На что расходуется мощность двигателя современного автомобиля
Почему современная машина имеющая мощность двигателя 100 л.с. имеет такую же максимальную скорость, как и машина выпущенная 10 лет назад с 73 л.с? Конечно же можно предположить о заводском ограничении максимальной скорости, но такой ограничитель ставят только на машины способные развивать 250 км/ч и более (считается что именно выше такой скорости среднестатистический водитель не сможет справиться с управлением).
Что бы разобраться окунемся в теорию о том, на что тратится мощность двигателя. А тут одни сопротивления, сопротивления и сопротивления. Начиная от явных сопротивлений воздуху, который и сам не прост, есть сопротивление в трансмиссии, сопротивления качению колес, даже сопротивления амортизирующих элементов. И на все это тратится мощность двигателя. В идеальных условиях для движения автомобиля без изменения скорости к нему вообще не нужно прикладывать силу и соответственно мощность.
Мощность современного автомобиля расходуется на:
1) Аэродинамическое сопротивление воздушной среды движению автомобиля вызывается следующими составляющими:
а) лобовым сопротивлением, обусловленным разностью давления воздуха спереди и сзади движущегося автомобиля;
б) трением воздуха о боковую поверхность автомобиля;
в)сопротивлением, создаваемым выступающими частями автомобиля (крыльями, зеркалами, номерными знаками и т.д.);
г) затратой мощности на завихрение воздушных струй за автомобилем, около колес и под кузовом;
д) сопротивлением воздуха, проходящего через радиатор и подкапотное пространство.
Причем нужно отметить, что данная характеристика имеет не линейную зависимость от скорости автомобиля, а от кубической. Т.е. если принять, что для движения автомобиля со скоростью 100 км/ч ему необходимо 100 л.с. (для простоты и наглядности расчетов), то для движения со скоростью 200 км/ч ему нужно будет уже 800 л.с! И это при прочих равных, без учета ветра, который может прибавить до 50 км/ч к скорости движения автомобиля относительно воздушной среды.
2) Сопротивление качению колес, которое выражается в затратах энергии на деформацию шин и дороги. На ровных цементобетонных и асфальтобетонных покрытиях основным фактором, определяющим сопротивление качению, является обжатие шин. На менее ровных покрытиях (щебеночных, гравийных, булыжных мостовых) добавляется сопротивление, связанное с наездом колес на неровности покрытия. На грунтовых дорогах с мягкой поверхностью сопротивление создается затратой усилий на деформирование шины и грунта при образовании колеи. Для снижения данных показателей используют низкопрофильную резину.
При движении автомобиля по дорогам с твердыми покрытиями сопротивление качению прямо пропорционально давлению на дорогу т.е. от массы автомобиля.
3) Сопротивление на создание движения. По-другому — на преодоление сопротивления трансмиссии. Несмотря на все ухищрения инженеров на данном сопротивлении теряется до 5% мощности.
Современные автомобили по всем вышеописанным сопротивлениям имеют лучшие показатели чем машины, спроектированные 10 лет назад, но они имеют еще дополнительные устройства и системы, на работу которых и тратят мощность. Львиная доля вырабатываемой энергии тратится на работу систем безопасности (АБС, ЕСП, и др.) и на систем комфорта (ГУР, ЭУР, Кондиционер, Климат контроль и др). В современных двигателях генератор вырабатывает в 2, а то и в три раза больше энергии, чем те, что приводили в движение машины 10 лет назад. Именно сопутствующие системы, даже отключенные, «пожирают» ту энергию, которая не позволяет Лацетти 1,4 обогнать «Пятерку».
Но все же не дает ответа на вопрос, зачем современной машине такая мощность?!
Помимо потерь мощности на сопротивления есть еще и принцип самого ДВС и системы вращения колес. Классическая схема мотор-коробка переключения передач — трансмиссия — колеса имеет два слабых звена. Первое это мотор. Мотор выдает максимальную мощность не во всем диапазоне оборотов. Пик максимальной мощности приходится на узкий диапазон, как правило, в пределах 500 об/мин, тогда как работает он от 600 до 5500 (типичные двигатели). Кроме диапазона в 500 об/мин двигатель работает не с максимальной отдачей. Т.е. максимально эффективными оборотами являются 10% оборотов. Всего же эффективными является диапазон от 1500 до 5000 об/мин (65% выдаваемых оборотов). Эти 65 % благодаря коробке и главной передачи используют для вращения колес с частотой оборотов от 0 до 2000. Имея столь разные изменения оборотов и используя классическую коробку передач с постоянными передаточными числами невозможно обеспечить постоянную работу двигателя с максимальной мощностью.
Обычные ДВС строятся с запасом мощности для интенсивного разгона, обгона, движения на подъем и тяжелых условий движения автомобиля, что используется в 10-15% случаях. ДВС имеет КПД 24% только в одном оптимальном режиме оборотов и нагрузки. На малонагруженных режимах, в условиях города и т.д., КПД ДВС уменьшается до 18-14-10-8%, а содержание СО и расход топлива увеличиваются почти вдвое. Таким образом двигатели делают мощными только ради того что бы быстрее разгонять машину до скорости на которой работа двигателя будет оптимальной.
