Экология и экономика электромобилей, часть 2: риски
Гибридный автомобиль Semper Vivus Фердинанда Порше
В первой части статьи мы заключили, что по эффективности использования углеводородного топлива электромобили уступают классическим автомобилям с ДВС. Тем не менее, множество людей во всем мире убеждено, что за электромобилями - будущее. Но чем же это будущее лучше, кроме пресловутых электрических понтов и лукавой, не соответствующей реальной экологической действительности характеристики Zero Emission (Z.E.)?
Для начала заметим, что на автомобильном рынке представлены две основные категории электромобилей:
Классические электромобили, единственным источником энергии которых является запасенное в аккумуляторах электричество. Эти автомобили в наибольшей степени соответствуют декларируемому экологами принципу Zero Emission, поскольку при отсутствии ДВС они в принципе не могут производить вредные выбросы. Но существует другая экологическая характеристика - интегральные вредные выбросы, которые не регулируются европейским автомобильным законодательством и происходят на вырабатывающих электроэнергию электростанциях, а также в местах складирования отработанного твердого и ядерного топлива.
Гибридные электромобили, снабженные дополнительным ДВС. Их еще называют "подключаемыми гибридами" (PHEV - Plug-in hybrid electric vehicle) за их способность заправляться бензином или заряжаться от электросети, а также плагин-гибридными автомобилями. Собственно, Plug-in гибрид - это и есть техника, которая сочетает свойства электромобиля и автомобиля с ДВС - ее можно использовать и так, и эдак. Для получения статуса Plug-in важно, чтобы машина могла проехать значимое расстояние (скажем, 30-60 км) исключительно на электротяге - тогда она получит право считаться электромобилем, соответствующие налоговые преференции и доступ в экологические чистые зоны городов.
Являются ли гибридные электромобили экологически чистыми?
Паспортные вредные выбросы гибридных электромобилей PHEV считаются по циклу WLTP, который предполагает движение в основном на электротяге и при полностью заряженной в начале цикла аккумуляторной батарее. Именно поэтому паспортные выбросы гибридных автомобилей в несколько раз, иногда - в десятки раз меньше, чем выбросы бензиновых автомобилей.
Гибридный электромобиль BMW i3 eDrive
Однако, реальная экологическая чистота гибридов РНЕV зависит от того, насколько добросовестно хозяин заряжает их электричеством. Если он по каким-то причинам это не делает, а вместо этого всегда заправляет свое авто бензином, то вредные выбросы вырастают до обычного "бензинового" уровня. Именно поэтому мотор-генераторная установка гибридного электромобиля BMW i3 eDrive снабжена бензобаком объемом всего... 9 литров. Т.е. если у вас кончилось электричество, то можете доехать на резервной канистре бензина до зарядки - но не дальше.
Хорошо, что подобные искусственные ограничения являются исключением из правил! Обычно гибридные электромобили снабжены возможностью полноценного выбора предпочтительного режима движения - на бензине или на электротяге. Это важное преимущество, которое позволяет оптимизировать расходы в зависимости от соотношения стоимости топлива и электроэнергии. При экономически обоснованных ценах дальние поездки за городом выгоднее проводить на бензине, а в городских пробках дешевле двигаться на электротяге. При этом, поскольку 80% мировой электроэнергии вырабатывается из углеводородного и ядерного топлива - то интегральные вредные выбросы и тепловое загрязнение окружающей среды будут соотноситься с вашими расходами на зарядку электромобиля.
В итоге экологическое правило использования гибридного электромобиля выглядит так: вы экономите свои деньги - и ваш электромобиль снижает свою нагрузку на природу.
Какие электромобили являются энергетически выгодными?
