Есть ли будущее у электромобиля?

Муниципальное бюджетное
общеобразовательное учреждение
средняя общеобразовательная школа № 53

Внедрение электромобилей в России: проблемы и решения.

Гончаров Иван

учащийся 2б класса

Самара, 2014

Проблемы внедрения электромобилей в России

Введение

Основная часть

1 История электромобиля

2 Как работает электромобиль

3 Преимущества электромобилей

4 Проблемы внедрения электромобилей в России

5 Предложения по внедрению электромобилей в России. Самара – пионер в деле внедрения электромобилей.

Заключение.

Перечень источников, использованных при написании работы

Практическая часть – демонстрация преобразования электромагнитной энергии в механическую (как принцип работы электромотора) на примере взаимодействия батарейки, магнита и катушки.

Введение

Ни для кого не секрет, что стремительный рост автомобильного транспорта в мире вызывает  множество серьезных проблем. Проблемы внутригородской экологии являются одними из самых важных. В связи с ростом количества личного автотранспорта смог над большими городами стал приметой времени. Автомобили с двигателями внутреннего сгорания производят много дыма. Часто наблюдаются "пробки" на дорогах, в этих пробках длительное время простаивают автомобили, отравляя окружающую среду не меньше чем при нормальном режиме езды, но при этом передвигаясь со скоростью пешехода. Также при сжигании топлива выделяется большое количество парниковых газов. Парниковые газы уже не шутят – глобальное потепление климата не является новостью. Но существует и еще немало проблем связанных с использованием двигателей внутреннего сгорания. Это: шум, вибрация, тепловое загрязнение, отработанные жидкости, аварийные разливы топлива и жидкостей. Кроме того к косвенным факторам ущерба относятся: добыча и производство необходимых материалов для выпуска автомобилей, мощности по выпуску и транспортировке топлива и смазочных материалов. К тому же природные ресурсы, составляющие основу для производства топлива, исчерпаемы. Это значит, что рано или поздно наступит такое время, когда нечем будет заправлять автомобили, и нечем будет отапливать и освещать города и сёла. Решением этих проблем может стать широкое использование автомобилей с электродвигателем.

Электрический привод уже давно используется в различных сферах, однако до недавнего времени целый ряд причин препятствовал широкому использованию электрических легковых автомобилей. Цель данной работы – выяснить есть ли будущее у электромобиля в России.

Для достижения нашей цели выясним: во–первых, преимущества и недостатки электромобилей;

во-вторых, продемонстрируем процесс преобразования электромагнитной энергии  в механическую (как принцип работы электромотора);

в-третьих, выясним перспективы развития электромобильного транспорта в России.

В связи с постоянно усугубляющейся экологической обстановкой, данная тема, очень  актуальна в настоящее время.

История электромобиля

Прототипы современных электромобилей начали конструировать еще до изобретения двигателя внутреннего сгорания (ДВС) – основы современного автомобиля. Всего лишь через несколько лет после открытия Майклом Фарадеем в 1831 году явления электромагнитной индукции появились электродвигатели, пригодные для использования в электромобилях. А одно из первых электродвижущих транспортных средств было создано шотландцем Робертом Дэвидсоном в 1838 году в Англии.

В конце XIX и начале XX века электромобиль был одним из основных средств передвижения, успешно конкурируя вначале с каретами (повозками) на паровой тяге и далее с первыми бензиновыми автомобилями. Именно на электромобиле впервые в мире был преодолен рубеж скорости 100 км/ч. В 1899 году электромобиль La Jamais Contente во французском городе Ашер (близ Парижа) достиг невиданной тогда скорости – 105,882 км/ч.

В те времена количество электромобилей в разы превосходило автопарк чадящих собратьев. Только в нью-йоркском такси в 1910-х годах работало до 70 тыс. электромобилей. Значительное распространение имели грузовые электромобили и электроавтобусы (омнибусы). Разработкой электромобилей занимались такие известные инженеры и изобретатели как Томас Эдисон, Никола Тесла.

