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

Електротранспорт
Зображення
Коротка назва EV
На заміну газомоторний автомобіль і diesel vehicled
Двигун (рушій) електродвигун
Джерело енергії електричний струм
CMNS: Електротранспорт у Вікісховищі

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 використовують також для гальмування (генераторне гальмування). У 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 США та Європейському Союзі, що призвело до зростання ринку електричних транспортних засобів у 2010-х роках[1]. 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[2]. 2021 року Міжнародне енергетичне агентство заявило, що уряди повинні робити більше для досягнення кліматичних цілей, включаючи політику щодо важких електромобілів[3][4]. Продажі електромобілів можуть зрости з 2 % світової частки у 2016 році до 30 % до 2030 року[5][6][7]. 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 [8]. Значна частина цього зростання очікується на таких ринках, як Північна Америка, Європа та Китай[6]. 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 двоколісних транспортних засобів є економічно малоймовірним[9]. Існує більше 2- і 3-колісних електромобілів, ніж будь-який інший тип[10].

Історія

ред.
 
Електромобіль Columbia Electric Runabout, бестселер у США 1900 року 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[11]. 1835 року 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[12]. 1835 року американський коваль і винахідник Томас Девенпорт побудував іграшковий електричний локомотив із примітивним електричним двигуном. 1838 року шотландець на ім'я Роберт Девідсон побудував електричний локомотив, який розвивав швидкість 6 км/год. 1843 року в Англії був виданий патент на використання рейок як провідників електричного струму, а аналогічні американські патенти були видані Ліллі і Колтену у 1847 році[13].

Перші електромобілі масового виробництва з'явилися в Америці на початку 1900-х років. 1902 року 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. [14].

Через відсутність електромереж[15] і обмеження акумуляторних батарей на той час електромобілі не набули великої популярності; однак електропоїзди набули величезної популярності завдяки своїй економічності та швидкості. До XX 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 XX століття Велика Британія була найбільшим у світі споживачем електричних транспортних засобів[16].

 
Вагони метрополітену Порту

Для транспортування вугілля використовували 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 компанії «Baker Electric», «Columbia Electric», «Detroit Electric» та інші, і в якийсь момент в історії продавали автомобілі з бензиновим двигуном. 1900 року 28 відсотків автомобілів на автошляхах 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 відстань 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 використовували навіть у 1920-х роках[17][15]. 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[18] Електромобілі не рідко рекламувалися як розкішні жіночі автомобілі, що, можливо, було клеймом серед споживачів-чоловіків[19]. Крім того, у 1912 році автомобілями з двигуном внутрішнього згоряння стало ще легше керувати завдяки винаходу електричного стартера Чарльзом Кеттерінгом[20], який усунув потребу в руків'ї для запуску бензинового двигуна та зниженню шуму, який створюють автомобілі з ДВЗ 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 ДВЗ. 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[21].

Експерименти

ред.
 
Електромобіль «General Motors EV1» (1996–1998)

У січні 1990 року президент компанії «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. У 1996—1998 роках GM виготовив 1117 EV1, 800 з яких було надано через трирічну оренду.

Компанії Chrysler, Ford, GM, Honda та Toyota також випустили обмежену кількість електромобілів для каліфорнійських водіїв у цей період. 2003 року, 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 декількох 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 якому 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.

 
Зростання кількості електромобілів у 2010-х роках[22]

Компанія «Ford» випустила на ринок декілька своїх фургонів «Ford Ecostar». Також компанії «Honda», «Nissan» та «Toyota» 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 декілька електромобілів Mini після завершення їх тестування в Канаді.

У вересні 2005 року припинено виробництво компанії «Citroën Berlingo Electrique». «Zenn» розпочав виробництво у 2006 році, але припинив до 2009 року[23].

Відродження

ред.

Наприкінці XX — на початку XXI століття вплив транспортної інфраструктури на основі нафти на навколишнє середовище разом зі страхом піку видобутку нафти призвели до відновлення інтересу до інфраструктури електротранспорту[24].

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

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 вітроенергетика або будь-яка їх комбінація. Вуглецевий слід та інші викиди електромобілів відрізняються залежно від палива та технології, які використовують для виробництва електроенергії[25].

 
Електровоз у Швейцарії

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.

