Електротранспорт

Вагони метрополітену Порту

Електротра́нспорт або транспортні засоби з електричним приводом — транспортні засоби, що використовують електричні двигуни для руху. Урухомником можуть бути колеса, пропелери, лінійні двигуни або інше.

Енергія для руху транспортного засобу, може надходити:

• з акумуляторних чи конденсаторних батарей, що встановлені на транспортному засобі;
• від паливних елементів;
• генеруватись на транспортному засобі із використанням ядерної енергії, як на атомних човнах.
• від поновлюваних джерел енергії, як вітро- та фотогенератори;
• від прямого підключення до електромереж, як в звичайному електричному громадському транспорті;
• або комбінації вищенаведених джерел.

В електротранспорті, як правило, двигуни використовуються також для гальмування (генераторне гальмування). В сучасних транспортних засобах вироблена при гальмуванні енергія зберігається або використовується, тобто забезпечується рекуперація енергії та зростає ККД.

Урядові стимули для збільшення використання електротранспорту були вперше запроваджені наприкінці 2000-х років, зокрема в Сполучених Штатах і Європейському Союзі, що призвело до зростання ринку електричних транспортних засобів у 2010-х роках. Очікується, що підвищення громадського інтересу та обізнаності, а також структурні стимули, значно розширять ринок електромобілів. Під час пандемії COVID-19 карантини зменшили кількість парникових газів від бензинових і дизельних автомобілях. У 2021 році Міжнародне енергетичне агентство заявило, що уряди повинні робити більше для досягнення кліматичних цілей, включаючи політику щодо важких електромобілів. Продажі електромобілів можуть зрости з 2% світової частки в 2016 році до 30% до 2030 року. Станом на липень 2022 року обсяг світового ринку електромобілів становив 280 мільярдів доларів США, і очікується, що до 2026 року він зросте до 1 трильйона доларів США . Значна частина цього зростання очікується на таких ринках, як Північна Америка, Європа та Китай . Огляд літератури за 2020 рік свідчить про те, що зростання використання електричних 4-колісних транспортних засобів виглядає економічно малоймовірним у країнах, що розвиваються, але зростання використання електричних 2-колісних транспортних засобів є економічно малоймовірним. ймовірно. Існує більше 2- і 3-колісних електромобілів, ніж будь-який інший тип.

Історія

Електромобіль Columbia Electric Runabout, бестселер у США в 1900 році і перший, виробництво якого перевищило 1000 екземплярів

Використання електричного струму, як рушійної сили почалося у 1827 році, коли угорський священик Аньош Єдлик побудував перший грубий, але життєздатний електродвигун, який використовував статор, ротор і комутатор; а наступного року він використав його для приводу невеликого автомобіля. У 1835 році професор Гронінгенського університету Сібрандус Стратінг побудував невеликий електричний автомобіль, а десь між 1832 і 1839 роками Роберт Андерсон з Шотландії винайшов першу грубу електричну коляску, що працює від неперезаряджуваних первинних елементів. У 1835 році американський коваль і винахідник Томас Девенпорт побудував іграшковий електричний локомотив із примітивним електричним двигуном. У 1838 році шотландець на ім’я Роберт Девідсон побудував електричний локомотив, який розвивав швидкість 6 км/год. У Англії в 1840 році був виданий патент на використання рейок як провідників електричного струму, а аналогічні американські патенти були видані Ліллі і Колтену в 1847 році.

Перші електромобілі масового виробництва з'явилися в Америці на початку 1900-х років. У 1902 році Studebaker Automobile Company увійшла в автомобільний бізнес з електромобілями, хоча вона також вона почала у 1904 році виготовляти і бензинові транспортні засоби. Однак з появою дешевих конвеєрних автомобілів Ford Motor Company популярність електромобілів значно впала.

Через відсутність електромереж і обмеження акумуляторних батарей на той час електромобілі не набули великої популярності; однак електропоїзди набули величезної популярності завдяки своїй економічності та швидкості. До 20-го століття електричний залізничний транспорт став звичним явищем завдяки прогресу в розвитку електровозів. Згодом їх комерційне використання загального призначення скоротилося до спеціалізованих ролей, таких як вантажівки-платформи, автонавантажувачі, машини швидкої допомоги, буксирні тягачі та міські транспортні засоби доставки. Більшу частину 20-го століття Велика Британія була найбільшим у світі споживачем електричних транспортних засобів.

