Диссертация (781805), страница 7
Текст из файла (страница 7)
Эти электромобили имеютсреднюю эмиссию окиси углерода 120г/км, и уже значительно уступаюттрадиционным автомобилям с эмиссией окиси углерода 100 г/км и ниже.Средние значения КПД, эффективность производства дизельноготоплива из нефти и средние эмиссии окиси углерода у дизелей меньше, чем уаналогичныхбензиновыхавтомобилей.Сопоставлениедизельныхавтомобилей по полному жизненному циклу показывает их некотороепреимущество по сравнению с бензиновыми автомобилями.
Очевидно, чтопо полному жизненному циклу дизельные автомобили имеют преимуществонад современными электромобилями.Электромобили с трудом нашли бы своё место на коммерческихрынках мира, если бы не специально принятые в некоторых странах меры,стимулирующие развитие автомобилей с низкой или нулевой эмиссией окисиуглерода. Например, около десятка стран-членов ЕС ввели специальныестимулы для покупки электромобилей. Такие меры в основном состоят изснижения налогов и применения льгот, а также премиальных выплат дляпокупателей электромобилей. Например, во Франции покупка электромобилястимулируется правительством страны с помощью, так называемого40экологического бонуса, который в 2013 году составлял 7 000 евро, а на 2014и 2015 годы составил 6 300 евро [12].Значительные меры поддержки во многих странах применяются и длястимулирования продаж гибридных АТС.
Во Франции покупка каждогогибридного автомобиля, имеющего официальные данные по эмиссии окисиуглеродаменее60г/км,стимулируетсяправительствомстраныэкологическим бонусом в размере 4 000 евро. Покупка обычных гибридныхавтомобилей с выбросами окиси углероданиже 110 г/км стимулируетсябонусом, который в 2013 году составлял 2 000–4 000 евро, в 2014-м 1650–3300 евро, в 2015-м – 1000–2000 евро в зависимости от стоимостиавтомобиля [12].Хотя фискальные меры являются важным инструментом измененияпотребительскогоспросавсторонуэлектромобилейигибридныхавтомобилей, экологические результаты от таких налоговых стимулов могутотрицательно влиять на развитие промышленности и технологий, создаваянесправедливую конкуренцию.
Например, многочисленные индустриальныесоюзы ЕС настоятельно призывают правительства стран ЕС применятьгармонизированный подход для схем налогообложения автомобилей,который бы являлся нейтральным в отношении применяемых технологий,например на основе эмиссии окиси углерода в полном процессе well-towheel [13].Для отечественного рынка рост динамики продаж электромобилейбудет ограничиваться не только их высокой ценой и отсутствиемстимулирующих мер, но и особенностями климата России, существенноснижающим эксплуатационные характеристики электромобилей и тяговыхбатарей.
Дополнительно отсутствие инфраструктуры для сервиса и зарядкиэлектромобилей, утилизации батарей, а также низкойэнергетическойэффективностью при генерации и транспортировке электроэнергии в РФ,делают электромобили неконкурентоспособными по анализу полногожизненного цикла по сравнению с традиционными автомобилями с ДВС.
Это41целиком относится и к гибридным автомобилям, которые не только не имеютпреимуществ перед бензиновыми и дизельными автомобилями в полномжизненном цикле с учётом анализа экологического баланса процессовпроизводства и транспортировки топлив, но даже уступают им.Транспортныйсекторявляетсякрупнейшимпотребителемнефтепродуктов с долей более 60 % от всего мирового потребления нефти.Количество автотранспортных средств во всём мире стремительно растёт иуже превышает 1 миллиард единиц.
В то время, как многие другие секторыпромышленности оказались в состоянии стабилизировать или сократитьэмиссию окиси углеродаи других парниковых газов, применяя новыетехнологии, методы и процессы, выбросы углекислого газа, связанные странспортными перевозками, увеличились как в относительном (доля всуммарных антропогенных выбросах), так и в абсолютном выражении, давнопревысив уровень трех миллиардов тонн в год. Одним из актуальных иперспективных направлений являетсядиверсификация применяемых натранспорте видов топлива.