Существенно то, что гибридный электромобиль более экономичен, чем обычный электромобиль. При типовом пробеге 500 км ему не надо возить в себе полутонную аккумуляторную батарею - она у него в несколько раз легче, чем у классического "дальнобойного" электромобиля. И за счет меньшего веса гибридный электромобиль расходует пропорционально меньше энергии. Но если сравнить сравнить Plug-in гибрид с бензиновым Mild гибридом, то последний может оказаться еще легче за счет веса своей электрической части - менее мощного электромотора и менее емкой аккумуляторной батареи. Впрочем, из Plug-in гибрида тоже можно кое-что выкинуть, чтобы частично скомпенсировать вес электрооборудования - об этом дальше.
Стратегия минимизации рисков
Для автопроизводителя основной риск производства электромобиля заключается в стоимости "китайских батареек" - литиевых аккумуляторов 18650. Их требуется очень много, потому что в любой электромобиль их загружают не десятками или сотнями штук, а по весу - центнерами! Поэтому электромобили оказываются дорогими и неконкурентоспособными по сравнению с автомобилями. Гибридные электромобили рассматриваются производителями, как временный способ снизить затраты на приобретение компонент аккумуляторной батареи. Надо только дождаться, когда китайские батарейки подешевеют - тогда гибриды будут больше не нужны и мы всех осчастливим дешевыми электромобилями! Понц Пандикутира, президент по планированию продуктов Nissan в Европе в 2020 году думал, что это произойдет уже через 2-4 года. Но время идет, батарейки для электромобилей совершенствуются... и все еще остаются слишком дорогими.
Но для нас, автовладельцев есть еще один риск, кроме высоких первоначальных расходов на покупку электромобиля. Когда автопроизводители осчастливят всех дешевой электрической техникой, электроэнергия станет дефицитной и цены на нее пойдут вверх (собственно, уже идут, даже не дожидаясь наступления всеобщего счастья). Поэтому движение в светлое экологически чистое будущее получается, как на такси - чем дальше, тем дороже.
Автопроизводителям наши экономические риски безразличны. Их бизнес - предоставить нам конкурентоспособную по цене технику, а наше дело - минимизировать расходы на ее эксплуатацию. И если вы обоснованно опасаетесь попасть со своим будущим электромобилем на тариф - то выбирайте гибридный электромобиль!
Выбираем гибридный электромобиль
Как утверждают в компании Porsche, первый в мире серийный гибридный электромобиль - Semper Vivis ("вечно живой") был построен Фердинандом Порше в 1901 году. Транспорт весом 1.2 тонны имел электромотор мощностью 5 л.с. Он мог приводиться в действие как от аккумуляторов, так от двух бензиновых моторов с 2.5-сильными генераторами. Пробег составлял, по разным данным, от 40 до 200 км. Ретромобиль был воссоздан по сохранившемуся эскизу и рисунку и показан в экспозиции Porsche на Женевском автосалоне 2011 года.
Семиместный минивэн Geely Jiaji
Да, гибридная техника так же стара, как и сам автомобиль! Что касается новейших современных автомобилей, то многие из них можно приобрести как в традиционном бензиновом, так и в гибридном варианте, причем сразу двух категорий - Mild и Plug-in. Интересно, что особенно много предложений такого рода имеется в Китае, где электрификация транспорта идет полным ходом. Так, известный производитель Geely предлагает целую линейку моделей, построенных на однотипной силовой установке - 177-сильном турбомоторе "от Volvo" и гибридной составляющей, которая в варианте Mild доводит мощность установки до 190 л.с., а в варианте Plug-in - до 258 л.с. Который в новом Geely Jiaji L 2022 года стал еще мощнее.
Нас интересует именно вариант Plug-in, поскольку его применение в качестве электромобиля позволяет экономить на ценах на бензин, а использование в качестве бензинового автомобиля - экономить на ценах на электроэнергию. В зависимости от того, что дешевле. Но если мы попробуем приобрести подключаемый гибрид на нашем, а не на китайском первичном рынке, то нас ожидает разочарование. Дилеры предлагали Porsche Cayenne E-Hybrid или Range Rover PHEV, в лучшем случае - что-нибудь от Volvo.
