Техника на водородном топливе: автобус, погрузчик, седельный тягач…

Среди альтернативных источников энергии, которые мировые производители спецтехники и коммерческого транспорта рассматривают в качестве перспективных для создаваемых ими образцов, наряду с биотопливом и электроэнергией также встречается водород — сам по себе, в смеси с другими веществами либо в топливных элементах. Давайте оценим перспективы этого газа и попутно вспомним уже созданные образцы машин, в которых он используется

ВОДОРОД КАК АЛЬТЕРНАТИВНЫЙ ИСТОЧНИК ЭНЕРГИИ

Когда речь заходит об экологически чистых источниках энергии, способных приводить в действие современную технику, водород упоминают чуть ли не первым. С одной стороны — из-за серийных автомобилей на этом топливе, таких как Honda FCX Clarity и семейство моделей Mercedes-Benz Fuel Cell, ряд моделей Toyota и Hyundai, а с другой — по причине немалого числа отечественных экспериментов в этой сфере, довольно хорошо описанных.

Как известно, еще в блокадном Ленинграде, в условиях тотального отсутствия топлива для машин местным ученым удалось заменить бензин в их двигателях на водород. Во второй половине восьмидесятых в СССР было создано несколько моделей водородных автомобилей, включая автобусы. Погрузчики на водороде работали в портовом хозяйстве города-героя Одессы. Примерно в то же время отечественными авиаконструкторами был создан экспериментальный образец лайнера Ту-155, один из трех двигателей которого работал на водороде. В кризисные девяностые все подобные программы были свернуты, но в новом веке, когда вопросы экологии стали для человечества принципиальными, о водородном топливе заговорили снова.

Этот газ как нельзя лучше олицетворяет мечты человечества об идеальном источнике энергии. При сжигании в двигателях водород выделяет больше тепла, чем бензин, -дизельное топливо или метан, а в качестве отходов горения от него остается только вода — и никаких выбросов углекислого газа. Кроме того, водород удобен как концентрат энергии, по мере необходимости подаваемый к местам заправки по специальным «водородопроводам».

Это к вопросу о достоинствах водорода как топлива. К его недостаткам стоит отнести сравнительно невысокий коэффициент полезного действия работающих на этом газе двигателей (сравнительно с другими альтернативными источниками энергии), а также дороговизну технологий его промышленного производства. Кроме того, как и у других альтернативных источников энергии, обратной стороной вопроса является тот факт, что для извлечения водорода требуется энергия, получаемая из других источников, не столь экологически чистых. Применительно к двигателям, работающим на водороде, актуален также вопрос безопасности: как оказалось, «водородная» техника способна не только гореть, но и взрываться.

В силу всех названных выше pro и contra у водорода как вида топлива есть и свои сторонники, и противники. Но оптимистов в этом вопросе куда больше, чем скептиков — а кроме того, они деятельны и год за годом предлагают новые варианты массового перевода техники на этот альтернативный ресурс энергии.

Использовать водород для двигателей техники можно как в чистом виде, так и в смеси с другими видами топлива, — а также извлекая его из особых топливных элементов. Наиболее доступным способом получения этого газа остается электролиз — то есть получение водорода из воды под действием сильного тока, возникающего между разнополярными электродами. Сегодня более 90% добываемого водорода производится из углеводородных газов.

Использование в двигателях водорода в чистом виде требует применения герметичных емкостей для хранения, а также развитой сети специальных заправочных станций. Смешанные варианты технических решений, когда используется как водород, так и традиционное углеводородное топливо, реализован в конструкции автомобилей таких производителей, как BMW и Mazda, — они позволяют серьезно экономить бензин или дизельное топливо.

При использовании топливных элементов в этих устройствах происходит соединение водорода и кислорода — образующийся при этом ток питает электродвигатель, а побочным продуктом процесса является вода, которая выходит наружу в виде пара. Среди создателей машин на водородных элементах — Nissan, Toyota, Ford и, конечно, компания Nikola Motors, недавно представившая первый в мире седельный тягач.

СЕДЕЛЬНЫЙ ТЯГАЧ NIkOLA ONE

В конце прошлого года автомобилестроительная компания Nicola Motors в своей штаб-квартире в Солт-Лейк-Сити представила на суд потенциальных заказчиков первый в мире седельный тягач Nicola One на водородных топливных элементах, способный проехать без малого две тысячи километров на одной зарядке.