Для транспортування вугілля використовувалися електрифіковані поїзди, оскільки двигуни не використовували цінний кисень у шахтах. Брак природних викопних ресурсів змусив Швейцарію швидко електрифікувати залізничну мережу. Одним із перших акумуляторних батарей став залізо-нікелевий акумулятор, якому Едісон надав перевагу для використання у електромобілях.

Електромобілі були одними з перших автомобілів, і до появи легких потужних двигунів внутрішнього згоряння (ДВЗ) на початку 1900-х років електромобілі тримали багато рекордів швидкості та відстані. Їх виробляли Baker Electric, Columbia Electric, Detroit Electric та інші, і в якийсь момент в історії продавали автомобілі з бензиновим двигуном. У 1900 році 28 відсотків автомобілів на дорогах США були електричними. Електромобілі були настільки популярні, що навіть президент Вудро Вільсон та його агенти секретної служби подорожували Вашингтоном, округ Колумбія, на своєму Milburn Electrics, який долав 60–70 миль (100–110 км) на одній зарядці.

Більшість виробників легкових автомобілів вибирали бензинові автомобілі в першому десятилітті 20-го століття, але електричні вантажівки використовувалися навіть у 1920-х роках. Низка подій сприяла зниженню популярності електромобілів. Покращена дорожня інфраструктура вимагала більшого запасу ходу, ніж той, який пропонують електромобілі, а відкриття великих запасів нафти в Техасі, Оклахомі та Каліфорнії призвело до широкої доступності дешевого бензину, що зробило автомобілі з двигуном внутрішнього згоряння дешевшими для тривалої експлуатації. Електромобілі не рідко рекламувалися як розкішні жіночі автомобілі, що, можливо, було клеймом серед споживачів-чоловіків. Крім того, автомобілями з двигуном внутрішнього згоряння стало ще легше керувати завдяки винаходу електричного стартера Чарльзом Кеттерінгом у 1912 році , який усунув потребу в рукоятці для запуску бензинового двигуна та зниженню шуму, який створюють автомобілі з ДВС завдяки використанню глушника, який винайшов Хірам Персі Максим у 1897 році. Оскільки дороги були покращені за межами міст, запас ходу електромобіля не міг конкурувати з ДВС. Нарешті, початок масового виробництва бензинових транспортних засобів Генрі Фордом у 1913 році значно знизив вартість бензинових автомобілів порівняно з електромобілями.

У 1930-х роках компанія National City Lines, яка була партнерством General Motors, Firestone і Standard Oil of California, придбала багато мереж електричних трамваїв по всій країні, щоб демонтувати їх і замінити автобусами GM. Товариство було визнано винним у змові з метою монополізації продажу обладнання та матеріалів своїм дочірнім компаніям, але було виправдано у змові з метою монополізації надання транспортних послуг.

У 2009 році відбувся Копенгагенський саміт, який проходив у розпал помітних змін клімату, спричинених антропогенними викидами парникових газів. Під час саміту понад 70 країн розробили плани досягнення нульового чистого викиду. Для багатьох країн впровадження більшої кількості електромобілів допоможе зменшити використання бензину.

Експерименти

Електромобіль General Motors EV1 (1996–1998)

У січні 1990 року президент General Motors представив на автосалоні в Лос-Анджелесі концептуальний двомісний електрокар «Impact». Того вересня Каліфорнійська рада повітряних ресурсів дозволила основним автовиробникам розпочати продаж електромобілів поетапно, починаючи з 1998 року. З 1996 по 1998 рік GM виготовив 1117 EV1, 800 з яких було надано через трирічну оренду [30].

