Будущие электромобили автомобиля с бензиновым двигателем
Электромобиль — не панацея: как изменится рынок топлива в будущем
Об эксперте: Никита Касьяненко, сооснователь «Лаборатории умного вождения».
Топливный плюрализм
В середине 2010-х годов многие страны официально заявили — будущее за электромобилями. Они обещали сократить объемы производства машин с двигателями внутреннего сгорания (ДВС), предлагали льготы владельцам электрокаров и даже вводили ограничения на использование бензиновых и дизельных авто на отдельных улицах. Впрочем, большинство планов будут реализованы не раньше 2025 года. А пока автомобильная отрасль хоть и меняется, но не так стремительно, как прогнозировал Илон Маск и другие сторонники авто на электротяге.
Данные за первый квартал 2020 года показывают, что в большинстве стран Европы до сих пор преобладают автомобили на бензине и дизеле. Исключение — Норвегия, в которой доля электрокаров от общего числа новых машин уже превышает 50%. Альтернативные виды топлива в ЕС пока редкость — они занимают всего 1,9% рынка. При этом популярность автомобилей на газе и этаноле упала с апреля по июнь на 50%.
В российском топливном рейтинге также пока лидируют бензин и дизель: по данным «Автостата», менее 6% автовладельцев пользуется пропаном и метаном, а также другими видами топлива — в эту категорию попадают и электрокары.
А вот в Латинской Америке альтернативное топливо пользуется большим спросом. Например, в Бразилии машины на этаноле не уступают по популярности бензиновым авто. Интересно, что ставку на биотопливо из сахарного тростника государство сделало еще в 1970-е годы, впоследствии госпрограмму постоянно корректировали, учитывая колебания цен на бензин. Если он дешевел, цены на этанол тоже снижались. Также в 1990-е власти поддержали развитие FlexFuel-автомобилей, которые можно заправлять как смесью бензина и этанола, так и чистым бензином.
Читайте также: Сайлентблок опоры двигателя пежо 206
Пример Бразилии показывает — вектор развития топливного рынка можно менять, но для этого недостаточно одной госпрограммы или однократного введения льгот. Это подтверждают кейсы других стран, которые запускали инициативы в поддержку электрокаров, но со временем сворачивали проекты или ограничивали их применение.
Так, в конце 2019 года Tesla достигла порога в 200 тыс. проданных электромобилей на рынке США — после достижения этого лимита покупатели больше не могли получать налоговые бонусы. Льготные периоды подходят к концу и в других странах: например, в Китае размер субсидий на покупку электрокаров сокращается с каждым годом. В 2020 году он уменьшится на 10%, а в 2022 году — уже на треть.
На тенденции в отдельных странах влияют не только инициативы правительства, но также доступность природных ресурсов, развитие инфраструктуры (наличие АЗС и станций подзарядки) и общий уровень благосостояния жителей. Из-за этой комбинации факторов сложно прогнозировать, какой вид топлива станет пользоваться наибольшим спросом в будущем — скорее всего, картина будет не однородной.
Часть развитых стран перейдет на электромобили, часть сделает ставку на биотопливо, но многие продолжат пользоваться автомобилями с ДВС на бензине и дизеле, которые станут более экологичными. Но задача у всех общая — сократить количество выбросов CO2 и замедлить темпы глобального потепления. Разберемся, какие виды топлива укрепят свои позиции в будущем и почему электрокары — это не панацея.
Электрокары и гибриды: светлое будущее или скрытая угроза?
По прогнозам компании BloombergNEF (BNEF), к 2040 году доля электрокаров от числа проданных авто составит 58%. При этом автомобили на электротяге составят лишь треть от общего количества машин на дорогах в мире. На процесс влияет сразу несколько факторов:
- Инфраструктура. Не все страны успеют ее подготовить. К примеру, в США это сделать проще, поскольку автовладельцы обычно живут в частных домах и могут поставить автомобиль на подзарядку на ночь. Еще первые серийные модели электрокаров EV1 от GM, выпущенные в 1990-е годы, можно было подключить к обычной американской бытовой розетке. Сегодня возможностей стало еще больше, а в создании городской сети зарядных станций заинтересованы крупные игроки — например, Tesla. В России, как и во многих других странах, условия придется создавать с нуля.