В 2023 году на наш автомобильный рынок вышли новые гибридные кроссоверы Chery: старший Tiggo 8 Pro Plug-in Hybrid и средний Tiggo 7 Pro Plug-in Hybrid. С ценой от 4 млн. рублей и передним приводом эти автомобили явно не относится к числу популярных моделей. Сэкономить на этой технике вряд ли получится... И на вторичном рынке предложений по электромобилям не сказать, что особенно много. Поэтому посмотрим на то, как сейчас обстоят дела в Европе.
Может ли гибридный электромобиль быть экономически выгодным?
Оптимальная стратегия использования Plug-in гибрида может состоять в зарядке ночью в гараже по льготному тарифу, который выгоднее бензинового, затем движение на электротяге, пока не закончится батарея с последующим переходом на бензин. Заряжаться на ЭЗС может быть 1) негде, 2) невыгодно и 3) слишком долго по сравнению с временем заливки бака.
Многие европейские владельцы гибридных авто надеются таким образом отбить затраты на покупку гибридной техники, хотя это проблематично - даже в Европе гибридная техника пока еще слишком дорогая, несмотря на ее большее разнообразие. Тем не менее при недолгих поездках удается ощутимо сэкономить ресурс бензинового мотора, что существенно - особенно в связи появившейся у производителей модой на даунсайзинговые турбоагрегаты, которые ощутимо изнашиваются уже спустя сотню тыс. км пробега. Электромоторы гибридных авто куда более долговечны - на них вполне можно пройти тот самый миллион километров, которым славятся "Мерседесы" W124.
Применение гибридных электромобилей станет выгоднее, когда производители снизят мощность их бензиновых агрегатов - "экстендеров пробега". При наличии мощного электромотора мощный бензиновый экстендер не особенно нужен, поэтому можно совершенно спокойно опускаться до 80 л.с. или даже ниже, снижая этим вес и стоимость гибридного электромобиля. Пока это не происходит исключительно из-за эгоизма производителей, которые стараются продать нам свою гибридную технику как можно дороже. Искусственно созданная проблема дороговизны гибридов обсуждается в нашей статье "Гибридные автомобили в поисках места на автомобильном рынке".
Но подвижки намечаются - чтобы увидеть их воочию, надо переместиться из Европы в Японию.
Японская гибридная революция
В свое время именно в Японии появился первый массовый гибридный автомобиль - Toyota Prius. А в 2010-x там произошла еще одна маленькая революция - гибридный автомобиль стал самым массовым на первичном автомобильном рынке! Это субкомпактвэн Nissan Note e-Power 2017 года, который сразу после своего появления оказался самым популярным в сегменте компактных автомобилей. Японское гибридное авто с паспортным расходом топлива всего 2.7 литра/100 км получило престижную экологическую награду за свой вклад в снижение выбросов CO2.
Гибриды Nissan Note e-Power и Serena e-Power
На заднем плане фото виден еще один автомобиль, выполненный в той же гибридной технологии - минивэн Nissan Serena e-Power. Оба этих автомобиля продаются также и в традиционном бензиновом варианте, но их гибридные версии e-Power оказались более популярными, чем бензиновые.
Что же расположило сердца японских покупателей к Nissan Note e-Power? Мощность мотора? Нет, всего 79 л.c. Навороченность? Скорее наоборот, простота. Бензомотор через стартер-генератор вырабатывает электроэнергию, которая приводит в действие 109-сильный электромотор на передней оси. Обыкновенная электромеханическая трансмиссия, про которую мы еще первой части статьи знали, что у нее не самый высокий КПД. Но зато нет ни сцепления, ни коробки передач, вместо которых под капот поместили стартер-генератор и электромотор.