Емкость водородных топливных элементов грузовика — 300 киловатт, совокупная мощность всех литий-ионных батарей — 320 кВт/ч. Мощность двигателя Nikola One — более тысячи лошадиных сил, а пиковый крутящий момент достигает 2711 Нм.

Нужно отметить, что в конструкции тягача применены быстродействующие топливные элементы, способные выйти на предельную мощность за несколько секунд, обеспечивая грузовик энергией в экстренных случаях — при этом его аккумуляторные батареи остаются в постоянно заряженном состоянии.

Учитывая прямое родство Nikola Motors с таким двигателем инноваций в автомобилестроении, как Tesla, другие конструктивные решения, воплощенные в этом седельном тягаче, также впечатляют. Это и «умная» трансмиссия, и высокотехнологичная кабина, и, конечно, мощность силовой установки, в два раза большая, чем у дизельных машин того же класса.

Движение грузовика осуществляется за счет работы шести электродвигателей, установленных на его колесах. За 30 секунд Nikola One с полной загрузкой способен разгоняться до скорости 100 километров в час. Кроме того, он может преодолевать без снижения скорости крутые подъемы — такие, на которых обычный грузовик вынужден сбрасывать ее до 40—60 километров в час.

Электрическая природа грузовика Nikola One позволяет ему возвращать во время спуска значительную часть энергии, израсходованной на предшествовавший подъем. Тормоза от перегрева на спуске и выхода из строя защищает система регенеративного электрического торможения.

Водитель Nikola One имеет возможность управлять каждым из шести двигателей машины по отдельности, перераспределяя необходимым образом нагрузку на каждое из колес — что в итоге обеспечивает стабильность движения машины, в том числе на крутых поворотах, совершаемых на большой скорости.

Информация о режиме движения и работе основных систем автомобиля с бортового компьютера отображается на 21-дюймовом сенсорном дисплее. Телематические системы, соединяющие грузовик с офисом компании-перевозчика, позволяют удаленно получать информацию о нем в режиме реального времени, а также загружать данные о новых маршрутах движения, если это необходимо.

Строительство производства, необходимого для серийного выпуска Nikola One, по словам представителей компании, будет завершено в середине нынешнего года. А с 2020 года грузовики будут производиться серийно, с возможностью выпуска до пятидесяти тысяч машин ежегодно. Уже на начало декабря 2016 года сумма предварительных заказов на Nikola Onе превысила четыре миллиарда долларов.

В разработке находится и более доступная по цене версия тягача под названием Nikola Two. Как и Nikola One, она будет доступна для приобретения по программе лизинга — клиенты будут платить от пяти до семи тысяч долларов в месяц в течение шести лет (точный размер платежа зависит от выбора опций и комплектации). На протяжении всего срока действия программы Nikola Motors будет снабжать приобретателей бесплатным водородом в неограниченном объеме. Гарантия и бесплатный сервис на протяжении всего срока также предусмотрены.

Интересно, что все купившие грузовик Tesla предприятия и частные лица смогут менять его на новый каждые 72 месяца без всякой доплаты. А уже к 2019 году на главных магистралях США и Канады Nikola Motors планирует запустить сеть из 364 станций для заправки водородом, число которых в последствии увеличится. При этом никаких ограничений для заправки водородом для техники других марок компания вводить не планирует.

Три года до начала серийного выпуска водородных тягачей Nikola One — немалый срок, за который многое может измениться. Но, как бы там ни было, уже после
демонстрации водородного автомобиля образца эксперты отрасли и специализированные издания всерьез заговорили о начале революции в сфере коммерческих
автоперевозок.

СКЛАДСКАЯ СПЕЦТЕХНИКА YALE НА ТОПЛИВНЫХ ЭЛЕМЕНТАХ

Спецтехника на водородном топливе — и, в частности, на водородных топливных элементах — пока только в самом начале пути. В 2015 году NACCO Materials
Handling Group, Inc. (NMHG), в состав которой входит Yale Materials Handling Corporation, приобрела компанию Nuvera Fuel Cells, Inc, занимающуюся разработкой
и производством водородных топливных элементов. Таким образом, американская компания Yale стала первым в мире производителем погрузчиков, внедрившим
интересующую нас технологию.

«Нет сомнений в том, что наши клиенты хотят использовать автопогрузчики с экологически чистыми и экономичными двигателями, — сказал Колин Уилсон, президент и главный исполнительный директор NMHG. — Приобретение Nuvera создает уникальную возможность разработать интегрированное
решение для оптимизации производительности и энергоэффективности. Это также позволяет нам обеспечить полную послепродажную поддержку и техническое обслуживание техники, чтобы удовлетворить потребности клиентов и предложить им более низкую стоимость владения погрузчиком».