- Политика. Уже 13 стран объявили, что до 2040 года введут запрет на продажу новых автомобилей с ДВС. Остальные государства пока не готовы к таким радикальным мерам. К тому же такие решения могут нанести удар по экономике — например, переход на электрокары в Германии может оставить без работы десятки тысяч человек.
- Технологии. Батареи становятся все более энергоемкими, скорость подзарядки увеличивается, а ключевые компоненты аккумуляторов, например, литий, дешевеют с каждым годом. Развитие технологий позволит электрифицировать общественный транспорт, а также даст толчок микромобильности. Аналитики BNEF полагают, что к 2030 году именно автобусы и двухколесный транспорт, а не легковые авто, составят основную долю рынка EV. С этим согласны и другие эксперты: они считают, что нужно делать ставку на электрификацию транспорта, поскольку им пользуется больше людей, а значит, и потенциальной пользы будет больше.
- Экология. Проблема электрокаров заключается и в отсутствии исследований: пока нельзя точно оценить, как массовый переход на EV отразится на экологии. Электромобиль производит меньше выбросов, чем машина с ДВС, но потребляет электроэнергию, а для ее получения все еще применяются углеводороды. Так, эксперимент Volkswagen показал, что в Германии электрокар будет косвенно производить больше CO2, чем современный дизельный аналог. В странах с большей долей возобновляемых источников энергии результат будет лучше, но не существенно.
Другие исследования показывают, что в среднем при производстве бензинового авто генерируются выбросы, равнозначные 5,6 т CO2. В случае с электрокаром показатель уже составляет 8,8 т — и половина вырабатывается в процессе производства аккумуляторов. Решить проблему могут новые технологии, которые минимизируют углеродный след и позволят выпускать более долговечные батареи с использованием экологичных материалов.
Но в регионах, в которых возобновляемые источники энергии пока не распространены, EV вряд ли получат широкое распространение в ближайшие годы. Это касается России и ряда других стран, например, Мексики, Японии и Австралии.
Биотопливо: отходы и водоросли
Этанол, FlexFuel, биодизель и биогаз, — все эти технологии уже позволяют получать эффективную альтернативу бензину, используя растительные компоненты, сельскохозяйственные отходы и даже отходы жизнедеятельности человека. Экологичность — главное преимущество биотоплива. Растения, которые используются для получения необходимых веществ, поглощают CO2, нейтрализуя тем самым углеродный след.
Еще один плюс биотоплива — это наличие готовой инфраструктуры. Заправиться «водорослевым дизелем» в теории можно на обычной АЗС — для этого не требуется специальное оборудование.
Но у технологии есть и существенные минусы. Для получения биотоплива нужно большое количество биомассы, а для этого требуются колоссальные земельные ресурсы. В Бразилии под поля для сахарного тростника приходится вырубать деревья в лесах Амазонки, а это большой удар по экосистеме.
Проблема заключается и в автомобилях — не каждому транспортному средству подходит такой вид топлива. Например, популярный биоэтанол E85 (смесь спирта и бензина) при сравнимых объемах приводит к большему расходу топлива, чем чистый бензин.
Популярность биотоплива в будущем зависит от появления новых производственных технологий. Так, в Дании тестируют автомобили на бензине с добавлением водорослей. Пока растительный компонент составляет всего 10%, но ученые надеются увеличить его долю. Водоросли, в отличие от сахарного тростника, не требуют земельных ресурсов, их не нужно удобрять и обрабатывать от вредителей, поэтому они наносят меньший вред окружающей среде. Пока использование водорослевого топлива экономически не целесообразно, но если исследователям удастся оптимизировать технологию, у нее есть шансы на успех.
Водород: неоправданные надежды
Еще десять лет назад водородные автомобили ставили в один ряд с перспективными электрокарами, но технология не оправдала ожиданий. Машины с топливными элементами все еще обходятся слишком дорого, а в большинстве стран нет заправочной инфраструктуры. Недавний провал компании Nikola Motors, обещавшей выпустить партию водородных грузовиков и построить сеть заправочных станций по всей Америке, только усилил разочарование в технологии.
