|
Доклад: Солнечный транспорт
Доклад: Солнечный транспорт
Солнечный транспорт
В 1982 г. известный австралийский искатель приключений Ханс Толструп на построенном им с Ларри Перкинсом солнцемобиле
"Quiet Achiever" ("Тихий рекордсмен") пересек пятый континент с запада на восток со средней скоростью 20 км/ч. Автомобилисты, легко
разгонявшиеся до 200 км/ч на серийных машинах, завидев неторопливый экипаж, снисходительно улыбались...В 1996 г. победитель IV Международного ралли
солнцемобилей - "Dream" ("Мечта"), на создание которого японская компания "Honda" не пожалела 2 млн долл., прошел 3000 км
между Дарвином и Аделаидой со средней скоростью почти 90 км/ч, на отдельных участках достигая 135 км/ч. Снисходительных улыбок уже не было...
Во имя чего авто- и аэрокосмические концерны вкладывают в экзотические солнцемобили миллионы долларов? Дело не только в амбициях и
рекламе, но и в том, что транспорт на солнечной энергии со временем поможет выбраться из глобальной экологической катастрофы и энергетического кризиса.
Автомобиль, воплотивший мечту человека о свободе передвижения, тем не менее, называют чумой XX в. Завоевав планету, он стал
главным потребителем невосполнимых природных ресурсов, загрязнителем земли, воды и воздуха, источником шума. Его доля в загрязнении атмосферы Москвы - еще
недавно одной из самых чистых столиц - превышает 90%.
Автомобиль ХХI в. должна быть экологически чистым. Во всех развитых странах реализуются государственные программы по
экологичному и экономичному транспорту. Так, в США по программе PNGV (Partnership for a New Generation of Vehicles - сотрудничество в создании нового поколения
транспортных средств) в 1999-2004 гг. выделено. 161млн долл. на разработку прототипа экологически чистого легкового автомобиля с расходом топлива не более
3 л на 100 км.
К наиболее перспективным транспортным средствам грядущего столетия относят электромобиль. Однако его источники энергии -
аккумуляторные батареи - пока не могут конкурировать с бензином и дизельным топливом. Без качественного скачка их характеристик электромобили будут иметь
ограниченное применение (перевозки по заданным маршрутам, выставочные, парковые и другие закрытые зоны). Пока они не сравнимы с традиционными автомобилями ни
по техническим данным, ни по стоимости, ни по удобству эксплуатации. Конкурентоспособное и сравнительно "чистое" транспортное средство
сегодня можно разработать только по схеме "гибридного электромобиля" с комбинированной энергетической установкой, включающей двигатель внутреннего
сгорания (ДВС), электродвигатель и буферный накопитель энергии. Исследования по программе PNGV подтверждают технико-экономическую целесообразность создания
такого электромобиля, который примерно на порядок "чище" обычного автомобиля из-за меньшего расхода топлива и работы ДВС в оптимальном режиме.
Экологическая чистота электромобиля на самом деле далеко не бесспорна (если его аккумуляторы заряжают энергией от тепловых
электростанций - это, по сути, "нефте-" или "углемобиль", если же от атомных - "атомобиль"). Иное дело солнцемобиль -
разновидность электромобиля, получающего электроэнергию от бортовых или стационарных фотопреобразователей. Благодатное Солнце - поистине неисчерпаемый
источник экологически чистой и бесплатной энергии. Национальные программы развития гелиоэнергетики и гелиотехники приняты в 70 с лишним странах - от
Скандинавии до Австралии.
Однако, как ни впечатляют достижения рекордсменов трансавстралийских и других престижных ралли, солнцемобили на
дорогах сегодня не встретишь. Похоже, что и в ближайшем будущем солнцемобили смогут позволить себе лишь нынешние обладатели "Rolls-Royce",
"Ferrari" и "Porsche".
Специалисты полагают, что солнечный транспорт станет всерьез конкурировать с автомобильным, когда эффективность доступных по
цене солнечных элементов (фотоэлектрических преобразователей) составит 40-50%. Пока же их КПД всего 10-12%. Чтобы солнцемобили с мощностью солнечных батарей
1,5-2 кВт "догнали" автомобили с двигателями в 100 раз мощнее, необходимо использовать легкие и прочные конструкционные материалы, эффективные
системы электропривода, достижения аэродинамики, гелио- и электротехники, электроники и других наук. Конструкции транспортных средств будущего и
отрабатываются на ралли солнцемобилей.
