Глава X. Новые контуры старых знакомых

Шагнувший через столетия

Если быть до конца точным, то в конце XIX в. на смену паромобилю пришел не автомобиль, как принято это считать, а электромобиль конструкции Раффарда. Как-то забылось, что первый автомобильный экипаж, преодолевший в 1899 г. фантастический в те времена рубеж скорости в 100 км/ч, был оснащен электроприводом. Характерно название этого экипажа - "Всегда неудовлетворенный". Понять это можно по разному. Но с позиций оснащения надежным, компактным и энергоемким двигателем электромобиль все еще "не удовлетворен" примерно в течение ста лет.

Однако не стоит полагать, что наступление эры двигателей внутреннего сгорания означало крах электромоби-лестроения. В 1900 г. электромобилей насчитывалось вдвое больше, чем машин с бензиновым двигателем. В 20-х годах по дорогам США бегало примерно 20 тысяч аккумуляторных автомобилей. Строго говоря, работы в области совершенствования этого весьма перспективного транспортного средства не прекращались ни на один год. К настоящему моменту в развитых странах мира созданы тысячи новых образцов электромобилей различных типов и назначений. Здесь и микромашины и комфортабельные 6 - 8-местные лимузины и большие городские автобусы. Интерес к аккумуляторным автомобилям продолжает сохраняться в связи с поиском энергии для транспорта, альтернативных нефтяному топливу, борьбой за чистоту окружающей атмосферы, за снижение уровня шума от работающих двигателей, особенно в городах.

Тем не менее, несмотря на удачно складывающиеся предпосылки, электромобили пока еще не производят в массовых количествах. Их основной недостаток: малая удельная энергоемкость аккумуляторных батарей, большая масса, недостаточная долговечность и относительно высокая стоимость.

Так, если обычный автомобиль с запасом бензина 30 - 35 л при средней скорости 60-70 км/ч проходит примерно 600 км, то электромобиль с аккумуляторной батареей 250 - 300 кг при той же скорости способен покрыть расстояние 60 км. При этом для заправки автомобиля бензином необходимы считанные минуты, для подзарядки же аккумулятора - часы. Однако среднесуточный пробег 50 км не так уж мал: опыт показывает, что для внутригородских перевозок почты, продовольственных и промышленных товаров от складов до торговых предприятий, как правило, это расстояние вполне достаточно. Одновременно следует заметить, что если среднюю скорость ограничить 40 км/ч, то пробег автомобиля до подзарядки аккумулятора может быть увеличен до 80 - 100 км. Но то что вполне приемлемо для разъездных внутригородских почтовых и торговых автомобилей, не может удовлетворить потребности автомобилей-такси, или тем более автомобилей, предназначенных для междугородных рейсов. Напрашивается вывод: если электромобили использовать для обслуживания сравнительно коротких внутригородских трасс, то преимущества их неоспоримы. Так ли это? Специалисты ФРГ подсчитали, что с учетом всех звеньев цепи преобразования энергии (начиная с ее источника и кончая этапом получения полезного эффекта) электромобиль - далеко не самый экономичный вид транспорта.

Вот несколько примеров к.п.д. некоторых видов транспорта. Первая цепь: каменный уголь или ядерная энергия - электричество - контактные провода - электротранспорт (троллейбусы, трамваи) - 6,5%. Вторая цепь: сырая нефть - бензин - автомобиль - 4,2%. Третья цепь: уголь, ядерное горючее - электричество - аккумуляторные батареи - электромобиль - 2%.

Таким образом, если назначение к.п.д. использовать в качестве определяющей характеристики, то электромобиль - один из самых расточительных видов транспорта. Справедливости ради нужно отметить, что к.п.д.- далеко не всеобъемлющий показатель. Сопоставление электромобиля с традиционными видами транспорта следует проводить при комплексном системном подходе.

На протяжении многих десятилетий ряд стран ведут работы по совершенствованию сердца электромобиля - аккумуляторов. Разнообразие созданных к настоящему времени типов аккумуляторных батарей свидетельствует о многочисленных попытках создать универсальный энергетический эквивалент бензобаку автомобиля.

С уверенностью можно сказать, что полноценного заменителя автомобиля с двигателем, работающим на углеводородном топливе, все еще нет. Да и стоит ли пытаться решить эту задачу? Автомобиль при всех его недостатках (о них сказано уже достаточно) имеет ряд неоспоримых достоинств, которые по праву сделали его "баловнем XX века". Надо полагать, разумным следует признать направление частичной замены автомобиля электромобилем в тех провинциях транспортного государства, где достоинства автомобиля тонут в море его недостатков.

