Автобусы гибриды

Живите богато!

Дороговизна всех ДВС/электрических гибридов, повышение цены в сравнении с традиционными легковушками, грузовиками и автобусами на одно транспортное средство уже составляет от $10 000 до 20 000. Серийное производство автогибридов, конечно, способно снизить конечную стоимость, и очень важным фактором, влияющим на экспансию гибридной технологии, может стать не только растущая котировка углеводородов на мировом рынке. Разработка гибридомобилей – удел промышленно развитых богатых стран, чьи правительства пекутся не столько об эффективности, а скорее о своем имидже и связанных с ним экологических и политических аспектах. Достигаемое сокращение расхода топлива никогда не окупит вложения в высокие технологии.

Для массового распространения гибридов не требуется значительных инфраструктурных преобразований в сравнении с другими альтернативными направлениями. «В некоторых странах сегодня просто нет денег для масштабных инфраструктурных проектов, которые необходимы для широкого распространения тех же электромобилей или машин, работающих на компримированном или сжиженном природном газе», – отмечают аналитики Frost & Sullivan.

Параллельно и последовательно

Изучая причины, почему гибриды должны стать в ближайшее время востребованными, аналитики указали на три основных фактора: повышающаяся урбанизация городов, увеличение интенсивности пассажиропотоков и грузоперевозок, а также связанные с этим проблемы дорожных заторов и сохраняющаяся тенденция высокой стоимости топлива.

«Гибриды отлично демонстрируют свои преимущества на перегруженных улицах мегаполисов там, где им приходится очень часто разгоняться и тормозить. Ведь именно этот режим движения идеально подходит для гибридного автомобиля», – поясняется в аналитической записке одного из специалистов Frost & Sullivan.

Гибридные автомобили отличает сравнительно низкий расход топлива, и эта экономия в различных моделях колеблется в пределах 22–37% в сравнении с традиционными дизельными аналогами. Некоторые производители уже начали серийный выпуск. Но все равно их число не превышает 5000 единиц, что, согласитесь, на фоне миллионов дизельных машин выглядит весьма скромно.

Большинство гибридных машин, как правило, оснащают комбинированной трансмиссией параллельного (реже последовательного) типа, состоящей из основного двигателя внутреннего сгорания, электромотора небольшой мощности с функцией генератора, автоматизированной полуавтоматической или автоматической КП и блоком аккумуляторных батарей. Такие модели выпускают BAE Systems VDL Bus & Coach и др.

Гибридомобиль может двигаться от основного ДВС или только от электродвигателя, а при разгоне возможен режим использования обоих приводов одновременно. Основным преимуществом комбинированного транспортного средства является более низкий расход топлива в сравнении с традиционным автомобилем за счет его возможности аккумулировать энергию торможения, которая возвращается в АКБ.

Как вариант накопителем энергии может являться маховик (гирокары, гиробусы), а также конденсаторы или гидроаккумуляторы.

АКБ и конденсаторы

Типичные применяемые схемы можно проиллюстрировать на примере 18-метрового сочленённого гибридобуса Solaris Urbino 18 DIWAhybrid с параллельным гибридным приводом Voith, который включает 6,7-литровый дизель Cummins ISB6.7EV 250H мощностью 225 л.с. и электродвигатель мощностью 150 кВт. В отличие от Solaris Urbino 12 Hybrid, укомплектованного 4 Li-Io АКБ («ГП» № 3, 2011 г.), здесь установлен блок суперконденсаторов Maxwell ёмкостью 0,5 кВт.ч. Экономия в сравнении с дизельным сочленёнником составляет 22–24% при увеличившейся на 0,6 т массе и сохранении пассажировместимости на 161 человека.

Новый двухпалубный гибридный автобус Alexander Dennis Enviro 400h недавно изготовила британская фирма Alexander Dennis Limited (ADL) совместно с американским специалистом в области комбинированной технологии BAE Systems. Дизель-электрическая последовательная гибридная система HybriDrive BAE Systems с дизелем, постоянно вращающим генератор для выработки электроэнергии, используется для запитывания приводных электромоторов и Li-Io АКБ. В конструкции привода используется стандартная механическая КП. Опыт эксплуатации даблдеккеров Enviro 400 в Оксфорде и Манчестере показал экономию до 30% топлива в сравнении с дизельным аналогом. В самой же BAE Systems утверждают, что их гибридная технология HybriDrive сегодня успешно работает более чем в 2500 гибридных автобусах по обе стороны Атлантики.