У солнцемобилей достигнут минимальный для наземных экипажей коэффициент аэродинамического сопротивления (0,1). Опыт
концерна "General Motors" при разработке рекордного солнцемобиля "Sunracer" ("Солнечный гонщик") использован в
проектировании электромобиля "Impact" ("Удар"), серийное производство которого началось в 1996 г. Его скорость достигает 130 км/ч, до
100 км/ч он разгоняется за 9 с и на обычных свинцово-кислотных аккумуляторах проходит 100 км.Специально для солнцемобилей сконструированы легкие
бесколлекторные двигатели постоянного тока с магнитами из редкоземельных металлов и КПД до 98%, а также эффективные микропроцессорные системы
управления. В 1993 г. на трех солнцемобилях - лидерах трансавстралийских гонок впервые низкооборотные двигатели встроили непосредственно в ступицы ведущих
колес. Идея мотор-колеса, сама по себе не новая, в солнцемобилях позволила отказаться от трансмиссии и довести КПД привода до 96-97%. В 1996 г. в
трансавстралийском ралли участвовало уже 12 таких конструкций, а компания "Honda", вдохновленная успехом своей "Мечты", приступила к
серийному выпуску электровелосипедов с мотор-колесом. Известные производители шин - "Michelin", "Bridgestone", "Dunlop" -
разрабатывают новые материалы и протекторы для покрышек солнцемобилей. Уже созданы шины, которые при хорошем сцеплении с дорогой обладают самым низким
коэффициентом сопротивления качению - всего 0,007. Фирма "Michelin" производит подобные энергосберегающие шины и для серийных автомобилей.
Солнечные батареи небольшой мощности на обычных автомобилях кондиционируют воздух в салонах и подзаряжают пусковые аккумуляторы
на стоянках, питают радио- и телеаппаратуру.
Солнцемобили участвуют в образовательных программах ряда стран, содействуя не только техническому, но и экологическому
образованию. Так, после победы в первых международных гонках в Австралии "Sunracer" проехал по Северной Америке и Западной Европе, делая
остановки в университетах, колледжах, школах, музеях, автосалонах и местах проведения конференций по гелиоэнергетике, электротехнике, электронике. За год
в 170 таких акциях его увидели 8,5 млн человек. Более 100 тыс. школ США и Канады получили материалы о нем (лекции, компьютерные программы, задачи,
описания экспериментов). Разработку солнцемобиля использовали как учебные проекты в колледжах. Цикл лекций о солнцемобилях, прочитанный в Калифорнийском
технологическом институте, издан отдельной книгой, которая есть в любом университете США. Как считает президент "General Motors" Р. Штемпл:
"Главная цель проекта "Sunracer" - способствовать повышению уровня теоретических и инженерных знаний в университетах, стимулировать интерес
студентов к современной технике...". Этой же цели служат организованные "General Motors " и Министерством энергетики США гонки солнцемобилей
по дорогам штатов Флорида, Алабама, Теннеси, Кентукки, Индиана, Огайо и Мичиган специально для команд технических университетов и колледжей США и Канады.
Участие в гонках рассматривается как дополнение к прослушанному курсу. Каждый университет самостоятельно разрабатывает конструкцию, ищет средства, подбирает
материалы и комплектующие, строит и испытывает оригинальный солнцемобиль, обучает гонщиков и т.д. Три победителя студенческих гонок участвуют в
трансавстралийском ралли "Всемирный солнечный вызов".
Солнцемобили конструируют студенты и школьники всех континентов. Это позволяет овладеть последними достижениями в различных
областях науки и техники и освоить разные специальности - от программиста и электронщика до слесаря и гонщика. Международная федерация солнцемобилей (ISF)
ежегодно проводит до 30 соревнований экипажей и судов с солнечными батареями. Более половины участников - школьники и студенты технических колледжей и
университетов.
Солнцемобиль - такая же сложная машина, как современный автомобиль. Но в серийном автомобиле все отлажено, он выпускается
огромными партиями с гарантией на десятки тысяч километров пробега. Солнцемобиль же - всегда уникальный образец, сделанный энтузиастами. Бывало,
прибывшая в Японию или Австралию команда так и не могла стронуть с места заупрямившийся "солнечник". Мелкие и крупные ремонты, переделки,
доводки - удел всех команд. На ралли все оказывают поддержку и посильную помощь. Случалось, студент из Швейцарии перед стартом паял микросхему
заокеанскому сопернику, а редкая деталь из японских запасов выручала команду австралийских школьников. В "Комсомольской правде" участники одного
из ралли названы "детьми Солнца": "В них было что-то и детское, и философское, и бескорыстное. Они хотят спасти Землю, уберечь ее от
преждевременной траты. Они говорят: не обязательно ездить очень быстро, но обязательно - очень экономно, чтобы что-то осталось детям, внукам, правнукам,
чтобы не коптило и не громыхало".
На меня особое впечатление произвело участие в гонках солнечных велосипедов в Австралии осенью 1999 г. команды специальной
школы "Woodville" из Аделаиды. Ребята с заметными задержками и отклонениями в развитии в экстремальных условиях австралийской пустыни на равных состязались
с профессионалами, съехавшимися на престижное ралли со всех континентов. Нужно было видеть их сияющие глаза и улыбки на пьедестале почета - их трехколесный
"Dynamic 2000" занял третье место!
