Конденсаторний автобус ковтає електрику на зупинках

У гонитві за чистим міським транспортом людство винайшло трамваї і тролейбуси, заплативши за електричний привід скороченням маневреності. Спроби ж створення автобусів на акумуляторах досі виглядали блідо, оскільки батареї, достатні для скільки-небудь задовільного пробігу, виявлялися надмірно важкими і дорогими…

41-місцевий китайсько-американський Ultracap Bus важить 11,3 тонни (порівняно з масою звичайних автобусів і тролейбусів одинаків), з яких на суперконденсатори припадає 980 кг. У довжину автобус налічує 11,4 метра. Максимальна ж швидкість Ultracap Bus становить 48 км / год (фото з сайту sinautecus.com).

Вихід з глухого кута, як часто буває, виявився досить простий. Та й знайдений він був не вчора. Залишалося тільки дочекатися героїв, які взялися б довести ідею до практичного, причому масового застосування.

Щоб отримати електричний автобус, недорогий, але при тому здатний вільно подорожувати по місту, потрібно провернути досить очевидну річ: поставити системи надшвидкісний зарядки на кожній автобусній зупинці. Бажано автоматизовані, щоб водій не залишав кабіни. Правда, акумулятори, здатні зберігати пристойну кількість енергії на одиницю ваги, не дуже охоче переварюють великі струми, так що для наповнення їх "під горлечко" потрібно пристойний час. І хто буде в годину пік чекати такої "заправки"?

На щастя, існує чудова альтернатива хімічним батареям - суперконденсатори. За питомою ємності вони гірше, наприклад, літієвих батарей на порядок, а то і більше. Зате вміють дуже швидко заряджатися.

Саме такий транспортний проект розвивають китайські компанії Sinautec і Shanghai Aowei Technology спільно з американськими Sinautec Automobile Technologies і Foton America Bus.

Остання виробляє в США автобуси і вантажівки під маркою, що належить китайській Beiqi Foton Motors, і одночасно займається альтернативними технологіями: гібридами, машинами, що працюють на стиснутому природному газі і водні, тепер ось і електричним транспортом. Aowei ж - фахівець з суперконденсаторам, ну а за Sinautec Automobile - загальне проектування системи.

З 2006 року партнери тестують на одній з комерційних ліній в Шанхаї 17 дослідних зразків суперконденсаторних автобусів (Ultracap Bus). Коли така машина под`ёзжает до зупинки, водій натискає на кнопку і над дахом піднімається струмоприймач. Він підключається до двох проводах, що висить над землею немов дроти тролейбуса (але по довжині що не виходять за територію зупинки). Щоб прийняти порцію енергії, достатню для кидка до наступного пункту на маршруті, Ultracap Bus потрібно всього дві хвилини: це відбувається, поки пасажири виходять і входять в автобус.

Шанхайський технопарк, міжнародний виставковий центр і ряд інших цікавих місць вже обзавелися зупинками для Ultracap Bus. Справа внизу: блок суперконденсаторів (фотографії Sinautec Automobile Technologies, Shanghai Aowei Technology).

Ємність суперконденсаторів, встановлених під підлогою автобуса, становить 5,9 кіловат-годин. Витрата ж енергії машиною дорівнює 0,66-0,93 кВт-год на кілометр. При спокійній їзді Ultracap Bus може проїхати "На одному диханні" до 8,8 км. Але реальні відрізки шляху куди менше - всього кілька кварталів, тому і заправки - короткі. Взагалі ж з нуля і до 100% суперконденсаторна блок в Ultracap Bus заряджається приблизно 6 хвилин (точний час залежить від обраного в зарядної мережі напруги).

Апробація технології в Шанхаї показала вигоду "суперавтобус". По-перше, і це чи не головне, вони по оцінці партнерів виявилися приблизно на 40% дешевше, ніж автобуси з літієво-іонними акумуляторами. У порівнянні з тролейбусом вони вийшли економічніше (тут сповна використовується рекуперація енергії при гальмуванні, пояснюють інженери).