Chrysler, Ford, GM, Honda та Toyota також випустили обмежену кількість електромобілів для каліфорнійських водіїв у цей період. У 2003 році, після закінчення терміну оренди EV1 GM, GM припинив їх обслуговування, що пояснювали наступними причинами:

• успішне оскарження федеральним судом автомобільної промисловості щодо заборони каліфорнійським транспортним засобам нульових викидів;
• федеральне розпорядження, яке вимагає від GM виробництва та обслуговування запасних частин для кількох тисяч EV1;
• успіх медійної кампанії нафтової та автомобільної промисловості, спрямованої на зниження суспільного визнання електромобілів.

Презентація електромобіля ZENN NEV на автосалоні Green Motors, Берклі, Каліфорнія

У 2005–2006 роках на цю тему було знято фільм «Хто вбив електромобіль?». У фільмі досліджується роль виробників автомобілів, акумуляторів, нафтової промисловості, уряду США, водневих автомобілів і широкої громадськості, а також кожна з їхніх ролей у обмеженні розгортання та впровадження цієї технології .

Ford випустив на ринок кілька своїх фургонів Ford Ecostar. Honda, Nissan і Toyota також відібрали та розгромили більшість своїх електромобілів, які, як і GM EV1, були доступні лише на умовах закритої оренди. Після громадських протестів Toyota продала 200 своїх електромобілів RAV4; пізніше вони були продані за початкову ціну в сорок тисяч доларів. Пізніше канадська філія BMW розпродала кілька електромобілів Mini після завершення їх тестування в Канаді.

Виробництво Citroën Berlingo Electrique зупинилося у вересні 2005 року. Zenn розпочав виробництво у 2006 році, але припинив до 2009 року.

Зростання кількості електромобілів протягом 2010-х років

Відродження

Наприкінці 20-го та на початку 21-го століття вплив транспортної інфраструктури на основі нафти на навколишнє середовище разом зі страхом піку видобутку нафти призвели до відновлення інтересу до інфраструктури електротранспорту. Електромобілі відрізняються від транспортних засобів, що працюють на викопному паливі, тим, що електроенергія, яку вони споживають, може вироблятися з широкого діапазону джерел, включаючи викопне паливо, ядерну енергію та відновлювані джерела енергії, такі як сонячна енергія та енергія вітру або будь-яка їх комбінація. Вуглецевий слід та інші викиди електромобілів відрізняються залежно від палива та технології, що використовується для виробництва електроенергії. Електроенергія може зберігатися в автомобілі за допомогою акумулятора, маховика або суперконденсаторів. Транспортні засоби з двигунами внутрішнього згоряння зазвичай отримують енергію лише з одного або кількох джерел, як правило, невідновлюваного викопного палива. Ключовою перевагою електромобілів є рекуперативне гальмування, яке перетворює кінетичну енергію, яка зазвичай втрачається під час фрикційного гальмування у вигляді тепла, у електрикута повертає до бортової батареї.

В Україні продаж приватних електромобілів протягом 2022 року склав 13,6 тис. одиниць, що у 1,5 рази більше за показник 2021 року. Найпопулярнішими моделями стали Nissan Leaf (2349 шт), Volkswagen ID. 4 (1407 шт) та Tesla Model 3 (952 шт).

Джерела електроенергії

Пасажирський потяг, що отримує електричний струм через третю рейку з поверненням через тягові рейки, Велика Британія

Електровоз, Швейцарія

Існує багато способів забезпечення електротранспорту електроенергією з різними витратами, ефективністю та екологічністю.

Підключення до генераторних установок

• Пряме підключення до генеруючих установок, як це поширено серед електропоїздів, трамваїв та тролейбусів (див. також: контактна мережа, контактна рейка та пантограф)
• Електромобіль у безконтактному режимі отримує електроенергію від електричних смуг, прихованих під дорожнім покриттям, завдяки електромагнітній індукції.

Бортові генератори та гібридні електромобілі

• Генерування струму на борту за допомогою дизельного двигуна: дизель-електровоз і дизель-електричний мотовагон (DEMU)
• Генерування струму на борту за допомогою паливного елемента;
• Генерування струму на борту за допомогою ядерної енергії: атомні підводні човни та авіаносці;
• Відновлювані джерела, такі як сонячна енергія: сонячний автомобіль

Також можливо мати гібридні електромобілі, які отримують електроенергію з кількох джерел, таких як:

• Бортова перезаряджувана система зберігання електроенергії (RESS) і безперервне пряме підключення до наземних генеруючих установок для підзарядки на шосе з необмеженим діапазоном дії.
• Бортова система накопичення електроенергії, що перезаряджається, і силова установка, що працює на паливі (двигун внутрішнього згоряння): гібридний електромобіль.