Наиболее интересные решения по снижениюрасхода топлива и эмиссии окиси углерода находятся в сфере примененияальтернативных видов топлива, увеличения количества автомобилей,работающих на природном газе, дизеле, метане, этаноле.Сравнительная оценка альтернативных видов автомобилей и топлив пометодикам жизненного цикла (life-cycle assessment, LCA) с учётом WTWанализа показывает, что общие показатели эмиссии окиси углерода дляэлектромобилей при WTW-анализе для действующих систем генерации итранспортировки электроэнергии превышают аналогичные значения длябензиновых и дизельных автомобилей. Ведь производство электроэнергииприводит к образованию огромного количества отходов и эмиссии вредныхвеществ и парниковых газов. Это относится и к так называемымподзаряжаемым гибридам.СнижениепоказателейэмиссииCO2приWTW-анализеэлектромобилей и подзаряжаемых гибридов и повышение их энергетической42эффективности возможно в будущем за счёт производства электроэнергии спомощьювозобновляемыхветряных,приливных,экологическиеиисточниковгеотермальныхэнергетическиеэнергии(солнечныхэлектростанций).показателибатарей,Покажеэлектротранспортанеобеспечивают заявленных показателей снижения эмиссии окиси углерода.Поэтому развитие этого видареальнымиэффективнымтранспорта не может бытьстратегическимнаправлениямотнесено кразвитияавтотранспорта в ближайшее десятилетие.Что касается гибридной системы силового агрегата автомобиля(комбинация двигателя внутреннего сгорания с электрической машиной)является снижение расхода топлива.
Как свидетельствует статистика,потребление горючего снижается в среднем на 20-25%. При этом все базовыехарактеристики гибридного автомобиля остаются на уровне, характерном длямашин с традиционным ДВС.Второе достоинство гибридного автомобиля заключается в егоэкологической чистоте. Последняя достигается благодаря рациональномурасходу углеродного топлива (снижение или полная остановка егопотребления на определенных участках движения), в результате чегопагубные выбросы в атмосферу в значительной степени уменьшаются.К неоспоримым достоинствам гибрида можно без колебаний отнести иего превосходные ходовые характеристики, которые ни в коей мере неуступают, а в отдельных случаях даже превосходят оные обычных машин сдвигателем внутреннего сгорания. Подобный эффект стал возможенблагодаря рациональному накоплению и перераспределению мощностей,вырабатываемых двумя силовыми агрегатами (ДВС и электрическоймашины).Несмотря на все свои достоинства, гибридный автомобиль имеет и ряднедостатков.Во-первых, при идентичных характеристиках гибридный автомобиль,как правило, дороже автомобиля традиционной конструкции.
Большая43стоимость, определяется повышенной сложностью гибридной системысилового агрегата.Во-вторых, сложность конструкции и ее высокая стоимость, в своюочередь, определяют высокую стоимость технического обслуживаниягибридных автомобилей, их ремонта. Более того, не везде такого рода услугимогут быть оказаны в принципе, ибо они требуют наличие специалистов.В-третьих, это проблемы, связанные с аккумуляторными батареями,которые имеют высокие токи саморазряда. Более того, они требуютспециализированной утилизации, которая не всегда доступна.1.2.Основныехарактеристикиаккумуляторныхбатарейэлектромобилей и гибридных АТСВ современных электромобилях и гибридных АТС наиболее широкоеприменение нашли никель-кадмиевые (NiCd) и литий-ионные (Li-ion)аккумуляторные батареи (АБ).Никель-кадмиевые АБ имеют следующие преимущества:- возможность быстрого заряда, как в процессе работы, так и последлительного хранения аккумулятора;- более 1000 циклов заряд-разряд при правильной эксплуатации АБ;-стабильностьнапряженияпривысокихразрядныхтокахивозможность эксплуатации при низких температурах;- длительные сроки хранения при любой степени заряженности;- стабильность номинальной емкости при отрицательных температурах;- относительно низкая стоимость.Недостатками никель-кадмиевых АБ являются:- наличие эффекта памяти, связанного с образованием крупныхкристаллов,значительноснижающихциклических глубоких разрядов;ихемкостьприотсутствии44периодическое-проведениетехническогообслуживанияпоустранению эффекта памяти;- токсичность применяемых материалов, что существенно усложняетих утилизацию;- относительно высокие токи саморазряда.На рис.
