Какие аккумуляторы стоят в электробусах москвы

Электробусная реальность: батареям 30 лет, а электробусы выезжают на улицы только сейчас. Разбираемся почему

Последние годы газеты по всему миру все чаще выходят с заголовками о том, что очередной город начал переход на электрические автобусы. Причем тренд характерен не только для столиц, но и провинциальных городов.

На сегодняшний день больше всего — 99% всех электробусов — сосредоточено в Китае. В городе Шэньчжэнь уже заменен весь дизельный автопарк. Другие страны тоже стараются не отставать. Москве потребовалось всего два года, чтобы запустить 500 электробусов с быстрой подзарядкой.

Увеличивают количество электробусов и другие города Европы: Лондон, Париж, Берлин. В белорусском Гродно применяются in motion charging busses(автобусы с возможностью подзарядки во время движения), которые позволили связать маршруты на разных концах города.

Похоже, мы дождались момента начала массовой декарбонизации наземного транспорта. Возникает логический вопрос: почему массовое производство электробусов стало возможно только сейчас?

Сердце любого электрического транспорта – это аккумулятор. Используемые в электробусах батареи, являются вариантами литий-ионных аккумуляторов. Их история началась около 30 лет назад. Первоначально этот тип батарей получил распространение в сфере IT-гаджетов: такими батареями стали оснащать ноутбуки и телефоны.

Развитие рынка гаджетов способствовало совершенствованию литий-ионных аккумуляторов и переходу производства в промышленные масштабы.

Химические соединения, используемые в батареях, становились безопаснее, а стоимость производства ниже. Эти факторы позволили перейти к применению литий-ионных батарей в электрическом транспорте, в том числе в электробусах. С этого момента началась электрическая гонка и стремительное развитие индустрии.

На первый взгляд может показаться, что заменить дизельные автобусы электробусами несложно. На самом же деле батареи электробусов должны отвечать ряду критериев: безопасность, экологичность, легкость, эффективность и экономичность. Идеальным решением являются литий-титанатные батареи.

На сегодняшний день, существует три типа электробусов: depot charging bus, opportunity charging bus, in motion charging bus. Литий-титанатные аккумуляторы подходят для второго и третьего типа электробусов. Этот тип батарей считается лучшим не просто так.

Во-первых, они безопасны во всех смыслах: как для экологии, так и с технической точки зрения. Во-вторых, они идеальны для городов с большими перепадами температуры и работают даже при сильных морозах. В-третьих, они экономически эффективны. Да, если смотреть на стоимость производства литий-титанатной батареи, то она окажется больше остальных.

Однако, срок службы такой батареи составляет около 15 лет, что в три раза больше, чем у батарей других типов. В итоге, в контексте жизненного цикла литий-титанатные батареи оказываются самыми дешевыми и экономически привлекательными. Кроме того, рост объёмов производства привел к тому, что за последние 10 лет средняя стоимость батарей данного типа снизилась примерно в 1,8-1,9 раз.

Еще одна привлекательная черта электробусов с литий-титанатными батареями – это возможность использования быстрой подзарядки. Такие электробусы могут подзаряжаться на конечных пунктах маршрута в течение всего нескольких минут и проезжать за день до 300-400 километров.

Это позволяет покрыть еще одну важную потребность общественного транспорта современных городов – непрерывные перевозки. Многие могут поспорить, что электробусы с ночной зарядкой подойдут для подобных целей лучше. Да, действительно, батареи таких автобусов будет возможно зарядить ночью, чтобы они смогли работать весь день.

При этом, размер и вес таких батарей должны быть значительны: 3-4 тонны против 1,5 тонн в электробусах с быстрой подзарядкой. А учитывая вес одного пассажира в 75 килограммов, получается минус 20-35 потенциальных пассажиров.

В условиях мегаполисов, где пассажировместимость общественного транспорта крайне важна, побеждают литий-титанатные батареи. Кроме того, за 15 лет использования электробуса с быстрой подзарядкой объемы утилизации батарей будут в 12 раз меньше, чем при использовании электробуса с ночной зарядкой.

Похоже, что на данный момент литий-ионные аккумуляторы являются лучшим типом батарей для электробусов. Ближайшие аналоги отстают по показателям эффективности и качества, а новые разработки, похоже, на принесут ничего нового в ближайшие годы.

Таким образом, благодаря технологическому развитию и массовому производству электробусы становятся символом перемен. Тренд по переходу на экологически чистый транспорт начинается именно с общественного транспорта. В некоторых городах парк наземного транспорта может быть переведен на электричество уже в течение 5-10 лет.

Точка окупаемости электробусов была найдена – не последнюю роль в этом сыграли литий-титанатные батареи. А это значит, что зеленую революцию не остановить, и ее первая «автобусная волна» уже здесь.

Какие аккумуляторы стоят в электробусах москвы

Электробусы и их батареи: что такое литий-титанат? (Part.1)

фото c сайта www.zr.ru

Друзья здравствуйте, всем здоровья, берегите себя, антисептики — наше ВСЁ!

Сегодня попробуем рассмотреть московские электробусы по мотивам статьи в журнале «За рулем» в части используемых литий-титанатных батарей (Li4Ti5O12 или LTO), их стоимости и перспектив эксплуатации, также попробуем разобраться, почему литий-титанат не подходит для промышленных решений в ИБП.