Для особливо великих електромобілів, таких як підводні човни, хімічну енергію дизель-електрики можна замінити ядерним реактором. Ядерний реактор зазвичай забезпечує тепло, яке приводить в рух парову турбіну, яка приводить в дію генератор, який потім подається на двигун. Див. атомохід.

Кілька експериментальних транспортних засобів, таких як деякі автомобілі та кілька літаків, використовують для отримання електроенергії сонячні панелі.

Зберігання електроенергії на борту

Ці системи живляться від зовнішньої генераторної установки (майже завжди, коли вони стаціонарні), а потім від’єднуються перед початком руху, і електроенергія зберігається в транспортному засобі.

Повністю електричні транспортні засоби (FEV) можуть використовувати такі методи зберігання енергії:

• Хімічна енергія, що зберігається в транспортному засобі в бортових батареях: акумуляторний електричний автомобіль (BEV), як правило, з літій-іонним акумулятором.
• Накопичувач кінетичної енергії: маховики
• Статична енергія, що зберігається в транспортному засобі в бортових електричних двошарових конденсаторах

Батареї, електричні двошарові конденсатори та накопичувачі енергії на маховику є формами перезаряджуваних бортових систем зберігання електроенергії. Уникаючи проміжного механічного етапу, можна покращити ефективність перетворення енергії порівняно з гібридами, уникаючи непотрібних перетворень енергії. Крім того, електрохімічні перетворення батарей є оборотними, що дозволяє зберігати електричну енергію в хімічній формі.

Літій-іонний акумулятор

Акумуляторний електробус з живленням від літій-іонних акумуляторів

Більшість електромобілів використовують літій-іонні акумулятори (Li-Ions або LIB). Вони мають вищу щільність енергії, довший термін служби та вищу щільність потужності, ніж більшість інших типів акумуляторів. До ускладнюючих факторів належать безпека, довговічність, термічний розлад, вплив на навколишнє середовище та вартість. Для безпечної та ефективної роботи літій-іонні батареї слід використовувати в безпечних діапазонах температури та напруги.

Збільшення терміну служби батареї зменшує реальні витрати. Одним з методів є одночасне керування підмножиною елементів батареї та перемикання цих підмножин.

У минулому нікель-метал-гідридні батареї використовувалися в деяких електричних автомобілях, наприклад, виготовлених General Motors. Ці типи акумуляторів вважаються застарілими через їх схильність до саморозряджання під час спеки. Крім того, патент на цей тип батареї був у компанії Chevron, що створило проблему для їх широкого розвитку. Ці фактори в поєднанні з їх високою вартістю призвели до того, що літій-іонні батареї лідирують як батареї, що використовуються в електромобілях.

Графік зміни ціни літій-іонних акумуляторів, який показує, що за три десятиліття ціни на акумулятори впали на 97%.

Ціни на літій-іонні акумулятори постійно знижуються, що сприяє здешевленню електромобілів.

Електромотор

Потужність електродвигуна транспортного засобу, як і в інших машинах, вимірюється в кіловатах (кВт). Електродвигуни можуть видавати максимальний крутний момент у широкому діапазоні обертів. Це означає, що продуктивність транспортного засобу з електродвигуном потужністю 100 кВт перевищує потужність автомобіля з двигуном внутрішнього згоряння потужністю 100 кВт, який може забезпечити максимальний крутний момент лише в обмеженому діапазоні обертів двигуна.

Ефективність заряджання значно відрізняється залежно від типу зарядного пристрою , і енергія втрачається під час процесу перетворення електричної енергії в механічну.

Зазвичай електроенергія постійного струму (DC) подається в інвертор постійного/змінного струму, де вона перетворюється на електроенергію змінного струму (AC), і ця електроенергія змінного струму підключається до 3-фазного двигуна змінного струму.