На наших глазах рождается новый интеллектуальный вид спорта. К сожалению, и один из самых дорогих - это состязание не только
интеллектов, но и кошельков. Отсутствие спонсоров затрудняет участие российских команд в международных ралли и регатах. Семейный коллектив
"Экотранспорт" в составе автора и двух его сыновей в последний раз представлял самодельный солнцемобиль на соревнованиях в Японии летом 1995 г., а
позже был вынужден выступать на требующих меньших затрат солнечных велосипедах и надувном катамаране с солнечными панелями. С 1990 г. мы 16 раз участвовали в
международных ралли и регатах на трех континентах. Во время этих престижных международных соревнований рядом с государственными флагами других стран гордо
реял российский триколор. В этом факте не было бы ничего необычного, если бы о нем ведала хотя бы одна государственная, общественная или спортивная
организация России.
В развитии экологически чистого транспорта Россия заметно отстает от других стран. Между тем, солнцемобили вполне могли бы
разрабатываться на оборонных предприятиях в рамках конверсии. Например, на российско-американском предприятии "Совлакс" в Москве
фотопреобразователи получают в виде тончайших пленок из аморфного кремния. Низкий расход полупроводниковых материалов и автоматизированное производство
заметно снижают их стоимость. Производительность конвейерной линии по выпуску солнечных элементов методом непрерывного осаждения аморфного кремния на
тончайшую подложку из нержавеющей стали составляет 2 МВт/год. С конвейера сходят гибкие и легкие модули, выгодно отличающиеся от хрупких и тяжелых
конструкций из кристаллического кремния на стекле.
Не уступающие зарубежным схемы велосипедных электроприводов без трансмиссии разработаны Московским научно-инженерным центром
"Мехатроника", фирмой "Инкар" в подмосковном Королеве, ТОО "Рэдос" (многоцелевые моторы В.А.Евсеенкова). К сожалению, это лишь
единичные образцы, из года в год бесплодно путешествующие по международным выставкам и салонам.
Виктор Евсеенков на базе низковольтного электродвигателя постоянного тока с дисковым печатным якорем разработал гамму
мотор-колес различной мощности для таких транспортных средств, как электроколяска для инвалидов, электровелосипед, электроскутер,
электровелорикша, электроплатформа. Его оригинальные конструкции, защищенные авторскими свидетельствами и патентами, отличаются надежностью, быстродействием
и безопасностью, малым уровнем шума и радиопомех, легко ремонтируются. В 1999 г. я участвовал в международном ралли солнечных велосипедов через австралийскую
пустыню (по словам организаторов, "последнем великом приключении миллениума") на трехколесном веломобиле с мотор-колесом Евсеенкова под
тентом из модулей "Совлакса".
В лабораториях мира в муках рождаются аккумуляторы и топливные элементы, энергоемкость которых не меньше, чем у
бензина и дизтоплива. Но большинству из них предстоит еще долгий путь к массовому потребителю. Другие обладают поистине замечательными свойствами, но
баснословно дороги. Одно из исключений - никель-металл-гидридные аккумуляторы, разработанные "Совлакс" и американской фирмой "Ovonic".
Долговечные и доступные по цене (при массовом производстве) эти аккумуляторы вскоре начнет выпускать в г. Глазове "Чепецкий механический завод".
Удмуртские специалисты обладают уникальными достижениями в разработке многокомпонентных сплавов. Один из них стал основой отрицательного электрода
для новых аккумуляторов с высокими энергоемкостью и сроком службы. На предприятиях Москвы и Подмосковья созданы тяговые конденсаторы большой емкости,
заменяющие привычные аккумуляторные батареи. Их заряжают всего минуты, а срок их службы на порядок больше, чем у аккумуляторов. Они почти не требуют затрат
на обслуживание, легко поддаются утилизации и не загрязняют окружающую среду.
Конструкторы многих стран пытаются предугадать контуры солнцемобиля будущего. Так, японская компания "Sanyo"
выпустила опытную партию открытых одноместных экипажей с солнечной панелью площадью 0,6 м2, за 6 часов заряжающей никель-кадмиевую аккумуляторную батарею.
Запас хода трехколесного транспортного средства весом 50 кг составляет 36 км, максимальная скорость 24 км/ч. Другая японская компания "Hokuriku Electric
Power" предлагает солнцемобиль "Феникс" с солнечной панелью мощностью 750 Вт и скоростью 40 км/ч.
Сегодня наибольший практический интерес представляют "легкие электротранспортные средства" с электрическим
или мускульным приводом и солнечными батареями. Президент американской компании "EV Global Motors" Ли Якокка убежден, что в ближайшие годы тот или
иной вид электротранспорта: электророллер, электроскутер, электромобиль, электровелосипед - будет у каждого американца.
Разработка легких электротранспортных средств, в том числе с солнечными батареями, в рамках национальной программы позволила бы
не только преодолеть наше отставание в этой области, но и предложить на внутреннем и международном рынках широкий ассортимент наукоемкой продукции с
новыми потребительскими свойствами.
Список использованной литературы:
Журнал "Экология и жизнь". Статья А.C. Пополова, кандидат технических наук.
|