После нашей статьи «Li-Ion технологии: удельная стоимость снижается быстрее прогнозов» вызвал интерес литий-титанат как «не автомобильный» литий. На мой взгляд LTO как раз и является самым что ни на есть тяговыми батареями, которые совершенно не подходят для работы в качестве аккумуляторных батарей в ИБП и телекоме. Почему? Давайте разберемся под катом, структуру статьи условно разделим на три части:

Электробусная реальность: батареям 30 лет, а электробусы выезжают на улицы только сейчас. Разбираемся почему

Последние годы газеты по всему миру все чаще выходят с заголовками о том, что очередной город начал переход на электрические автобусы. Причем тренд характерен не только для столиц, но и провинциальных городов.

На сегодняшний день больше всего — 99% всех электробусов — сосредоточено в Китае. В городе Шэньчжэнь уже заменен весь дизельный автопарк. Другие страны тоже стараются не отставать. Москве потребовалось всего два года, чтобы запустить 500 электробусов с быстрой подзарядкой.

Увеличивают количество электробусов и другие города Европы: Лондон, Париж, Берлин. В белорусском Гродно применяются in motion charging busses(автобусы с возможностью подзарядки во время движения), которые позволили связать маршруты на разных концах города.

Похоже, мы дождались момента начала массовой декарбонизации наземного транспорта. Возникает логический вопрос: почему массовое производство электробусов стало возможно только сейчас?

Сердце любого электрического транспорта – это аккумулятор. Используемые в электробусах батареи, являются вариантами литий-ионных аккумуляторов. Их история началась около 30 лет назад. Первоначально этот тип батарей получил распространение в сфере IT-гаджетов: такими батареями стали оснащать ноутбуки и телефоны.

Развитие рынка гаджетов способствовало совершенствованию литий-ионных аккумуляторов и переходу производства в промышленные масштабы.

Химические соединения, используемые в батареях, становились безопаснее, а стоимость производства ниже. Эти факторы позволили перейти к применению литий-ионных батарей в электрическом транспорте, в том числе в электробусах. С этого момента началась электрическая гонка и стремительное развитие индустрии.

На первый взгляд может показаться, что заменить дизельные автобусы электробусами несложно. На самом же деле батареи электробусов должны отвечать ряду критериев: безопасность, экологичность, легкость, эффективность и экономичность. Идеальным решением являются литий-титанатные батареи.

На сегодняшний день, существует три типа электробусов: depot charging bus, opportunity charging bus, in motion charging bus. Литий-титанатные аккумуляторы подходят для второго и третьего типа электробусов. Этот тип батарей считается лучшим не просто так.

Во-первых, они безопасны во всех смыслах: как для экологии, так и с технической точки зрения. Во-вторых, они идеальны для городов с большими перепадами температуры и работают даже при сильных морозах. В-третьих, они экономически эффективны. Да, если смотреть на стоимость производства литий-титанатной батареи, то она окажется больше остальных.

Однако, срок службы такой батареи составляет около 15 лет, что в три раза больше, чем у батарей других типов. В итоге, в контексте жизненного цикла литий-титанатные батареи оказываются самыми дешевыми и экономически привлекательными. Кроме того, рост объёмов производства привел к тому, что за последние 10 лет средняя стоимость батарей данного типа снизилась примерно в 1,8-1,9 раз.

Еще одна привлекательная черта электробусов с литий-титанатными батареями – это возможность использования быстрой подзарядки. Такие электробусы могут подзаряжаться на конечных пунктах маршрута в течение всего нескольких минут и проезжать за день до 300-400 километров.

Это позволяет покрыть еще одну важную потребность общественного транспорта современных городов – непрерывные перевозки. Многие могут поспорить, что электробусы с ночной зарядкой подойдут для подобных целей лучше. Да, действительно, батареи таких автобусов будет возможно зарядить ночью, чтобы они смогли работать весь день.

При этом, размер и вес таких батарей должны быть значительны: 3-4 тонны против 1,5 тонн в электробусах с быстрой подзарядкой. А учитывая вес одного пассажира в 75 килограммов, получается минус 20-35 потенциальных пассажиров.

В условиях мегаполисов, где пассажировместимость общественного транспорта крайне важна, побеждают литий-титанатные батареи. Кроме того, за 15 лет использования электробуса с быстрой подзарядкой объемы утилизации батарей будут в 12 раз меньше, чем при использовании электробуса с ночной зарядкой.

Похоже, что на данный момент литий-ионные аккумуляторы являются лучшим типом батарей для электробусов. Ближайшие аналоги отстают по показателям эффективности и качества, а новые разработки, похоже, на принесут ничего нового в ближайшие годы.

Таким образом, благодаря технологическому развитию и массовому производству электробусы становятся символом перемен. Тренд по переходу на экологически чистый транспорт начинается именно с общественного транспорта. В некоторых городах парк наземного транспорта может быть переведен на электричество уже в течение 5-10 лет.

Точка окупаемости электробусов была найдена – не последнюю роль в этом сыграли литий-титанатные батареи. А это значит, что зеленую революцию не остановить, и ее первая «автобусная волна» уже здесь.

Московские электробусы: пять лет на линии

Сегодня поговорим про московские электробусы. Первые машины в городе поехали почти 5 лет назад — 1 сентября 2018 года по маршруту бывшего троллейбуса 73 «ВДНХ — 6 мкр. Бибирево». Подведем небольшие аналитические итоги к первому юбилею.

На сегодня в городе работают более 1000 машин двух производителей:

• ПАО «КамАЗ» — Камаз-6282
• ПАО «ГАЗ» — ЛиАЗ-6274

Машина Лиаз-6274 хорошо узнаваема большим скруглением фальшборта над крышей, закрывающим оборудование расположенное на крыше. Данный фальшборт имеет достаточно большой зазор из-за чего смотрится отдельным элементом и выделяет данные машины от машин своего конкурента.