Добавление потребителей энергии мотора приводит к тому, что двигателю увеличивают запас мощности. От этого становится неудивительным видеть в буклетах «семейных» автомобилей мощность в 150 л.с.
Так же нужно учитывать и тот факт, что производители стараются сделать машину максимально универсальной — что бы машина могла эксплуатироваться в разных регионах и не только страны изготовления. Причем тут это? А притом, что производители для хороших эксплуатационных характеристик автомобиля должны закладывать в двигатель зависимость мощности от атмосферного давления, иначе автомобилю банально не хватит кислорода в воздухе на высоте +1000 м над уровнем моря. А если это вседорожник, такой как Land Rover Freelander 2?! То конструкторы вынуждены будут радо 100 метров бездорожья, которые владелец зачет проехать, заложить дополнительные 10-20 л.с.
Как видим, причин делать автомобили мощнее и мощнее хоть отбавляй, но мощный мотор потребляет и больше топлива. Двигатель современного автомобиля это не просто движитель транспортного средства, но и источник электроэнергии для обеспечения безопасности и комфорта. И чем выше требования безопасности и комфорта, тем меньше мощности от мотора достается колесам. Интересным фактом является и то, что двигатели разных марок могут иметь одинаковую задекларированную мощность, но разную на самом деле. У немцев (в частности volkswagen), в отличии от производителей других стран, принято замерять мощность двигателя без подключения к нему вспомогательных устройств таких как помпа охлаждения или генератор (в момент тестов их приводят в действие от другого источника энергии). Соответственно в реальной жизни их показатели занижены. Бывает ли наоборот, что бы производитель занижал в документах мощность двигателя? Бывает. Так, например двигатель недавно выпущенной Приоры по замер показывает мощность 112 л.с. А по документам всего-то 98! Сделано это ради потребителей, что бы их автомобиль не перешел в другую категорию по страховкам и транспортному налогу. А реальную мощность автомобиля может сказать только динамометрический барабан.
Его величество Электромобиль — экономичен ли ты.
Влоги я, как правило, размещаю по средам. Но так как завтра Рождество, я решил перенести этот выпуск на день раньше. А тут ещё и новость про отмену пошлины на электрички и поставки El Lada в дилерские центры:-)
Продолжаем «электрическую» тему. И сегодня поговорим об экономичности. Почему-то, при разговоре об электромобилях, многие люди считают, что электромобиль — это панацея для кошелька. Мол, воткнул в розеточку, автомобиль и заряжается. Забывают люди о том, что электричество они оплачивают, а электромобиль — далеко не телевизор;-)
Для лучшего понимания приведу маркетинговую уловку, которую частенько используют при рекламе Tesla. А именно: «Автомобиль Tesla может обеспечивать электричеством небольшой дом в течении двух недель». Маркетологи не врут: ёмкость батареи в Tesla достигает 85 кВт.ч. Личный опыт — я в месяц сжигаю 150 кВт.ч электричества. В месяце 4 недели. Получается, что Tesla действительно способна «кормить» мою квартиру электричеством 2 недели. Но вот придет время её заряжать. В комментариях к прошлой записи 2350 мне подсказал, что чтобы зарядить батарею на 100% нужно вкачать в нее 140% и это — не считая потерь в зарядном устройстве (к слову, из-за этой подсказки пришлось переписывать всю эту запись почти с нуля — разница в полтора раза это серьезно). И одна заправка Tesla сожрет не 85, а все 119 кВт.ч, что, согласитесь, довольно много.
Когда я впервые прикинул этот нехитрый расчет, мне стало интересно узнать: сколько же «жрут» электромобили. И я приступил к нехитрым эмпирическим (простите — ну нет у меня пока ещё электромобиля) расчетам.
Предупреждаю сразу — расчет весьма бесхитростный, с множеством допущений. Буквально — на уровне средней школы (класс шестой). Но его цель — не столько точность, сколько наглядность.
Часть I. Сухие расчеты
Список электромобилей был взят отсюда: ev-cars.ru/ Брались только серийно выпускаемые электромобили и последовательные гибриды (i3, Volt). При этом считалось, что ДВС в гибриде мы не используем вообще. Правда, перед записью влога я забыл взять с собой распечатку этой статьи, поэтому пришлось переписывать расчеты прямо в «студии», в блокнотик.
Так как я живу в Минске, то и тарифы на электроэнергию использовал белорусские, которые взял отсюда: www.tarify.by/
Тут есть тонкий момент — как видно из схемы, стоимость электричества изменяется в зависимости от месячного потребления. По допущениям задачи, заряжаемся мы в гараже, где только держим электромобиль (т.е. кроме заправки тачки мы электричество никуда не тратим). Тем не менее нам мало определить расход электричества на 100 км — нам надо знать расход электричества в месяц:-)
Поэтому нам надо знать месячный пробег. Его я взял за 2000 км. Всё просто — 4 недели, и стокилометровые пробеги каждый будний день. Конечно, это для каждого индивидуально, но это — также допущение задачи.
