Современная электроника №8/2018

РЫНОК 18 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 8 2018 Автопром как двигатель прогресса в электронике Часть 4. Энергетика, литий и электротранспорт Если общая ёмкость хранилищ энергии достигнет десятков или сотен гигаватт-часов, то гораздо более полное использование энергии ветряков и солнечных батарей станет вполне реальным. А это значит, что удельная потребность всей экономики в углеводородном топливе может снизиться, причём существенно. Сергей Волковой (svolkovoy@gmail.com ) Как было сказано ранее [1], в этой части статьи будет рассмотрен вопрос об экологическом транспорте, «зелё- ной» энергетике и рынке энергоноси- телей. Такая взаимосвязь по определе- нию не может не касаться экономики в целом, особенно с учётом того, что валютные поступления от экспорта углеводородов составляют значитель- ную часть дохода Российской Федера- ции. Однако «России будет экономи- чески трудно поддерживать экспорт энергоносителей на текущем и плани- руемом уровне» [2]. Почему же экспер- ты ChathamHouse так считают? В Европе и в США в настоящее вре- мя значительные средства инвестиру- ются в электротранспорт, в т.ч. в лег- ковые автомобили и сопутствующие технологии, причём такой обострив- шийся интерес сопровождается мас- сированной пропагандистской кампа- нией. Конечно, у инвесторов есть пря- мая материальная заинтересованность: чем больше людей станут переходить на электромобили, тем быстрее будут возмещены издержки и получена при- быль, но, думается, что к этому интере- су сводится далеко не всё. Не приходится сомневаться, что даже при лучших сценариях развития элек- тротранспорта совсем уйти от нефти и газа не удастся ещё долго, однако стоит отметить, что потребность в этих видах сырья может падать существенно. С другой стороны, массовое про- изводство электромобилей, особен- но полностью электрических, требу- ет большого количества лития, т.к. на сегодняшний день лучшими накопи- телями являются литиевые аккумуля- торы в различных их модификациях. Именно они обеспечивают наилучшие характеристики по удельной плотно- сти энергии на единицу массы аккуму- лятора. Несмотря на то что размеры и масса аккумуляторов пока ещё остав- ляют желать лучшего, они постепенно находят всё более широкое примене- ние. Однако это не единственная про- блема с накопителями энергии. Самые энергетически плотные акку- муляторы, так называемые литий-ион- ные, уже при небольшой отрицатель- ной температуре снижают свою ёмкость чуть ли не на порядок (в 10 раз). Чтобы как-то решить эту проблему, например, в автомобиле Tesla Model S специальная система управления не даёт остывать аккумуляторам ниже примерно +5°С. При этом энергию система берёт из тех же аккумуляторов. Если на малых про- межутках времени это ещё как-то спа- сает, то оставленный в мороз на ночь на парковке не подключённым к зарядке автомобиль утром вполне может стать недвижимостью. Даже в Европе с её мяг- ким климатом эксплуатация такой тех- ники может иметь определённые труд- ности: в той же горной части Баварии температуры –10… − 15°С не являются большой редкостью. Что уж говорить о Скандинавии или России! Существуют и более морозостойкие аккумуляторы. Например, литий-желе- зо-фосфатные – они уверенно работают при температурах до − 20°С, превосходят классические литий-ионные по количе- ству циклов заряд-разряд и более безо- пасны при повреждении. Их даже ста- вят в современные немецкие подводные лодки проекта U-212. Однако по главно- му параметру, плотности энергии, они уступают литий-ионным, а также име- ют существенно более высокую цену. Литий-титанатные аккумуляторы отли- чаются повышенной морозостойкостью и более длительным сроком службы, но ещё сильнее уступают в плотности энер- гии и имеют несравнимо более высокую стоимость, во всяком случае, пока. Ведутся также разработки источни- ков энергии на базе водорода, напри- мер топливных элементов (англ. Fuel cell, нем. Brennstoffzelle). Топливный элемент представляет собой ионооб- менную мембрану. С одной стороны на неё поступает водород, ионы кото- рого проникают на противополож- ную сторону, куда подаётся кислород (воздух); при этом на электродах, рас- положенных по разные стороны мем- браны, выделяется электрическая энер- гия, а выхлопом является вода в виде жидкости или пара. Это направление тоже считается перспективным, хотя и существует ещё масса нерешённых технических проблем, например без- опасность хранения водорода на транс- портных средствах, отсутствие инфра- структуры и многое другое. Однако потенциал по увеличению дальности хода у этой технологии огромный. Если технические вопросы будут решены, то проблема с запасом хода может уйти в прошлое. Тем не менее в тестовом режиме, например в Гамбурге, эксплу- атируются автобусы с водородными топливными элементами. В Японии и в штате Калифорния до недавнего вре- мени можно было брать в лизинг авто- мобили Honda FCX Clarity с подобной энергетической установкой. Аналогич- ные разработки ведутся многими ком- паниями, в т.ч. концерном «Даймлер» (Mercedess F-Cell). Будущее водородной энергетики пока ещё видится несколько туман- ным, но в данном направлении иссле- дования также ведутся. Затронув тему безопасности, сто- ит отметить один момент. Общепри- нято, что аккумуляторы в обычных автомобилях не являются источни- ком опасности, однако в гибридных и полностью электрических автомо- билях дела обстоят иначе. Во-первых, высокое напряжение на борту – это серьёзный фактор риска. Сложно обе- спечить отсутствие опасного напряже- ния, например, в случае ДТП. Конечно, меры по обеспечению электробезо- пасности принимаются, однако, если батарея физически повреждена (а при таких габаритах и массе, как сегодня, этого исключать нельзя), полностью гарантировать электробезопасность невозможно. Кроме того, в вариантах с жидким электролитом (а самые ёмкие