КАМАЗ-6282 (выпуска 2018–2021) — машин первого поколения работающие в Москве с первого дня запуска данного типа общественного транспорт. Здесь фальшборт более вертикальный и лучше подогнан к корпусу машины. В настоящее время поставка подобных машин в Москву завершена, на смену им пришли новые машины КАМАЗ-6282 без дизельного отопителя и новым типом батарей.

КАМАЗ-6282 (выпускается с 2022 года), данная модель очень похожа на машины КАМАЗ-6282 1-го поколения, внешне отличается бОльшим маршрутным табло на лобовом стекле и другой системе адресного открытия дверей (кнопка переместилась с правой створки на левую и стала касательной, вместо нажимной в 1 поколении)

С машинами разобрались, теперь легко можем их отличить в городе, разберемся где же они обитают?

На сегодня в Москве 4 филиала эксплуатирующие электробусы, на днях должен открыться 5 филиал:

• Северо-восточный (2 площадки)
• Центральный (3 площадки)
• Восточный (1 площадка)
• Юго-Западный (1 площадка)
• Зеленоградкий (1 площадка, еще не открыта, ее разбирать не будем)

Приступим подробнее рассматривать каждый филиал

1) Филиал «Юго-Западный»

В данном филиале электробусная площадка расположена за пределами МКАД, на сегодня это самый новый электробусный парк «Красная Пахра», в данном филиале работают 34 электробуса, все марки КАМАЗ-6282. По данным сттс все имеющиеся машины находятся в рабочем состоянии. Бортовой номер данных машин начинается на «40» т е имеет вид «40****»

2) Филиал «Центральный»

В данном филиале 3 электробусные площадки, все они расположены на площадках бывших троллейбусных парков: 1 троллейбусный парк — площадка «Ленинградская», ФАТП — площадка «Д. Давыдова», 8 троллейбусный парк — площадка «Электролитная». В данном филиале работают 411 электробусов, все марки КАМАЗ-6282. По данным сттс в рабочем состоянии находятся 410 машин, 1 машина нерабочая. Бортовой номер данных машин начинается на «41» т е имеет вид «41****». Деления машин по площадкам пока не удается выяснить, поэтому рассматривать будем все 3 площадки как единый массив электробусов.

3) Филиал «Северо-Восточный»

В данном филиале 2 электробусные площадки, одна площадка расположен на площадке бывшего троллейбусного парка, вторая площадка появилась модернизации бывшего автобусного парка: 6 троллейбусный парк — площадка «Бочкова», 7 автобусный парк — площадка «Лихоборы». В данном филиале работают 482 электробуса, на площадке «Бочкова» работают электробусы марки ЛИАЗ-6274, на площадке «Лихоборы» — КАМАЗ-6282. По данным сттс в рабочем состоянии находятся 475 машин, 1 машина выведена из эксплуатации из-за пожара, 2 электробуса КАМАЗ-6282 — нерабочие, 5 электробусов ЛИАЗ-6274 — нерабочие. Бортовой номер данных машин начинается на «43» т е имеет вид «43****». Далее рассматривать этот филиал будет отдельно по каждой площадки.

4) Филиал «Восточный»

В данном филиале электробусная площадка расположена за пределами МКАДом, на землях бывшего троллейбусного отделения Новокосинского автобусно-троллейбусного парка (НАТП) , в данном филиале работают 128 электробуса, все марки КАМАЗ-6282. По данным сттс все имеющиеся машины находятся в рабочем состоянии. Бортовой номер данных машин начинается на «44» т е имеет вид «44****»

Итого

в Москве на сегодня работают 1055 электробусов, 8 из них числятся как нерабочие. По маркам деление: 250 электробусов ЛИАЗ-6274 и 805 — КАМАЗ 6282.

Разберемся подробнее с возрастом электробусов в каждом филиале.

Наиболее молодые электробусы собрались в «Красной Пахре», наиболее возрастные у «Северо-Восточного» филиала.

Посмотрим как приходили электробусы по годам:

Максимальный размер производства был у Камаза в 2021 году, у Лиаза в 2020. Поэтому доли этих модели в перевозках города так же меняются:

В заключении посмотрим динамику по количеству рабочих машин в городе по годам по каждому производителю и в целом по парку города:

Электробусы — «рабочие лошадки» или «столичные штучки»?

Вплоть до начала XXI века Москва могла похвастаться самой большой троллейбусной сетью в мире. Но с 2016 г. в городе шел процесс демонтажа троллейбусных линий, завершившийся в августе 2020 г. На смену троллейбусам пришли электробусы. Может ли этот московский опыт быть использован в регионах? Есть ли вообще альтернатива электробусам как транспорту будущего?

Троллейбусное движение в Москве было открыто в 1933 г. Тогда вопросы экологии еще не стояли так остро, как сейчас. Главными преимуществами троллейбусов были простота обслуживания и большая, по сравнению с автобусами того времени, вместимость. С 60-х по 80-е годы по Москве ходили не только пассажирские, но и грузовые троллейбусы. Именно в те годы троллейбусная сеть города интенсивно развивалась за счет появления новых жилых массивов.

Продолжалось развитие троллейбусного сообщения и в непростое время начала 90-х годов. Импортные автобусы большой вместимости стали городу не по карману, производство таких же отечественных еще не было развернуто, а вот троллейбусы-«гармошки» в России уже тогда умели делать. Целый ряд автобусных маршрутов тогда был заменен на троллейбусные.