На большинстве современных погрузчиков и другой складской технике с электродвигателем используются свинцово-кислотные аккумуляторные батареи. В отличие от них спецтехника с водородными топливными элементами не нуждается в частой и длительной зарядке — достаточно время от времени производить дозаправку водорода в системе, что занимает от трех до десяти минут и позволяет подобным машинам, если это необходимо, работать даже круглосуточно. Экологические характеристики складской спецтехники, работающей на водородных топливных элементах, значительно выше, чем у ее дизельных, бензиновых или электрических аналогов.

Именно поэтому целый модельный ряд погрузчиков Yale кроме традиционных вариантов силового агрегата сегодня также выпускается в «водородном» исполнении. Эти модели охотно приобретают как американские компании, использующие складскую спецтехнику, так и предприятия в регионе EMEA, включающем в себя Европу, Ближний Восток и Африку. Погрузчики Yale на водородных топливных элементах позволяют им не только снижать эксплуатационные расходы, но и создавать экологичную рабочую среду, свободную от вредных выбросов.

В США, где бизнес восприимчив к инновациям, возможно, как больше нигде в мире, число единиц экологичной спецтехники Yale, проданной одному клиенту, часто измеряется десятками и даже сотнями. Так, к примеру, Nestlе Waters использует 32 водородных погрузчика с противовесом, работающих, на заводе по производству безалкогольных напитков в Далласе. Компания Central Grocer, Inc., владеющая крупнейшей независимой продуктовой цепью в Чикаго, приобрела более 220 погрузчиков с силовой установкой на топливных элементах для использования в своем новом распределительном центре. Эти и другие компании находят использование подобной
спецтехники выгодным, ведь водородные топливные элементы превосходят по своим эксплуатационным характеристикам обычные свинцово-кислотные аккумуляторы (в том числе в плане работы в холодных рабочих помещениях), а срок службы каждого такого элемента составляет десять и более лет.

ВОДОРОДНЫЙ АВТОБУС HINO FUEL CELL И ДРУГИЕ

Как уже было замечено, идея пассажирских автоперевозок на «водородном» транспорте упирается в проблему безопасности. У научного сообщества до сих пор нет единого мнения насчет того, из какого материала должна изготавливаться емкость для водорода, чтобы исключить возможность возгорания и взрыва. А вот если использовать те же водородные топливные элементы, вопрос безопасности перевозок с повестки снимается. И такие машины уже есть.

Одна из них — представленный на Токийском автосалоне автобус HINO с говорящим названием Fuel Cell Bus. Для пассажирского транспорта, использующего
альтернативный источник энергии, у него весьма внушительные размеры (длина/ширина/высота): 10 525х2490х3340 миллиметров, обеспечивающие хорошую
вместимость.

У автобуса два двигателя мощностью по 114 киловатт каждый, работающие от водородных топливных элементов общим объемом до 480 литров. Транспортное средство успешно прошло тестирование летом 2015 года. Несколько позже японские разработчики представили и гибридную версию автобуса, сочетающего водородные топливные элементы с другими источниками энергии.

Хотя представители Toyota — компании-владельца бренда HINO — в ходе презентации новинки заявляли о своем «водородном» автобусе как о первом в мире, нужно отметить, что в Германии и Китае автобусы на водородном топливе были испытаны еще в начале 2009 года, однако не пошли в серию.

Есть и более поздние разработки такого рода — например, китайский городской автобус Z12HA, рассчитанный на 106 пассажиров. При своих немалых габаритах 12 260х2540х3400 миллиметров и снаряженной массе 11,8 тонны он способен развивать скорость до 81 километра в час и преодолеть расстояние в 387 километров на одной зарядке топливных элементов — то есть втрое большее, чем аналоги на аккумуляторах.

Как подсказывает опыт, если китайские разработчики берутся за создание тех или иных видов техники — будущее у коммерческого применения этих машин, определенно, есть. Получит ли дальнейшее развитие направление пассажирского транспорта на топливных элементах и, по большому счету, станет ли водород
номером один среди альтернативных источников энергии для транспортных средств различного назначения — будет ясно уже в обозримой перспективе.

Распечатать

Категории
Коммерческий транспортНаука и инновацииСтатьи

Комментировать

*

*

Похожие