В России наибольших успехов в конструировании электротранспорта добился Ипполит Владимирович Романов. Петербургский изобретатель спроектировал две модели электромобилей (двухместная и четырехместная коляски), а также 17-местный и 24-местный омнибусы. Предполагалось использовать их на первых омнибусных маршрутах Санкт-Петербурга. Однако из-за бюрократических препонов и сопротивления владельцев повозок на конной тяге, организовать транспортные перевозки с использованием омнибусов Романова не удалось.

Дальнейшее совершенствование ДВС позволило устранить основные недостатки в надежности работы и удобстве эксплуатации автомобилей, а в последующем добиться существенного комфорта для водителя. Со временем автомобили с ДВС дешевели и такие их преимущества как скорость и дальность поездки, а также наличие недорогого и весьма удобного бензинового топлива привели к постепенному исчезновению электромобилей.

 Как работает электромобиль 

Общий принцип конструирования электромобилей – использование электрического двигателя (одного или нескольких) для преобразования электрической энергии в механическую. Существует два основных типа электродвигателей. Одни работают на переменном токе, другие с использованием непосредственно получаемого от аккумуляторов постоянного тока. Двигатели переменного тока в сравнении с использующими постоянный, имеют более простую и надежную конструкцию, лучше подходят для использования в электромобилях, но требуют дополнительных преобразователей для получения переменного тока.

Основным источником энергии по-прежнему являются аккумуляторные батареи. И хотя эти электрохимические источники тока за полтора века претерпели значительные усовершенствования, запасаемой в них электроэнергии для растущих потребностей все равно не хватает. Наряду с дальнейшим совершенствованием конструкции аккумуляторов, применением в них новых материалов и технологий, требуется разработка новых накопителей электроэнергии и автономных преобразователей топлива в электрический ток.

Интересно наблюдать за работающим электродвигателем, особенно когда сам участвуешь в его создании. Давайте соберем один простейший электродвигатель, состоящий из батарейки, магнита и небольшой катушки, которую мы сделаем сами.

Начнем с намотки катушки – той части, которая будет вращаться. Чтобы сделать катушку намотаем 15-20 витков проволоки на батарейку. Оставим концы свободными по 5 сантиметров с каждого конца.

Теперь изготовим поддержку для катушки. Возьмем две булавки и прикрепим к батарейке изолентой. На батарейку положим магнит, аккуратно подтолкнем катушку и … катушка начнет быстро вращаться. Как же это работает? Когда по проводу любой катушки течет электрический ток, катушка становится электромагнитом. Электромагнит действует как обычный магнит. Он имеет северный и южный полюс и может притягивать и отталкивать другие магниты. Взаимодействуя с постоянным магнитом катушка притягивается к постоянному магниту или отталкивается и в зависимости от того каким краем к нему повернута. В результате этого взаимодействия катушка будет вращается, пока батарейка не разрядится. Существует еще много способов усовершенствования этой конструкции, но основная цель нами достигнута: мы собрали и полностью поняли, как работает простейший электродвигатель.

В процессе опыта мы наблюдаем, что электродвигатель работает совершенно бесшумно, в процессе его работы не выделяются вредные вещества. Уровень вибрации очень низкий. В процессе работы электродвигателя не используется ни бензин, ни другие вещества. В связи с проделанным опытом, мною были выявлены следующие недостатки и преимущества электромагнитных двигателей.

Преимущества электромобилей

Основными преимуществами использования электромобилей являются: экологическая чистота и отсутствие выбросов выхлопных газов; высокий ресурс работы и надежность электродвигателя; высокий КПД электродвигателей (до 90-95%); незначительный уровень шума.