Тем не менее массовая автомобилизация в 2000-х годах довела ситуацию с пробками в Москве до критического уровня. Одним из источников пробок были троллейбусы. В отличие от автобуса, троллейбус обладает очень ограниченной маневренностью. Прекращение подачи электропитания или обрыв контактной сети приводили к тому, что троллейбус вставал на дороге в самом неожиданном положении, мешавшем проезду автомобилей. Даже такое явление, как слетание токосъемников с контактной сети приводило к проблемам с движением минут на 15. Водитель троллейбуса должен отключить питание машины, дождаться, пока поток машин вокруг иссякнет, вручную опустить токосъемники, потом поднять их, вернуться в машину и включить ее питание.

Троллейбусной сети «Мосгортранса» больше нет, тем не менее существуют два места в городе, где на этом виде транспорта при желании еще можно покататься. В качестве памяти о важном когда-то виде транспорта в центре Москвы оставлен один действующий «музейный» троллейбусный маршрут протяженностью 3,6 км. Также сохранилась междугородная троллейбусная линия «Химки-Москва», принадлежащая транспортному предприятию г. Химки, она проходит через московский район Северное Тушино.

В 2009 г. на одну из самых оживленных московских магистралей — Ленинский проспект — вышло несколько экспериментальных троллейбусов, оснащенных суперконденсаторами. Заряд суперконденсаторов позволял троллейбусу при возникновении той или иной аварийной ситуации с энергоснабжением продолжить движение, проехав еще около 500 м до участка сети, где есть напряжение, либо до места, где можно поднять токосъемники, не мешая движению. А в случае, если электроснабжение пропало по всей линии, высадить пассажиров на ближайшей остановке и найти удобное место для парковки. В отличие от имевшихся тогда в наличии аккумуляторов, суперконденсаторы нормально работали даже на сильном морозе. Важно, что почти вся применявшаяся элементная база, включая сами суперконденсаторы, была отечественной.

Проект значительно опередил свое время, но к середине 2010-х годов был свернут из-за дороговизны, сложности обслуживания таких троллейбусов, а также изменения транспортной политики в Москве.

Переход к электробусам

Главная проблема при внедрении электробусов — возможность использования аккумуляторов большой емкости при российских морозах. С 2016 г. в Москве испытывались различные типы электробусов, отличавшиеся в том числе и типом используемых аккумуляторов. В итоге были выбраны литий-титанатные аккумуляторы, сохраняющие работоспособность до -30 °C. Другим важным преимуществом данного типа аккумуляторов является количество циклов заряда-разряда, достигающее 20 тыс., что в 5 раз выше, чем у обычных литий-ионных. Именно такие аккумуляторы используются на электробусах ЛиАЗ-6274 и КамАЗ-6282, выходящих на московские маршруты с 2018 г. Дальность автономного хода достигает 80 км.

Литий-титанатные аккумуляторы (по данным на середину 2020 г.) в России пока не выпускаются. В упоминавшихся моделях электробусов применяются аккумуляторы, произведенные китайским подразделением одной из американских компаний. К слову, это не единственный критически важный импортный компонент в отечественных электробусах. Двигатели в них тоже импортные — ZF AVE13 производства Германии.

Хотя литий-титанатные аккумуляторы и выдерживают мороз, но применение электрического отопления салона резко снизило бы автономность хода от одной зарядки.

Европейский опыт
Электробусы используются в системах общественного транспорта таких европейских городов, как Лондон, Берлин, Варшава и Милан. Более мягкий климат по сравнению с Москвой и более короткие маршруты позволяют использовать электробусы вместимостью до 120 человек, зачастую с отоплением только от аккумулятора, без дополнительного дизеля.
Электробусы в европейских городах внедряются как замена дизельным автобусам. Тем не менее эти проекты пока больше ориентированы на экологию и улучшение имиджа городов, чем на реальную окупаемость.

Поэтому для отопления в московских электробусах применяется специальный маломощный дизель, работающий в холодное время. Но если экологическая чистота выхлопа дизеля, приводящего обычный автобус в движение, жестко нормируется (для Москвы в настоящее время это EURO 5), то дизель, отапливающий салон автобуса, ни под какие экологические ограничения не попадает. К сожалению, никаких данных о выхлопах электробуса при включенном отоплении в открытой печати до сих пор не опубликовано.

Вместимость электробуса, пригодного для эксплуатации в московском климате, — всего 85 человек

Зима 2020/2021 г., первая после того, как Москва отказалась от троллейбусов, оказалась снежной и морозной. Тем не менее, на Ленинском проспекте — крупнейшей по протяженности городской магистрали, за которой вел наблюдение автор статьи, — остановок движения электробусов по техническим причинам даже в сильный мороз не отмечалось. Были отдельные сбои в других районах Москвы, которые, по утверждению департамента транспорта города, обусловлены неисправностями в зарядных станциях. Полной статистики о сбоях московских электробусов зимой в открытых источниках пока нет.

Но говорить о полной победе электробусов преждевременно просто потому, что троллейбусы в Москве были заменены большей частью не на электробусы, а… на автобусы. В 2014 г. по Москве ездило около 1600 троллейбусов. Обычный троллейбус вмещает в себя 125 человек, электробус одного из используемых сейчас типов — только 85. Адекватная замена по вместимости — 2400 электробусов. Но она станет возможна только в 2024 г., когда парк электробусов планируется довести до 2600 машин. Пока же, по состоянию на начало 2021 г., по городу «бегают» только 600 электробусов. Весь остальной пассажиропоток, обслуживавшийся троллейбусами, теперь перевозится дополнительно закупленными городом автобусами.