Следующее допущение — я не буду считать потери в зарядном устройстве. Единственная поправка — будем пользоваться соотношением, подсказанным мне Андреем 2350 Голубевым: «Исходи из значения 140% вкачиваем — 100 получаем». То есть, если зарядил в батарею 10 кВт.ч, то заплатим как за 14 кВт.ч. Хотя на деле нужно ещё считать потери в зарядном.
Кроме того я не буду учитывать, на данном этапе, стоимость сервисного обслуживания (теоретически она у электромобиля ниже).
Ну и последний момент. С чем сравниваем? А сравниваем мы с моим же Пингвином, чей тракторный мотор потребляет 5,5 литров солярки на 100 км.
Чтобы было проще считать, переведем эту стоимость в доллары США (по курсу Нацбанка на момент написания статьи).
(5,5*9600)/9460 = 5,58$
Все данные по расходу электромобилей я искал в открытых источниках.
Итак, поехали. Наш первый претендент — BMW i3.
«Расход» этого клопа составляет 12 кВт.ч на 100 км. Стало быть за месяц мы потратим 240 кВт.ч энергии из батарей. Чтобы эту энергию закачать нам потребуется 240*1,4 = 336 кВт.ч электричества из городской сети. Согласно тарифной сетке 1 кВт.ч в нашем случае будет стоить 841,7 BYR. Считаем стоимость 100 км. Она составит:
(841,7*12*1,4)/9460 = 1,49$, где 1,4 — коэффициент потерь на нагрев батареи.
Ну а теперь Её Величество Tesla Model S! Конкретных чисел сколько Tesla съедает на 100 км нет. На тематическом форуме я читал, про то что «расходомер» этой машины может показывать как 130 так и 360 ватт.ч на километр. Но я возьму усредненно и обобщенно — через емкость батареи и пробег. Самая мощная батарейка для Tesla имеет емкость 85 кВт.ч. Запас хода… Это нынче спор всех Интернетов, но я возьму усредненное значение в 400 км. Таким образом, на 100 км мы потратим: 85/4 = 21,25 кВт.ч.
Стало быть в месяц мы потратим уже 425*1,4 = 595 кВт.ч. А это уже беда т.к. мало того что платить надо по самому дорогому тарифу — 841,7 BYR, но нам ещё и надо будет обосновать — какого звездочета наш гараж столько потребляет! Ну а стоимость 100 км составит:
(841,7*21,25*1,4)/9460 = 2,65$
Таким образом, Tesla экономичнее трактора всего лишь в два раза!
Следующий электромобиль — Chevrolet Spark EV. И тут мы встречаемся с интересным маркетинговым трюком — официальный расход, который муссируется журналистами, измеряется в «литрах эквивалентных». Если учесть, что в разных регионах цены на бензин и электричество ну очень сильно разнятся — я бы не стал полагаться на всякие эквиваленты (но мы их потом учтем). Тем не менее я нашел картинку, из которой смог «выцепить» искомые данные по расходу электричества:-)
Переконвертировав мили в километры я получил: 17,4 кВт.ч на 100 км! Да уж, малыш Спарки получился попрожорливее чем клоп от БМВ!
(841,7*17,4*1,4)/9460 = 2,17$
Теперь про «эквивалентные литры». Они составляют 1.98 лэ/100км. Правда непонятно — какого именно топлива. Будем считать, что солярки, ну чисто чтобы Пингвина не обижать.
(1.98*9600)/9440 = 2$
Таким образом, на деле данный небольшой электромобиль оказывается минимум на 17 центов дороже, чем нам обещают его создатели. Тонкий момент — Chevrolet Spark по своим размерам меньше, чем i3. А жрет ненамного меньше представительской Tesla Model S.
Следующий электромобиль — лучший друг британских полицейский, Nissan Leaf, чьё энергопотребление, по одним данным, составляет 21 кВт.ч/100км. Компактный японский авто жрет как американский линкор! Однако по другим данным (а именно из статьи на Википедии) емкость батареи составляет 24 кВт.ч и хватает её на 160 км. Стало быть расход составляет — 15 кВт.ч/100 км. Поэтому считать будем 2 раза:
(841,7*21*1,4)/9460 = 2,62$
(841.7*15*1,4)/9460 = 1,87$
Да уж, я теперь понимаю, что инженеры BMW — это профессионалы от BMW во всем.
