Загайнов М.А., Костенков Е.А.
БГТУ «Военмех» имени Д.Ф. Устинова, г. Санкт- Петербург
БУДУЩЕЕ ДАЛЬНИХ ПУТЕШЕСТВИЙ НА АВТОМОБИЛЬНОМ И ВОЗДУШНОМ ТРАНСПОРТЕ
Аннотация
Главная цель этой статьи – дать читателю поверхностное представление о развитии автомобильного и воздушного транспорта. Эта статья показывает, насколько далеко человек смог шагнуть в создании быстрого и экологичного транспорта для путешествий на дальние дистанции. Также в ней упомянуты наиболее важные проблемы, которые нам еще предстоит решить. Это такие проблемы, как повышение плотности энергии аккумуляторной батареи и обеспечение метода быстрой зарядки массивной аккумуляторной батареи, которую потребует электрический авиалайнер и многие другие.
Abstract
The main purpose of this article is to give the reader a superficial understanding of the development of road and air transport. This article shows how far a person can step in the creation of fast and environmentally friendly transport for long-distance travel. It also mentions the most important issues that we have yet to address. These are problems such as increasing the energy density of the battery and providing a method of rapid charging of a massive battery, which requires an electric airliner and many others.
Ключевые слова: электрический автобус, электрический грузовик, электрический самолет, автопилот, Airbus, Boeing.
Keywords: electric bus, electric truck, electric plane, autopilot, Airbus, Boeing.
Локальные путешествия уже становятся более экологически чистыми, с введением электромобилей и общественного транспорта, работающего от возобновляемых источников энергии. В настоящее время мы делаем большие шаги к сокращению выбросов, связанных с транспортом для путешествий на большие расстояния, будь то воздушный или автомобильный транспорт, но существуют серьезные проблемы. Давайте посмотрим на то, что происходит в мире, и что мы можем сделать в ближайшем будущем.
Автомобильный транспорт
Городские и междугородние автобусы.
Кажется, что многие операторы автобусных парков осознают тот факт, что электрические автобусы намного дешевле в эксплуатации, чем автобусы с двигателями внутреннего сгорания, и требуют гораздо меньшего технического обслуживания, что дает дополнительное преимущество. Для наглядности этого факта ниже приведен список только некоторых из последних событий:
- По данным CleanTechnica, в 2016 году продажи электрических автобусов в Китае выросли до более чем 115 000 штук, причем Китай на данный момент является крупнейшим рынком электрических автобусов в мире.
- Голландские города Эйндховен и Хелмонд заменили весь свой автобусный парк на более чистые транспортные средства, включая 43 полностью электрических автобуса, получающих энергию от солнечных батарей, а к 2025 году все новые автобусы в Нидерландах будут либо чисто электрическими, либо будут работать на топливных элементах.
- Бельгийские города Шарлеруа и Намюр заказали 90 гибридных автобусов Volvo 7900 с 12 станциями быстрой зарядки ABB.
- В город Люксембург пять таких же автобусов Volvo, а также 2 станции быстрой зарядки ABB.
- Лондон имеет парк из 51 одноэтажных чисто электрических автобусов и планирует увеличить его до 300 автобусов к 2020 году, а также преобразовать все двухэтажные автобусы в гибридные.
- Lion Bus представила электрический школьный автобус eLion, при этом автобус уже используется в Квебеке и Калифорнии.
- Blue Bird получил от Министерства энергетики США 4,4 млн долларов США на разработку электрического школьного автобуса с технологией vehicle-to-grid.
- В Вашингтоне объявили, что King County Metro Transit приобретет 120 полностью электрических автобусов к 2020 году.
- Компания Лонг-Бич Транзит из Калифорнии взяла на себя обязательство купить 10 электрических автобусов, BYD K9.
- Крупный американский производитель электрических автобусов Proterra получил 140 млн долларов США для расширения в Гринвилле, Южной Каролине и постройке нового завода в Лос-Анджелесе.
- Компания Microvast произвела более 7500 полностью электрических и электрогибридных автобусов в 2016 году [1].
Грузовики и грузоперевозки.
Даже индустрия грузоперевозок присоединяется к миру электромобилей, причем ряд производителей уже тестируют гибридные и полностью электрические грузовые автомобили.
Компания Daimler планирует выпустить небольшую серию электрических грузовиков для некоторых клиентов, чтобы протестировать эти грузовики в течение 12 месяцев. Грузовики имеют грузоподъемность 12,8 тонны и используют аккумуляторную батарею на 212 кВт•ч, приводящую в движение двойные электродвигатели, что дает дальность хода около 200 км за заряд.
Перевозки на дальние расстояния также становятся интересными благодаря недавно выпущенному гибридному грузовику, Nikola One, с топливными элементами. Среди прочих деталей о новом грузовике разработчики указали, что он оснащен батареями на 320 кВт•ч, которые заряжаются от топливных элементов. Но интересно даже не это, а то, что суммарная мощность двух электромоторов грузовика составляет 1000 л.с., крутящий момент — 2700 Нм. Разработчики утверждают, что их проект должен решить хотя бы часть проблемы разработки экологически чистого транспорта, способного перемещаться на большие расстояния. Сейчас это становится все более актуальным вопросом, поскольку с 2020 года некоторые страны предлагают ввести частичный запрет на регистрацию автомобилей с двигателями внутреннего сгорания [2].
Воздушный транспорт.
В такой отрасли, как авиационная промышленность, изменения и нововведения занимают очень много времени. У крупных производителей мало что меняется в отношении повышения топливной эффективности авиалайнеров.