Але на відміну від "рогатої" транспорту Ultracap Bus вільніше почуваються на вулицях. Якщо число маршрутів і, відповідно, зарядних зупинок збільшити, кожен суперконденсаторів автобус зможе легко їздити чи не по всьому місту.

Можливий дизайн зупинок-заправок (ілюстрації Sinautec Automobile Technologies).

Виходячи з нинішніх цін на електрику і дизпаливо, партнери порахували, що "паливні" витрати "суперавтобуса" на порядок нижче звичайного, що означає економію близько $ 200 тисяч за обіцяні 12 років життя машини. Надійність і простота силового агрегату - ще один плюс новинки в порівнянні як з дизельними, так і з акумуляторними суперниками. За три з гаком роки роботи в Шанхаї в жодного Ultracap Bus не сталося жодної відмови.

Що до горезвісного "вуглецевого сліду", То, за словами виконавчого директора Sinautec Automobile Technologies Дена Е (Dan Ye), навіть якщо вважати, що вся електрика для Ultracap Bus виходить на вугільній електростанції, такий автобус "викидає" в атмосферу лише третина від вуглекислого газу, що виділяється дизелем. І адже завжди залишається можливість виробляти електрику більш "зеленими" способами.

Власне, в цьому напрямку партнери по проекту і мають намір рухатися далі. 21 жовтня 2009 року вони збираються представити американській публіці 11-місцеві відкриті автобусики на суперконденсаторах (Eleven Seat Minibus). Ці машини призначені для коротких вояжів по територіях виставок, аеропортів, гіпермаркетів, курортів і університетських кампусів. Взагалі-то одноденна презентація і пройде в кампусі Американського університету у Вашингтоні (American University).

Міні-автобуси будуть заряджатися від ряду мобільних 5-кіловатних фотоелектричних генераторів, - говорить прес-реліз Sinautec Automobile Technologies. Для цього до проекту підключилася американська Stella Group - фахівець з сонячним батареям.

11-місні міні-автобуси на суперконденсаторах. Запас ходу у них становить 16 кілометрів, головним чином за рахунок низької витрати енергії - 0,16 кВт-год на кілометр (фотографії Sinautec Automobile Technologies).

але ці "малюки" являють собою, образно кажучи, "бічну гілка" технології. А ось про маршрутні автобуси Ultracap Bus слід поговорити ще. Здається, всім вони хороші. Та ще й кондиціонером обладнані. Тільки ось витрачає кондей не сильно менше, ніж скромний тяговий електромотор машини. Тому при включенні охолодження салону на всю котушку запас ходу на одній зарядці у Ultracap Bus падає більш ніж в 1,5 рази - до 5,6 км.

Це, звичайно, більше, ніж дистанція між двома типовими міськими зупинками. Але на всякий пожежний запас хотілося б мати значніше. Просте ж збільшення набору суперконденсаторів не дуже-то правильний шлях: буде рости маса машини, а головне - ціна.

Партнери вважають, що самі суперконденсатори ще не сказали останнього слова. Зараз в дослідних зразках Ultracap Bus стоять накопичувачі з питомою ємністю 6 Вт-ч / кг (для порівняння: літієві акумулятори володіють питомою ємністю приблизно 110-200 Вт-ч / кг).

Кліффорд Клер (Clifford Clare), виконавчий директор Foton America Bus, розповідає, що на початку 2010 року компанія викотить на випробування шістдесят Ultracap Bus другого покоління, оснащені ультраконденсатори з питомою ємністю 10 Вт-ч / кг. А в третьому поколінні партнери мають намір довести питомі показники суперконденсаторів до рівня свинцево-кислотних акумуляторів, а може, і вище. Тоді запас ходу на одній зарядці такого автобуса виявиться дорівнює 30-35 кілометрів.