Следующим у нас в списке очередной японский покемон (кто поймет почему покемон — тому печенька) — Mitsubishi i-MiEV. Он же Окорок он же Одноногий Peugeot iOn он же Citroen С-Zero. Оснащается батареей в 16 кВт.ч и имеет запас хода в 150 км. Т.е. расход на 100 км составит 10,6 кВт.ч, что является рекордом в нашем обзоре. К слову, на 2000 км в эту малютку надо будет закачать всего лишь 296,8 кВт.ч, а это уже более дешевый тариф — 563,8 BYR за 1 кВт.ч! Выгодно! Считаем стоимость 100 км:
(563,8*10,6*1,4)/9460 = 0,88$
Крутая тачка. Но стоимость самой машины (очень маленькой и вяленькой) в 60 тыс.$… Омрачает, что ли. Конкретно омрачает перспективы экономии.
Следующим идет французский электромобиль от Renault с весьма прикольной системой экономии. Но обо всем по порядку. Запас его хода по одним данным 210 км, по другим — 150 км, по третьим — 100 км. Возьмем средний в 150. Емкость батареи 22 кВт.ч. Расход — 14,6 кВт.ч на 100 км, то есть в дешевый тариф, как с его конкурентом от Peugeot мы не вложимся.
(841,7*14,6*1,4)/9460 = 1,82$
Классно? В принципе да, круче только у земляка-конкурента, да баварского клопа. А теперь финт ушами от французских экономистов — батарея не идет в комплекте с машиной, она сдается в аренду. Аренда стоит 79 евро (109$) в месяц. «Размазав» эту сумму по нашему ежемесячному пробегу, получим, что стоимость ста километров капитально возрастет:
1,82+(109/20) = 7,27$
Самый ожидаемый автомобиль в Европе, говорите? Автомобиль попавший в Топ-25 на конкурс «Европейский Автомобиль Года» вместе с i3 и Tesla… Ну-ну.
Последний предпоследний в нашем списке автомобиль — Chevrolet Volt. Он же Opel Ampera. Автомобиль, который я иногда рассматриваю к покупке когда меня конкретно переклинивает на эту тему (ну как же это так — обзорщик электромобилей, да без электромобиля). Емкость батареи у него 16 кВт.ч, и если только ей и пользоваться, то можно проехать целых 80 км! То есть расход на 100 км составит 20 кВт.ч. Стоимость этих 100 км (если не включать ДВС!) составит:
(841,7*20*1,4)/9460 = 2,49$
Уже после того как я написал эту статью, после того как отснял и смонтировал ролик, я нашел информацию о том, что к официальным дилерам скоро поступит для тест-драйвов электрическая El Lada! Пройти мимо любимого производителя я никак не мог. Емкость её 270 кг, литиево-железофосфатной батареи составляет 23 кВт.ч. Запас хода — 150 км. То есть на 100 км потребуется 15,3 кВт.ч. Что весьма и весьма неплохо!
(841,7*15,3*1,4)/9460 = 1,91$
Скажу честно — я сейчас испытываю гордость за отечественный автопром! Победы в ралли Электромобилей не прошли даром!
Вот такой вот приблизительный расчет. Ещё раз напомню те основные факторы, которые в расчете НЕ УЧИТЫВАЛИСЬ:
— потери в зарядном устройстве;
— снижение эффективности батареи от времени;
— снижение эффективности батареи от температуры;
— сервисное обслуживание автомобиля (теоретически — оно у электромобиля дешевле, поэтому им можно пренебречь);
— и т.д.
Часть II. Промежуточный итог.
1. Mitsubishi i-MiEV (Peugeot iOn, Citroen C-Zero) — 0,88$. Наш сегодняшний победитель. Действительно экономичный автомобиль. Однако медленный, маленький, скучный и достаточно дорогой.
2. BMW i3 — 1,49$. И хотя внешность этой машины и тот факт, что она сделана из отработанных стаканчиков очень сильно меня напрягают, вынужден признать — баварцы создали очень экономичный и, кстати, не такой уж и дорогой электромобиль. Если бы не его дизайн — у меня появилась бы цель к покупке.
3. El Lada — 1,91$. Этой машины ещё нет в свободной продаже. Но она — наша! Её технические характеристики не уступают другим «электричкам» из обзора, но при этом она экономична и дешева! И я даже горжусь этой машинкой.
4. Chevrolet Spark EV — 2,17$. Небольшой электромобиль от Chevrolet. Из-за того что его расход не сильно меньше чем более крупного Volt не представляет интереса.
5. Chevrolet Volt (Opel Ampera) — 2,49$. Этому автомобиль, по хорошему, здесь не место — он гибрид. Но есть в нём одна особенность, которая меня влюбляет — он последовательный гибрид. И по словам разработчиков, ДВС в нем вполне можно заменить на топливные элементы. Поэтому я его в этот список внес.
6. Nissan Leaf — 2,62$ (1,87$). Небольшой автомобиль оказался на удивление прожорливым.
7. Tesla Model S — 2,65$. Большому автомобилю положено много кушать. Поэтому неудивительно, что на фоне собратьев Tesla отличается отменным аппетитом.