Сочлененный электробус в Берлине

Профит?

Ни для кого ни секрет, что при меньшей вместимости электробус стоит дороже троллейбуса. Цена троллейбуса отечественного производства, в зависимости от модели и комплектации, лежит в пределах 6-12 млн руб., цену отечественного электробуса можно оценить в пределах от 25 до 60 млн руб. Цена сверхбыстрой зарядной станции для электробуса составляет 10-15 млн руб. Для сравнения, замена 1 км троллейбусных проводов стоит около 0,5 млн руб. и проводится данное мероприятие раз в 15 лет. И это не говоря о том, что меньшая вместимость электробусов требует большего числа водителей. К экологичности электробусов в холодное время года, как отмечалось, есть некоторые вопросы.

Сторонники электробусов совершенно справедливо отмечают, что эти машины ходят более плавно и бесшумно. Однако при этом сравниваются морально устаревшие модели троллейбусов, колесившие по московским улицам, и новенькие электробусы с комплектующими от ведущих зарубежных фирм. Если в троллейбус поставить асинхронный двигатель, используемый в электробусе, то он будет так же плавно и бесшумно идти.

В проводах троллейбусной сети действительно есть потери электроэнергии, на что любят напирать сторонники электробусов. Тем не менее, согласно нормам, падение напряжения в контактной сети не должно превышать 15 %. Соответственно, если сеть поддерживается в хорошем состоянии, КПД троллейбуса как минимум не ниже, чем у электробуса. Но должна же давать какую-то выгоду новая технология?

Дело в том, что замена троллейбусов на электробусы в Москве действительно может приносить пользу городу, но не напрямую, а косвенно, используя некоторые особенности экономики, характерные только для российской столицы с ее дефицитом свободного пространства и большим туристическим потенциалом.

Начнем с того, что троллейбусная инфраструктура — парки, питающие подстанции и т. п. — занимает много места, а располагается она, как правило, почти в центре города. Отказ от троллейбуса позволяет использовать эти земли для других целей. В Москве взят курс на увеличение доходов от туризма. В связи с этим улицы города освобождаются от нагромождения проводов, в том числе и троллейбусных, портящих красивые виды. Гигантские автомобильные пробки, возникавшие в том числе из-за троллейбусов, наносили большой ущерб экономике и экологии (двигатель в холостом режиме выделяет больше выхлопных газов, чем в рабочем).

Но просто взять и отказаться от электротранспорта — удар по имиджу города.

Троллейбус с увеличенным АХ Solaris Trollino 12 проезжает улицу в Будапеште, не имеющую контактной сети

Значит, надо было поменять троллейбусы на что-то более модное. Опять-таки, привлекая туристов, т. к. сейчас уже Москва — самый «электробусный» город, если не в мире, то в Европе уж точно.

Очевидно, что перечисленные преимущества электробусов могут быть реализованы только в условиях Москвы и перенести этот опыт на другие регионы России невозможно.

Троллейбус «Адмирал» с увеличенным АХ успешно эксплуатируется в Санкт-Петербурге

Альтернативное решение

Наиболее реальная альтернатива электробусам — троллейбусы с увеличенным автономным ходом (АХ) и динамической подзарядкой. Аккумуляторы такого троллейбуса заряжаются от контактной сети во время поездки. Там, где контактную сеть проложить затруднительно, либо она закрывает вид на туристические достопримечательности, троллейбус опускает токосъемники (причем водитель управляет этим процессом, не выходя из машины) и идет на энергии, накопленной аккумулятором. Максимальная дальность такой поездки от одной подзарядки — от 10 до 40 км. По сути, троллейбус с увеличенным АХ — это дальнейшее развитие троллейбуса на суперконденсаторах, но с применением более емких аккумуляторов, которые теперь нормально работают на холоде. Как и троллейбус на суперконденсаторах, это транспортное средство может маневрировать при возникновении аварийной ситуации или при аварии электропитания.

Троллейбусы с увеличенным АХ получили широкое распространение в Санкт-Петербурге, Барнауле, Подольске (Московская обл.), Красноярске и некоторых других российских городах, а также в ряде республик бывшего СССР, Сербии, Швейцарии, Венгрии и Аргентине. Отечественные троллейбусы такого типа производятся опытными партиями с 2012 г., серийно — с 2017 г. В настоящее время они выпускаются предприятиями АО «Транс-Альфа» из г. Вологды (модель «Авангард») и ООО «ПК «Транспортные системы»» из г. Энгельса (модель «Адмирал»).

Обладая многими преимуществами электробуса, троллейбус с увеличенным АХ не требует создания сети зарядных станций. Нет очередей из машин к электрозаправке, что, к сожалению, иногда бывает во время зарядки московских электробусов. Троллейбус, умеющий ездить без проводов, стоит дешевле и содержит большую долю отечественных компонентов, чем электробус. Наконец, это по-настоящему экологичный вид транспорта, где даже отопление полностью электрическое. Причем вместимость сопоставима с обычным троллейбусом.

Внедрять троллейбус с АХ есть смысл, главным образом, в тех городах, где троллейбусные линии уже существуют и нужно их расширить либо убрать провода там, где они создают неудобства. «На пустом месте» может оказаться выгоднее развивать электробусы. Впрочем, есть и обратный пример.

