Электродвигатель или ДВС? Противостояние двух технологий

В данной статье рассматриваются ключевые преимущества и недостатки электромобилей по сравнению с автомобилями c ДВС.

Электромобили значительно надежнее, чем их бензиновые, дизельные и газовые собратья. В них меньше подвижных и изнашиваемых частей, так как двигатель и коробка передач устроены гораздо проще.

В популярном американском электрокаре Chevrolet Bolt всего 35 подвижных частей, которые подвержены износу. В бензиновом автомобиле того же класса Volkswagen Golf таких частей 167.

Кроме того, ДВС из-за своей неэффективности выделяют большое количество тепла во время работы, что ускоряет износ компонентов силового агрегата.

Единственная часть электромобиля, которая может вызывать опасения в плане надежности, это аккумуляторная батарея. Со временем она деградирует, то есть теряет часть своей изначальной энергетической емкости. Однако статистические данные позволяют судить о том, что при надлежащем уходе очень маловероятно, что батарея потеряет более 20% емкости до пробега 250000 км.

На сегодняшний день лишь у 0,003% электромобилей наблюдаются проблемы с батареей, которые требуют её замены до окончания расчетного срока службы транспортного средства (8-10 лет).

Следствием высокой надежности электромобилей являются низкие затраты их владельцев на ремонт и обслуживание.

По данным Американской ассоциации автомобилистов, при 240000 км пробега электромобиль в среднем требует на $2100 рублей меньше расходов на ремонт и замену изношенных частей, чем обычный автомобиль того же класса.

В дополнение к этому, у электрических транспортных средств существенно меньше расходных материалов и жидкостей, требующих регулярной замены. Их тормозные колодки изнашиваются медленнее благодаря технологии рекуперативного торможения.

Наконец, автомобили с электрическим двигателем позволяют крупно сэкономить на топливных расходах. Полная зарядка электричеством даже в пиковые часы будет обходиться владельцу машины дешевле, чем заправка бака обычного автомобиля самым дешевым топливом — сжатым природным газом.

К 100 тыс. км пробега топливная экономия от использования электричества вместо бензина составит около 300 тыс. рублей (при зарядке в ночное время).

Одним из главных на сегодняшний день недостатков электромобилей является их высокая стоимость, которая обусловлена дороговизной аккумуляторных батарей. При отсутствии государственных субсидий и налоговых льгот покупка электромобиля пока не может быть экономически обоснована, даже с учетом экономии при эксплуатации.

Динамика цен на аккумуляторные ячейки позволяет прогнозировать паритет стоимости электромобилей и автомобилей с ДВС не раньше, чем к началу 2020-х годов.

На данный момент, электромобили всё еще отстают от бензиновых и дизельных автомобилей по запасу хода. Лишь немногие модели способны проехать на одном заряде более 500 км. Более того, в условиях низких температур эффективность батарей падает, на обогрев салона требуется дополнительная энергия, поэтому запас хода может уменьшиться на 20%.

Исследование, проведенное в Массачусетском Технологическом Институте, показало, что запас хода современных бюджетных электромобилей достаточен, чтобы покрыть ежедневные нужды 87% американцев без дополнительной подзарядки в течение дня.

С развитием аккумуляторных технологий отставание от бензиновых и дизельных автомобилей удастся сократить, а строительство скоростных зарядных станций вдоль автомагистралей позволит использовать электромобили для дальних поездок (см. п. "Удобство зарядки/заправки").

Электродвигатели не требуют коробки передач и способны мгновенно передавать максимальный крутящий момент на колеса, благодаря чему электромобили очень динамичны и позволяют безопасно проводить обгоны.

Электрический седан Tesla Model S P100D является одним из самых быстрых серийных автомобилей на планете с разгоном 0-100 км/ч за 2,5 секунды.

Электрическая силовая установка является более эффективной (КПД>90%), чем ДВС и позволяет моментально изменять усилие на каждом из ведущих колес. Это даёт электромобилям высокую курсовую устойчивость и снижает риск заноса.

Низкое расположение аккумуляторной батареи понижает центр тяжести и повышает жесткость кузова, что положительно сказывается на управляемости.

Отсутствие массивного двигателя в передней части электромобиля создает своего рода «буферную зону», смягчающую последствия фронтального столкновения. А наличие батареи под полом защищает пассажиров от боковых ударов.

В электрический транспорт проще интегрировать технологии автономного вождения (автопилот).

Недавно американская компания Waymo (подразделение Google, входящее в холдинг Alphabet), объявила о закупке 20 тысяч электромобилей Jaguar I-Pace для организации собственного сервиса беспилотного такси в США.

Еще одной технологией, доступной только для электромобилей является Vehicle-to-Grid (V2G), которая позволяет сделать их частью энергетической системы. Электрические авто при этом помогают сбалансировать нагрузку на энергосеть и вдобавок дают возможность своим владельцам немного подзаработать на разнице ночных и дневных тарифов.

Одним из факторов, сдерживающих распространение электромобилей, является медленная скорость зарядки и недостаточное количество зарядных станций.

Количество публично доступных зарядных станций увеличивается, их уже около 500 тысяч, а отношение к количеству электромобилей на дорогах на данный момент составляет 1:6. Тем не менее, мощность большинства публичных зарядных станций не превышает 50кВт. Это значит, что для полной зарядки электромобиля требуется больше часа, в то время как на заправку топливного бака обычного автомобиля уходит не более 10 минут.

Ситуация усугубляется большим количеством стандартов зарядных разъемов, это приводит к несовместимости некоторых моделей электромобилей с зарядными станциями определенного типа. Но, благодаря международному сотрудничеству автопроизводителей, в 2011 году удалось разработать универсальный зарядный стандарт ССS. Он позволяет сочетать зарядку с использованием постоянного и переменного тока, а его последние модификации имеют максимальную мощность в 350 кВт, которая позволяет зарядить электромобиль за 15 минут. На данный момент строительство зарядных станций данного типа активно ведется в ЕС, США, Японии и Китае, однако пока ни один электромобиль не поддерживает зарядку такой мощности.

Производство электромобилей наносит больший экологический вред, чем производство автомобилей с ДВС. Причина — энергоемкость и ресурсоемкость производства батарей, содержащих редкоземельные металлы.

На этап производства приходится около половины всех выбросов парниковых газов за весь жизненный цикл электромобилей.

Тем не менее, большинство научных исследований сходятся на том, что электромобили полностью компенсируют большее экологическое воздействие на производственном этапе меньшими выбросами в процессе эксплуатации. Скорость, с которой они «выходят в плюс» напрямую зависит от уровня развития ВИЭ и других низкоуглеродных источников энергии.

В Норвегии, которая более 95% электроэнергии получает от электростанций — это 25000км пробега, для Москвы (ТЭС на природном газе) — примерно 70000км.

Не стоит забывать, что в месте эксплуатации электромобилей выбросы отсутствуют. Это позволяет вынести загрязнения за пределы городов в районы расположения электростанций, где относительно низкая плотность населения.

Также для электромобилей, в сравнении с традиционными автомобилями, характерно низкое шумовое загрязнение.

Обобщая всё вышесказанное, можно сделать вывод, что на текущей стадии развития технологий, электрические авто уже обладают рядом бесспорных преимуществ по сравнению с бензиновыми и дизельными автомобилями, а в будущем они будут только усиливаться.