8. Renault Zoe — 7,27$. Машина маленькая, слабая, скучная и невероятно дорогая для электромобиля. А дорогая из-за того, что экономисты Renault — такие экономисты (и после этого кто-то будет удивляться, почему я не люблю Renault;-) ).
Часть III. Стоимость пепелацев
Как видно из всего того, что сказано выше — электромобиль получается экономичнее автомобиля. Так может нам стоит всем взять и дружно на них пересесть?
Не торопитесь, друзья! Давайте сперва подобьем наши семейные бюджеты — а хватит ли у нас на такое удовольствие. Для расчетов обратимся к конфигураторам, которые есть на официальных сайтах производителей, благо, пошлину на электрокары у нас отменили. Данные сведем в таблицу, где машины даны в алфавитном порядке. Экономию на 100 км берем из расчета, что расход у нас зимой не возрастает, батарейки в негодность со временем не приходят. Ну и сравнивать эту экономию будем с всё тем же Пингвином. Таким образом, «Экономия на 100 км» в нашем случае есть разница между расходом Пингвина на 100 км и расходом выбранной электрички.
Mishelle и THETRUCK подсказали мне, что эта табличка немного неверна (т.к. окупаемость считается в отношении уже имеющейся машины. Mishelle даже подсказал очень толковый пример по сравнению обычной и электрической Калины. По этой причине я произвел пересчет таблицы. Но в качестве альтернативы взял нечто вообще со стороны, а именно — Skoda Octavia 1.8 TSI чей смешанный расход составляет 6.1 л/100 км.
Таким образом, получаются более внятные и не такие страшные числа. При этом оказывается, что Chevrolet Spark EV — изначально более выгодная покупка. А вот Renault Zoe — ещё более убыточная, чем я мог себе представить:-)
Вот такой вот рейтинг. Если вы так хотите экономить на бензине — прикиньте через сколько окупится такое вот вложение и решите сами — нужно ли вам оно?
Немного про потребление энергии электрооборудованием автомобиля
Аккумулятор начинает разряжаться уже со стартом двигателя: 0,5-1 Аh своей емкости он теряет при каждом запуске (ток холодной прокрутки, потребляемый стартером 450А и выше). Разряжается, питая электроприборы до того момента, пока автомобиль не наберет определенную скорость. Затем нагрузку берет на себя генератор и АКБ переходит в режим заряда. При обычных условиях эксплуатации в режиме «город-трасса» аккумуляторная батарея сначала отдает энергию, затем компенсирует потери, зарядившись от генератора.
В современных автомобилях много электроники, облегчающей процесс управления автомобилем. Но существуют режимы эксплуатации ТС, при которых такое количество электроприборов добавляет забот об аккумуляторе владельцу авто. Есть нюансы, которые следует учитывать каждому водителю.
Различные модели генераторов в легковых авто различаются по мощности и могут выдавать ток от 80А до 150А (в зависимости от модели) при напряжении 14 В при 2500-3000 об/мин двигателя. Но при холостых оборотах двигателя или близких к ним, генератор выдает всего 40-50 % своей мощности. Это означает, что при передвижении в пробках или с небольшой скоростью (к примеру, поездки по городу в зимних условиях), электрооборудование автомобиля запитано большей частью от аккумулятора, а не от генератора. Если не подзаряжать аккумулятор дополнительно (стационарным зарядным устройством, либо режимом движения, при котором АКБ заряжается) — он разрядится.
Чтобы разряженный в ноль аккумулятор в дороге не стал неприятной неожиданностью, необходимо учитывать следующие факторы: емкость аккумулятора, мощность генератора, количество используемого одновременно электрооборудования в автомобиле.
В таблице приведены примерные потребляемые токи различного электрооборудования в авто:
Потребитель электроэнергии Ток нагрузки, А
Кондиционер 5 — 15
Звуковой сигнал 10 — 25
Вентилятор кондиционера 5 — 40
Обогрев переднего стекла 12 — 20
Обогрев зеркал заднего вида 3 — 5
Ближний свет 9 — 20
Задние противотуманные фонари 5-15
Круиз — контроль (ACC) 5
Регулятор наклона фар 5
Топливный насос дизеля / бензина 5 — 25
Система обогрева сидения 15 — 40
Обогрев заднего стекла 12 — 20
Печка 14 — 30
Габариты 4 — 7
Дальний свет 10 — 20
Акустика, усилитель 3 — 50
Передние противотуманные фары 7-20
Важно! У разряженной батареи характеристики не будут соответствовать заявленным производителем. Также сильные разряды (больше, чем на 50%) навсегда ухудшают общие параметры АКБ.
Какого бы бренда аккумуляторную батарею вы бы не использовали в своем авто, законы физики и химии действуют одинаково. Игнорируя их, можно разрядить в ноль и испортить любой даже самый лучший аккумулятор.
