Грузовой автотранспорт на электротяге

Водород, Луна и гелий

Водород в высоколобом сообществе вполне справедливо воспринимался как альтернатива карбоновым видам топлива уже в середине XX века. Подкупало его высокое значение энергетической массовой плотности водорода (Н2), которая составляет 118 МДж/м³, что превосходит дизель и метан (45,8 и 50,0 МДж/м³). Однако по объёмной энергетической плотности даже сжиженный водород в 3,5–4 раза проигрывает дизелю и бензину. Этот и ещё ряд факторов (запас, хранение, безопасность) долгое время являлись камнем преткновения на пути внедрения водорода в автотранспорт в 1970-е годы в СССР, Японии, США и Европе.

Кроме того, запас и хранение водорода на автомобиле не является успешно решёной задачей вследствие высокой массы самих резервуаров и частой заправки из-за малого пробега. На современном уровне (доступность водорода и его цена) следует добавить высокие (в 6–10) финансовые затраты на эксплуатацию. Самыми успешными игроками среди автопроизводителей являются Toyota, Hyundai и (в будущем) Nikola.

Наиболее перспективным развитием водородного сектора пока является перевод транспорта в узких локациях. Первая коммерческая станция гидрирования Чанцзя была пущена в апреле в районе Чаншу (КНР). Суточная мощность станции для гидрогенизации достигает 1000 кг, что удовлетворяет суточные потребности около 70 автобусов городского маршрута № 3 или 150 грузовых автомобилей. Но водород не единственный источник топлива.

Вообще идея повального внедрения электричества прорабатывается уже полвека. Но ресурсы для выработки электричества на Земле не безграничны, поскольку ветро­энергетика, как оказалось уже влияет на потоки воздушных масс. Однако новый импульс по внедрению электричества был получен в начале «лунной гонки» в нулевых годах. Именно тогда возникла заманчивая идея использовать легкий нерадиоактивный изотоп Гелия-3 (3He). Его добыча из лунного реголита и последующее использование в термоядерной реакции позволило бы человечеству на Земле отложить энергетическую проблему на насколько тысяч лет вперёд. Осталось решить только три проблемы, которые так и не были решены за последние 20 лет. Сюда входит не столько добыча и доставка этого топлива на Землю и создание термоядерных электростанций (ТЯЭС), которых ещё нет. Пока нет суперкомпьютеров постоянной производительностью в несколько экзафлопс, чьих возможностей хватило бы для управляемого термоядерного синтеза.

Но достаточно построить по одной ТЯЭС на каждом континенте, как проблема обеспечения электричеством транспорта, промышленности и бытовых нужд могла быть для нашей цивилизации решена на тысячи лет вперёд. Так что пока этот вопрос откладывается на длительную перспективу, но решать её придётся уже всему прогрессивному человечеству.

Солнечные ванны

Солнечные батареи, использующие фотоэлектрические преобразователи (ФЭП), не могут использоваться в качестве постоянного вида электрической энергии, но весьма удобны в качестве привода вспомогательных систем. В прицепах и полуприцепах они испытывались в последние 5 лет, но прорыва и массового распространения так и не произошло. Возможно, новый подход стартапа IM Efficiency из Нидерландов помогут изменить эту тенденцию. А тема улавливания солнечной энергии и использования её транспортными средствами сможет стать новым трендом для повышения эффективности автоперевозок.

Голландские специалисты рассчитали, что если установить на крышу трейлера систему фотовольтаики SolarOnTop, то это даст сокращение расхода топлива в 5,5% или будет достигнута экономия порядка 2300 л дизельного топлива за год.

Вырабатываемая электроэнергия может питать все бортовые системы грузовика или даже рефрижераторную установку полуприцепа, что позволяет разгрузить электрогенератор седельного тягача, в результате чего двигатель начнёт работать с меньшими усилиями, отсюда и возникает экономия.

По данным IM Efficiency система SolarOnTop стоит около 6500 евро с монтажом. То есть расчётный срок окупаемости (для стран ЕС) составляет менее 3 лет. Однако эти панели могут служить более 25 лет, и в случае, если трейлер выработает свой ресурс, и его придётся отправить на рынок секонд-хенда, то солнечные пластины можно будет передислоцировать на новый полуприцеп.