Самый крупный рынок водородных авто — это как раз США, хотя с 2012 года в стране было продано всего 8 тыс. машин с топливными элементами. Водить автомобиль на водороде можно только в Калифорнии, где сосредоточено больше всего заправочных станций. И даже несмотря на умеренный спрос, в штате периодически возникает дефицит водорода, и автовладельцы не могут заправить автомобили.
С точки зрения экологичности водородные автомобили тоже вызывают вопросы: по большинству параметров они проигрывают электрокарам, хотя стоят на порядок дороже. Всего на рынке доступно три модели авто на водороде, и отсутствие разнообразия тоже не идет на пользу отрасли. Многие автопроизводители сворачивают разработки — например, Mercedes-Benz, потратив 30 лет на исследования, решила не выпускать пассажирские автомобили на топливных элементах, поскольку их производство обходится в два раза дороже электрокаров.
Перспективы водорода на топливном рынке пока оставляют желать лучшего. Многое опять же зависит от технологий производства — использование инновационных методов, например, электролиза с использованием возобновляемых источников энергии, могло бы заинтересовать крупных игроков. Но пока рынок стоит на месте, а автовладельцы задумываются о покупке водородного авто в последнюю очередь. Впрочем, топливные элементы могут пригодиться в других сферах — например, при производстве мусоровозов или паромов.
Газ, бензин и дизель: умное управление топливом
Классические виды топлива в будущем вряд ли полностью исчезнут — по крайней мере в России. Но со временем они станут более экологичными и энергоэффективными. На рынке уже распространены гибриды, например, range-extenders — электрокары со встроенным ДВС, который продлевает запас хода, если батарея садится. Вероятно, именно такие гибридные модели выйдут на передний план в будущем.
Развитие подключенных автомобилей и телематики также позволит сократить расход топлива и более эффективно отслеживать его потребление. Современные системы уже помогают мониторить топливную статистику, а в будущем они смогут оптимизировать затраты ресурсов.
Исследования показывают, что умный мониторинг поведения водителя с последующей аналитикой может сократить количество выбросов на 5-20%. В первую очередь, добиться этого помогают системы, которые препятствуют внезапному торможению. Водитель делает меньше резких маневров — расходуется меньше топлива.
Еще один вспомогательный инструмент — продвинутая система навигации, которая подбирает не только самый короткий, но и наименее «энергозатратный» маршрут, а также помогает быстрее находить свободные парковочные места.
Подключенные системы оптимизируют работу не только легкового, но и грузового транспорта. Например, грузовые «конвои» способны на треть сократить затраты топлива. Использование машинного обучения и нейросетей в будущем еще больше упростит задачу — полуавтономные системы будут работать в фоновом режиме, минимизируя расход бензина или дизеля.
Развитие беспилотного транспорта и каршеринга, вероятно, тоже приведет к сокращению потребления топлива — машины будут меньше простаивать на стоянках и использоваться более эффективно.
Автомобильный сектор в силу своей специфики достаточно консервативен — автопроизводитель не может за пару месяцев переформатировать конвейер на заводе или перенастроить цепочку поставок. Поэтому переход на новые виды топлива займет больше времени, чем полагают аналитики. Цифровые решения, например, системы умного мониторинга, внедрить намного проще — это не требует так много времени и ресурсов. Поэтому топливная революция начнется с аналитики и развития подключенных систем, а не с футуристичных топливных элементов или биодизеля на основе водорослей.
Подписывайтесь также на Telegram-канал РБК Тренды и будьте в курсе актуальных тенденций и прогнозов о будущем технологий, эко-номики, образования и инноваций.
Источник статьи: http://trends.rbc.ru/trends/futurology/5fac22139a79479d6ab9e87a
Прошлое, настоящее и будущее электромобилей
3 сентября 2018
Небезызвестная компания Tesla еще более двух лет назад представила свой первый доступный (относительно) электромобиль Tesla Model 3. С тех пор автомобили на электротяге так и не стали массовым явлением, но прогресс в этом направлении есть, и с каждым днем будущее без выхлопных газов становится все ближе.
