Автомобили Tesla в некоторых странах уже становятся мейнстримом и полноценным конкурентом машин на ДВС. Но более консервативные виды транспорта не так быстро отвечают на экологическую «повестку», и для этого есть свои причины. В этом посте мы порассуждаем о переходе воздушного и водного транспорта на электродвигатели, взвесим основные за и против, приведем примеры заметных проектов и сделаем выводы.
Преимущества водного и воздушного электротранспорта
Идея авиатранспорта на электродвигателях уже не нова, но в последнее десятилетие эта отрасль стала развиваться активнее. Сегодня воздушный транспорт выбрасывает около 3 % углекислого газа в мире, но учитывая «зелёные» тенденции в автомобильной и других отраслях, к 2050 году эта доля может возрасти до 50 %.
Сокращение углеродного следа — важная, но не единственная причина обратить внимание на электрический авиатранспорт. По сравнению с традиционным реактивным он намного экономичней по цене топлива.
В одномоторном легком самолете DHC-2 Beaver поршневой радиальный двигатель PZL-3S мощностью 600 л.с. был заменен на электродвигатель magniX мощностью 750 л.с. В результате стоимость часа полета снизилась в десятки раз — с 300–450$ до 12$. К этой оценке стоит относиться с некоторым скептицизмом, поскольку она приведена на сайте производителя пропеллеров для электроверсии. Хотя вряд ли бы он стал говорить о такой экономии на пустом месте.
Eviation Alice, электрический самолет, рассчитанный на девятерых пассажиров и двух членов экипажа, обойдется примерно в $200 за час перелета, что в пять раз меньше аналогичного самолета на реактивном двигателе. Более дешевая эксплуатация связана и с тем, что электросамолеты имеют гораздо меньше подвижных частей и в целом устроены проще, чем аналоги. Это также делает их сравнительно более надежными. Для компаний, развивающих воздушный электротранспорт, именно эти факторы становятся решающими.
Наконец, электрический авиатранспорт гораздо тише традиционного. Это позволяет активней использовать такой транспорт в зонах, чувствительных к шумовому загрязнению — рядом с городами и природоохранными объектами.
Водный электротранспорт появился гораздо раньше воздушного. Первую лодку на электромагнитной тяге еще в 1839 году физик-изобретатель Борис Якоби продемонстрировал Николаю I на реке Неве. Судно длиной чуть более 7 метров было способно перевозить 14 пассажиров на скорости около 5 км/ч.
С развитием двигателей внутреннего сгорания электрические суда отошли на второй план, но в конце прошлого века этот рынок ожил. Связано это было также с «чистой» энергетикой, которая нашла отличный сценарий применения именно в лодочном транспорте. Для его зарядки можно конвертировать энергию солнца и ветра; на воде с этим обычно проще. Обеспечить нужную инфраструктуру для зарядки от сети также несложно, учитывая, что речной транспорт часто используется для круговых маршрутов — из точки А в точку А.
Электрический морской транспорт не выбрасывает выхлопы в воду. Поэтому его можно использовать в зонах, где традиционное судоходство запрещено из-за рисков для хрупкой экосистемы — мы, кстати, уже рассказывали об этом в несколько другом ракурсе.
Разместить аккумуляторы при проектировании лодки гораздо проще, чем обычные двигатели. Можно даже предусмотреть проект так, чтобы батареи помогали лодке балансировать на воде. Так же гибко можно использовать и солнечные панели.
Как и в истории с воздушными судами, электрической водный транспорт выигрывает в простоте и удобстве обслуживания. Заменить компоненты здесь гораздо проще, чем систему с дизельным двигателем, баками и множеством подвижных частей.
Водный электротранспорт по умолчанию не нуждается в трансмиссии и прочих механизмах, передающих мощность двигателя на пропеллеры. Это дает больше свободы в проектировании лодок и открывает дорогу удачным конструкторским решениям.
Еще одно преимущество, которое не стоит недооценивать — отсутствие шума. Салоны самолетов достаточно изолированы от рева турбин, но для водного транспорта это обычно непозволительная роскошь (если мы не говорим о дорогих яхтах, где в приоритет ставится максимальный комфорт). Часто на палубе приходится надрывать голос, чтобы тебя услышали не расстоянии нескольких метров. Электротранспорт решает эту проблему. Наконец, у электролодок вращающий момент сводится к нулю, что делает их более маневренными.
