Новые виды транспорта

Новые виды транспорта

Электромобиль Terrafugia TF-X с функцией летательного аппарата

Мировой рынок транспорта

Транспорт потребляет порядка 30% всей вырабатываемой в мире энергии и ответственен за выработку четверти всего углекислого газа на планете и значительную часть вредных выбросов, при этом доля участия возобновляемой энергетики в этом секторе очень мала. 45% потребления энергии составляет дорожный пассажирский и личный автотранспорт, 25% — грузовой дорожный транспорт, 10% — авиация, 10% — водный транспорт, 2% — железнодорожный транспорт и 8% — другие виды транспорта. По данным IRENA, до 2030 года ежегодный рост энергопотребления транспортного сектора в мире будет составлять около 1%.

В 2013 году в секторе транспорта возобновляемая энергетика была представлена использованием 1,4% транспортных средств, работающих на этаноле, 0,8% — на дизеле, 0,01% — на биометане (биогазе), 0,3% — на других видах жидкого биотоплива.

Перспективы мирового рынка новых видов транспорта

Внедрение экологически чистых технологий становится все более необходимым для борьбы с глобальным потеплением и загрязнением воздуха в городах, однако их использование при сохранении текущих и запланированных правительствами разных стран темпов увеличится с 2,5% в 2013 году лишь до 5% в 2030 году, по данным IRENA.

Концепция Vehicle-to-grid (V2G) рассматривает электромобиль или гибридный электромобиль как аккумулятор, снабженный колесами, который может быть использован как часть общей сети для всеобщей пользы.

Электромобили (battery electric vehicles — BEV или electric vehicles — EV)

 Автомобили, работающие на электрической двигателе, не производят никаких локальных выбросов в атмосферу, так что при использовании для подзарядки аккумулятора электрокара энергии из возобновляемых источников этот вид транспортных средств может считаться полностью экологически нейтральным. Особенностью трансмиссии электромобилей является то, что электромотор может сообщать наивысший крутящий момент мгновенно, так что максимальная скорость может набираться автомобилем практически сразу.

Концепт электромобиля FFZERO1 от компании Faraday Future

В 2015 году продажи электромобилей составили в мире порядка 500 тыс штук, менее 1% от 70 млн проданных новых автомобилей, по данным IRENA. В 2016 году продажи электромобилей по всему миру достигли рекордного уровня в 753 тыс штук, увеличив общее количество используемых электромобилей до 2 млн штук, по данным доклада МЭА по оценке успехов в области внедрения технологий возобновляемой энергетики в мире Tracking Clean Energy Progress 2017. Снижение темпов роста рынка до 40% в 2016 году по сравнению с 70% в 2015 году ставит под сомнение возможность достижения целей, поставленных на 2020 и 2025 гг.

В настоящее время мировой рынок электрических пассажирских транспортных средств высоко фрагментирован: основная доля продаж приходится на несколько стран. Продажи идут достаточно вяло и ниже прогнозных ожиданий практически везде за исключением ряда государств, таких как Норвегия, Нидерланды, Франция и Китай (текущий лидер). Наибольшей популярностью электромобили пользуются там, где правительства обеспечивают налоговые льготы (Норвегия), дают право доступа в запрещенные для автомобилей с бензиновым двигателем участки городов (Лондон) или строго регулирует допустимый уровень выбросов (Калифорния). Руководство ряда городов обсуждает возможность запрета использования двигателей внутреннего сгорания на своей территории (например, Париж до 2020 года или Осло до 2019 года) или обсуждают создание зон пониженных выхлопов (Лондон).

Рынки продаж электромобилей имеют также региональную специфику, например в Азии, на которую приходится 2/3 общего числа продаж, наибольшей популярностью пользуются двух- и трехколесные транспортные средства в связи с высокой плотностью населения в городах и особенностями дорожных систем.