Итак, прежде всего это город с его жесткими экологическими и энергетическими ограничениями.

Наиболее распространенные типы аккумуляторных батарей свинцово-кислотные. У них достаточно "почтенный возраст". Француз Планте еще в 1860 г. получил патент на их изобретение. В некоторых современных свинцово-кислотных аккумуляторах удается достичь значений удельной мощности 40-50 Вт/кг. Известны разновидности никель-железных батарей, но их высокая стоимость и незначительные преимущества в сравнении со свинцово-кислотными ограничивают области их применения. Серебряно-цинковые батареи при весьма высоких функциональных характеристиках дороги и недолговечны. Разработаны конструкции никель-цинковых, воздушно-цинковых, литий-серных, цинк-хлорных и других типов батарей. Практически для каждой конструкции присущи недостатки различного рода (недостаточная долговечность, высокая себестоимость, сложность обслуживания, невысокая удельная мощность и т. д.).

Последние достижения в области прикладной электрохимии позволили разработать принципиально новые типы аккумуляторных батарей, но... и они несут на себе груз старых недостатков. Натрийсерные батареи весьма энергоемки (150-220 Вт o ч/кг), но у них ограниченный срок службы. Батарея такого типа, способная накапливать в четыре раза больше энергии, чем традиционный аккумулятор, состоит из нескольких сотен герметичных металлических трубок, внутри которых происходит реакция жидкого натрия с жидкой серой. Рабочая температура внутри этой батареи составляет 300-350°С, однако нисколько не ощущается на ее поверхности благодаря полной герметичности и совершенной теплоизоляции. Проведенные исследования показали, что в случае аварии "горячий" аккумулятор представляет для пассажиров значительно меньшую опасность, чем наполненный бензобак. Новый электромобиль, оснащенный натрий-серной батареей, сможет, кроме четырех пассажиров, брать дополнительно 400 кг груза. При скорости 100 км/ч дальность пробега составит 250 км. Кратковременно можно увеличить скорость до 130 км/ч. За 7 с автомобиль разгоняется до 50 км/ч. Специалисты ФРГ считают, что в настоящее время можно реально увеличить срок службы батарей.

Никель-кадмиевая батарея при высокой долговечности не превосходит свинцово-кислотную по энергоемкости и т. д. Достаточно перспективны электромобили с топливными элементами, обеспечивающими дальность пробега до 250 км. Однако сегодня для этих машин характерны повышенная сложность изготовления и высокая стоимость. Большие надежды возлагаются сегодня на новые типы топливных элементов - электрохимические генераторы (ЭХГ) - где баки с горючим и окислителем заменены газовым баллоном с водородом и очищенным атмосферным воздухом. У лучших ЭХГ относительная масса такая же, как у дизельного двигателя (5 кг/кВт). Первые образцы электромобилей с ЭХГ уже созданы. Испытания выявили их высокие технические характеристики, позволили уточнить основные направления дальнейшего совершенствования.

В нашей стране в 1982 г. впервые начат серийный выпуск электромобилей, сегодня их насчитывают уже несколько сотен. В основном в Москве они собраны в одном из автохозяйств, где наряду с выполнением прямых транспортных обязанностей они являются объектом пристального дальнейшего изучения и совершенствования. В настоящее время в крупных городах нашей страны успешно завершились испытания малых электробусов "РАФ" на линиях маршрутного такси.

За рубежом ряд автомобильных фирм в содружестве с электрохимическими компаниями заняты созданием электромобилей различных конструкций и назначений. В Англии, например, серийно выпускается двухместный легковой электромобиль "Энфилд-8000", оснащенный усовершенствованным типом аккумуляторных батарей, обеспечивающих дальность пробега до 150 км. Масса свинцово-кислотных аккумуляторов, составляющая сегодня чуть меньше 400 кг, по мнению специалистов, может быть снижена в процессе дальнейшего совершенствования на 20%. Микроэлектробус "Лукас-Палмен" (Англия) с электродвигателем мощностью 37 кВт может развивать скорость до 80 км/ч, совершая разгон с места до скорости 50 км/ч за 10 с. Салон электробуса вмещает девять пассажиров. Совместными работами фирм "Лукас" и "Огл" (Англия) созданы электромобили-такси с дальностью пробега на одной подзарядке аккумулятора до 160 км. Максимальная скорость этих машин примерно 90 км/ч. За счет использования электропривода форма и размеры такси "Лукас-Огл" существенно отличаются от привычного нашему глазу контура городского автомобиля: в электромобиле нет капота, он занимает значительно меньшую площадь на улицах и стоянках. На площадке, где могли ранее разместиться четыре стандартных автомобиля-такси, размещаются пять электромобилей. Последняя особенность чрезвычайно важна в условиях современных крупных городов, где движение транспорта в часы пик, парковка автомобилей также связаны с их габаритными размерами.