1 приведены усредненные зависимости разрядной емкости оттока разряда для никель – кадмиевых аккумуляторных батарей приразличных температурах окружающей среды. Эти зависимости полученыавтором по результатам испытаний батарей, применяемых на гибридныхлегковыхавтомобиляхсэлектромеханическимипреобразователями,имеющими мощность от 50 до 90 кВт, наиболее часто использующимися всовременных электромобилях и гибридных АТС [11, 12]. Полученныехарактеристики необходимы в дальнейшем при моделировании работы АБ вэксплуатации.Разряднаяемкостьаккумуляторапредставляетсобойколичество электричества, которое аккумуляторная батарея отдает вбортовую сеть при разряде, сопровождаемом снижением напряжения довеличины 12В. Температура электролита оказывает большое влияние наразрядную емкость аккумулятора.
С понижением температуры емкостьпонижается и наоборот.Рис. 1 Усредненные зависимости разрядной емкости от тока разрядадля никель – кадмиевых АБ.45Литий-ионныеАБявляютсянаиболееперспективнымидляиспользования в электромобилях. Технология производства литий-ионныхаккумуляторов постоянно совершенствуется, улучшаются характеристики,уменьшается стоимость производства аккумуляторов.
Так что, возможно,литий-ионные аккумуляторы могут стать основным источником питанияэлектромобилей в самом ближайшем будущем. В настоящее время литийионные аккумуляторные батареи используются, в основном, для питанияпортативной техники.Литий-ионные АБ имеют следующие преимущества:- максимальные удельные энергетические показатели по сравнению совсеми тяговыми АБ, используемыми в электромобилях;- большее напряжение питания на элементе по сравнению с никелькадмиевыми АБ;- небольшое время заряда (время заряда АБ от степени заряженности40% до степени заряженности 90% составляет 30-40 минут в зависимости отноминальной емкости, а это существенно меньше времени заряда другихтипов тяговых АБ);- высокий ресурс (более 1000 циклов разряд – заряд);- низкий саморазряд (не более 5% в месяц);-отсутствиенеобходимостипредварительнойпереработкиприутилизации.Однако литий – ионные АБ имеют следующие недостатки:- опасность взрыва при механическом повреждении или перезаряде АБ;-быстрое старение АБ (большинство АБ резко снижают своихарактеристики после пяти лет эксплуатации);- высокая стоимость.На рис.
2 и 3 приведены емкостные характеристики литий – ионныхаккумуляторных батарей при различных токах и температурах окружающейсреды,полученныеавторомпорезультатамиспытанийбатарей,применяемых на гибридных легковых автомобилях с наиболее часто46используемыми электромеханическими преобразователями мощностью от 80до 110 кВт. Эта информация получена по результатам анализа автомобилейфирм Тойота, Форд, Опель и БМВ [13].
Полученные характеристикинеобходимы в дальнейшем для моделирования работы электромеханическогокомплекса в эксплуатации.Рис.2. Разрядные характеристики литий-ионной аккумуляторнойбатареи при различных токахРис.3. Разрядные характеристики литий-ионной аккумуляторнойбатареи при различной температуре47Примоделированииработыэлектротехническогокомплексаэлектромобиля и гибридного АТС необходима реальная емкость АБ с учетомэлектрическойнагрузки. Далее приведена методика расчета реальнойемкости АБ с учетом электрической нагрузки.Номинальная емкость, указываемая производителями АБ, это ток,отдаваемый АБ в течение определенного времени. Если значение этоговремени не указано отдельно, то оно обычно равно 20 часам. Если вмаркировке аккумулятора указано, что его емкость равна 100А*ч, то этоозначает, что он может питать нагрузку током 5А в течение 20 часов [14].Однако, чем больше нагрузка на АБ, тем меньше процент отдаваемойемкости.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