Впродовж 2022 року в Україні продаж приватних електромобілів склав 13,6 тис. одиниць, що у 1,5 рази більше за показники 2021 року. Найпопулярнішими моделями стали Nissan Leaf (2349 шт.), Volkswagen ID. 4 (1407 шт.) та Tesla Model 3 (952 шт.)[26].

Джерела електроенергії

ред.

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

Підключення до генераторних установок

ред.

Бортові генератори та гібридні електромобілі

ред.
  • 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 існують можливості виготовляти гібридні електромобілі, які отримують електроенергію з декількох 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. [27];
  • 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. Декілька експериментальних транспортних засобів, таких як деякі автомобілі та кілька літаків, використовують для отримання електроенергії сонячні панелі.

Зберігання електроенергії на борту

ред.

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:[28]

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[29].

Літій-іонний акумулятор

ред.

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.

 
Акумуляторний електробус з живленням від літій-іонних акумуляторів

Збільшення терміну служби батареї зменшує реальні витрати. Одним з методів є одночасне керування підмножиною елементів батареї та перемикання цих підмножин[30].

У минулому нікель-метал-гідридні батареї використовували в деяких електричних автомобілях, наприклад, виготовлених «General Motors»[31]. Ці типи акумуляторів вважаються застарілими через їх схильність до саморозряджання під час спеки[32]. Крім того, патент на цей тип батареї був у компанії Chevron, що створило проблему для їх широкого розвитку.[33] Ці фактори в поєднанні з їх високою вартістю призвели до того, що літій-іонні батареї лідирують як батареї, які використовують в електромобілях[34].

 
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.[35]

Електромотор

ред.

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 [36], 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 використовують 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.[37]

Види електротранспорту

ред.

Громадський транспорт

ред.
 
Тролейбус ЛАЗ Е183 у Львові
 
Електропоїзд ЕР2 на станції Євпаторія-Курорт

Наприкінці XIX століття найпоширенішим видом електротранспорту є громадський. У більшості країн світу в містах пасажирське сполучення здійснюється трамваями, тролейбусами, метрополітеном або міжміською електифікованою залізницею.

З розвитком накопичувальних джерел електроенергії почали активно використовувати електробуси. Наприклад, у Швеції в квітні 2018 року компанія «Volvo» розробила електробус, який має можливість заряджатися на кожній зупинці. З червня 2018 року ці електробуси експлуатуються у місті Гетеборг, а серійне виробництво цього транспорту передбачалося з 2019 року[38] Окрім того, Volvo створила власний концепт електровантажівки, яка також почне серійно вироблятись 2019-го. [39].

Розробляються й інші види електротранспорту. Так, у Норвегії у травні 2018 року було створено і запущено в роботу перший у світі електричний катамаран на 400 пасажирів. Він має довжину 42 метри під назвою «Майбутнє фіордів»[40].

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

Вантажний електротранспорт

ред.

Електрична вантажівка — електричний транспортний засіб, що живиться від акумуляторів, який 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[41][42]. 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 у 2020 році, а деякі транспортні засоби вперше впали нижче 100 доларів США[43].

 
Електрична вантажівка Renault Midlum, яку використовує компанія «Nestle» (2015)

Міжміські вантажні перевезення є сегментом вантажних перевезень, який найменше піддається електрифікації, оскільки збільшення ваги акумуляторів порівняно з паливом зменшує вантажопідйомність, а альтернативна, частіша 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-км ділянку на автомагістралі A5 між Вайтерштадтом і Мерфельденом у Німеччині[44].

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[45][46][47].

Приватний транспорт (електромобілі)

ред.
 
Електромобіль Tesla Model 3

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

Електромобілі та електричні мотоцикли набувають усе більшу популярність, зокрема й в Україні[48].

Промисловий електотранспорт

ред.
 
Електрокар для підвозу вантажів на залізничному вокзалі

На промислових підприємствах існує безліч видів електротранспорту: конвеєри, вантажівки, локомотиви, роботи сортувальники тощо.

Див. також

ред.