В соответствии с долгосрочным прогнозом Electric Vehicle Outlook 2017 экспертов аналитической компании Bloomberg New Energy Finance (BNEF), к 2040 году продажи электромобилей в мире достигнут порядка 54% от общего количества новых автомобилей, а их количество на дорогах составит порядка 33%. BNEF предполагает, что к 2040 году электромобили составят около 67% всех продаж новых транспортных средств в Европе, 58% в США и 51% в Китае. Лидерами в этом отношении будут страны, которые предпринимают наибольшие усилия по адаптации новой технологии, в том числе НорвегияФранция и Великобритания.

Глобальные продажи электромобилей возрастут с 700 тыс в 2016 году до 3 млн в 2021 году, что будет составлять около 5% от всех проданных легковых автомобилей в Европе, по сравнению с чуть более 1% на данный момент, и около 4% в США и Канаде. Однако, настоящий бум на электрический транспорт начнется по второй половине 2020-х гг, когда стоимость их содержания станет меньше стоимости содержания автомобилей на традиционном топливе даже при сохранении низких цен на углеводородные энергоносители. На развивающихся рынках, включая Индию, не ожидается значительного роста продаж вплоть до конца 2020-х годов.

К 2040 году использование электромобилей сократит потребность в автомобильном топливе на 8 млн баррелей в день и добавит приблизительно 5% к мировому потреблению электроэнергии. В соответствии с оценкой, опубликованной BNEF в докладе Перспективы новой энергетики 2017 (New Energy Outlook 2017), в Европе и США на долю электромобилей к 2040 году будет приходиться порядка 12-13% всего энергопотребления.

Стоимость производства электромобилей и, соответственно, скорость их внедрения в жизнь напрямую зависит от развития технологий хранения энергии, поскольку стоимость аккумулятора может достигать до 40% стоимости самого транспортного средства. По оценкам, удешевление производства происходит темпами, превышающими спрогнозированные ранее: уже достигнут уровень, ожидаемый к 2020 году. Открытие огромных заводов по производству аккумуляторных батарей Tesla Gigafactory и подобных может еще более ускорить этот процесс.

В соответствии с прогнозом Electric Vehicle Outlook 2017, стоимость аккумулятора будет все больше снижаться. С 2010 по 2017 год цена литий-ионного аккумулятора упала на 73% за киловатт. Более совершенные производственные технологии и удвоение плотности используемых химических растворов может способствовать дополнительному 70% снижению цен на батареи до 2030 года.

Зарядные станции для электромобилей

Параллельно по всему миру растет количество зарядных станций для электромобилей. Так, в конце 2016 года BMW GroupDaimler AGFord Motor Company и Volkswagen Group договорились о создании сети из нескольких тысяч высокомощных зарядных станций для электромобилей по всей Европе до 2020 года. Компания Tesla по состоянию на весну 2017 года установила 5400 зарядных станций по всему миру и планирует удвоить это количество до конца года.

Гибридные электромобили (plug-in hybrid electric vehicles — PHEV)

Наиболее широко распространенный на данный момент тип автомобилей, сочетающих традиционный двигатель внутреннего сгорания с электродвигателем.

Гибридные электромобили пользуются высокой популярностью в Европе и США. На данный момент они занимают 29% долю рынка в Норвегии и 6% — в Нидерландах, по данным доклада МЭА по оценке успехов в области внедрения технологий возобновляемой энергетики в мире Tracking Clean Energy Progress 2017.

Автомобили на топливном элементе / водородном топливе (fuel cell vehicle — FCV или fuel cell electric vehicle — FCEV)

Автомобили, работающие на водородном топливе, снабжены специальным устройством, которое заправляется сжатым водородом. Водородный топливный элемент содержит пластины, покрытые катализатором, который запускает химическую реакцию по соединению водорода и кислорода из воздуха с образованием электричества для работы двигателя и водяного пара. Помимо использования специфической экзотермической реакции для выработки энергии, автомобили на водородном двигателе устроены аналогично электромобилям на литий-ионном аккумуляторе.