Компания Volvo Group, производящая сегодня гибридные автобусы для стран Европы, планирует продвинуть свою технику в США, Бразилии и Мексике. В Мехико уже тестируют городские гибридные Volvo 7700 Hybrid с параллельной технологией I-SAM, которая состоит из дизеля, объединённого с генератором переменного тока, электронного блока управления, автоматизированной коробки I-Shift и АКБ. Как утверждает Volvo, их гибридный автобус экономит до 35% топлива в сравнении с дизельным аналогом.

Компания Tata Motors стала первым индийским автопроизводителем, разработавшим гибридный низкопольный городской автобус Tata Hybrid Starbus LPO 1628 («ГП» № 3, 2011 г.). Пассажирская машина, предназначенная для внутригородских перевозок, оснащена параллельным газ/электрическим гибридным приводом, основу которого составляет газовый двигатель Cummins 6B5.9 мощностью 230 л.с., автоматическая трансмиссия, синхронный электродвигатель мощностью 44 кВт с функцией генератора и мощный блок Li-Io АКБ ёмкостью 3,74 кВт.ч. За счет использования газового CNG двигателя автобус выполняет требования стандарта Euro 5.

Ashok Leyland Limited входит в консорциум Hinduja Group. В начале 2012 года был представлен дизель-электрический автобус Ashok Leyland Hybus на базе серийного городского автобуса ULE CNG BS4. Он оснащён газовым 180-сильным CNG-двигателем, приводящим генератор 75 кВт, который питает блок HV-батарей. Далее через преобразователь ток идёт к электромотору.

Гидрогибриды

Кроме традиционных параллельных и последовательных ДВС/электрических приводов стоит отметить, что в недавнее время появилось много различных опытных гибридных образцов, абсолютно непохожих на первоначальные конструкции.

К примеру, первый в мире городской автобус LCO-140H с гидрогибридным приводом, появившийся совсем недавно в американском проектном бюро Altair ProductDesign. Он оборудован последовательным дизель/гидравлическим гибридным приводом с дизелем Cummins ISX мощностью 350 л.с., который последовательно агрегатируется с гидравлической трансмиссией фирмы Parker Hannafin, включающей гидромоторы и гидроаккумуляторы. При ускорении и движении основной мотор передает энергию на гидросистему, которая затем начинает вращать гидромоторы. При замедлении рекуперация энергии торможения происходит в гидроаккумуляторе, которая используется для ускорения гибридного автобуса. Это подобно работе ДВС/электрического гибридомобиля, только для рекуперации гидросистема использует масло.

Гидрогибридный привод LCO-140H позволяет улавливать около 80% энергии торможения, что превосходит 25%, свойственные стандартным дизель/электрическим приводам. На испытаниях LCO-140H расходовал на половину меньше энергии, чем подобный аналог с дизельным мотором, и на 30% меньше, чем дизель/электрический гибридобус.

Заслуживает внимания гибридный автобус Optare Flybus, оснащённый механической системой накопления энергии торможения KERS (Kinetic Energy Recovery System – система регенерации кинетической энергии), разработанной британской фирмой Torotrak plc. Разработчики утверждают, что их привод с полнотороидальным сцеплением, установленный в городском автобусе, демонстрировал 30%-ную экономию топлива. Дизель/механический привод представляет собой колесо-маховик с механической аккумулирующей системой, связанной через бесступенчато-регулируемую трансмиссию (CVT) с основной кинематической цепью шасси. Полученный в итоге механический накопитель энергии торможения Torotrak является очень компактным механическим узлом, который без больших проблем можно встроить в стандартное автобусное шасси. Но главное преимущество системы KERS заключается в её приемлемой стоимости, которая в сравнении с дизель/электрическим аналогом будет значительно дешевле.

Электронеординарности

Электробусы показывают более высокую эффективность, чем дизельные или дизель/электрические гибридные автобусы, так как они в большей или в меньшей степени, но все же работают исключительно на дизельном топливе. Это обусловлено в первую очередь тем, что ДВС имеют КПД в пределах 25–35%, а у электропривода КПД – 90%! К тому же электричество, как энергия привода транспортного средства, даёт очень низкие эксплуатационные расходы, так как оно намного дешевле, чем дизтопливо, бензин или природный газ. Городской автобус с дизельным двигателем для преодоления 10 км пути сжигает приблизительно 4–5 л дизтоплива, что по европейским ценам составляет около 7–8 евро. Электробус для проезда тех же 10 км пути тратит 10–20 кВт.ч электроэнергии, цена которой не превышает 1–2 евро.

