Экономика и экология гибридного двигателя

• хорошая воспламеняемость водородовоздушной смеси в широком диапазоне температур, что обеспечивает хорошие пусковые свойства двигателя при любых температурах атмосферного воздуха;

• безвредность отработавших газов;

• высокая антидетонационная стойкость, допускающая работу при степени сжатия до 14,0

• высокая скорость сгорания, для стехиометрической водородо-воздушной смеси она в 4 раза больше, чем для бензовоздушной, что обеспечивает лучшую полноту сгорания водорода и определяет более высокий термический КПД (в среднем на 20…25 %)

• хорошая воспламеняемость в широком диапазоне смесей с воздухом; делает возможным осуществление качественного регулирования смесеобразования в двигателе путем изменения количества подаваемой смеси определенного состава; при применении Н2 можно в значительной мере отказаться от дросселирования потока воздуха на впуске и тем самым увеличить термический КПД двигателя на режимах частичных нагрузок.

 

1.5 Итог.

 

Давайте сравним технические характеристики существующих на данный момент автомобилей с гибридными двигателями.

1.Электромобиль. (на примере Peugeot iOn).	Городской 4-дверный, 4-местный, экологичный, компактный и маневренный автомобиль.  С нулевым уровнем выброса  углекислого газа.  Тихий.  Удовлетворяет 90% потребностей  городских жителей в передвижении. Простой в обслуживании.    МОЩНОСТЬ   Синхронный электродвигатель  с постоянным током.  Максимальная мощность: 47 кВт при 2500-8000 об./мин.  Крутящий момент: 180 Нм при 0-2500 об./мин.  Максимальные обороты двигателя: 8 500 об./ мин.  Разгон (неполная загрузка): 0 – 400 м: 19,9 сек. 1 – 1 000 м: 36,9 сек.    Литиумно-ионные батареи.  Автономное движение на расстояние до 130 км.  Зарядка от обычной розетки  до 100% мощности за 6 часов.  Быстрая подзарядка от 0% до 80% мощности за 30 минут.
2.Гибридный автомобиль с двигателем смешанного типа. (на примере Lexus RX400h).	Внедорожник.    МОЩНОСТЬ  Максимальная мощность л.с./об/мин: 155/5600, 123/4500, 50/4610-5120об./мин. Крутящий момент: Нхм/об/мин 288/4400, 333/0-1500, 130/0-6101. Максимальные обороты двигателя: 8 500 об./ мин. Максимальная скорость, км/ч 200 Время разгона с места до 100 км/ч, с 7.6 Тип впрыск бензина/электропривод.  Гибридная установка Lexus RX400h сочетает в себе бензиновый V-образный шестицилиндровый двигатель объемом 3,3 л, мощностью 150 кВт, 2 электромотора мощностью 200 кВт, с рабочим напряжением 650 В и высоковольтную аккумуляторную батарею напряжением 288 В.
3.Автомобиль на биотопливе.(на  примере Renault Trafic и Renault Master).	Модели Trafic и Master, оснащены дизельными двигателями, работающими на биотопливе B30. Trafic комплектуется двигателем 2.0 dCi B30 мощностью 90 и 115 л.с, а Master – двигателем 2.5 dCi B30, развивающим мощность 100 и 120 л.с. Эти силовые агрегаты могут работать как на дизельном топливе, так и на смеси B30, полученной путем добавления к нему до 30% топлива, полученного из растительного сырья.
Автомобиль с водородным двигателем (на примере прототипа Audi A2).	Audi еще несколько лет назад представила  прототип A2 на водородном топливе. A2-H2 разгоняется «до сотни» менее  чем за 10 секунд и развивает  скорость 175 км/ч. Без дополнительной  заправки автомобиль может преодолеть 220 км. Максимальная мощность гибридного двигателя составляет 136 л.с. Модель работает по технологии fuel-cell — за счет преобразования водорода в электричество вследствие химической реакции с кислородом. Для быстрого разгона задействуется аккумулятор, который постоянно подзаряжается за счет рекуперативного (регенеративного) торможения.

 

По техническим характеристикам все представленные модели с гибридными двигателями соответствуют современным привычным стандартам. Нет причин отказываться от данных инноваций. А как следствие причина ограниченного использования гибридных двигателей кроется не в их технических характеристиках. Кроме того, все серьезные компании попробовали свои силы в разработке гибридных двигателей.

 

Глава 2. Экономика и экология

 

Совершенствование двигателей внутреннего сгорания едва-едва поспевает за предъявляемыми к ним требованиями. С одной стороны, потребители с мечтами об одновременно мощном и экономичном моторе, с другой — экологи, ужесточающие нормы токсичности. А в завершение — геологи, все настойчивее напоминающие об истощении запасов «черного золота». Сегодня смело можно сказать: эпоха ДВС как основного источника энергии на автомобиле подходит к логическому завершению. Подтверждение этому уже не опытные, а серийные модели с гибридными силовыми установками. Настал черед рассмотреть экономическую выгоду производства и потребления гибридных двигателей, а также их влияние на окружающую среду.