Заправка автомобиля на водородном топливном элементе

Основными преимуществами водородного элемента по сравнению с литий-ионной батареей являются сравнительно небольшой вес, более высокая экологичность (при производстве аккумуляторов используются токсичные вещества, так же как и при дальнейшей их утилизации) и широкая доступность топлива (водород — самый распространенный элемент во вселенной, его можно извлекать из массы разнообразных источников). Кроме того, время заправки топливного резервуара такого транспортного средства сопоставимо со временем заправки бензинового двигателя, что значительно меньше любых предложений по зарядке электрического аккумулятора, доступных на данный момент. Дальность перемещения на одной заправку также в несколько раз выше, чем у современных электромобилей.

Первый в истории автомобиль, работающий на водородном топливном элементе, был сконструирован американской компанией General Motors в 1966 году. Для этого была использована технология, разработанная специально для космической программы. Однако, разработка этой технологии для использования в обычных транспортных средствах так и не сдвинулась с мертвой точки до 1990-х годов. В последние годы экспериментальные автомобили на водородном двигателе были построены рядом компаний, в том числе General Motors и Honda.

В 1992 году свои разработки в области производства электроэнергии из водорода и получения водорода начала компания Toyota. В 2002 году она начала продажи ограниченной серии автомобилей на водородном топливном элементе Toyota FCHV в Японии и США.

В 2007 году компания General Motors (GM) начала реальное тестирование более 100 специально выпущенных Chevrolet Equinox на водородном двигателе, в рамках которого машины передавались на три месяца обычным пользователям. За несколько лет испытаний пилотные автомобили наездили много миллионов миль.

В 2009 году компания Honda выпустила небольшой серией модель Clarity FCX на топливном элементе и за пять лет произвела несколько сотен таких автомобилей.

В 2013 году GM и Honda приняли решение объединить свои усилия по разработке и коммерческому продвижению этой технологии, с целью выпустить более доступный автомобиль на топливном элементе к 2020 году.

К категории автомобилей, работающих на топливном элементе, относятся доступные на рынке модели Chevrolet Equinox, Toyota Mirai и Honda Clarity FCX.

Грузовые автомобили нового поколения

Ряд компаний по всему миру работает над созданием полностью электрических грузовиков, а также над разработкой технологий автопилотирования для грузоперевозок.

В середине 2016 года Daimler AG стала первой в мире компанией, представившей концепт полностью электрического крупнотоннажного грузового электромобиля Mercedes-Benz Urban eTruck, имеющего дальность перемещения 200 км.

В ноябре 2017 года американская компания Tesla представила полностью электрический большегрузный грузовик Tesla Semi с дальностью движения на одной подзарядке более 800 км, выпуск которого планируется начать в 2019 году.

Технологии автопилотирования и системы помощи водителю

Полностью автономный электромобиль Waymo (ранее Google Car)

Технологии беспилотного управления автомобилем в настоящее время масштабно тестируются в режимах третьего и четвертого уровня различными мировыми производителями, в том числе Google, Tesla, ToyotaBMW, Mercedes-Benz, General Motors и др.

Тестирование в режиме третьего уровня предполагает наличие за рублем автомобиля водителя-человека, который может контролировать работу систем и взять на себя управление в случае непредвиденной ситуации. Тестирование в режиме четвертого уровня является полностью автономным на специально отведенных полосах в пределах дорог общего пользования.

В США компания Tesla сообщила, что ее технология полного автопилотирования будет готова в 2018 году, а в сентябре 2015 года компания представила для своих пользователей функцию автопилота для передвижения по автомагистралям. Глава проекта Google Car Крис Армсон рассказал в одном из интервью начала 2015 года, что полностью электромобили Google будут готовы к выходу на рынок к 2020 году.

В Японии компания Toyota заявила в конце 2015 года о намерении выпустить на рынок автомобили с возможностью полуавтономного рулевого управления к Олимпиаде в Токио в 2020 году.

Немецкая компания-производитель автомобилей BMW объявила в середине 2016 года о намерении начать серийное производство полностью автономных автомобилей, разработанных совместно с Intel и Mobileye, до 2021 года.

Совместное тестирование беспилотных автомобилей BMW Group, Intel и Mobileye

В ряде стран уже ведутся обсуждения по поводу изменения правил дорожного движения с учетом скорого появления на дорогах автомобилей с автономным управлением, которые вызывают массу вопросов юридического, этического и социального характера. В марте 2017 года нижняя палата парламента Германии проголосовала за изменение правил дорожного движения таким образом, чтобы оказаться первой страной в мире, где разрешено автономное управление автомобилем на дорогах общего пользования

По оценкам экспертов, рынок самоуправляемых автомобилей вырастет до 70 млрд долл США к 2030 году.