Немного истории
Предлагаю сперва оглянуться назад и рассмотреть длинный и извилистый путь электромобилей. А посмотреть есть на что – мало кто знает, но первый электромобиль появился в 1841 году, раньше первого двигателя внутреннего сгорания! А в 1899 году в Санкт-Петербурге был показан первый электромобиль российского производства, представляющий из себя омнибус на 17 пассажиров с мощностью 4 л. с. и дальностью поездки на одном заряде до 64 км. Следующим важным шагом стал электромобиль от того самого Николы Теслы. В 1931 г. гениальный изобретатель собрал небольшую энергетическую установку из деталей, которые приобрел в обычном магазине радиоэлектроники. Он заменил двигатель обычного автомобиля на эту установку, нажал на педаль газа и его электромобиль поехал вперед. Получившийся аппарат обладал мощностью 80 лошадиных сил.
За следующие полвека технология не претерпела особых изменений, и в 1996 году американская компания General Motors выпускает первый электромобиль массового производства. Однако эта модель появилась на свет не из-за достижений технического прогресса или амбиций автоконцерна: на тот момент в Калифорнии сильно ужесточились требования к уровню вредных выбросов продаваемыми в штате новыми автомобилями (фактически, по новым правилам автомобили вообще не должны были продуцировать никаких выхлопных газов), но вскоре этот закон был отменен и у GM не было больше поводов продолжать сложное и затратное производство EV1. Проект был закрыт в 2003 году, и за 7 лет существования было продано 1157 единиц General Motors EV1, нераспроданные же экземпляры пустили под пресс, а те, что уцелели, хранятся сегодня в музеях и частных коллекциях.
В дальнейшем популяризацией электромобилей занялся Илон Маск. В 2008 приобретенная им компания Tesla Motors выпустила на рынок первое поколение модели Tesla Roadster, которое продавалось до 2012 года. Из-за ценника в 109 000 долларов за базовую версию, Roadster покупали в основном голливудские знаменитости, стремящиеся показать свою заботу об окружающей среде. Затем, уже в 2009 Tesla впервые показала публике свой самый популярный электромобиль Model S, его продажи начались спустя 3 года. Tesla Model S собрал огромное множество наград и восторженных отзывов критиков, а также получил 2 обновленные версии. В 2015 выходит Tesla Model X – первый кроссовер компании, являющийся бескомпромиссным решением с большим запасом хода (от 354 до 539 км в зависимости от конфигурации), отличными скоростными характеристиками (в версии Ludicrous Speed Upgrade -3.2 сек. до 100 км/ч при весе более 2,5 тонн) и уймой оригинальных функций, среди которых числятся уникальные двери-крылья, возможность световой подсветки в такт музыке и даже система фильтрации воздуха в салоне при химической атаке.
Как это работает?
В отличие от привычных авто с ДВС, электромобилям не нужен сложный бензиновый мотор с большим количеством механических деталей, который необходимо регулярно обслуживать, мириться с его шумом и требовательностью к качеству топлива. У электрического транспорта имеется небольшой электродвигатель, который практически не нуждается в ремонте, работает в абсолютной тишине, а «заправлять» его можно на любой совместимой зарядной станции: электричество-то везде одно и то же.
Второе важное различие между автомобилями с ДВС и электродвигателем заключается в отсутствии сложной коробки переключения передач; да, она есть, но благодаря тому, что в электромобилях на колеса передается сразу вся имеющаяся мощность, водителю и пассажирам не докучают рывки при переключении передач. Одним словом, здесь КПП используется лишь для выбора направления движения – вперед или назад.
Разумеется, для работы электродвигателя требуется источник энергии, и вместо бензобака в электрокарах установлен большой аккумулятор. С технической точки зрения, помимо размеров он мало чем отличается от батарей в наших смартфонах. Располагается этот элемент в днище электромобиля, поскольку так за счет огромного веса аккумуляторов центр тяжести смещается вниз, значительно повышая управляемость машины, а в салоне освобождается дополнительное пространство из-за отсутствия трансмиссионного туннеля.
И наконец, самой важной отличительной особенностью электромобилей является наличие системы рекуперации энергии, которая генерирует и запасает энергию при движении автомобиля по инерции (либо вниз по склону). Кроме того, для более эффективного функционирования система рекуперации замедляет электромобиль всякий раз, когда вы поднимаете ногу с педали газа, причем сила торможения и количество полученной электроэнергии прямо пропорционально зависят от того, насколько сильно вы ослабите давление на педаль.
