Техника-молодежи №7 2000 г
 
 
ГЛАВНАЯ
СОДЕРЖАНИЕ
ВПЕРЕД
НАЗАД

В №4 за этот год «ТМ» расказала об отечественных концептуальных разработках в области городского транспорта. Руководитель Лаборатории перспективных разработок МАМ И В. Хортов утверждает, что заменой городскому автобусу должен стать гибридный аппарат, использующий энергию, запасаемую в конденсаторах.

Вряд ли американские конструкторы знают об исследованиях лаборатории Хортова. Но их собственный проект стал реальностью только благодаря российскому ноу-хау - суперконденсаторов сверхвысокой энергоемкости.

Городской автобус будет экономичнее, а воздух - чище.

Известно, что автобусы (как и другие автомобили) представляют собой далеко не идеальный вид городского транспорта - как в экологическом отношении, так и по своей экономичности. Многочисленные разгоны, торможения и остановки автотранспорта «съедают» существенную часть бензина и добавляют в окружающую атмосферу тонны и тонны вредных токсичных и канцерогенных веществ. В самой полной мере это относится и к городскому автобусу.
Амери-
канский
автобус с россий-скими конденса-торами.

И не будет преувеличением сказать поэтому, что проблема создания экономичного, экологически чистого автобуса является одной из приоритетных проблем городского пассажирского транспорта. Поиски ее решения ведутся сегодня во многих странах. Оригинальное конструктивное решение гибридного городского автобуса (правильнее сказать - электробуса) предложено в американском проекте НЕТВ (НуЬпd Еlectriс Тгаnsit Виs), осуществление которого стало возможным благодаря российскому ноу-хау, - конденсаторным накопителям энергии, созданным на московском предприятии МНПО «ЭКОНД» (ЕСОND Ltd.) под руководством академика РАЕН, доктора технических наук Александра Иванова.

Российское предприятие в качестве партнера было выбрано не случайно - оно уже снискало широкую известность своими разработками в области конденсаторов сверхвысокой емкости (суперконденсаторов) и их применением в различных областях техники, в том числе - на транспорте. Именно они сделали возможной практическую реализацию идеи городского 15-тонного электробуса, который сегодня является самым крупным транспортным средством, использующим накопитель энергии на базе суперконденсаторов.

Как известно, 17 - 18% энергии тягового двигателя автобуса затрачивается на преодоление сопротивления качения, по столько же «съедают» аэродинамическое сопротивление и потери в тяговом приводе. Оставшаяся же часть уходит на многочисленные разгоны и торможения, здесь-то и заключен большой резерв в сокращении ее потерь. Обычно энергия (а значит, - и топливо), затрачиваемая на разгон автобуса, безвозвратно теряется при первом же его торможении в виде тепла. Проблема как раз в том, чтобы сохранить ее, а затем, при следующем разгоне, использовать.
Сверхъемкий конденсатор ИКЭ.

Для этого на борту машины, кроме тягового двигателя, должен находиться специальный накопитель-регенератор энергии торможения, способный работать в режимах ее накопления и последующей отдачи. Это устройство будет способствовать не только экономии топлива: двигатель внутреннего сгорания (ДВС) с электромашинным генератором на валу в паре с накопителем энергии работает в квазипостоянном - более благоприятном - режиме, что приводит к заметному сокращению токсичных выбросов в атмосферу вместе с отработанными газами.

Надо сказать, что идея гибридного городского автобуса с использованием электроемкостного накопителя оказалась весьма перспективной. Блок российских суперконденсаторов (марки ИКЭ) довольно удачно вписался в силовую двигательную схему американского автобуса, используемого обычно на внутригородских маршрутах в средних и крупных городах.

«Структурная схема такого гибридного электробуса, - говорит один из ведущих разработчиков, начальник отдела предприятия, член-корреспондент РАЕН Леонид Поляшов, - выглядит следующим образом. Комбинированный источник энергии, состоящий из ДВС-генератора и емкостного накопителя, снабжает энергией один, центрально расположенный, тяговый электрический двигатель. Кроме того, он же обеспечивает электропитание других потребителей на борту автобуса, включая освещение, отопление, кондиционирование, работу пневматических устройств.