В соответствии с долгосрочным прогнозом Electric Vehicle Outlook 2017, автономные автомобили не получат существенного распространения в ближайшие 10 лет. Роль их на рынке начнет стремительно возрастать после 2030 года, а к 2040 году порядка 80% самоуправляемых транспортных средств будет использовано в каршеринге и будут электрическими, поскольку это оптимальный способ снижения затрат.

Как ожидается, основным рынком внедрения автономных автомобилей будут такси-сервисы, особенно в первые годы их появления, в связи с высокой стоимостью технологии.

Оборудование, необходимое для автоматического управления автомобиля

Благодаря гонке крупнейших мировых компаний по разработке самоуправляемого транспортного средства в последние годы резко возрос уровень инвестирования в производство оборудования для сканирования и построения трехмерного изображения окружающего пространства, в том числе датчиков lidar. Так, в 2016 году компании Ford и Baidu вложили в производителя такого оборудования Velodyne LiDAR по 75 млн долл США, а в его конкурента Quanergy Systems инвестировали не менее 150 млн долл Daimler AG, Samsung Electronics и Delphi Automotive.

Список необходимого оборудования, без которого невозможно достижение полностью или в высокой степени автономного управления автомобилем, включает в себя:

  • Лазерные сканеры (лидар) — это системы, устроенные по принципу радара, но вместо радиоволн в них используется лазер для сканирования и построения трехмерного изображения окружающего пространства. Они точно измеряют расстояние до окружающих объектов, определяют их размер и скорость, а также создается трехмерная «картинка» пространства вокруг автомобиля для построения возможных маршрутов через области, лишенные препятствий;
  • Камеры в районе лобового стекла определяют положение других участников дорожного движения и тип объекта: автомобиль, грузовик, мотоцикл или прохожий. Также камеры отслеживают дорожную разметку — информацию, необходимую, чтобы транспортное средство передвигалось в пределах своей полосы;
  • Радарные сенсоры в передней и задней частях автомобиля также собирают и передают в систему информацию о других участниках дорожного движения, они же определяют в каком направлении движется каждый из объектов и непрерывно пересчитывают расстояние до них и их скорость;
  • Ультразвуковые сенсоры отслеживают объекты и препятствия в непосредственной близости от автомобиля, такие сенсоры установлены с каждой стороны транспортного средства;
  • Данные датчиков GPS используются вместе со всей остальной информацией для позиционирования автомобиля в пределах высокоточной электронной карты высокого разрешения, где доступна информация о количестве полос движения, пересекаемых дорогах и других точно локализованных отметках на местности.

Все эти данные поступают в центр обработки информации автомобиля, где на их основе разрабатывается стратегия перемещения и реагирования на различные типы дорожных ситуаций.

Концепция Vehicle-to-grid (V2G)

Концепция Vehicle-to-grid (V2G) рассматривает электромобиль или гибридный электромобиль как аккумулятор, снабженный колесами, который может быть использован как часть общей сети для всеобщей пользы.

По статистике, 95% времени любое частное транспортное средство стоит без движения. Разработчики концепции соединения электромобиля с сетью предполагают, что аккумулятор транспортного средства может заряжаться в часы минимальной нагрузки и отдавать в сеть электричество в часы пиковой нагрузки, если это совпадает с графиком передвижения владельца. Для водителя такое использование аккумулятора его автомобиля для нужд сети может, по подсчетам, вылиться в экономию порядка 4000 долларов США в год за счет разницы цен на электроэнергию в разное время суток.

Кроме того, автомобиль может подобным же образом быть использовать при проектировании электросетей домохозяйств как средство хранения энергии по аналогии с другими системами хранения энергии, такими как Tesla Powerwall.

Оставить ответ

Лимит времени истёк. Пожалуйста, перезагрузите CAPTCHA.