Для работы электромобиля не требуются сложные системы подачи топлива и смазки. Не нужны карбюраторы и инжекторы для смешивания и впрыска топлива в строго заданные моменты работы ДВС. Нужно просто замкнуть электрическую цепь и регулировать количество протекающего по ней тока. Электромобили в сравнении с традиционными авто имеют более простую конструкцию, более высокую надёжность и долговечность, а при массовом выпуске должны будут иметь и меньшую стоимость. Этот список можно продолжать до бесконечности. В перспективе электромобили могут составить конкуренцию любому городскому транспорту, включая трамваи, троллейбусы и даже метро. Ведь если сделать их доступными и повсеместными, все надуманные проблемы сразу же отпадут сами собой. Города очистятся от многовекового смога и вздохнут, наконец, полной грудью. Также необходимо отметить, что электроэнергия для заряда электромобиля может быть добыта из возобновляемых источников – при помощи солнечных батарей, гидро- или ветроэлектростанций. В то же время, не следует забывать про атомные электростанции, которые поставляют приличную долю электроэнергии и не выделяют парниковые газы.

Проблемы внедрения электромобилей в России

Главные недостатки электромобилей, сдерживающие их повсеместное внедрение: малый пробег из-за ограниченного запаса энергии на борту электромобиля; низкая удельная энергоемкость аккумуляторов и большой вес батареи; ограниченный срок службы и высокая стоимость аккумуляторов; длительность зарядки; проблема утилизации аккумуляторных батарей; требуется создание инфраструктуры для зарядки электромобилей.

Другой, менее значимой, но все же проблемой можно считать невозможность обеспечивать с помощью существующих аккумуляторных систем достаточно скоростной режим и серьезные ускорения при движении на скоростной трассе. При резких стартах аккумуляторы теряют много энергии. Существенным для холодных стран является и тот факт, что для обогрева салона приходится тратить часть энергии аккумуляторов. Впрочем, в жарких странах ее иногда придется тратить на охлаждение.

Предложения по внедрению электромобилей в России. Самара –пионер в деле внедрения электромобилей.

Решение основных проблем внедрения электромобилей заключается в двух подходах. Во-первых, необходимы дальнейшие научные разработки в целях совершенствования конструкции автомобиля. Во-вторых необходимо принятие государственной программы по развитию инфраструктуры для зарядки автомобилей, а так же принятие законов об ограничении выбросов в атмосферу.

Итак, для решения первой проблемы уже идут разработки специальных стартовых систем на конденсаторах или с использованием вращающихся маховиков, а так же применение систем рекуперации энергии. Конструкция электромобиля замечательна тем, что при торможении позволяет возвращать часть энергии, теряемой в процессе трения тормозных колодок обычного автомобиля. Такой процесс обратного преобразования механической энергии в электрическую называют рекуперацией. Все это позволит увеличить пробег и маневренность автомобиля. Уже сейчас существуют гибридные автомобили, которые во время движения на бензиновом двигателе накапливают энергию и в процессе движения периодически отключают бензиновый двигатель, двигаясь исключительно за счет накопленной в процессе рекуперации электроэнергии.

Часть энергии необходимой для обогрева или охлаждения автомобиля можно получать с помощью источников энергии на основе солнечных фотоэлементов.

Нужно заметить, что свои модели электромобилей предлагают уже все ключевые автопроизводители. Ряд моделей электромобилей, выпускаемых сегодня, являются промежуточными, так как используют либо одновременно двигатель внутреннего сгорания и электродвигатели либо двигатель внутреннего сгорания в дополнение к батареям. Однако основная долгосрочная тенденция – это полный отказ от двигателей внутреннего сгорания, и переход к полностью электрическому автомобилю, то есть к такому, где в качестве двигателя используется электромотор, а в качестве источника питания аккумуляторная батарея в той или иной форме. Решение основных технических проблем - это дело недалекого будущего.

Стимулировать переход от автомобилей с двигателем внутреннего сгорания к электрическим автомобилям необходимо с помощью Федеральной целевой программы внедрения электромобилей в РФ.

Подробный план "Электромобилизации" России требует обсуждения и тщательной проработки, а его внедрение потребует времени.

В целом, национальный план перехода к электромобилю должен установить приоритеты государства и создать благоприятные условия для повсеместного перехода к электромобилю в России. Государство должно направить процесс в нужное русло, стимулировать бизнес, промышленность и население.