Конечно, нельзя пройти мимо идеи первого в мире гибридного электробуса Arctic Whisper с системой быстрой зарядки аккумуляторных батарей. Новинка недавно получила престижную премию Elmia Future Transport Award 2011 (Транспорт будущего) в категории «общественный транспорт». Она разработана при участии шведских компаний Hybricon AB, Umeå Energi AB и Umeå City Corporation, а также фирм Opbrid SL (Испания) и е-Traction BV (Голландия). Суть заключается в том, что на одной конечной станции автобусного маршрута находится зарядная станция Opbrid SL. Подъехавший к ней гибридный автобус поднимает свой токоприёмник-пантограф Schunk 922, рассчитанный на силу тока 2400 А, как у обычного трамвая, и заряжает свои Li-Io АКБ Valence ёмкостью 100 А.ч в течение 5–10 минут.

Веяния и влияния

В чём-то похожую идею пытается реализовать другой шведский производитель автобусов – компания Volvo Buses. Они уже произвели и продали по всему миру более 250 гибридных дизель-электрических автобусов, которые экономичнее обычных машин на 35%. Но генеральный директор Volvo Buses Хокан Карлссон считает, что за счёт усиления бортовой электрической трансмиссии и периодического подключения её к внешнему зарядному устройству можно добиться 65%-ного уменьшения расхода топлива в сравнении с дизельным аналогом. Подзаряжаемый от стационарной электросети гибридный городской автобус Volvo 7700 Hybrid Bus Plug-In комплектуют тем же набором узлов, как и другие гибридобусы, только АКБ большей ёмкости, а для управления процессом зарядки добавлен электронный контроллер. Дорожные испытания прототипа подзаряжаемого гибрида планируется начать осенью 2012 года в Гётеборге.

Подразделение Daimler Buses выпустило гибридный городской электробус Mercedes-Benz Citaro FuelCELL Hybrid, оборудованный водородными топливными элементами, где протекает химическая реакция взаимодействия водорода с кислородом, в результате чего вырабатывается электричество и вода. В ступицах колёс установлены электромоторы общей мощностью 120 кВт. В сравнении с обычными Citaro FuelCELL, прошедшими опытную эксплуатацию в Гамбурге в 2003 году, новинка оборудована системой рекуперации. Благодаря вторичному использованию энергии, накопленной в Li-Io АКБ, новый гибридный Citaro FuelCELL расходует наполовину меньше водорода, чем негибридный аналог. В результате удалось сократить количество баллонов с водородом с 9 до 7. В них теперь находится всего 245 кг топлива, которых хватает на 250 км пути.

Стоимость новинки незначительно выше гибридного «горожанина» Mercedes-Benz BlueTec, оборудованного стандартным дизель/электрическим гибридным приводом. Разница в том, что новые водородные пассажирские машины получают электроэнергию из топливных элементов, а традиционный гибридный автобус вынужден сжигать солярку, хотя и в меньшем объёме.

Чешские компании Škoda Electric, Linde Gas и Veolia на базе автобуса IVECO Irisbus Citelis 12M начали выпуск аналогичных городских Škoda TriHyBus («ГП» № 9, 2010 г.). Мембранный водородный топливный элемент Proton Motor вырабатывает 48 кВт электроэнергии. В оснащение входят асинхронный электродвигатель на 12 кВт, блок Li-Io АКБ и 4 конденсатора. Электрогенератор регенерирует энергию торможения и накапливает её в АКБ. Расход топлива составляет 7,5 кг/100 км, обеспечивая запас хода до 250 км. Максимальная скорость достигает 65 км/ч.

В заключение стоит упомянуть проект гибридного автобуса Pininfarina Hybus. Кузов и шасси Pininfarina Hybus – это обычный городской автобус IVECO 490 с 18-летним стажем. Вместо старого дизеля и механической коробки передач пассажирская машина получила два электромотора Magneti Marelli, блок Li-Io батарей и новый 1,3-литровый 94-сильный дизель Fiat Mutli-jet, агрегатированный с электрогенератором Magneti Marelli. Главное достоинство новинки в его стоимости, которая получается на 60% меньше, чем у нового гибридобуса.