Требования регуляторов и цикл аккумуляторов
Первый пункт особенно важен, когда речь заходит об авиатранспорте. Впервые в мире электрический самолет был сертифицирован Европейским агентством авиационной безопасности в 2020 году — им стал Pipistrel Velis Electro, двухместный транспорт, предназначенный для обучения пилотов. Калиброванная воздушная скорость Pipistrel достигает 38 узлов — чуть больше 70 км/ч. Аккумулятора хватает на 50 минут.
Требования к электрическим самолетам активно прорабатываются и закрепляются в официальных документах..В первую очередь, здесь прорабатываются ограничения по максимальному сроку эксплуатации. Цифры могут разниться в зависимости от типов батарей, но в среднем их жизненный цикл рассчитан на 3000 перезарядок. В пересчете на среднее время полета это около 3000 часов.
После этого батареи больше не используются в самолетах, хотя остаются вполне работоспособными. Их можно использовать в менее интенсивных сценариях — например, в школьных автобусах или морском транспорте. Последний особенно распространен в отдаленных местах, где есть проблемы с электросетями — и это открывает новые перспективы для бытового использования. Один и тот же универсальный аккумулятор проживает сразу несколько жизней: сначала в самолете, потом, возможно, в школьном автобусе, а затем в моторной лодке где-нибудь в глухой деревне, обеспечивая по вечерам светом целый дом (с помощью энергии, накопленной за день солнечными батареями лодки).
Перспективы воздушного электротранспорта
Ранее мы упоминали в основном привычные самолеты, модернизированные под электродвигатели. Но уважаемые аналитики компании McKinsey предсказывают, что к 2030 году города заполнятся тысячами так называемых eVTOL (electric vertical takeoff and landing aircraft — электрическое воздушное судно вертикального взлета и посадки).
Аналитики предполагают, что этот транспорт бесшовно встроится в нынешние агрегаторы такси и станет частью повседневной жизни. По опросам McKinsey, 15–20 % людей уже готовы пересесть на летающие такси со своих привычных видов транспорта. Эта доля легко вырастет — и благодаря преимуществам воздушных такси, и благодаря усилиям маркетологов.
Пока воздушные такси остаются темой будущего, авиализинговые компании проявляют интерес к более привычным форм-факторам. Недавно Heart Aerospace получила заказ на 40 самолетов ES-30 — гибридной модели, способной преодолевать с 30 пассажирами 200 км на электрическом или 400 км на смешанном ходу. На данный момент производитель получил заказы в сумме уже на 250 таких самолетов.
В начале поста мы рассказывали о модели Eviation Alice — к ней проявляет интерес лизинговая компания MONTE. Они готовы закупить 40 суден, и создать для них необходимую инфраструктуру в регионах, где к таким самолетам есть интерес. Пока очень рано говорить о глобальном распространении электрического авиатранспорта, но интерес авиализинговых компаний — это показатель того, что такие модели вполне способны найти свою нишу.
Крупнейшие авиапроизводители, такие как Airbus, пока интересуются в основном гибридными моделями. Уменьшение выбросов углекислого газа в результате их применения компания оценивает скромно: всего в 5 % для самолетов и до 10 % — для вертолетов.
Почему же не начать создавать полностью электрические модели? Конечно, Airbus — слишком крупная компания, чтобы решаться на такие эксперименты сразу. Кроме того, в недавнем материале о перспективах гибридного авиатранспорта они отметили существенный недостаток существующих литий-ионных батарей — низкую плотность энергии, в 50 раз меньше, чему у керосина.
Эксперты Airbus без особого оптимизма наблюдают за развитием литий-ионных батарей, но с энтузиазмом относятся к развитию твердотельных аккумуляторов, риск перегрева которых гораздо ниже. Тем не менее до 2030 года в компании не рассчитывают увидеть батареи такого типа, пригодные для авиации. И воздушный, и тем более морской электротранспорт пристально следит здесь за рынком электрокаров, который является передовым в этой сфере.