В ФРГ с конца 70-х годов линию в Мёнхенгладбахе полностью обслуживают электробусы. Протяженность линии примерно со 100 остановками свыше 40 км. Опыт эксплуатации электробусов на этой линии оказался настолько успешным, что муниципальные власти разрешили их проезд сквозь пешеходную зону, т. е. там, где въезд традиционным видам транспорта воспрещен. Еще одно признание экологической чистоты электромобилей: в Дюссельдорфе (ФРГ) созданы две линии электробусов общей длиной примерно 40 км. Лишь за 2,5 года эксплуатации 20 электробусов на линиях пассажирского транспорта ФРГ "набегали" свыше 1,6 млн. км и провезли примерно 11,5 млн. пассажиров. В США фирмой "Торк Линк" создан электробус Е-20, вмещающий 20 пассажиров. Мощность тягового электродвигателя 37 кВт, для управления им предусмотрен простой и надежный электромеханический контроллер. Средняя скорость электробуса Е-20 60 км/ч, продолжительность работы аккумуляторной батареи без подзаряда до 5 ч. Сравнение условного расхода нефтяного топлива на 100 км пути электробусом Е-20 и автобусами с дизельным и бензиновым двигателями показало, что электробус расходует (в эквиваленте) 20,5 л, автобус с дизельным двигателем - 39,2 л, автобус с бензиновым двигателем - 67 л. Для обеспечения надежной бесперебойной перевозки пассажиров электробусами немаловажно создать сеть подзарядных станций, где можно "заправить" аккумуляторы энергией или заменить батареи.

Как показывает опыт городского хозяйства Бостона (США), замена аккумуляторных батарей осуществляется за 2 мин, а в ночное время без больших затрат подзарядка батарей производится от электросети при напряжении 120 В. На электромобиле фирмы "Хитачи" (Япония), оснащенном никель-цинковой батареей, можно развить скорость до 80 км/ч при ускорении с места на дистанции 200 м за 16,2 с. Батареи обеспечивают дальность пробега 70 км. Положительный опыт разработки различных вариантов электромобилей и электробусов накоплен и другими японскими фирмами ("Ниссан мотор", "Дайхацу"), а также французскими и австралийскими автомобильными компаниями.

Чтобы преодолеть основной недостаток электромобилей - ограниченную дальность пробега, пытаются создать "гибридные" машины, в которых наряду с аккумуляторными батареями устанавливаются двигатели внутреннего сгорания. По замыслу конструкторов в пределах городской черты такие транспортные средства движутся за счет электроэнергии, за городом же включают двигатель внутреннего сгорания. Однако приобретя значительную дальность пробега, такой автомобиль стал очень сложным в обслуживании, сильно "потяжелел", да и стоимость "гибридного" значительно превосходит цену как обычного автомобиля, так и электромобиля. По-видимому, создание "гибридных" автомобилей нельзя признать продуктивным направлением совершенствования автотранспорта.

Говоря о перспективах развития электромобилестроения, научно-технические обозреватели газеты "Таймс" (Лондон) утверждают, что "...вместо того чтобы занимать львиную долю под капотом и в багажнике, как это имеет место у современных электромобилей, аккумуляторы будут располагаться в полу машины. Они станут плоскими и компактными. Исчезнут и бензозаправщики. Их заменят подзарядные станции". Для того чтобы зарядить батареи, понадобится не больше времени, чтобы сегодня залить бак горючим. Новые аккумуляторы будет легко снимать и заменять. Не потребуется больше и единой энергетической установки: у каждого колеса будет собственный компактный электродвигатель, который займет не больше места, чем дисковые тормоза. Естественно, отпадает нужда в сцеплении и коробке передач. Это окажет воздействие и на компоновку автомобиля, салон которого станет просторнее. Скорее всего в нем будут не два, а три ряда кресел, последние - складывающиеся, примерно на 8 чел. Багаж разместится в переднем и заднем отсеках. Таким видят электромобиль XXI в. специалисты. Перешагнув наш век, электромобиль уверенно движется в будущее.