Беcшумное зло: экологичность электромобилей – это миф
В 2012 году электрический автомобиль Tesla Model S произвел фурор на мировом рынке, сравнимый эффектом айфона в 2007. Основатель компании Илон Маск в лучших религиозных традициях Джобса рассказывал о революции в сфере транспорта, спасении планеты от парниковых газов и вообще почти уже прорубленном окне в светлое «экологичное» будущее.
В настоящее время популярность электромобилей растет. Их реклама основывается на постоянном утверждении высокой степени экологичности: электромобиль не выбрасывает в воздух никаких веществ и не загрязняют окружающую среду, а энергия для зарядных станций берется из солнечных батарей.
На самом ли деле электромобили, в совокупности с процессом их производства, эксплуатации и утилизации, не наносят вреда окружающей среде?
Ключевое конструктивное отличие электромобилей от традиционных автомашин с бензиновыми, дизельными или газовыми моторами — это электрический тип двигателя, работающего на энергии от подзаряжаемых аккумуляторных батарей. Несмотря на то что электромобили могут потреблять энергию, в том числе от солнечных панелей или топливных элементов, их конструкции в любом случае включают такие батареи. Как заверяют современные производители электромобилей, главным преимуществом таких машин является высокая экологичность, поскольку отсутствуют выхлопы, не используются нефтепродукты, антифризы, масла — как моторные, так и трансмиссионные. Несомненно, с таким доводом можно было бы согласиться, поскольку, на первый взгляд, очевидным плюсом автомобилей на электрической тяге является отсутствие выбросов в городской воздух во время текущей эксплуатации. В то же время, по мнению ученых, степень экологической безопасности автомобиля стоит определять не только лишь по последствиям его работы, но и по ряду других факторов. Учитывать следует весь жизненный цикл электромобилей — от этапа производства до утилизации, в том числе процессы пополнения энергией и обслуживания машин, подсказывают специалисты Калифорнийского университета (The University of California, США).
Рассмотрим главный козырь автоконцернов, занимающихся выпуском электромобилей — заявление об отсутствии выхлопов. Выбросы парниковых газов и ядовитых соединений в воздух при переходе на электротранспорт на самом деле нисколько не уменьшаются, хотя на самом деле загрязняют воздух уже не машины на электрической тяге, а тепловые электростанции, которые производят энергию для зарядки автомобильных аккумуляторов для них. Хотя КПД электростанций выше, чем аналогичный показатель двигателей внутреннего сгорания, всё же КПД силовой установки электромобилей также далёк от 100% с учётом невысокой эффективности аккумуляторов, потерь на преобразовании энергии для зарядки батарей и обеспечения работы машин. То есть выбросы имеют место, просто меняется их источник — вместо выхлопных труб автомобилей дополнительный объём загрязнений воздуха исходит из труб электростанций.
В настоящее время основными источниками электроэнергии во всём мире являются именно тепловые станции, 40% от объёмов выработки приходится на генерирующие объекты, работающие на угле и торфе, ещё 22% — на газе и 5% — на фракциях нефти. В расчёте на единицу получаемой энергии степень экологической опасности ТЭС гораздо большая, чем от работы бензиновых и дизельных двигателей, поскольку к минимизации загрязнённости выхлопов современных машин во всём мире выдвигаются жёсткие требования. Что же попадает в воздух над тепловыми станциями? — Помимо углекислого газа, это зола, ангидриды, оксид азота, соли натрия, соединения ванадия, мышьяк и диоксины. Кроме того, угольные станции в совокупности потребляют колоссальное количество воды, сопоставимое с объёмом, который за аналогичный временной промежуток удовлетворил бы потребности пяти миллиардов человек. В международном энергетическом агентстве полагают, что в силу увеличения мощностей ТЭС показатель водопользования станций вырастет вдвое уже к 2035 году.
Специалисты научно-технического университета Норвегии сделали безапелляционный вывод — внедрение электромобильного транспорта в тех регионах, обеспечение энергией которых осуществляется на станциях путём сжигания угля, нефти или лингита, с экологической точки зрения попросту бессмысленно.
Для того же, чтобы обеспечить экологичность электрических машин в разрезе минимизации загрязнения воздуха, их нужно перевести на зарядку энергией, генерируемой «чистыми» электростанциями — объектами альтернативной энергетики или АЭС. Если внедрение станций, работающих на возобновляемых источниках (за исключением ГЭС), в мире пока осуществляется пока в недостаточной мере, то в случае с атомными станциями ситуация складывается лишь немногим лучше. Доля выработки АЭС не превышает 10%. Кроме того, АЭС стремительно утрачивают популярность и закрываются под давлением природоохранных организаций и во исполнение госпрограмм, принятых в разных странах мира после катастроф в Чернобыле и Фукусиме. Исходя из сложившейся ситуации, переход на «чистую» энергетику вряд ли возможен в ближайшем будущем, и такое положение дел приводит к присвоению производству электромобилей статуса бесперспективного направления в аспекте улучшения экологии.