Ситуация на рынке электромобилей
За электромобилями – будущее, и все крупнейшие производители понимают это и стараются успеть заскочить в этот поезд электрификации автотранспорта: на рынке уже представлены десятки довольно интересных моделей, начиная с недорогих вариантов наподобие KIA Soul EV или Chevrolet Bolt, и заканчивая премиум-сегментом, включающим в себя Audi e-tron или Porsche Mission E стоимостью выше 100 тысяч долларов. На фоне финансовых неудач нынешнего лидера рынка электромобилей, компании Tesla, «традиционные» автопроизводители оживились и обратили свой взор на ранее неперспективную и малоинтересную нишу. В результате буквально за последний год количество доступных для покупки (чит. не-концептов) моделей выросло в несколько раз, а среди новинок встречаются весьма качественные продукты типа BMW i3s, Smart Fortwo/Forfour Electric Drive, Jaguar i-Pace, Honda Urban EV и Volkswagen I. D. Crozz. Стоит отметить, что свой кусок пирога стараются ухватить не только известные европейские производители, но и такие никому ранее не известные бренды, как LSEV, Iconiq, Roewe, E.Go и многие другие.
Я считаю, что к электромобилю стоит относиться именно как гаджету, а в любой высокотехнологичной индустрии каждый год появляются определенные тенденции по части производства и эксплуатации новых устройств, и электромобили – не исключение. Здесь можно выделить следующие тенденции:
Например, Nissan активно продвигает идею однопедального управления в своей модели Leaf 2018 – другим компаниям также пришлась по душе эта концепция и в обозримом будущем все более-менее компактные электромобили перейдут на систему торможения посредством рекуперационной установки.
— Второй тренд – электромобили становятся все умнее: еще несколько лет назад Илон Маск позиционировал первые Tesla Model S как смарт-девайсы, вот и сегодня многие прототипы самоуправляемых автомобилей базируются именно на основе электромобилей.
— Необходимость разработки собственной платформы каждой компанией, которая захочет добиться успеха на этом рынке. Грубо говоря, для того, чтобы предоставить пользователям максимально уникальный опыт, производители должны создавать электромобили с нуля, только так смогут появляться новые максимально качественные модели, обеспечивающие уникальный опыт для пользователя. Ближайшая аналогия в компьютерном мире – Apple, которая самостоятельно разрабатывает свои устройства, от железа до софта.
Инфраструктура
Для любого транспорта требуется особая инфраструктура: для автомобилей с ДВС мы построили сеть АЗС, покрывающую нашу планету вдоль и поперек. Электромобили же пока не получили столь широкого распространения, поэтому и количество зарядных станций для них оставляет желать лучшего. Самая известная сеть зарядных станций – Supercharger – принадлежит Tesla. Услугами Supercharger можно пользоваться бесплатно, но лишь при условии, что вы приобрели электромобиль от Илона Маска со специальным абонементом либо получили реферальный код от друга, купившего Tesla с этой подпиской.
Впрочем, даже если у вас нет возможности заряжать свою «Теслу» бесплатно, использование электричества в конечном счете получается в десятки раз выгоднее бензина. Иными словами, потратив одну и ту же сумму на бензин и на электричество, дальше вы сможете проехать именно на электричестве (в сопоставимых по мощности автомобилях).
Если эра электромобилей и началась в США, Европа стремится развивать это направление автотранспорта и уже обогнала Америку по количеству зарядных станций. Более того, в то время как США делает ставку на бензиновые авто, уже несколько других стран объявили о намерении полностью перейти на электромобили. К примеру, Германия планирует отказаться от автомобилей с углеводородным топливом к 2040 году, Индия, Великобритания и Франция запретят эксплуатацию ТС с двигателями внутреннего сгорания к 2030 (в Париж доступ бензиновым автомобилям будет закрыт на 10 лет раньше), а власти Голландии и Норвегии хотят прекратить продажу автотранспорта с ДВС к 2025.
Уже сейчас во всех странах западной Европы владельцам электромобилей предоставляются различные льготы вроде бесплатной парковки, отсутствия необходимости платить транспортный налог и возможности получить приличную скидку при покупке нового электромобиля. В Штатах тоже есть подобная система государственной поддержки для покупателя, но там она действует до тех пор, пока тот или иной производитель не выпустит 20 000 электромобилей. По достижении этого порога скидки на электрический транспорт этого бренда перестают действовать.