В момент начала движения двигательная установка электробуса (тяговый 4-квадрантный асинхронный электрический двигатель с изменяемой частотой вращения, фирмы Linсоlп Еlесtriс Моtог) работает в обычном режиме: автобус трогается с места и, разгоняясь, выходит на номинальный режим движения. Расходуемое топливо (сжатый природный газ) затрачивается на поддержание средней скорости электробуса на маршруте. И так длится до начала первого торможения. С этого момента режим движения и работы двигательной установки электробуса принципиально отличается от работы обычного ДВС автобуса. Энергия движения при торможении не улетучивается вместе с теплом в атмосферу, а путем перевода тягового электродвигателя в режим генератора аккумулируется блоком накопителя, состоящим из 30-и суперконденсаторов ИКЭ (блок способен накапливать до 1600 кДж энергии при напряжении 400 В). В момент последующего разгона, накопленная энергия передается через тяговый электродвигатель на электрическую трансмиссию гибридного электробуса.
Так выглядит энергонакопительнй модуль.

Этот стандартный цикл работы бортовой энергоустановки многократно повторяется на маршруте, обеспечивая регенерацию энергии торможения (а, значит, и экономию топлива). Для реализации такого режима электробус оборудован автоматической системой управления, включающей портативный, микропроцессорный программируемый контроллер, тракт передачи дискретной информации. Та же система позволяет оптимизировать процесс накопления энергии блоком конденсаторов в соответствии с режимом движения электробуса».

Испытания гибрида проводились как на одном из транспортных полигонов, так и непосредственно в городских условиях г. Кливленда (штат Огайо, США). Разработчики предусмотрели для испытаний различные варианты режимов движения:

- в пределах центра города с 7 остановками через каждые 230 м и максимальной скоростью 32 км/ч;

- на магистральном маршруте с 2 остановками через каждые 800 м и максимальной скоростью 64 км/ч;

- в пригороде с одной остановкой и максимальной скоростью движения 88 км/ч.

И везде, как на полигоне, так и на различных городских маршрутах, суперконденсаторные накопители энергии оправдали свое использование в силовой двигательной установке электробуса, показав заметную экономию топлива и снижение вредных выбросов в атмосферу.

Были проведены также исследования гибридной схемы, в которой в качестве накопителя энергии использовался блок кислотных аккумуляторных батарей с герметичными необслуживаемыми секциями (подобные аккумуляторы нередко используются в проектах электромобилей).

Подтверждено, что суперконденсаторы по своим эксплуатационным свойствам и возможностям выгодно отличаются от химических батарей. В частности, при достижении полного заряда кислотные и другого типа батареи не способны принимать высокие токи без повреждения электродов. Суперконденсаторы же, в отличие от них, не повреждаются и не снижают срока своей службы. Кроме того, они более эффективно работают при торможении, что позволяет меньше использовать механические тормоза.

В целом, испытания прошли успешно. Они подтвердили значительную экономию топлива (до 20 - 25%) благодаря регенерации энергии торможения в городском режиме движения. Улучшаются и экологические характеристики. Поскольку двигательная установка на маршруте работает в режиме постоянной (т.е. более щадящей) нагрузки, суммарные выбросы вредных веществ снижаются в несколько раз.

Но этим возможности гибридного электробуса не ограничиваются. Как показали исследования, использование в энергоустановке вместо ДВС турбины позволит более чем вдвое уменьшить расход топлива и существенно - в 10 раз - снизить вредные выбросы! Это объясняется как более высокими экологическими и силовыми параметрами самой турбины, так и большими энергетическими возможностями пары «турбогенератор - блок суперконденсаторов».

В планах разработчиков - использование в составе силовой установки турбогенераторного привода, увеличение энергозапаса блока суперконденсаторов при уменьшении его массы и объема, усовершенствование системы управления и регулирования потока мощности... Готовятся и дальнейшие испытания нового прототипа городского электробуса.

В будущем, уверены разработчики, экономичный и экологически безопасный гибридный электробус займет свое место на улицах и проспектах различных городов мира.

Алексей Лабунский,
журналист.

на предыдущую страницу к началу этой страницына следующую страницу