Американці з китайцями також створили кілька зразків гольф-карів на суперконденсаторах (фотографії Sinautec Automobile Technologies).

При збереженні зарядних пунктів на кожній або майже кожній зупинці це означатиме більшу гнучкість системи і високу стійкість до відмов зарядного обладнання. Або у транспортників з`явиться можливість ставити заправні контакти набагато рідше, а значить, виявиться вигідним розширити технологію на цілий ряд складних маршрутів, у тому числі - приміських.

У нарощуванні ємності суперконденсаторів китайські вчені та інженери розраховують в числі іншого і на своїх заокеанських колег. Зокрема, Sinautec Automobile Technologies веде переговори з лабораторією Джоела Шіндалла (Joel Schindall) з Массачусетського технологічного інституту.

Шіндалл, експерт по суперконденсаторам, з цікавістю сприймає розвиток таких автобусів. "Це блискуча концепція зарядки, - говорить Джоел. - Вона не дуже добре підходить для електромобілів, але практична у випадку з автобусом, який зупиняється кожні кілька кварталів". Щоб подарувати новим машинам рекордні суперконденсатори, Шіндалл експериментує з нанотрубками. І не він один, треба помітити.

Про те, що вуглецеві нанотрубки здатні істотно поліпшити параметри суперконденсаторів, а також і хімічних акумуляторів, вчені в різних країнах говорять вже не один рік. І не тільки говорять, а й ставлять відповідні досліди.

"Поки що ми можемо отримати зразки з щільністю енергії, в два рази перевершує існуючі ультраконденсатори, але цього недостатньо, - продовжує Шіндалл. - Ми прагнемо отримати приблизно в п`ять разів більше. Це означає суперконденсатор з питомою ємністю в одну чверть від запасу літієво-іонних акумуляторів".

Поки, вибачте на слові, "суперсуперконденсатори" не з`явились, Sinautec і її партнери створили проміжний варіант автобуса - Ultracap Hybrid Bus. Під гібридом в даному випадку мається на увазі зовсім не поєднання електротяги з дизелем, а поєднання двох різних типів накопичувачів енергії - ультраконденсаторів і свинцево-кислотних батарей.

Перші мають ємність 2,25 кіловат-години і заряджаються на все тих же автобусних зупинках за 4 хвилини (якщо не повністю, то досить і 30 секунд). Другі ж вміщають солідні 60 кВт-год. Їх заповнення вимагає вже 6 годин. Відбуватиметься це може, наприклад, на кінцевих станціях або в парку.

Ultracap Hybrid Bus може проїхати без підзарядки 72 км, при включеному на повну потужність кондиціонері. Номінальна місткість у цій моделі така ж, як і у чисто конденсаторного побратима, - 41 осіб, а максимальна швидкість вище - 53 км / год (фото Sinautec Automobile Technologies).

Суперконденсатори в начинці такого автобуса розраховані на повний термін служби машини - близько все тих же 12 років, а ось акумулятори треба буде міняти раз в 18 місяців, на жаль. Одна втіха: свинцеві батареї набагато дешевше літієвих. Але все одно зрозуміло, чому автори проекту так прагнуть наростити можливості саме суперконденсаторна моделі.

Foton America Bus веде переговори з транспортниками Нью-Йорка, Чикаго і ряду міст у Флориді про відкриття досвідчених ліній для Ultracap Bus. І розвиток такої ж мережі в Китаї, ймовірно, буде продовжено.

Коротка підживлення на зупинках - цікава альтернатива іншим методам зарядки електричного транспорту. Тут можна згадати "бездротові дороги", Показані недавно корейцями, і роботизовану гарячу заміну акумуляторів. Перший варіант має не найкращим ККД. Другий же ускладнює пристрій зарядних пунктів. І хоча на роль персонального електротранспорту "тролейбус без проводів" чи згодиться (будемо сподіватися на надшвидкісні літієві батареї?), цілком може бути, що ми спостерігаємо "початок кінця" тролейбусів.