Сейчас в развитых странах, активно увеличивающих число зарядных станций, среди владельцев электромобилей популярны домашние установки PowerWall, расположив такое приспособление у себя в гараже, можно ставить электромобиль на зарядку каждую ночь, совсем как смартфон. В теплых солнечных регионах наиболее ярые поклонники электротранспорта устанавливают на крышах домов солнечные батареи, накапливающие энергию в PowerWall.
Россия также не стоит в стороне от технического прогресса: в нашей стране уже есть десятки станций от государственных компаний и даже несколько станций Supercharger, в будущем география их размещения по России будет только расти На конец 2017 года в мире насчитывалось два миллиона электромобилей, наибольшая доля от этого числа принадлежит Китаю – 32%. Если темпы роста сохранятся, то в ближайшие 3 года это количество вырастет в 10 раз, до 20 млн единиц.
Гибриды
Конечно, нельзя обойти вниманием такое явление как гибридные автомобили. Это транспортные средства, обладающие и ДВС, и электродвигателем одновременно. Гибриды подразделяются на два класса: с разъемом для зарядки и без него. Первый класс включает в себя Toyota Prius первых поколений и другие классические гибридные авто, способные заряжать аккумулятор только с помощью рекуперативной системы, реализовывая кинетическую энергию и не имея возможности подключаться к общественным или частным станциям зарядки. Вторая категория гибридов может подключаться к внешним источникам питания и именно такими сегодня выпускаются 99% гибридных автомобилей. Независимо от типа, гибриды способны передвигаться за счет одной лишь электроэнергии, но даже в самых дорогих моделях дальность поездки на одном заряде аккумулятора ограничена 50 км. А вот при одновременном использовании электродвигателя и ДВС запас хода составляет сотни, а в некоторых случаях и тысячи километров.
Минусы
У электромобилей, как и у любого современного технического устройства есть свои минусы. Если бы этих препятствий на пути всеобщей электрификации автотранспорта не существовало, то мы все уже давно перешли бы на электротранспорт.
- Первый и самый явный недостаток современных электромобилей – их стоимость. Естественно, со временем цены выровняются (когда будет налажено и удешевлено массовое производство крупных аккумуляторных батарей), но сейчас именно дороговизна является главным сдерживающим фактором на пути развития электромобилей.
- Второй минус электромобилей, тоже временный, – слаборазвитая инфраструктура. Как я сказал выше, количество зарядных станций даже в развитых странах нельзя назвать удовлетворительным. И хотя за 7 лет эта сеть вырастет более чем в 30 раз (с 5 900 станций в 2013 до 200 тысяч в 2020 году, спрос по-прежнему будет превышать предложение. Для сравнения: только за один июнь 2018 было продано 160 000 электромобилей.
- Еще один безумно важный вопрос, который человечество должно задать себе при переходе на электромобили: а так ли экологичны электромобили на самом деле? Бесспорно, сами электромобили не наносят никакого вреда окружающей среде, но выработка электричества для них… Не секрет, что львиная доля электроэнергии генерируется дымящими теплоэлектростанциями, поэтому до тех пор, пока мы не перейдем на возобновляемые источники энергии (ветряные и солнечные электростанции), вопрос остается открытым.
Перспективы ближайшего будущего
По прогнозам экспертов, для электромобильной отрасли период до 2022 года станет самым насыщенным как до, так и после этого времени – то есть, будут определены основополагающий идеи развития этой области науки и технологий, далее будут расти вычислительные мощности, улучшаться уже существующие наработки, а искусственный интеллект будет умнеть и оттачивать алгоритмы своей работы. Сегодня электромобильная индустрия дошла до такой «точки невозврата», что даже самые скептически настроенные критики признают, что будущее электрического автотранспорта неизбежно. Вопрос только в том, как быстро это произойдет, и судя по всему, электромобили станут обыденностью в ближайшие 10, максимум, 15 лет.
Источник https://overs-energy.ru/buduschie-elektromobili-avtomobilya-s-benzinovym-dvigatelem/