Результаты исследований не в пользу электромобилей
Первой страной в мире, которая на собственном опыте сумела убедиться в том, что экологичность электромобилей — это миф, стал Китай. Доля использования машин на электрической тяге в КНР самая высокая в мире. В некоторых городах количество электромобилей больше, чем стандартных машин, к примеру, в Шанхае на инновационный транспорт пересели, в том числе сотрудники полиции и других государственных служб. Напомним, к 2018 году в Китае анонсировали запуск 800 тыс. «заправок» — зарядных станций для электротранспорта. Наряду с дороговизной нефти, одной из причин тотального перехода китайцев на электромобили является то, что эта страна лидирует в мире по объёмам добычи лития — материала, из которого производятся аккумуляторы для таких машин, а также серьёзные загрязнения воздуха в городах вследствие автомобильных выхлопов. Тем не менее, освоение электротранспорта не спасло китайское государство от экологических проблем. Смог невиданных масштабов накрывает Пекин и другие крупные города, хотя доля использования электромобилей в мегаполисах страны достаточно высока. Китайские специалисты, проанализировавшие данную проблему, провели расчёты и пришли к определённым выводам. Дело в том, что 85% электроэнергии в КНР производятся на тепловых электростанциях, использующих преимущественно уголь. С переходом на электромобили потребление электричества, вырабатываемого на станциях, загрязняющих воздух, только растёт.
Учёные установили, что на каждый выработанный киловатт-час энергии для электромобилей в воздух выбрасывается до 274 граммов углекислого газа. Для сравнения, на киловатт-час энергии, вырабатываемой при сжигании бензина в двигателях внутреннего сгорания, углекислотный выброс не превышает 180 граммов.
Китайские исследователи не остановились на этом и продолжили изучение работы электромобилей. Выяснилось, что при сжигании угля, необходимого для выработки энергии, достаточной для движения электромобиля на расстояние длиной в километр в атмосферу выбрасывается больше загрязняющих веществ, чем от работы двигателя внутреннего сгорания при сжигании эквивалентного количества бензина в обычной машине. Подчёркивается, что объём выбросов, связанный с энергообеспечением легкового электромобиля, сопоставим с количеством выхлопов автобуса с дизельным двигателем.
Серьёзные исследовательские работы были проведены в Гонконге. Оказалось, что экологичность электромобилей существенно отличается в зависимости от производителя машины. Специалисты сравнили работу ряда моделей электромашин, число которых в регионе превышает четыре тысячи единиц. Выяснилось, что для пробега 150 тыс. километров популярнейшего электромобиля Tesla Model S потребовалось на 20% больше энергии, чем для модели BMW AG320i. Соответственно, различаются и объёмы выбросов.
Изучают проблему экологичности электротранспорта и на Западе. Специалисты Всеобщего немецкого автомобильного клуба (Allgemeiner Deutscher Automobil-Club) отмечают, что компактный Smart на электрической тяге на километр пути потребляет энергию, в процессе генерации которой в воздух выбрасывается 107 граммов углекислого газа, что на 21 грамм больше, чем содержится в выхлопах Smart с бензиновым двигателем.
Неутешительными стали выводы и сотрудников Университета штата Северная Каролина (North Carolina State University at Raleigh), констатировавших большую степень загрязнённости воздуха в тех американских регионах, где доля использования электрокаров выше, в сравнении со штатами, в которых используется преимущественно традиционный автотранспорт.
Американские эксперты пояснили, что повышение уровня потребления электроэнергии, связанное с необходимостью зарядки электрокаров, приводит к большей интенсивности работы электростанций. Кроме наращивания выбросов, дополнительное энергопотребление сказывается и на стабильности сетей — случаются перегрузки на «последней миле», увеличиваются риски аварий систем.
По большому счёту, разговоры о степени большего или меньшего вреда от выхлопов обычных автомобилей или же от выбросов электростанций, обеспечивающих зарядку машин на электрической тяге, не имеют большого значения для экологии в целом. Автомобильный фактор, вне зависимости от типа машины, имеет лишь небольшой удельный вес в процессе загрязнения воздуха.
Мировая промышленность, энергетика и вся инфраструктура человеческой цивилизации — это лишь 25% от количества таких выбросов, остальные объёмы формируются исключительно естественными причинами, в числе которых лесные пожары, извержения вулканов, пылевые бури, испарение солевых частиц океанов, дыхание и другие процессы жизнедеятельности животного и растительного мира.
Если же оценивать вред от автомобильных выхлопов в разрезе других последствий человеческой деятельности, то для среднего города доля таких загрязнений не превышает 20%. Для сравнения, в России только от бытовых источников, в том числе газовых плит и других приборов в городской воздух выбрасывается 21% от совокупных загрязнений угарным газом.