 

2.1 Электродвигатели – верное решение проблемы?

 

Для некоторых оптимистов, автомобили с электрическими батареями, заменяющие бензиновые  двигатели, являются панацеей от всех бед с топливом. Высокоэффективные электродвигатели, нулевые выбросы, надежная механика, низкие  эксплуатационные расходы, казалось бы, чего еще желать? Но всегда есть одно «но». Мы упоминали сколько стоит купить такой аккумулятор - двигатель? Нет? В настоящий момент батарея в 20-25 кВ/ч стоит 15 000 долларов США и для того, чтобы «заправиться», вам нужно будет заплатить 600-700 долларов США. Мы говорим о специализированных заправках, которые оснащены специальными розетками. Как вам такие расценки? Конечно, сторонники электромобилей утверждают, что спрос на них станет куда выше, как только стоимость заправки опустится до 200 долларов США, но стоит оценивать ситуацию трезво и признаться в том, что эта цель практически неосуществима. К тому же, «заправить» такой автомобиль не так уж и просто. Во-первых, наша инфраструктура еще не готова к этому. Тут потребуется создание сети эллектрозаправок, что весьма затратно для государства. И, во-вторых, «заправка» такого авто длится не 10 минут, и даже не час. Для того чтобы зарядить аккумулятор полностью вам может понадобиться ночь. Более того, неправильно будет сказать, что при использовании электромобилей выбросов в атмосферу практически не будет. Существуют энергетические станции, которые производят электричество и от их работы определенный процент отходов, конечно, попадает в атмосферу. Правда, это и огромный экологический плюс - намного легче контролировать отходы нескольких электропредприятий, чем миллионов автомобилей по отдельности.

 

Вопреки бытующему мнению о высокой экономичности аккумуляторных электромобилей, анализ показывает, что химическая энергия топлива, сжигаемого на электростанциях, используется для движения транспортного средства всего на 15% и менее. Это происходит из-за потерь энергии в линиях электропередачи, трансформаторах, преобразователях, зарядных устройствах для аккумуляторов и самих аккумуляторах, электромашинах, как в тяговом, так и в генераторном режимах, а также в тормозах при невозможности рекуперации энергии. Для сравнения, дизельный двигатель на оптимальном режиме преобразует в механическую энергию около 40% химической энергии топлива. При большом распространении аккумуляторных электромобилей, а особенно с учетом сказанного, им просто не будет хватать электроэнергии, вырабатываемой электростанциями мира. Не следует забывать, что суммарная установочная мощность двигателей всех автомобилей намного превышает мощность всех электростанций мира.

 

 

 

2.2 Может быть, стоит сделать ставку на гибрид?

 

Два взаимодействующих силовых агрегата гибрида взяли лучшее от обеих технологий – жидкого топлива и электроэнергии. Компромиссами такого автомобиля являются добавочная стоимость и добавочный вес из-за двух двигателей. В настоящее время каждая марка автомобилей имеет, по меньшей мере, один гибрид в своем арсенале. Данная технология уже хорошо освоена и не вызывает сомнений в своем дальнейшем развитии. По прогнозам специалистов, к 2016 году половина автомобилей, представленных на авторынке, будут гибриды. С каждым годом процент продаж таких автомобилей растет. Практически все современные гибриды имеют систему рекуперации или, по-русски, «возврата энергии». Суть ее в том, что при торможении или при движении машины накатом, электродвигатели начинают крутиться от колес и работать как генераторы, заряжая батарею. Отсюда – меньший износ, экологичность и экономичность (особенно в городском цикле.).

 

Итак, перед нами технологичный прогрессивный автомобиль, в котором нивелируются недостатки и объединяются достоинства двух моторов. Но рано хлопать в ладоши, и послушаем, что говорят скептики.

 

Гибридные автомобили сложнее и дороже традиционных автомобилей с двигателями внутреннего сгорания. Аккумуляторные батареи имеют небольшой диапазон рабочих температур, не любят морозов, подвержены саморазряду, срок службы их ограничен несколькими годами. А «экономность» гибрида прямо связана с состоянием АКБ. Кроме того, существует проблема утилизации отработанных батарей. Гибриды дороже в ремонте, да и за сам ремонт возьмется далеко не каждый. Кроме того, высокую экологичность и экономичность гибридов многие тоже ставят под сомнение. Так, ряд тестов, проведенных авторитетными автомобильными изданиями, показал, что гибриды дают заметную экономию топлива только в городе, при движении же в смешанном цикле незначительно, а за городом существенно проигрывают современным дизелям. Почетное звание «Самый экологичный автомобиль года» в 2007 и 2008 годах присуждалось также автомобилям с дизельными моторами.

 

 

 

 

2.3 А как насчет альтернативного топлива?

 

Поговорим о конкуренте, который дышит в затылок общепринятым видам продукта автопотребления. Итак, это – биотопливо. Один из самых перспективных источников альтернативного топлива. Если вы не знали, то ученые уже давно научились производить такое вещество как этанол из обычной кукурузы, на котором с успехом ездят прототипы машин будущего

 

В чем же скрыта проблема?

