Реванш электротранспорта. Как заканчивается эпоха бензина

Значительная часть избыточного и разрушительного воздействия, которое мы оказываем на окружающую среду, связана с транспортом. Благодаря его развитию человечество достигло беспрецедентной мобильности. Но эта мобильность имеет оборотную сторону. Двигатель внутреннего сгорания (ДВС) — изобретение неидеальное, причем с разных точек зрения. Во-первых, он потребляет производные нефти, то есть ресурса, запасы которого конечны и который имеет множество других полезных применений. Более 40% добываемой в мире нефти уходит на прокорм автомобилей, то есть просто сжигается. Во-вторых, ДВС засоряет атмосферу продуктами сгорания топлива. В-третьих, его коэффициент полезного действия (КПД) оставляет желать лучшего. К тому же он имеет сложную конструкцию, которая не подлежит принципиальному упрощению.

Альтернатива известна давно — электротранспорт. Кажется, мир почти пришел к консенсусу, что будущее за ним. Надо заметить, электротранспорт — это не только будущее. Это и настоящее, и даже прошлое. Он появился на несколько десятилетий раньше автомобилей на бензине, в первой половине XIX века. Долгое время электричество на равных соперничало с паром и бензином за право тянуть самодвижущиеся повозки: в начале XX века в США 40% автомобилей работали на пару, 38% на электричестве и лишь 22% на бензине. Российская империя не стояла в стороне от прогресса: первый электротрамвай появился в Киеве в 1892 году, в следующие несколько лет пришел черед Нижнего Новгорода, Курска, Орла и Москвы. В 1901 году на улицах Санкт-Петербурга прошли испытания электрического омнибуса, была выпущена небольшая партия таких машин для обслуживания гостиниц.

Но так вышло, что технологический рывок в начале XX века произошел именно в области двигателей внутреннего сгорания, поэтому электричество было вытеснено на обочину автомобильного прогресса. Однако оно сохранило сильные позиции в общественном транспорте: трамваи, троллейбусы, метро, наземные электропоезда.

Вот лишь некоторые основные преимущества электротранспорта перед транспортом с двигателем внутреннего сгорания: 

Отсутствие прямых выбросов в атмосферу

Несмотря на существенное повышение экологических стандартов, двигатели внутреннего сгорания все же выбрасывают в воздух продукты сгорания топлива, тогда как у электродвигателей такие выбросы отсутствуют. 

Снижение углеродного следа

Помимо прямых выбросов оценивают и общий углеродный след, то есть совокупность всех выбросов парниковых газов в процессе производства и эксплуатации автомобиля. Критики электротранспорта подчеркивают, что электричество, которым он питается, также в значительной степени производится благодаря сжиганию ископаемого топлива. Это действительно так, однако подсчитано, что у электротранспорта углеродный след ниже — даже при условии, что энергия для него добывается исключительно из ископаемого топлива. 

Способность электротранспорта работать только на «зеленой энергии»

Параллельно внедрению электротранспорта растет и доля электроэнергии, вырабатываемой из возобновляемых источников. Особенно велик прогресс в солнечной и ветроэнергетике. По мере того, как «зеленеет» энергия, сокращается и углеродный след электротранспорта.

Экономичность

КПД бензинового двигателя составляет всего 20–35%. Это обусловлено неустранимыми тепловыми, топливными и механическими потерями. У электротранспорта КПД выше 90%. Кроме того, он использует рекуперативное торможение — технику, которая позволяет при торможении превратить электромотор в генератор энергии и заряжать аккумулятор от вращения колес. Это особенно выгодно в городе, в условиях частого чередования разгонов и торможений. 

Уменьшение шумового загрязнения

Шум, основным источником которого в городах является транспорт, отрицательно сказывается на здоровье и самочувствии человека. Электромобили настолько тише автомобилей с ДВС, что может возникнуть противоположная проблема: пешеход может не услышать их приближения. Поэтому в ряде стран производителей электромобилей обязывают оснащать их дополнительными «шумелками».

Выравнивание нагрузок на энергосистему

Электроэнергия на большинстве энергоустановок производится непрерывно, однако в ее потреблении существует традиционный перекос — с ночным провалом, когда все спят, и пиками на протяжении светового дня. Балансирование производства и потребления электроэнергии — сложная и дорогостоящая задача. Электротранспорт способен в определенной степени сглаживать этот дисбаланс за счет преимущественно ночной зарядки батарей. 

Стремительное развитие технологий, удешевляющих электротранспорт

Технологии ДВС гораздо ближе к своему технологическому потолку и развиваются куда медленнее, чем технологии электротранспорта. Эффективность аккумуляторов растет с каждым годом, а стоимость, напротив, снижается: литий-ионные батареи с 2010 по 2019 год подешевели на 87%. 

Более простая конструкция

Конструкция электромобиля проще, чем автомобиля с ДВС, он имеет меньше подвижных деталей. За счет этого он надежнее, а в перспективе эта простота открывает горизонты для удешевления производства.