Перспективы водного электротранспорта
Как мы описывали выше, у водного транспорта менее жесткие требования к электрическим моделям; к тому же он предлагает сценарии, где преимущества такого транспорта могут лучше раскрыться. Так что этот рынок продолжит расти — на 12,9 % в год, по мнению аналитиков Future Market Insights. Важными факторами роста станет ужесточение экологических требований и общий рост доходов, что увеличит спрос на рекреационный водный транспорт.
Сдерживающие факторы здесь — это высокая стоимость электродвигателей и низкая емкость литий-ионных батарей. Сценарии использования водного транспорта обычно более продолжительны по сравнению с воздушным: вы вряд ли отправитесь с лодками на рыбалку меньше, чем на целый день. И хотя у направления есть неплохие перспективы для роста, по состоянию на 2021 год оно занимало всего 2% всего рынка водного транспорта в Северной Америке. В России такие проекты тоже пока не распространены, но в Москве, Нижнем Новгороде, Перми и Красноярске на базе электросудов в этом году планируют запустить маршруты общественного транспорта.
Общие проблемы
Развитие электрического воздушного и водного транспорта сопряжено с одними и теми же проблемами, хотя последний в этом плане более гибок. Текущие литий-ионные решения предоставляют недостаточную плотность энергии и едва ли подходят для применения в крупном транспорте, в том числе из-за температурных ограничений. Расширенный цикл использования одних и тех же батарей вряд ли будет распространен, пока аккумуляторы не будут стандартизированы, а совместимые виды транспорта не получат массового распространения. Здесь электрические такси вертикального взлета хоть и выглядят перспективно, но потребуют разработки целого раздела права для регулирования. Этот совсем небыстрый процесс.
Комментарии (27)
Kudriavyi
03.08.2023 09:32+1Про снижение стоимости летного часа в самолете на батарейках пишут люди которые видели самолет только на картинке. На самом деле бензин в самолете составляет менее половины стоимости летного часа. А еще никто не пишет про массовую эффективность самолета на батарейках, а это важная коммерческая характеристика. Авиация отрасль настолько ориентированная на надежность, что они плевали на экологию с высокой колокольни, и никакими выбросами СО2 их не напугать. Поршневые самолеты до сих пор летают на этилированном бензине (с тетраэтилсвинцом), который еще в 50-х запретили для применения в автомобильном транспорте и является очень токсичным соединением
de-Bill
03.08.2023 09:32+2Вторая "менее половины стоимости" составляет обслуживание двигателя сертифицированными специалистами.
Kudriavyi
03.08.2023 09:32Электромотор и его обвязку, системы управления и приборы так же надо обслуживать. Так же выставят нормы моточасов обслуживания. Самолёт не машина. При отказе двигателя водитель не может нажать тормоза и остановиться. "Кукурузник планирует" тоже слышал много раз, но знаю случай, когда отказ двигателя Ан-2 обернулся попаданием в ЛЭП, пожаром и смертью
Rsa97
03.08.2023 09:32Eviation Alice, электрический самолет, рассчитанный на девятерых пассажиров и двух членов экипажа, обойдется примерно в $200 за час перелета, что в пять раз меньше аналогичного самолета на реактивном двигателе.
Но, при этом, скорость у него в полтора-два раза ниже, чем у турбореактивного самолёта того же класса (260 узлов против 450 узлов), а дальность полёта ниже в 10 раз (450 км против 4500 км).
salnicoff
03.08.2023 09:32+1Водный электротранспорт по умолчанию не нуждается в трансмиссии и прочих механизмах, передающих мощность двигателя на пропеллеры. Это дает больше свободы в проектировании лодок и открывает дорогу удачным конструкторским решениям.
Сразу видно, что писала типичная офисная фифа, которая смотрит в окно на небоскребы «Москвы-сити» и попутно — на плаврестораны внизу. На судах — хоть электрических, хоть дизельных, хоть паровых — нет трансмиссии. Гребной вал наглухо прикручен к коленвалу дизеля или валу гребного электромотора. Надо идти — дизель заводят, надо встать — глушат. (Исключения — небольшие суда с выскооборотными дизелями, ну или если поставлнены особые условия эксплуатации.)