Для електропоїздів, автонавантажувачів і деяких електромобілів часто використовують двигуни постійного струму. У деяких випадках використовуються універсальні двигуни, а потім можуть бути використані змінний або постійний струм. У останніх серійних автомобілях реалізовано різні типи двигунів; наприклад, асинхронні двигуни в автомобілях Tesla Motor і двигуни з постійними магнітами в Nissan Leaf і Chevrolet Bolt.

Види електротранспорту

Громадський транспорт

Тролейбус у Львові

Електропоїзд у Євпаторії

Найбільш поширеним видом електротранспорту ще з кінця 19 століття є громадський. У більшості країн світу існують міста з трамваями, тролейбусами, метрополітеном, або міжміською електифікованою залізницею.

З розвитком накопичувальних джерел електроенергії почали автивно використовуватись електробуси. Наприклад, у Швеції у квітні 2018 компанія Volvo створила електробус, який зможе заряджаєтись на кожній зупинці. З червня 2018-го ці електробуси повинні курсувати місто Ґетеборґ, а серійне виробництво цього транспорту заплановано на 2019 рік. Окрім того, Volvo створила власний концепт електровантажівки, яка також почне серійно вироблятись 2019-го.

Розробляються й інші види електротранспорту. Так, у Норвегії у травні 2018 було створено і запущено в роботу перший у світі електричний катамаран на 400 пасажирів. Він має довжину 42 метри і носить назву «Майбутнє фіордів».

Ліфти, ескалатори, траволатори та інше теж є різновидом електротранспорту.

Вантажний електротранспорт

Електрична вантажівка — це електричний транспортний засіб, що живиться від акумуляторів, призначений для перевезення вантажів або виконання іншої утилітарної роботи.

Електричні вантажівки зменшують рівень шуму та забруднення порівняно з вантажівками з двигуном внутрішнього згоряння. Завдяки високій ефективності та низькій кількості компонентів електроприводів, відсутності спалювання палива під час простою та тихому та ефективному прискоренню витрати на володіння та експлуатацію електричних вантажівок значно нижчі, ніж у їхніх попередників. За даними Міністерства енергетики Сполучених Штатів, середня вартість ємності батареї для вантажних автомобілів за кВт/год впала з 500 доларів США в 2013 році до 200 доларів США в 2019 році та ще більше до 137 доларів США в 2020 році, а деякі транспортні засоби вперше впали нижче 100 доларів США.

Міжміські вантажні перевезення є сегментом вантажних перевезень, який найменше піддається електрифікації, оскільки збільшення ваги акумуляторів порівняно з паливом зменшує вантажопідйомність, а альтернативна, більш часта підзарядка, збільшує час доставки. Для вирішення цієї проблеми, у деяких країнах проводяться експерименти з електрифікації автомагістралей шляхом їхнього обладнання контактними дротами, від яких можуть отримувати живлення вантажівки, оснащені спеціальними пантографами. Зокрема, таким чином було електрифіковано 10-кілометрову ділянку на трасі A5 між Вайтерштадтом і Мерфельденом у Німеччині.

Навпаки, міські доставки на короткі відстані швидко електрифікуються, оскільки екологічно чисті і тихіелектричні вантажівки добре відповідають міському плануванню та муніципальному регулюванню, а ємність акумуляторів розумного розміру добре підходить для щоденного руху з зупинками. у межах міського району.

Електрична вантажівка Renault Midlum, що використовується компанією Nestle, 2015 рік

Приватний транспорт (електромобілі)

Сучасний електромобіль Tesla Model 3

Електромобіль — автомобіль, що приводиться в рух одним або декількома електродвигунами зі живленням від акумуляторів або паливних елементів та ін.

Електромобілі та електричні мотоцикли набувають усе більшу популярність, зокрема й в Україні. [Архівовано 1 липня 2019 у Wayback Machine.]

Промисловий електотранспорт

Електрокар для підвозу вантажів на залізничному вокзалі

На промислових підприємствах існує безліч видів електротранспорту: конвеєри, вантажівки, локомотиви, роботи сортувальники і т. ін.

Див. також

• Електрокар
• Електроскутер
• Електрохід
• Літак на сонячній енергії
• Судно на сонячній енергії