Озабоченность человечества проблемами экологии и энергоэффективности растет, а технологии непрерывно развиваются, поэтому сегодня электротранспорт стремительно отвоевывает когда-то оставленные ниши. Особенно заметен прогресс в области электромобилей, это один из главных трендов последнего десятилетия. Почти все крупные автопроизводители сделали ставку на аккумуляторные модели. Хотя доля электромобилей на дорогах все еще мала (всего 1% от общего парка), их доля на рынке составляет уже 2,6%, а темпы роста рынка — в среднем 40% в год. По прогнозу Международного энергетического агентства, через десять лет электромобили будут составлять до 30% от всех автомобилей на рынке.

Еще один заметный феномен последнего десятилетия — распространение малого электротранспорта: гироскутеров, моноколес, электросамокатов, электровелосипедов. Явившись из ниоткуда, эти футуристические машинки буквально заполонили улицы крупных городов.

В общественном транспорте электрическая тяга и прежде имела сильные позиции. Но сегодня в разных странах предпринимаются шаги по его дальнейшей электрификации. Первым и наиболее логичным шагом представляется замена автобусного парка на электрические аналоги.

Электробусы существуют давно. Строго говоря, троллейбусы — это и есть электробусы, то есть безрельсовый общественный транспорт, движимый электричеством. Однако сегодня под электробусами обычно понимают автобусы, которые имеют бортовые аккумуляторы, а не запитаны от сети через провода.

Абсолютный лидер по внедрению аккумуляторных электробусов — Китай. Это обусловлено экологическим кризисом, с которым столкнулась страна, и масштабной государственной поддержкой зеленого транспорта, развернутой больше десятилетия назад. По состоянию на 2019 год, 99% всех электробусов в мире ездили именно по дорогам Поднебесной. В некоторых китайских городах, например в сопоставимом по населению с Москвой Шэньчжэне, общественный транспорт полностью, включая такси, переведен на электричество. По оценкам оператора, Shenzhen Bus Group, благодаря этому экономится 160 тысяч тонн угля в год, а ежегодные выбросы CO2 сократились на 48%.

Широкий интерес к электробусам наблюдается во всем мире. И производят их не только китайские концерны (BYD, Yutong), но и авторитетные европейские производители, такие как Volvo, Mercedes и MAN. Электробусы курсируют по улицам множества городов, как в развитых, так и в развивающихся странах. В 2019 году европейские города приобрели более 1800 электрических автобусов по сравнению с 750 годом ранее. Поставки и введение в эксплуатацию электробусов продолжаются даже в условиях пандемии и связанных с ней ограничений.

Как правило, речь идет о пробных партиях из нескольких единиц или десятков машин. Но это только начало. В ряде стран, таких как Великобритания, Франция, Норвегия, Нидерланды, Ирландия, утверждены планы полной электрификации транспорта, в том числе общественного, в обозримом будущем. В других странах подобные программы действуют на городском уровне.

Среди немногочисленных примеров массового запуска электробусов за пределами Китая выделяется Москва, на дорогах которой уже более 500 таких машин. И все они российского производства, сегодня это КАМАЗ-6282 и ЛиАЗ-6274. В дальнейшем электробусный парк пополнят другие модели. Камский завод готовится передать Москве опытный экземпляр КАМАЗ-6292 — сочлененный электробус-гармошку повышенной вместимости. Недавно стало известно, что открыть производство в Москве планирует британский стартап Arrival. К 2024 году количество электробусов в столице должно вырасти до 2600, а к 2030 году Москва планирует полностью перейти на электрический общественный транспорт.

Московские электробусы пришли на смену не только автобусам, но и троллейбусам, что вызвало противоречивые оценки в обществе и экспертной среде. Некоторые доводы сторонников троллейбусов звучат убедительно. Но их аргументация строится на сравнении существующих возможностей троллейбусов и электробусов. В качестве аналогии можно вспомнить широкую дискуссию начала XX века между сторонниками летающих аппаратов легче воздуха — аэростатов, которые к тому времени уже неплохо себя зарекомендовали, — и аппаратов тяжелее воздуха, развитие которых только начиналось, но шло с превосходящей скоростью. Сегодня аккумуляторы и другие технологии беспроводного электротранспорта совершенствуются стремительными темпами, поэтому будущее почти наверняка за электробусами.

Более прочные позиции у традиционного рельсового электротранспорта, который оправдывает затраты на инфраструктуру благодаря огромной провозной способности. Также рельсы обеспечивают низкое, по сравнению с покрышками, трение, поэтому и энергозатраты ниже. Таким образом, трамваю, метро и электричкам в обозримом будущем ничто не угрожает.

С точки зрения энергоэффективности, рационального использования энергетических ресурсов, общественный транспорт при прочих равных имеет неоспоримое преимущество перед личным автомобилем, уже потому, что перевозит за раз большее количество пассажиров. Однако в системе ценностей ХХ века автомобиль несоизмеримо престижнее автобуса или метро. Чтобы люди изменили свои привычки, нужно не только экологическое мышление, но и соответствие общественного транспорта современным представлениям об экологичности, комфорте, эстетике и включенности в цифровую среду. Именно такой транспорт мы все чаще видим на улицах городов по всему миру.

Автор: Валерий Абрамов