Примітки

ред.
  1. EU policy-makers seek to make electric transport a 'priority'.
  2. Transport, Chapter 10 in «Climate Change 2022: Mitigation of Climate Change». ipcc.ch. 5 April 2022.
  3. Global EV Outlook 2021.
  4. Global EV Outlook 2022.
  5. Are electric vehicle projections underestimating demand?.
  6. а б Electric vehicles Setting a course for 2030.
  7. The electric-vehicle outlook is stronger in China and Europe than in the United States.
  8. Electric Vehicle (EV) Industry Statistics and Forecasts.
  9. Prospects of Electric Vehicles in the Developing Countries: A Literature Review.
  10. Prospects for electric vehicle deployment.
  11. Guarnieri, M. (2012). Looking back to electric cars. Third IEEE HISTory of ELectro-technology CONference (HISTELCON). Proc. HISTELCON 2012 — 3rd Region-8 IEEE HISTory of Electro – Technology CONference: The Origins of Electrotechnologies. с. pp. 1–6. {{cite book}}: |pages= має зайвий текст (довідка)
  12. The History of Electric Vehicles Began in 1830.
  13. ELECTRIC TRACTION.
  14. Hendry, Maurice M. Studebaker: One can do a lot of remembering in South Bend. New Albany, Indiana: Automobile Quarterly. с. pp. 228–275. Vol X, 3rd Q, 1972. p231. {{cite book}}: |pages= має зайвий текст (довідка)
  15. а б The role of energy infrastructure in shaping early adoption of electric and gasoline cars.
  16. Escaping Lock-in: the Case of the Electric Vehicle *. Архів оригіналу за 23 вересня 2015. Процитовано 8 травня 2023.
  17. Electric vehicle.
  18. automobile.
  19. Scharff, Virginia (1992). Taking the Wheel: Women and the Coming of the Motor Age. Univ. New Mexico Press.
  20. The Voltec System: Energy Storage and Electric Propulsion.
  21. For a livable climate: Net-zero commitments must be backed by credible action.
  22. Global EV Outlook 2023.
  23. The end of Zenn.
  24. Sustainable transportation based on electric vehicle concepts: A brief overview.
  25. Contribution of Li-Ion Batteries to the Environmental Impact of Electric Vehicles.
  26. Ринок електромобілів в Україні у 2022-му році зріс у півтора раза – «Укравтопром».
  27. World's first electrified road for charging vehicles opens in Sweden.
  28. Richardson, D. B. (March 2013). "Electric vehicles and the electric grid: A review of modeling approaches, Impacts, and renewable energy integration". Renewable and Sustainable Energy Reviews. с. 247—254.
  29. Understanding electrochemical potentials of cathode materials in rechargeable batteries.
  30. Switching algorithms for extending battery life in Electric Vehicles.
  31. Types of Batteries Used for Electric Vehicles.
  32. Batteries for Electric Vehicles.
  33. Chevron and EVs.
  34. Comparison of NiMH and Li-Ion Batteries in Automotive Applications.
  35. Bloomberg's Latest Forecast Predicts Rapidly Falling Battery Prices.
  36. EVs Explained: Charging Losses.
  37. Electric vehicle traction motors without rare earth magnets.
  38. Електробуси «Volvo» будуть підзаряджатись під час зупинок. Tokar.ua (укр.). 22 травня 2018. Архів оригіналу за 28 травня 2018. Процитовано 28 травня 2018.
  39. 2019 року Volvo розпочне серійне виробництво власних електровантажівок. Tokar.ua (укр.). 25 квітня 2018. Архів оригіналу за 28 травня 2018. Процитовано 28 травня 2018.
  40. У Норвегії запустили перший у світі електричний катамаран на 400 пасажирів. Tokar.ua (укр.). 24 травня 2018. Архів оригіналу за 28 травня 2018. Процитовано 28 травня 2018.
  41. Calculating the total cost of ownership for electric trucks.
  42. Electric trucking offers fleets ergonomic efficiency potential.
  43. Electric-car battery-pack prices have fallen 13% in 2020.
  44. У Німеччині відкрили перший електричний автобан для вантажівок.
  45. From Amazon To FedEx, The Delivery Truck Is Going Electric.
  46. Delivery Vehicles Increasingly Choke Cities with Pollution.
  47. Electric Trucks Begin Reporting for Duty, Quietly and Without All the Fumes.
  48. Торік в Україні купили рекордну кількість електромобілів. Главком. 16 січня 2019. Архів оригіналу за 15 лютого 2022. Процитовано 14 жовтня 2023.[Архівовано 1 липня 2019 у Wayback Machine.]