В Праге троллейбусное сообщение было закрыто в 1972 г., но в 2017 г. вновь возрождено, уже на основе троллейбусов с автономным ходом. Пока есть только одна линия, причем примерно половина длины ее трассы контактной сети не имеет. Троллейбус заряжается не только, когда находится на стоянке в парке, но и во время движения.

В любом случае, есть выбор из двух концепций избавления электротранспорта от проводов. А заказчики голосуют за них рублем в зависимости от специфики конкретного региона.

Источник: Алексей Васильев, журнал «Электротехнический рынок» № 2 (98) 2021 год

Похожие публикации:

1. Знак пешеходный переход на желтом фоне что означает
2. Из за чего не крутит стартер
3. Мини купер это какая марка
4. Сколько стоит мопед цена самый дешевый

Где взять аккумуляторы для электробусов: Москва нашла решение

Электротранспорт для Москвы стал важным и перспективным направлением развития общественного транспорта. Чистый воздух для большого мегаполиса с миллионными пассажиропотоками ой как нужен. А для электробусов аккумуляторы тоже нужны как воздух. И чтобы не зависеть от внешних поставок «топлива» для электрических машин, в Москве принято решение опираться на собственные силы и организовать в столице производство аккумуляторных батарей для электротранспорта. Такое распоряжение подписал мэр Сергей Собянин.

«Правительство Москвы решило привлечь к производству в городе инвесторов. Контракты будут заключены с победителями электронного конкурса на заключение государственного контракта со встречными инвестиционными обязательствами (офсетного контракта) на поставку аккумуляторных батарей для электротранспорта», — сообщает пресс-служба мэра и правительства Москвы.

Условия контракта обязуют поставщика-инвестора создать на территории Москвы производство пяти типов аккумуляторных батарей для электротранспорта, в том числе для электробусов, трамвайных вагонов, электромобилей «Москвич», речного транспорта, электросамокатов и велосипедов. На это ему отводится три года. Столица же со своей стороны обязуется закупать батареи для своих нужд в течение семи лет.

Теперь нас можно читать и в Telegram

Это электробус: что мы знаем о транспорте с батарейкой

После появления первого электротранспорта в XIX веке и второго всплеска популярности в 70-х годах XX века электробусы вновь вышли на улицы городов. О том, что повлияло на их развитие и как изменились технологии: от создания ёмких аккумуляторов до развития зарядной инфраструктуры — можно узнать в нашей новой статье.

Первый электротранспорт: привет из XIX века

Электромобили появились задолго до машин с двигателем внутреннего сгорания. Готтлиб Даймлер и Карл Бенц запатентовали первые самодвижущиеся повозки с бензиновым ДВС в 1886 году, тогда как первый электромобиль для перевозки людей был представлен в 1837 году. Из-за высокой стоимости и низкой эффективности первые электромобили не могли тягаться с машинами с паровым двигателем. Стоимость обслуживания авто с цинковым аккумулятором в 40 раз превышала цену обслуживания паровой машины на угле.

После появления доступных свинцово-кислотных аккумуляторов электромобили успели ненадолго войти в моду. В 1890 году американец Уильям Моррисон построил первый электробус — автомобиль вместимостью 6 человек, развивающий скорость до 19 км/ч и проезжающий на одном заряде до 160 км. 24 батареи, весившие в сумме почти 350 кг, выдавали ток 112 А с напряжением 58 В и требовали для полной перезарядки 10 часов.

Электробус Уильяма Моррисона. Источник: american-automobiles.ru

В самом начале XX века в Лондоне на маршрутах городского транспорта успешно работали 20 электробусов, на то время более эффективные и экономичные, чем их бензиновые аналоги. Одного заряда аккумулятора хватало на 60 км пути, поэтому на конечных станциях опустевшие батареи заменяли на новые — процесс занимал всего три минуты.

Лондонский электробус со съемной батареей – прообраз будущей Tesla с быстросъемными аккумуляторами. Источник: Лондонский музей транспорта

К 1900 году 38% автомобилей в США работали на электричестве, но совершенствование двигателей внутреннего сгорания и снижение цен на топливо резко затормозило развитие отрасли автономного электротранспорта — уже к 30-м годам XX века электробусы практически исчезли. В отличие от бензиновых машин, электротранспорт не дешевел, а состояние экологии пока никому не внушало опасений. Крест на инвестициях в автобусы с аккумуляторами поставило появление в 20-х годах дешевых троллейбусов.

Процесс замены аккумулятора в электробусе — полная автоматика, как в XXI веке.
Источник: Британская библиотека

Но из-за низких цен на топливо в середине XX века индустрия ДВС пошла по пути наращивания объема, что напрямую сказывалось на расходе бензина. Даже легковые автомобили снабжались неэкономичными шестилитровыми двигателями, обслуживание которых в 70-х стало буквально «золотым». Сложившаяся ситуация вызвала новый всплеск популярности электромобилей. Так в английском Манчестере в 1974 году на городские маршруты вышли электробусы Seddon Pennine 4-236 на хлоридных аккумуляторах.

Редкий кадр действующего в 1975 году электробуса Seddon Pennine 4-236.
Источник: Alan Snatt

Единственный универсальный коммерческий автомобиль, оставшийся на память о том времени — минивэн Mercedes-Benz LE 306, чей быстросъемный аккумулятор обеспечивал мощность около 76 лошадиных сил, но истощался уже через 50 км пути. Автомобиль прожил до 1983 года, после испытаний почтовой службой немецкого города Бонна он был признан нерентабельным.