Самарская область может стать пионером в деле внедрения электромобилей. Как стало известно, в 2012 году Самара вошла в число "пилотных" городов, в которых будет развернута инфраструктура для эксплуатации электромобилей и электробусов. О создании сети зарядных станций для электромобилей заявила компания Revolt. Это первая российская высокотехнологичная компания в секторе электротранспорта, основанная ведущими российскими инвесторами. В первую очередь, инфраструктуру начнут строить в таких городах как Москва, Калуга, Краснодар, Санкт-Петербург и Самара. Всего планируется открыть более 2000 зарядных станций переменного тока и 100 комплексов экспресс-зарядки.

ОАО "АвтоВАЗ" работает над созданием первого в своей истории электромобиля. По предварительным данным, новинка будет называться Ellada и будет построена на базе модели Lada Kalina. Сейчас ходовые макеты «электролады» уже проходят испытания на заводе. Однако массовое производство подобных машин может начаться только тогда, когда появятся условия для их эксплуатации.

Одним из вариантов электромобилизации России может стать полный переход общественного транспорта на электроэнергию. Помимо троллейбусов и трамваев, на электроэнергию необходимо перевести автобусы, которые очень удобно заряжать по ночам, когда общественный транспорт не работает.

Заключение

Сколько времени пройдет до полномасштабного внедрения электромобилей в нашу жизнь вряд ли кто сможет сказать точно. В нашей работе, на примере практического опыта, мы постарались выяснить, какие преимущества содержит в себе электрический двигатель – это экологичность, низкий уровень вибрации и шума. Так же, мы осветили, какие проблемы возникают на пути его повсеместного внедрения в России: недостатки конструкции, малый пробег до подзарядки, отсутствие инфраструктуры. В нашей работе мы постарались предложить пути решения данных проблем, в первую очередь – путем принятия государственной программы развития электромобильного транспорта в России. В данную программы должна войти поддержка отечественного производства электромобилей, развитие инфраструктуры, перевод общественного транспорта на электроэнергию.

Мы  рассмотрели в данной работе, что неразрешимых проблем в процессе внедрения электромобилей в России не существует. Самым главным сдерживающим фактором в деле внедрения электромобилей в нашу жизнь, является психологический барьер потребителя. Мы все еще не готовы поменять горючее топливо на силу электромагнитного поля. Но все эти сомнения со временем исчезнут и города очистятся от векового смога и жители городов, наконец-то вздохнут свободно.

Перечень источников, использованных при написании работы

1.http://ecomotors.ru/index.php?blog_id=46&ukey=news

2.http://newsbabr.com/?IDE=111626

3http://www.drive.ru/kunst/516ea0ed94a65678e20000d8.html

4.http://www.riss.ru/analitika/175-elektromobil-v-rossii#.VGnGJ-mIonM

5.http://sdisle.com/en/node/367

6.http://autonewsrussia.ru/arxiv/2212-elektromobili-sovremennaya-realnost-i-perspektivy.html

7.http://www.car-tales.ru/news/perspektivy-razvitiya-elektromobilej/

8 http://www.kolesa.ru/article/lada-ellada-elektromobili-nnada-2013-12-26

9 http://expert.ru/ural/2012/27/zaryad-k-zhizni/

10 http://ibusiness.ru/blog/avtomobili_dlya_biznyeslidyerov_i_korporatsiy/34627

11http://www.kommersant.ru/doc/2527166

12http://www.f1cd.ru/auto/arts/electric_car_today_and_tomorrow/

13http://samara-ru.livejournal.com/6455994.html

14https://www.roi.ru/10500

15 Электричество и магниты. / Авт-сост. А.Н. Евсеевича.-М.: ОЛМА Медиа Групп, 2014.

16 Юный физик.120 занимательных опытов в домашней лаборатории / О.А.Поваляев, Я.В. Надольская. – М.: Издательство «Ювента», 2013