Airbus, похоже, все еще продолжает работы со своим проектом E-fan, используя небольшие электрические прототипы для тестирования возможностей электрического самолета, но прогресс идет очень медленно. У них также была концепция VoltAir, полностью электрического авиалайнера, использующего мощный толкающий винт в кольцевом обтекателе в задней части самолета, но эта конструкция была выпущена почти 8 лет назад, и с тех пор о ней почти ничего не слышно. Однако совсем недавно они подписали соглашения с электрическим гигантом Siemens о совместной разработке электрических силовых установок для самолетов, поэтому ситуация не стоит на месте [3].
Boeing, по-прежнему, работает над сокращением выбросов на 70% по сравнению с современными авиалайнерами, используя концепцию гибридного самолета SUGAR Volt, в котором для взлета используются двигатели, которые могут работать на обычном реактивном топливе, или функционировать как большие электрические вентиляторы во время полета. Однако их планы носят долгосрочный характер.
В то время как Boeing и Airbus медленно продвигаются в этом направлении, ожидается, что небольшие авиационные компании и, возможно, новые стартапы не только разработают более продвинутые самолеты, но и заставят их летать намного раньше, чем крупные авиакомпании, как это произошло в индустрии электромобилей.
Независимо от того, кто выиграет гонку в электрической авиации, есть много препятствий для прорыва в этой области, в том числе повышение плотности энергии аккумуляторной батареи и обеспечение метода быстрой зарядки массивной аккумуляторной батареи, которую потребует электрический авиалайнер — нельзя позволить авиалайнеру оставаться без дела в течение нескольких часов во время зарядки. В то же время гибридные электрические самолеты, вероятно, станут хорошим решением для быстрой дозаправки, обеспечивая при этом значительное снижение расхода топлива. Но учитывая быстрое развитие аккумуляторов в связи с ускоряющейся революцией электромобилей, кто знает, какие новые разработки произойдут в ближайшем будущем.
В то время как переход на электричество станет основной стратегией сокращения выбросов для воздушных судов, отрасль уже ищет способы сокращения выбросов, в том числе использование более крупных самолетов, летающих медленнее и оптимизацию скорости самолета, уменьшение времени простоя на земле, улучшение маршрутов полета воздушных судов и изменения в системах управления движением, использование электрических приводов для руления вместо основных двигателей, альтернативных видов топлива, таких как биотопливо, снижение веса самолета за счет устранения ненужных компонентов и изготовления деталей самолета из более плотных материалов, а также повышение эффективности двигателя и планера, например, изменение конструкции корпуса самолета для уменьшения аэродинамического сопротивления. До сих пор эти улучшения носили постепенный характер, и те улучшения, которые были сделаны в области сокращения выбросов на пассажиро-километр, затмевались возросшим спросом на авиаперевозки [4].
Разработка автопилота.
Хотя электрификация транспорта станет одним из главных изменений в ближайшие несколько лет, есть еще одна технология, которая революционизирует транспорт, как на дальние, так и на короткие расстояния в равной степени, — автономные транспортные средства.
Мы уже видели многочисленные испытания частных транспортных средств, общественного транспорта и даже большегрузных транспортных средств, использующих различные степени автономности для повышения эффективности и безопасности, такие как автопробег беспилотных грузовиков, European Truck Platooning Challenge, который состоялся 3 года назад. Цель мероприятия заключалась в демонстрации перспективности движения грузовиков с автопилотом в колоннах. Свои беспилотные технологии в автопробеге продемонстрировали компании Scania, Volvo Group, IVECO, MAN, DAF и Daimler.
Колонна, где два или более грузовиков едут близко друг к другу, позволяет уменьшить расход топлива, засчет преодоления меньшего воздушного сопротивления. А из-за того, что уменьшается расход топлива, существенно меньше загрязняется окружающая среда. Это нововведение также позволяет существенно сократить риск возникновения аварийной ситуации, так как грузовики могут мгновенно реагировать на изменения скорости других участников колонны.
Эта технология синхронизирует торможение и ускорение между парами грузовых автомобилей через связь между транспортными средствами, используя радиолокационные системы предотвращения столкновений, чтобы позволить грузовикам безопасно перемещаться на аэродинамически выгодных расстояниях. Система Peloton обеспечивает экономию топлива на 4,5% для ведущего грузовика и 10% для следующего грузовика в колонне, согласно независимым испытаниям [5].
Другие испытания автономных тяжелых транспортных средств включают грузовые автомобили, доставляющие грузы в Неваду, а также ряд испытаний систем для автобусов и железных дорог, все из которых направлены на повышение безопасности и снижение энергопотребления.
Все это показывает, что развитие автомобильного и воздушного транспорта для путешествий идет очень быстрыми темпами. Ведь время, которое занимает путешествие в наше время очень важный фактор. Также очень большое влияние оказывает экологичность используемого транспорта. Руководствуясь этим, мы понимаем, что уже в ближайшем будущем поездка или полет будут занимать все меньше и меньше времени. И что самое главное – они будут более экологичными.
Литература:
- Электробус // Википедия. [2019—2019]. Дата обновления: 14.08.2019. URL: https://ru.wikipedia.org/?oldid=101604192 (дата обращения 17.06.2019).
- Nikola One: первый в мире водородный грузовик из США // Хабр.
- Электрический самолет VoltAir на солнечных батареях // Центр материаловедения.
- К 2030 году самолеты станут более экологичными // Высшая школа экономики.
- Автопробег беспилотных грузовиков European Truck Platooning Challenge пройдет в Нидерландах // СтройТех.