Электрический минивэн Mercedes-Benz LE 306 — напоминание об эпохе топливного кризиса. Источник: Mercedes-Benz

Серьезно о массовом производстве и использовании электротранспорта заговорили лишь в XX веке, когда общество стало задумываться об экологических угрозах и осознавать, какой вред окружающей среде наносят выхлопные газы автомобилей. На фоне обсуждения экологических проблем идея перевода дизельных автобусов на электричество стала довольно популярной, и немалую роль в этом сыграло появление литий-ионных батарей, способных накапливать энергию и обеспечивать автономное движение электробусов в течение длительного времени. Изобретение таких батарей решило и экономическую проблему, сделав производство и обслуживание электротранспорта более экономичным и открыв ему дорогу на массовый рынок.

Вопросы питания

В современных электробусах для питания используются аккумуляторы или суперконденсаторы. Последний способ хранения энергии по-своему интересен, хотя и сильно ограничивает возможности электротранспорта.

Суперконденсаторы могут хранить всего 5% энергии в сравнении с литий-ионными батареями схожего объема. Очевидно, что на одном заряде конденсатора автобус проедет всего несколько километров, а значит о какой-либо автономности говорить не приходится. Но позитивное свойство конденсаторов — скорость зарядки. На восстановление заряда уходят секунды.

Китайский суперконденсаторный Ultracap Bus на остановке с зарядной станцией — выглядит, как участок с троллейбусными проводами. Источник: Shanghai Aowei Technology

Так в китайском городе Нинбо действует конденсаторный электробус, которому для подзарядки хватает всего 10 секунд — благодаря развитой инфраструктуре зарядных станций, автобус получает энергию на каждой остановке во время высадки-посадки пассажиров, которая обычно длится немного дольше. Кроме того, до 80% энергии торможения преобразуется в электричество и возвращается обратно в конденсаторы — это дает экономию до 50%.

Суперконденсаторы постоянно совершенствуются, но внедрение электробусов на таких элементах питания требует очень дорогостоящей инфраструктуры в виде зарядных станций высокой мощности на каждой остановке. Кроме того, внештатные ситуации в виде неожиданных пробок могут оставить автобус с разряженными конденсаторами на дороге и создать дополнительные проблемы для дорожного трафика.

Литий-ионный аккумулятор – это не какой-то конкретный вид батарей с единственным утвержденным составом, а целое семейство энергетических элементов. Разработка литий-ионных аккумуляторов представляет собой сложный процесс поиска необходимого баланса между мощностью, ёмкостью, компактностью и ценой. Идеала пока не существует. Каждый тип литий-ионной батареи хорош для конкретной сферы применения. Далеко не все они используются в электротранспорте, многие находят свое место в электронике с небольшим энергопотреблением.

Аккумуляторы на оксиде лития-кобальта (LiCoO₂), – самые доступные и популярные на сегодняшний день, — имеют отличную ёмкость на единицу объема, низкую стоимость и напряжение 3,6В на ячейку. Именно такую батарею вы найдете в мобильных устройствах и портативной потребительской электронике. Минусы таких аккумуляторов тоже известны: малый ток разряда, максимум 1000 циклов зарядки/разрядки до начала серьезной деградации ёмкости, долгая зарядка и невозможность работы при отрицательных температурах. Электробус на LiCoO₂ обойдется дешевле, чем на других типах аккумуляторов, но сможет работать только в теплых странах на коротких маршрутах с минимальной загрузкой, вроде трансферов внутри кампусов.

Литий-марганцевый аккумулятор (LiMn₂O₄) благодаря трехмерной структуре смог обеспечить высокий ток разряда — до 30 раз превышающим его ёмкость. Это дало возможность использовать LiMn₂O₄ в устройствах с краткосрочным высоким энергопотреблением, например, в электромобилях Nissan Leaf и BMW i3. Но у литий-марганцевых аккумуляторов обнаружились свои недостатки: еще меньший, чем у литий-кобальтовых батарей жизненный ресурс и нетерпимость к холоду. Поэтому литий-марганцевые батареи комбинируют с другим типом аккумуляторов — NMC.

NMC-аккумулятор Nissan Leaf стоит вдвое дешевле NCA-батареи Tesla, но и ёмкость теряет примерно вдвое быстрей (70% после 100 тыс. км). Источник: Benjamin Nelson

Литий-никель-марганец-кобальт-оксидные батареи, или просто NMC, получили неплохую удельную энергоёмкость и срок службы (до 2000 циклов разрядки), но ток отдачи у них оказался невелик. Именно поэтому для использования в электромобилях NMC комбинируют с LiMn₂O₄ — при обычной езде в основном работают NMC-ячейки, а при ускорении высокий ток отдают ячейки LiMn₂O₄.

Литий-никель-кобальт-алюминий-оксидные батареи (LiNiCoAlO₂, или NCA) отличаются высокой удельной ёмкостью и приемлемой стоимостью. Скорость зарядки и ток разрядки у NCA-аккумуляторов средние, их нельзя записать в достоинства или недостатки. Именно NCA стали источником энергии для автомобилей Tesla и систем хранения Powerwall.