Гораздо большая экологическая опасность электромобилей кроется вовсе не в выбросах энергогенерации, а в последствиях процессов производства и использования мощных аккумуляторов. Так, представители упомянутого Норвежского университета наук и технологий занялись изучением производственных процессов, связанных с выпуском электромобилей и высчитали, что предприятия данной отрасли выбрасывают в окружающую среду гораздо большее количество токсических отходов, чем обычные автомобильные заводы. Выяснилось, что при производстве машин на электротяге в атмосферу также выходит в два раза больше парниковых газов, что, как оказалось, связано с повышенным энергопотреблением ввиду технологических причин. По расчётам исследователей, только на производство одного электромобиля расходуется энергия, эквивалентная сжиганию 10 тыс. литров бензина, а такой объём достаточен для поездок обычной машины среднего класса на весь период её эксплуатации. Основная доля энергозатрат и токсических выбросов приходится на выпуск аккумуляторов. Даже на этапе производства электромобилей риски экологических последствий в районах размещения заводов, таких, как кислотные дожди и сокращение биоресурсов, гораздо выше, чем для обычных автостроительных предприятий, отмечают учёные.
Мощные аккумуляторы для электромобилей достаточно тяжелы — их вес достигает 400 килограммов. При этом большая часть состава батарей — высокотоксичные компоненты, в том числе литий, опасные соединения никеля, меди и алюминия, кобальта. Такие яды гораздо опаснее, чем выхлопные газы. Ввиду ограниченного срока службы аккумуляторов — до пяти лет — острой становится проблема их утилизации. Данная процедура сложна и трудоёмка, крайне дорога, то есть угроза нарушений технологии утилизации на фоне масштабного производства электромобилей неизбежна. Даже при соблюдении норм колоссальные объёмы работ при утилизации чреваты рисками загрязнения окружающей среды. Переработка аккумуляторов — это и очень энергозатратный процесс. Для извлечения металлов из батарей требуется почти в десять раз больше энергии, чем при их производстве, что закономерно вызовет наращивание объёмов выбросов на ТЭС.
Опасность от использования аккумуляторов проявилась и с другой, неожиданной стороны, о чём предупредили сотрудники Эдинбургского университета (University of Edinburgh). Их исследование связано с жалобами владельцев электромобилей на то, что им приходится чаще менять автопокрышки по сравнению с обычными машинами. Эксперты выяснили, что причиной быстрого износа покрышек является больший вес электромобилей — в среднем на 24% по сравнению с бензиновыми «собратьями». Электрокар Tesla Model S весит 2,1 тонны (сопоставимая по классу BMW 7-Series с ДВС — 1,7 тонны), электромобиль Nissan Leaf — 1,5 тонны, а схожий по классу бензиновый Volkswagen Golf — 1,2 тонны. Причиной такого резкого расхождения в весе оказалась большая масса аккумуляторов электромобилей.
Учёные продолжили исследование, пытаясь выяснить, к чему приводит наращивание веса машины и оказалось, что оно увеличивает объём выброса в воздух твёрдых частиц при движении автомобиля. Инициативу экспертов подхватил Университет Хертфордшира (University of Hertfordshire), научная группа не ограничилась теоретическими расчётами, а провела фактические замеры. В автомобильном тоннеле были установлены детекторы твёрдых частиц. После анализа полученных данных стало ясно, что в среднем на данном участке трассы одна обычная автомашина выбрасывает примерно 50 микрограммов таких частиц, при этом всего треть от этого объёма приходилась на выхлопы двигателя внутреннего сгорания. Был изучен качественный состав выбросов. Большая доля оказалась частичками битума от дорожного покрытия, пылью с деталей тормозной системы и отслоившейся резиной с автопокрышек. По итогам расчётов учёные пришли к выводу о том, что показатель выброса твёрдых частиц при движении электромобилей выше, чем у стандартных машин, а именно вследствие истирания дорожного покрытия — на 10%, износа тормозов — на 2% и шин — на 1,5%. Исследователи акцентируют внимание на том, что твёрдые частицы представляют собой большую угрозу, чем те, которую несут выхлопные газы двигателя. Последние становятся опасными только при значительном накоплении в атмосфере и действуют в совокупности с другими загрязнениями воздуха, то есть имеют достаточно отдалённый во времени эффект. Твёрдые же частицы немедленно поглощаются человеком при дыхании и приводят к ухудшению работы сердечно-сосудистой системы, создают предпосылки для астматических заболеваний. Таким образом, если верить расчётам учёных, электромобили из-за увеличенного веса вследствие внушительной массы аккумуляторов в большей степени угрожают здоровью человека и загрязняют воздух чужеродными элементами, чем бензиновые автомобили.
В силу дороговизны и несовершенства технических характеристик электромобилей единственным их преимуществом перед обычными машинами является отсутствие загрязняющих выхлопов. Очевидно, что если явных экологических преимуществ электромоторов перед двигателями внутреннего сгорания не окажется, а уж тем более в случае, если достоверно выяснится, что электромобили наносят больший вред природе, то они наверняка сдадут завоёванные позиции и полностью утратят шанс вытеснить бензиновые автомашины в будущем.
Автор: Владимир Подольский
Генеральный директор