"Я гляжу ей вслед, ничего в ней нет...". Надо сказать, что электромотор (он получает часть требуемой энергии от аккумулятора) обеспечивает машинке прямо-таки ураганную динамику - 7.5 секунд/100 км! Все таки 254 Нм крутящего момента на 1.2 тонны сухой массы (привет, Semper Vivus!). Есть и полноприводная версия микровэна с дополнительным 5-сильным моторчиком на задней оси, что тоже очень нравится покупателям. Цена? Невысокая, на 20% ниже, чем у Toyota Prius, потому что конструкция проще. В пересчете на наши деньги того периода Nissan Note e-Power стоил от 43 тыс. беларуских или 1 млн 270 тыс. российских рублей.
Схема гибридной силовой установки Nissan e-Power
Отличия своего автошедевра XXI века от остальных гибридных автомобилей создатели объясняют на наглядной схеме. Надо сказать, что Nissan Note e-Power пока даже не является Plug-in гибридом - это обыкновенный Mild гибрид. Но c Plug-in гибридами его роднит мощная электрическая часть. И поэтому схема e-Power легко расширяется до Plug-in путем увеличения емкости аккумуляторной батареи - что, несомненно, предстоит в будущем. Интересно, что место для увеличения емкости батареи предусмотрено в самой конструкции автомобиля Nissan Note. Ее, недолго думая, заложили в багажное отделение вместо запаски, где она занимает часть ее места. Но можно занять аккумуляторами и все доступное место.
Можно ли повторить японскую гибридную революцию в Европе?
Вдохновленные свалившимся на них невероятным успехом, руководители компании Nissan решили перевести на e-Power кроссоверы Nissan Qashqai и Nissan Juke, а также организовать европейские продажи Nissan Note e-Drive. Этот автомобиль легко и с запасом выполняет все европейские экологические нормы на много лет вперед! Подробнее о европейских планах Nissan можно прочитать в нашем вчерашнем материале - "Nissan готовит дешевые гибридные автомобили для Европы".
Единственное, что смущает - это то, что европейцы очень любят жечь бензин и покрышки - гонять по своим автобанам на скорости 130 км/час. В то время как в самой Японии ездят на экономически обоснованной скорости 80-100 км/час. А в Европе - гоняют. Такая вот экологически вредная привычка в регионе всеобщей борьбы за экологию... На высокой скорости аккумуляторная батарея Nissan Note e-Power высаживается в ноль и 80-сильный бензиновый мотор выходит в неэкономичный предельный режим. "На этих скоростях вы в конечном итоге разряжаете батарею очень быстро, поэтому расширитель диапазона [мотор] должен очень усердно работать, чтобы поддерживать энергию, а затем он выходит за пределы диапазона эффективности" - говорит Понц Пандикутира. Для ублажения европейских торопыг надо ставить более мощный бензомотор... более емкую батарею... прямую передачу крутящего момента через механическую трансмиссию - в общем, делать сложный и дорогой традиционный гибрид.
Друзья борцы за экологию... тут надо выбирать - либо природу беречь, либо на скорости гонять. Меняйте свои привычки, а иначе все ваши суперэлектромобили - это орудия бездарного экологического вредительства. Берите пример с японцев, которые не торопятся.
Миру не нужны мощные электромобили - ему нужны экономичные электромобили. Конструкторские идеи Nissan очень интересны, потому что они работают именно в этом направлении. На европейском авторынке появляются и другие бюджетные решения, основная цель которых будет состоять в удешевлении подключаемых гибридов и обеспечении их экономической конкурентоспособности. И тогда Европа покажет нам пример гибридной экономии - а также порадует более чистым воздухом в центрах европейских городов.
Тем не менее, глобальные экологические цели не будет достигнуты, пока 80% всей вырабатываемой в мире электроэнергии получается из невозобновляемых и экологически грязных источников энергии - углеводородного и ядерного топлива. Поэтому обратим внимание на остальные 20% выработки, которые приходятся на природную энергию - биотопливо, воду, ветер и солнце. Именно использование природной энергии позволяет получить от электромобилей экологическую отдачу в глобальном масштабе. Об этом - в заключительной третьей части статьи.