К сожалению, общество и экономика сверхдержав еще не готовы к быстрому переходу от нефтяного сырья к биорастительности. Такой резкий переход вызовет лишь очередной мировой  кризис ввиду падения цен на нефть и краха экономики таких нефтяных держав, как Россия и ОАЭ.

Сорта биотоплива, производящиеся в наши дни, считают относящимися к первому поколению. Сейчас они производятся из ферментированного растительного сырья (этанол) и разнообразных растительных масел (биодизельное топливо). Топливо второго поколения будет производиться по технологии сжижения газов (gas-to-liquids, GTL) Фишера-Тропша (Fischer-Tropsch).

Технология включает в себя несколько стадий. Первая из них заключается в специальной обработке биомассы и получении из неё газообразных продуктов. Далее эти газы проходят очистку, перерабатываются в однородную смесь моноксида углерода и водорода, которая, в свою очередь, перерабатывается в жидкое топливо. Этот процесс далеко не нов – он был разработан в двадцатых годах прошлого века – однако вполне пригоден для изготовления поддающегося стандартизации химически однородного топлива. Таким образом, продукты обработки растительного сырья разлагаются до простых компонентов, которые затем можно синтезировать в высококачественное, лишенное примесей топливо. Сырьём для подобного производства может быть любая биомасса, включая отходы деревообрабатывающего производства и остатки пищи. Данный процесс пока что используется очень небольшим числом компаний, и пройдёт ещё немало времени, не менее десяти лет, пока топливо начнёт производиться в промышленных масштабах. Только после этого может раскрыться истинный потенциал биотоплива, без побочных эффектов в виде нанесения им вреда двигателям. Ждать осталось гораздо больше, чем хотелось бы, однако этот период можно использовать с немалым смыслом. У всех участников процесса, включая автомобильную и нефтяную индустрии, есть время на то, чтобы внимательно спланировать все свои шаги для подготовки к работе с новым топливом, а также в условиях его наличия, когда уже не будет оправданий для откладывания перехода на него.

 

Основные проблемы для производителей и продавцов энергоносителей:

 

Определение состава топлива

Процесс получения однородной смеси этанола и бензина весьма непрост. При большой доле спирта в смеси может быть необходимым использовать вместо обычного бензина аналогичный продукт, получаемый крекингом и оксигенированием тяжёлых фракций нефти (Refinery Base Oxygenate Blendstock, RBOB).

 

Распространение:

Топливо, содержащее биодобавки, (в особенности этанол) не может перекачиваться по обычным трубопроводам для нефтепродуктов. Кроме этого, автозаправочные станции должны специально подготавливать своё оборудование, в особенности топливные резервуары, тщательно высушивая их перед заливкой топлива с этанолом в составе: этанол весьма гигроскопичен, и если допустить контакт топлива с водой, оно станет опасным для двигателей, так как может привести к их коррозии.

 

Качество:

Для того чтобы оценить качество топлива, необходимы стандарты, а для биотоплива их практически не имеется.

 

Стоимость и проблемы доведения продукта до потребителя:

Ввиду большого количества сортов топлива на автозаправочных станциях может понадобиться дополнительное оборудование для каждого из них. На многих станциях просто будет негде разместить «колонки» для всех видов топлива. Широкий выбор внесёт путаницу; будут нередки случаи непреднамеренной заправки автомобилей неверным сортом топлива.

 

Технические проблемы и последствия:

Проблема внедрения биотоплива в повседневную практику носит двоякий характер.

Во-первых, до сих пор не известна его истинная способность обеспечить снижение вредных выбросов в атмосферу. Во-вторых, всё ещё недостаточно изучено его влияние на механику двигателей – будь то биотопливо в смеси с обычным или, в особенности, чистое биотопливо, каким бы оно ни было.

Биотопливо само по себе может являться сильным растворителем, и постепенно забивать мелкие форсунки инжекторной системы растворёнными в нём веществами. Сорта биотоплива, основанные на этаноле, могут быть выражено гигроскопичными, а растворяющаяся в них влага может поражать коррозией детали двигателя. Компоненты такого топлива могут также оказывать негативное воздействие на прокладки и уплотнители двигателя и системы подачи топлива, изготовленные из органических материалов. Говоря просто и кратко, налицо явная несовместимость материалов современных двигателей с биотопливом, когда оно используется в высоких концентрациях.

Этанол как таковой не является особой проблемой, ибо технологии его производства из разного сырья совершенствовались на протяжении десятков лет, и он всегда одинаковый, каково бы ни было сырьё: нефть или сахарный тростник. Поэтому с биоэтанолом, по крайней мере с точки зрения спецификаций, разночтений не наблюдается. Обычные бензиновые двигатели могут без проблем работать на смеси, в состав которой входит 5% этанола. Однако стоит чуть повысить эту концентрацию, и начнутся проблемы с химической несовместимостью, о которых говорилось выше, поэтому для использования топлива с большим количеством спирта в составе необходимы модифицированные двигатели, которые химически инертны по отношению к топливу и, кроме того, отрегулированы под характеристики его сгорания.