену и физически иметь возможность размещения ДВС помимо батареи и электродвигателя, производители снижают полезную емкость батареи, именно поэтому PHEV имеют в два-три раза меньший электрический пробег в сравнении с BEV.
Среднедневной пробег 70% водителей Москвы (тех, кто живет внутри МКАД) не превышает 40 км.
На основании вышесказанного сам собой напрашивается вывод, что сегодня электромобиль в виде BEV – это исключительно городской вид транспорта, а в виде PHEV – универсальный. А теперь давайте вспомним типичный «тест» электромобиля в России с поездкой на дачу зимой в качестве упражнения обязательной программы. Думаю, это то же самое, что сетовать, что у Ferrari плохая проходимость и неудобно возить рассаду на дачу.
Автоконцерны сегодня можно разделить на две категории: кто реально что-то делает в области EV/PHEV и кто делает вид, что он что-то делает.
К первым можно отнести таких лидеров рынка, как (в порядке уменьшения объема годового выпуска EV/PHEV) Renault-Nissan, GM, Tesla Motors, Mitsubishi Motors, Toyota, Ford, Volvo, Smart, в 2013–2014 году к ним присоединились BMW, Volkswagen Audi Group и KIA. Ко второй категории – всех остальных. Наиболее продаваемым электромобилем по итогам 2013 года стал Nissan Leaf.
С точки зрения вождения и эксплуатации электромобиля для обывателя практически нет никаких отличий от вождения обычного автомобиля с коробкой «автомат». На комбинации приборов из новшеств будет присутствовать вместо тахометра энергометр (energy meter), который показывает мгновенный расход электроэнергии и уровень рекуперации, а также показатель остаточного пробега или зарядки батарей. Обычно все серийные электромобили показывают красочные «мультики» о работе силовой установки, выдают множество данных по средним и удельным расходам электроэнергии и другим показателям энергоэффективности. Кроме этого, они обязательно сообщат вам, какое количество CO2 вы не выбросили. Практически во всех электромобилях есть своего рода забавные «игрушки». Например, в Nissan Leaf вы строите «елочку», если едете энергоэффективно. Со временем это затягивает похлеще Flappy Bird на iPhone, и самоцелью становится за каждую поездку построить минимум одно виртуальное дерево.
Большим отличием электромобиля от автомобиля с ДВС является процесс заправки. Здесь важно отметить, что любой без исключения серийный электромобиль можно зарядить от обычной бытовой розетки штатным кабелем, который идет с ним в комплекте. Таким образом, простейшая зарядная инфраструктура стоит примерно 200 руб. и выглядит как обычная розетка. Если вы житель Москвы, то электромобиль придется ставить на паркинг и договариваться о подводе розетки. Получается, что если у вас есть розетка ночью дома, на стоянке и днем в офисе – вопрос зарядной инфраструктуры для вас закрыт. Публично доступная зарядная инфраструктура тоже нужна, но не стоит преувеличивать ее роль. Во многом это скорее психологический фактор снижения боязни пробега. Хотя, безусловно, наличие возможности подзарядиться на платной парковке или в торговом центре – большое благо для водителей EV/PHEV и практический шаг города навстречу экологически чистому транспорту.
Вообще существует несколько стандартов зарядки электромобиля. Поскольку тяговая батарея внутри электромобиля работает на постоянном токе, а в электрической сети у нас с вами переменный ток, то и стандарты зарядки можно разделить на две группы: на постоянном и на переменном токе. Для зарядки постоянным током используются два стандарта – CHAdeMO (японские и корейские электромобили) и Combined Charging System – CCS (европейские электромобили). Оба подразумевают использование специальной станции, которая преобразует переменный ток обычной трехфазной сети в постоянный и может иметь мощность до 50 кВт. Еще такого типа зарядные станции из-за высокой мощности называют комплексами экспресс-зарядки. В данном случае важным нюансом является то, что они заряжают батарею до 80%, так как оставшиеся 20% требуют балансировки ячеек батареи и занимают неоправданно больше времени. Сегодня современные экспресс-зарядки совмещают в себе оба стандарта и оснащены двумя разными кабелями.
Зарядка переменным током может осуществляться как от обычной бытовой сети, так и от станции переменного тока. Здесь нужно понимать, что при зарядке переменным током используется зарядное устройство, находящееся внутри электромобиля, которое преобразует переменный ток сети в постоянный ток, требуемый для батареи. Именно мощность этого внутреннего зарядного устройства определяет время, которое требуется для зарядки электромобиля. Российская бытовая розетка выдает 3,3 кВт и является однофазной. Зарядная станция переменного тока может иметь мощность до 43 кВт и являться трехфазной. Для работы с зарядной станцией требуется специальный кабель (если хотим получить большую мощность, чем из бытовой розетки). Выпускаемые сегодня электромобили редко имеют мощность бортового зарядного устройства переменного тока свыше 3,3 кВт, хотя такая тенденция, безусловно, есть, к исключению относятся Tesla Model S (22 кВт), BMW i3 (7.2 кВт), Renault Zoe (43 кВт) и Smart ED (22 кВт).
Для того чтобы грубо подсчитать требуемое время для зарядки электромобиля, необходимо эффективную емкость его батареи разделить на мощность станции. Например, Nissan Leaf имеет емкость батареи 24 кВт-ч, его зарядка от розетки займет 24/3,3=~7,5 часа, от станции CHAdeMO 24*0,8/50=~ 24 минуты. Реальные данные будут чуть отличаться в большую сторону процентов на 10–15, так как батарея заряжается нелинейно – быстрее вначале и медленнее в конце.