Фотоэлектрическая панель SolarOnTop изготовляется на пластиковой подложке толщиной всего 2 мм. При этом накладной узел обладает незначительной массой. Важное качество – устойчивая работа при низком уровне освещённости. Панели имеют защитное покрытие, которое защищает их от царапин при проезде автопоезда под нависающими ветвями деревьев.

Стартап решил привлечь инвесторов из Нидерландов и Бельгии, среди которых значится венчурный фонд BOM Brabant Ventures. Финансисты согласились оплатить все дорожные испытания, сертификацию, маркетинг и подготовку к серийному производству.

В испытаниях, начавшихся в июне, голландские автоперевозчики Emons Group и Vos Logistics предоставили несколько автопоездов, на которых протестируют панели SolarOnTop. В странах Бенилюкса компания планирует экипировать солнечными панелями порядка 4000 прицепов и полуприцепов в этих странах.

Доставка

Как и ожидалось наибольший успех в электрификации пришёлся на сектор внутригородской доставки товаров и коммунальное хозяйство. В России значительные успехи по продвижению автономного электротранспорта были достигнуты в сфере пассажирского транспорта. Но сейчас имеются подвижки в сфере малотоннажного транспорта. Так, ООО «Туламаш-Тарпан» начало выпуск внутризаводского транспортного средства «Муравей ВТС 02» грузоподъёмностью 1 т. Стоимость машины составляет 1,25 млн руб., что сопоставимо с грузовыми полутонными гольфкарами. На данный момент в мире изготовлением электромобилей и электротягачей грузоподъёмностью 0,3–1,2 т занимаются порядка 80 компаний, которые в совокупности выпустили в прошлом году 500 тыс. транспортных средств.

В более тяжёлом грузовом сегменте (3,5–7,5 т) производителей меньше в разы и тут параллельно развиваются два вектора: OEM-производители предлагают уже готовые электромобили (тут сразу можно вспомнить BYD) и компании по переоборудованию автомобилей на электротягу. Причём последние, как правило, работают с ограниченным (не более трёх) количеством производителей.

Например, австралийский концерн SEA Electric Pty Ltd уже сейчас имеет 4 представительства за пределами страны: в Новой Зеландии, в Вене (Австрия), в Бангкоке (Таиланд) и в Торрэнсе (США, Калифорния). Компания предлагает широкий ассортимент грузовиков на шасси Isuzu и недавно получила заказ от Ford сразу на 1000 машин. Как показывает практика, традиционное шасси не требует значительных переделок, но всё же будущее за OEM-производителями.

Не стоит воспринимать действия таких фирм, как несерьёзную блажь. Американский стартап Rivian, специализирующийся на поставке электротрансмиссий для Mercedes-Benz Sprinter, неожиданно в сентябре 2019 года вошёл в круг автопроизводителей. Американский гигант розничной торговли Amazon объявил о покупке сразу 100 000 электромобилей. Кузова будет изготавливать Morgan Corporation или US Truck Body. Аккумуляторный парк Amazon к 2030 году, таким образом, будет иметь общую мощность 20 000 000 кВт·ч или 20 ГВт·ч.

Со своей стороны власти делают всё возможное. Федеральное министерство транспорта Германии (BMVI) для покупки электрических грузовиков массой до 12 т с 2018 года выделяет субсидии 12 000 евро и 40 000 евро для электрогрузовиков массой свыше 12 т. Гранты ограничены до 500 000 евро на компанию и в 2018 году было выделено 10 миллионов евро.

В конце октябре 2017 года в Mitsubishi Fuso Truck and Bus Corporation (MFTBC, входит в Daimler Trucks) обнародовали данные о электрификации грузовиков Fuso во внутригородских перевозках. Однако тут же представители оговорились, что запуск каждой модели будет определяться в соответствии с необходимой технологией и осуществимостью. Был объявлен и срок – 4 года для вывода продукта в Японии, США и Европе. Новая модель Fuso Vision One имеет дальность до 350 км (217 миль) на одной зарядке при полной массе (GVW) около 23 т с литий-ионными батареями на 300 кВт·ч.

«Это мало для дальних перевозок, но более чем достаточно для внутригородских работ, что является хорошей отправной точкой», – поведал своим читателям Эндрю Крок, ведущий Roadshow CNET.

Стивен Эдельштейн из журнала The Drive тогда же отметил, что грузоподъёмность новинки в 11 т на 2 тонны меньше дизельного аналога. Но Фред Ламберт из Elektrek ему парировал: «Ряд аналитиков предполагает, что эксплуатация электрических грузовиков может быть на 70% дешевле, чем грузовиков с дизельным двигателем». И это стало катализатором новых исследований. Сейчас ставку на электроэнергетику сделали Tesla, Daimler, VW и Volvo. Их электрогрузовики к 2020 году уже выиграли битву за общую стоимость владения перед дизельными грузовиками.