Разместить аккумуляторы при проектировании лодки гораздо проще, чем обычные двигатели.
Конструкторы подводных лодок сейчас рвут на себе волосы (и не только на голове): они мучались, мучались, пытались найти лишний кубометр, чтобы экипаж туда посадить, или торпеду, а оно, оказывается, все зря. Надо же было не «обычные двигатели» ставить, а «аккумуляторы»!
Часто на палубе приходится надрывать голос, чтобы тебя услышали не расстоянии нескольких метров
Сами-то хоть раз на судне были или опять Рабинович напел?
В общем, «Сбер», не надо вам заниматься технологиями. Я не хочу жить в измененном вами мире. Занимайтесь лучше очередями из старушек, и почаще пишите на стенах слово «Сбербанк», чтобы эти старушки там в очереди собирались.
RusikR2D2
03.08.2023 09:32+1А задних ход на судах как дают? Вряд ли заводят дизель в обратном направлении (хотя 2Т моторы позволяют сделать такое).. У меня на подвесном лодочном моторе есть и редуктор и коробка передач с нейтралью (вперед, нейтраль, назад).. А насчет шумности - думаю речь идет о маломерных судах с подвесными моторами - там действительно ничего не слышно на полном ходу. Хоть мотор 40л.с, хоть 140л.с. Кстати, советские небольшие речные суда тоже не очень-то тихие - в салоне еще норм, но вот на корме разговаривать уже можно только на повышенных тонах.
Rsa97
03.08.2023 09:32+2А задних ход на судах как дают? Вряд ли заводят дизель в обратном направлении
Вы таки удивитесь, но основной вариант как раз реверс дизеля. Для этого на газораспределительном механизме есть два комплекта кулачков, свой для каждого направления. Дизель останавливается, ГРМ переключается на второй набор, дизель запускается в обратную сторону. И такой режим есть как для 4Т, так и для 2Т дизелей. На реверс отводится 15 секунд.
Бывают варианты с реверсивной муфтой или с изменением шага винта.salnicoff
03.08.2023 09:32Бывают варианты с реверсивной муфтой
Бывают, но их сильно не любят. Ибо лишние детали.
с изменением шага винта
Это либо на совсем маленьких, либо на буксирах. ВРШ тоже не любят — опять же, из-за лишних деталей.
А так еще азиподы бывают всякие.
salnicoff
03.08.2023 09:32Глушат, меняют впускной и выпускной коллекторы (клапан стоит специальный), сдвигают распредвал вдоль оси (на распредвалу кулачков в два раза больше клапанов, и каждый второй кулачок повернут относительно первого), дальше дуют воздухом — и дизель крутится в другом направлении. Это если четырехтактный. У двухтактных — аналогично с поправкой на цикл работы. Турбины наддува изолированы от коленвала и распредвала и всегда крутятся в одну сторону.
salnicoff
03.08.2023 09:32+1У меня на подвесном лодочном моторе есть и редуктор и коробка передач с нейтралью (вперед, нейтраль, назад).
Он еще и бензиновый поди? :-)
На первых лодочных моторах этого не было. У них была вертикальная цилиндрическая «нога», если был нужен задний ход, мотор просто поворачивали на 180 °. :-)
А насчет шумности - думаю речь идет о маломерных судах с подвесными моторами - там действительно ничего не слышно на полном ходу
У подвесника 5000 оборотов и больше, воздушное охлаждение и два такта на бензине. Дизелей больше, чем на 500, не найдете, а чаще всего на полном ходу — от 200 до 300. Ну и процесс сгорания топлива в дизеле более плавный, чем в бензиновом, в котором оно не горит, а взрывается от искры.
Кстати, советские небольшие речные суда тоже не очень-то тихие - в салоне еще норм, но вот на корме разговаривать уже можно только на повышенных тонах.