540-килограммовая NCA-батарея Tesla Model S на 85 кВт при замене из-за износа отправляется в системы хранения энергии Tesla Powerwall. Источник: wk057

Но одна особенность NCA-батарей бросила тень на Tesla еще до того, как владельцы могли столкнуться с потенциальными проблемами – аккумуляторы имеют сравнимые с литий-кобальтными ячейками срок службы в 500 циклов. А дальше замена и утилизация изношенных элементов. Реальный опыт показал, что даже спустя 200 тысяч километров батареи в электромобилях Tesla остаются рабочими, теряя треть ёмкости. Но, несмотря на этот положительный опыт, для городского электротранспорта NCA-аккумуляторы не являются лучшим выбором, ведь пробег автобусов в разы и даже на порядки превышает пробег личных авто.

Литий-титанатный ответ

Литий-титанатные аккумуляторы (Li₄Ti₅O₁₂, LTO) известны еще с 80-х годов прошлого века. Toshiba активно разрабатывает и производит этот тип батарей под названием SCiB (Super Charge Ion Battery). Для изготовления анода в них используется литий-титанат вместо графита. При этом катод может быть заимствован у NMC-батарей. Замена графита позволила увеличить эффективную площадь анода с 3 м 2 /г до 100 м 2 /г, что в лучшую сторону влияет на скорость зарядки ячейки и ток разряда. Так в 2017 году Toshiba продемонстрировала SCiB-батарею, способную восстановить до 90% своей ёмкости всего за 5 минут.

Пористая структура литий-титанатного оксида обеспечивает в 30 раз большую площадь, чем графит, и в разы больший срок службы. Источник: КБ «Энергия»

Литий-титанатные батареи стабильно отдают ток в десять раз превышающий их ёмкость, и в тридцать раз при импульсных нагрузках. Ранние образцы выдерживали до 7000 циклов разрядки, а современные аккумуляторы обеспечивают 15000-20000 циклов — с этими показателями не сравнится ни один другой тип литий-ионных батарей. Кроме того, LTO-батареи пожаробезопасны, при разгерметизации они нагревают до 70 градусов и остывают, перегрев им также не страшен. На холоде элемент почти не теряет эффективность — при температуре –30 градусов ёмкость литий-титанатной ячейки понижается до 80% от номинала.

Литий-титанатная батарея Toshiba, используемая в автобусах Proterra. Источник: Proterra

Невероятная живучесть, мгновенная зарядка, стойкость к холодам. Звучит, как идеальный аккумулятор для телефона. Но есть у LTO-батарей и свои недостатки, которые пока ограничивают круг их применения. В первую очередь, это низкая удельная ёмкость 50-80 Вт/кг, тогда как у традиционных литий-кобальтовых элементов она равна 150-200 Вт/кг — то есть, для получения равной ёмкости литий-титанатная ячейка должна быть вдвое-втрое объемней. Во-вторых, номинальное напряжение ячейки равно всего 2,4 В против 3,6 В у литий-кобальтовых. В-третьих, пока литий-титанатные батареи отличаются высокой ценой, втрое большей, чем у NCA-батарей. Именно поэтому встроить литий-титанатный аккумулятор в смартфон пока невозможно — получится дорогой элемент с низкой ёмкостью и недостаточным для работы устройства напряжением.

Зато в электробусах, где нет дефицита места, а также требуется высокий ресурс батареи, литий-титанатным аккумуляторам самое место.

На графике показан пробег тестовой машины на SCiB и литий-кобальт-оксидных батареях. Преимущество SCiB более чем очевидно. Источник: Toshiba

Вопрос подзарядки

Без развитой инфраструктуры электробус превращается в проблему. Заряжать электробус можно тремя разными способами: долгой ночной зарядкой, быстрой зарядкой на конечных станциях и экспресс-зарядкой на остановках.

Зарядные станции на остановках общественного транспорта требуются, например, электробусам на суперконденсаторах: над павильоном устанавливается контактная площадка или провода, которых автобус касается пантографом. Если суперконденсаторам хватает питания в течение нескольких секунд, то для подзарядки аккумулятора нужны хотя бы минуты. Учитывая, что современные литий-титанатные батареи Toshiba восстанавливают большую часть заряда за пять минут, на маршрутную сеть электробуса достаточно установить всего несколько зарядных станций, которые смогут поддерживать аккумуляторы автобуса заряженными.

Долгая ночная зарядка в общественном транспорте используется только в паре с одним из двух других способов. Заряжать автобус всего раз в сутки и отправлять его на маршрут на весь день невозможно по объективным причинам. Во-первых, для работы в течение хотя бы половины дня нужны очень ёмкие аккумуляторы, которые займут много места в салоне — это обстоятельство резко удорожает стоимость каждого автобуса. Во-вторых, к автобусному парку необходимо подводить очень мощные линии электроснабжения, чтобы одновременно питать десятки и даже сотни автобусов.

Серийный электробус КамАЗ заряжается на конечной остановке московского маршрута №73.
Источник: alisa

А что дальше?

Городской электротранспорт всегда считался сомнительной экзотикой, а сейчас в мире работают сотни тысяч электробусов. Чемпионом по адаптации новых технологий является Китай, где находятся почти 99% существующих в мире электрических автобусов. По оценкам Bloomberg New Energy Finance, к 2025 году 47% автобусов в мире будут электрическими.

Россия тоже не отстает от мировых тенденций. Ежегодно многие российские города закупают электротранспорт и выводят его на постоянные маршруты, создается специальная инфраструктура и предлагаются решения в области энергообеспечения. Не исключено, что переход на электротранспорт затянется на десятилетия и, возможно, мы застанем время, когда личные электромобили перестанут быть предметом роскоши и составят достойную конкуренцию дизельным аналогам.

• Блог компании Toshiba
• Транспорт
• Будущее здесь
• Урбанизм