Сейчас наиболее высокая отдача от применения электрогрузовиков особо отмечается в коммунальной сфере, где стоимость владения на 20–30% ниже, чем у дизелей.

Строительство будущего

Швейцарский производитель строительных материалов – компания Holcim решила заказать для своих нужд электроприводной 5-осный бетоносмеситель, изготовленный совместно с компаний Designwerk GmbH, Futuricum AG, Liebherr и ZF. Проектом предусмотрено создание двух типов миксеров ETM 1005 и ETM 1205 с 10- и 12-кубометровыми барабанами. Для обоих будет использоваться 5-осное 40-тонное шасси Futuricum с двумя электродвигателями: один для привода автомобиля, другой для барабана. При создании шасси активно применялись узлы и агрегаты компании Volvo FM, на соответствующем заказе можно использовать шасси FH. Основной электродвигатель грузовика выдаёт максимальную мощность в 500 кВт. Электромотор в тандеме с редуктором электромеханического привода барабана Liebherr и ZF позволил не применять дорогостоящую гидравлику.

Уникальность конструкции в том, что здесь могут быть применены не две раздельные энергоцепи, а одна тяговая батарея, которая обеспечивает энергией как грузовик, так и бетоносмесительную установку. Базовый элемент АКБ – это Li-Io батарея общей ёмкостью 170 кВт·ч. В данной машине размещены два блока (340 кВт·ч), но возможна установка трёх (510 кВт·ч) таких блоков.

Пилотные испытания трёх новых электрических бетоносмесителей запланированы на четвёртый квартал 2020 года. Перемещение 40-тонного грузовика с вращающимся барабаном, в котором будет 10 или 12 кубометров смеси – не простая задача. В этой связи батареи ёмкостью 340 кВт·ч выглядят довольно скромными. Что ж посмотрим, какой опыт получит компания Holcim от применения электромобилей в строительном бизнесе.

«Миксеры, изготовленные для Holcim станут первыми в мире электрическими коммерческими автомобилями такого типа и размера. Мы подсчитали, что два модуля будет достаточно для работы нашего бетоносмесителя. Поскольку АКБ будут заряжаться ночью, то мы решили не использовать технологию ускоренной подзарядки батарей и не делать для этого внешнюю инфраструктуру», – объясняет Габриэль Матееску, менеджер по логистике бетона в компании Holcim.

Горные тролли скандинавии

Мы уже не раз писали о внедрении электротяги в карьерах. Но самый свежий случай из числа особых, поскольку он может повлиять на политику машиностроительного концерна.

Шведская горнодобывающая компания Boliden решила инвестировать 300 млн шведских крон с целью создания в 2020–2021 гг. электрифицированной линии для транспортировки полезных ископаемых в карьерах в Айтике и Кевице.

С 2018 года на месторождении в Айтике стартовал пилотный проект, где было установлено 700 м контактной линии и переоборудованы 4 карьерных самосвала. В настоящее время это единственная линия в арктических широтах, где применяются супертяжёлые троллей-траки. На руднике Айтик планируется построить 3 км электрифицированной дороги и модернизировать ещё 12 машин под питание от пантографа. В шахте Кевиц запланировано переоборудование 13 карьерных самосвалов и одновременное строительство контактной сети протяжённостью 1,8 км. Руду на карьерах приходится вывозить с глубины на дорогах с уклоном 10%.

Потребности компании в дизельном топливе, как ожидается, снизятся на 5,5 млн литров в год. В транспортировке используются карьерные 337-тонные самосвалы Caterpillar 795F AC, питающиеся через контактную электросеть переменного тока. По первым результатам один троллейный самосвал позволяет сэкономить до 40 л дизтоплива на 1 км пути. То есть расходы на солярку и амортизацию двигателя снижаются более чем на 90%. Скорость на подъёме выросла на 100% по сравнению с дизельным режимом. Иными словами, загруженный самосвал Caterpillar 795F может двигаться со скоростью 28 км/ч по твёрдой дороге с 10%-ным уклоном.

После этих обнадёживающих результатов даже в корпорации Caterpillar начали думать о создании пантографной опции для других клиентов.