Потому что на них стоит 3Д6 — это дефорсированая половинка дизеля танка Т-34, который, в свою очередь, даже не танковый дизель, а авиационный, скопированный у немцев. Конструкции примерно 100 лет, а 100 лет назад от шумности самолетов как-то не задумывались. :-)
All999
03.08.2023 09:32+1Не знаю за катера, но В2 от тридцатьчетвёрки изначально проектировался Чаромским, как авиадизель. Тяжелее бензинового, зато жрёт меньше, мотор + соляр получалось легче, чем мотор + бензин, для ТБ7 (Пе8) самое оно. К сожалению, масла он жрал многовато. Потом Кошкин удачно подвернулся со своей негорючей тидцатьчетвёркой. Из каких-то мемуаров, "немецкие танки горели весело и ярко, 34 чадно и нехотя". Моё тяжёлое детство, костры под окнами (и сопутствующая ругань): солярку распалить - это надо постараться...
Довелось помогать в ремонте В-2, на манёвровом тепловозике: два верхних распредвала, четыре клапана на цилиндр. DOHS, 4-VALVE. Не на каждой иномарке такое есть. 1932 год:)))
salnicoff
03.08.2023 09:32+1К сожалению, масла он жрал многовато.
Не то, что многовато, а слишком много. И солярки тоже. Другие высокооборотные дизеля, которые ставили на катера и С.П.К., были все-таки более экономичными. Сравнивать с современными импортными не буду, дабы не расстраиваться. Для своего времени — да, хороший был. Но уже после Второй Мировой был устаревшим, но советская промышленность ничего другого предложить не могла. Бонусом была неубиваемость этих дизелей и полное отсутствие каких-либо требований к солярке — жрал все подряд. Потому, собственно, и попал в судостроение, и продержался до нашего времени.
shadrap
03.08.2023 09:32+1Да, с солнечными батареями на крыше это как правило "чешуя", которая только добавляет вес и портит ходовые батареи. Мой старый знакомый, норвег , еще до пандемии похвастался , что их островная коммуна получила первый в мире электрический паром из карбона. https://www.youtube.com/watch?v=GeuNrCtJnDU или более детально но на норвежском: https://www.youtube.com/watch?v=RSB_Ndf_94M
До этого у них пыхтел лет 50-60 дизельный. Я перемещался только на дизельном , но местные говорят что электрический "как гость из другого мира" , хотя дизелек поставили в док, как запасной. ))
Это конечно удивительно , на острове живут 20-25 семей от силы , у них даже бензоколонка из 50-х годов с банкой для денег (заправил топлива, положи денег в банку сколько положено), живут так называемой коммуной. И вот эта коммуна в 2015 году запланировала и заказала разработку электрического парома...., который они в 19-м получили....
GiperBober
03.08.2023 09:32Статья так сформулирована, как будто единственный вариант низкоуглеродного самолёта - это батарейка+электродвигатель. Вариантов-то много. Топливные элементы+водород+электродвигатель. Аммиак/метан из водорода + турбодвигатели. Биотопливо+обычные турбины. Можно добавить ещё солнечные панели на обшивку, большую часть времени самолёты летают выше облачности. Грузовые авиаперевозки могут очень существенно изменить беспилотные дирижабли.
Kudriavyi
03.08.2023 09:32+1Вы не понимаете, это другое.
Еще туполев делал на водород Ту-155 летающую лабораторию, но вопрос хранения водорода не решён до сих пор.
Не стоит забывать, что при сгорании биотоплива так же выделяется Смертельная углекислота.
Про дирижабли можно забыть. Это все дёшево, пока не узнаешь сколько стоит гелий и сколько его надо. А безопасно до первой грозы, которая этот дирижабль усосет в дальние дали
taras_82
03.08.2023 09:32+2Литиевые батареи видимо достигли предела по плотности запасаемой энергии.
Пока не будет разработана технология, позволяющая на порядки увеличить ёмкость аккумуляторов, все разговоры про зелёную энергию и электросамолеты - это просто сказки маркетологов.
javalin
03.08.2023 09:32Не знаю как с самолетами, но вот в быту я бы не стал зеленую энергетику хоронить вот так сразу.. К примеру сейчас есть попытки превратить бетон в большой ионистор(суперконденсатор). Если получится сделать это безопасно, то домашняя зеленая энергетика заиграет новыми красками.
Arastas
03.08.2023 09:32Про электросамолеты еще может быть, но энергетика себя и сегодня неплохо чувствует.
vrangel
03.08.2023 09:32>Калиброванная воздушная скорость Pipistrel достигает 38 узлов
Нет, этот самолет так медленно летать не может.