Давайте теперь рассмотрим плюсы и минусы электромобилей.
Плюсы:
электропривод существенно более эффективен, чем ДВС, если сравнивать КПД, то это примерно 35% против 80–85%;
электромобили не имеют выхлопа и практически бесшумны;
стоимость заправки на сопоставимый пробег на примере Tesla Model S и BMW 750 это 100 руб. и 3200 руб. соответственно;
или с сопоставимой с ДВС аналогом мощностью электродвигателя будет всегда более динамичным за счет практически ровной «полки» крутящего момента, особенно это будет ощущаться в городской эксплуатации на скорости 80–90 км/ч;
стоимость эксплуатации электромобиля ниже, так как в нем нет масел, фильтров, тормозные колодки работают существенно дольше, потому что торможение в основном осуществляется за счет рекуперации энергии;
в сегменте спортивных и премиальных авто электропривод очень интересен: во-первых, мощные электродвигатели очень легкие и компактные (например, современный тяговый электродвигатель мощностью 680 л.с. весит около 100 кг) по сравнению с ДВС (250–300 кг), во-вторых, электромобиль у нас фактически цифровой – можно делать очень интересные схемы полноприводных шасси с активным управлением вектором тяги, размещая по электродвигателю на каждое колесо. При этом за счет очень низкого центра тяжести можно добиться прекрасной управляемости;
при ночной зарядке электромобили способны выровнять график нагрузки энергосистемы, например, в Москве коэффициент загрузки сетей ночью не превышает 41%. В пиковое же время можно использовать электромобили в качестве балансира энергосистемы за счет кратковременного ограничения мощности или прерывания процесса зарядки;
в принципе электромобиль может снабжаться электроэнергией, произведенной только из возобновляемых источников энергии – ветер, солнце, вода.
Минусы:
высокая стоимость электромобилей за счет высокой стоимости батарей и компонентов электропривода;
относительно малый пробег на одной зарядке;
снижение пробега при эксплуатации в сильные морозы или в жарком климате;
Неразвитость публично-доступной зарядной инфраструктуры.
Первые серийные электромобили появились на рынке Японии и США в конце 2010 года. Простая арифметика – этому рынку всего три года.
Но за такой короткий промежуток времени производство доступных в приобретении серийно выпускаемых электромобилей в мире уже превысило 30 моделей. Создана и развивается зарядная инфраструктура (это десятки тысяч зарядных станций), существенно (более 30–40%) снизилась стоимость электромобилей, развивается компонентная база. В странах, например в Норвегии, Голландии, Японии, отдельных штатах США, где к развитию такого транспорта относятся системно и серьезно, электромобили уже составляют 2–3% от общего числа новых проданных автомобилей. Это очень серьезные цифры для абсолютно новой технологии за два года.
Такой темп развития отрасли позволяет эффективно бороться и нивелировать минусы электромобилей. Например, наличие электрических магистралей (дорог, через каждые 20–30 км оборудованных комплексами быстрой зарядки), сети зарядных станций и упрощения процедуры размещения зарядных станций на паркингах и в домах позволяет комфортно эксплуатировать электромобили в городе даже с автономным запасом хода 100–150 км. Современные электромобили (вторая генерация) имеют более эффективную систему обогрева салона, где вместо традиционных жидкостных нагревателей применяются тепловые насосы. Уже выпущенные электромобили после оборудования автономным обогревателем также спокойно эксплуатируются в самые сильные морозы. Система терморегулирования тяговой батареи существенно упрощает эксплуатацию электромобилей в морозы с хранением на улице.
Стоимость тяговых батарей ежегодно снижается на 10–15%, а их характеристики улучшаются.
Так электромобили это мыльный пузырь или они всерьез и надолго? Уверен, что на мировых рынках они всерьез и надолго, у них есть огромные технологические перспективы, и не только в легковом транспорте, но и в общественных перевозках, персональных транспортных средствах, и уже сегодня они превращаются в новую индустрию на стыке энергетики и автопрома.
А что в России? У нас, к сожалению, очень много разговоров и слишком мало реальных дел. Не обсуждает эту тему только ленивый чиновник или госкорпорация, а вот делают какие-то проекты единицы. На мой взгляд, возможны два сценария развития. В первом мы будем продолжать еще пару лет усиленно показывать друг другу слайды и рапортовать о случившихся только в отчетах «проектах». Это неизбежно приведет к еще большему технологическому отставанию и утрате конкурентоспособности нашей экономики, автомобильной промышленности и энергетики. К усугублению роли страны – поставщика полезных ископаемых с погружающимися в сумрак смога городами.
Во втором мы прекратим разговоры и сделаем понятную государственную программу с вовлечением как государства, так и максимально возможного количества частных компаний от автопроизводителей, энергокомпаний, владельцев коммерческой недвижимости и, самое главное, обычных людей. Поезд пока еще ушел недалеко. И его можно догнать. А догнав, занять в нем достойное место не только в качестве потребителя западных технологий, но и в качестве разработчика, производителя и экспортера собственных. Какой из них будет реализован, зависит только от нас с вами. Я верю в то, что мы еще будем ездить на электромобилях, на которых с гордостью будет написано «Разработано и произведено в России».
Дарья Гармоненко