All999
03.08.2023 09:32https://naked-science.ru/article/nakedscience/coal-trouble оказывается, солнце ночью не светит, днём бывает пасмурно, а для ветряков бывает штиль...
All999
В каком месте у бензолодки "плохой крутящий момент", который надо сводить к нулю?
У тепловоза очень мощный дизель, тыщщи лошадей, но он весьма тихий, не шумнее камаза. Что, если на люксовые "яхты" ставить дизеля с тепловозов? И перекрикивать не придётся))
"Яхта" - это под парусом, оно бесшумно и сверхэкологично.
Когда-то давно в советском журнале попадалось про сухогруз с грузовой стрелой, типа сам себе подъёмный кран, на нём в море парус поднимали и так до трети солярки экономили, хоть она тогда и дёшево стоила. Сейчас солярка дорогая, что, если развить тему?
Авто, если что, перестанет ехать, а если столб дорогу перебежит, то пассажиры об подушки ударятся и на ремнях повиснут. Классический самолёт, если что, может спланировать, ну хоть в кукурузу; вертолёт может сесть на авторотации. Квадрик-игрушка упадёт - и плевать, он недорогой. А такси-квадрокоптер? Он может в авторотацию? Что будет, если за рулём этой штуки будет {лавров}, и таких будет много?
Tinkz
"У тепловоза очень мощный дизель, тыщщи лошадей, но он весьма тихий, не шумнее камаза." - что за тепловоз такой, заглушенный?
javalin
У тепловоза очень шумный двигатель. Не знаю откуда информация о том, что он тихий.. Внутри тепловоза и перекричать двигатель вполне проблематично.
Парус требует скила довольно сильного, а солнечные батареи поставил на крыше, и все, даже без аккумулятора будет экономить.
Хочется использовать ветер, ну поставить еще ветряк.. //ирония
За рулем же ездят.. кмк, людей за рулем любого транспорта надо потихоньку вытеснять.. Это будет сильно безопаснее. Особенно если транспорт начнет общаться между собой и серверами, для управления трафиком в больших городах..
All999
Ну, не знаю, на вокзале тепловоз почти бесшумный, понимаю, на холостом, но всё равно ну очень тихо для такой мощщи. На переезде, когда он прёт на мощности - тоже негромко, имхо сравнимо с камазом, а разница в мощности на порядок.
За рулём-то ездят, так руль, если что, медленный, с нулевой вертикальной координатой и без вертикальной компоненты скорости, в отличие от штурвала.
Если относиться к парусу, как к удаче, а не к обязательному способу, то в некоторых случаях попутный ветер поможет, ну а встречный... ну и ладно, зато в прошлый раз сэкономили)
javalin
А Вы на каком расстоянии от двигателя были? ) И внутри или снаружи тепловоза? Это довольно важно, в оценке громкости, в контексте статьи.
All999
Снаружи, рядышком. Ждал поезда, сначала проехал паровоз, не очень громко. На электровозе вентиляторы имхо, пошумнее будут. И на переезде, на велосипеде пережидал поезд, объехавши всю очередь.
Что там внутри, не очень интересно, я так подозреваю и в роллс-ройсе микрофон под капотом зафиксирует изрядный шум, но оно от наружи звукоизолировано. Для vip-лоханки тоже можно стекловаты напхать, и кронштейны от подводной лодки приспособить.
salnicoff
Было, и парашюты растягивали, не только на балкерах, но даже и на траулерах. Там проблема возникает: ветер дует не туда, куда надо. Если не туда, куда надо (с точностью до пары градусов), то надо идти в лавировку (зигзагом). Для чисто парусных судов это не проблема — они всю жизнь так ходили и иначе не умеют, а гибриды «дизель+парус» начинают расходовать больше топлива, потому что расстояние увеличивается. Хотели сэкономить, но все сэкономленное ушло на лишние мили «зигзагов». Другой вариант — ставить всякие роторы с хитрыми эффектами или простые ветряные мельницы. Но это тоже не взлетело, конструкция слишком небезопасной получается по сравнению с обычными парусами.