Мобильные энергетические установки
Представим себе некоторую вымышленную страну, имею современную хорошо развитую промышленную базу, в которой по каким-то объяснимым причинам совершенно отсутствует автомобильная промышленное Теперь представим, что кто-то хочет создать небольшое количество автомобг ных двигателей, которые используются в современных моделях автомобг и которые продаются в США, Германии или Японии по цене 4000 долл, за ку. Так как массовое производство подобных двигателей в нашей вымышлен стране отсутствует, их придется изготавливать поштучно, и по этой причине стоимость, несомненно, будет на порядок выше, чем стоимость импортны’ дел ей.
Точно такая же ситуация сложилась во всем мире по отношению к авто, бильным двигателям на топливных элементах. Современные технологии > вполне позволяют создавать устройства, имеющие удовлетворительные фективность, сроки эксплуатации и приемлемые удельные массовые и об ные энергетические характеристики. Дальнейшие усовершенствования б производиться, однако и существующие технологии вполне приемлемы. Т не менее неудовлетворительной остается стоимость производства. Она сни ся только тогда, когда будет продано достаточное количество этих устрой а достаточное их количество может быть продано только после снижения с имости. Разорвать этот порочный круг чрезвычайно сложно. Нужно помн> что низкая стоимость автомобилей привела к тому, что были проданы милиш и миллионы штук автотехники. Переоборудование производства для вып новых моделей потребует от 1 до 2 млрд долл. США и может быть осу шест но только в крупных масштабах. Как только упомянутый выше порочный к будет разорван, второй очень перспективной областью применения топливн элементов станет транспорт.
Для использования на автомобилях малых и средних размеров (а, возможг даже и на крупногабаритной технике) компактные ТПТЭ подходят практиче ~ идеально. Среди многих преимуществ, свойственных этому типу топливных э ментов, нужно принять в расчет чрезвычайно низкий уровень загрязнения о жающей среды, высокую эффективность (что гарантирует экономию топлива?, также высокое значение плотности энергии (что позволяет создавать компакта устройства). Кроме того, низкий уровень рабочей температуры обусловлиг быстроту запуска системы.
Как ожидается, батареи ТПТЭ будут иметь длительный срок службы, что жет привести к необычной ситуации. Правдоподобный период службы бата составляет 50 000 ч. Это означает, что даже при средней скорости движения томобиля, равной лишь 40 км/ч, батарея может питать двигатель на протя нии приблизительно 2 млн км пробега автомобиля. Срок службы топливж
елемента оказывается намного больше срока службы автомобильного кузова. Таким образом, имеет смысл повторно использовать ТЭ для установки на новые автомобили. Различные модели транспортных средств могут быть спроектированы для работы с использованием одного из топливных элементов, ходящих в немногочисленный рад стандартизированных конструкций. Это, однако, приведет к отрицательному эффекту, связанному с сужением рынка для топливных элементов.
Обычным топливом для ТПТЭ является водород. Он может быть использован, эбственно, как в газообразной форме (сжатый или сжиженный газ, как описано гл. 9), так и в виде вспомогательного вещества — носителя водорода, такого »ак метанол (см. гл. 8) или гидрид металла (см. гл. 9). Вещества-носители водорода могут быть получены из ископаемых топлив (см. гл. 8) или из биомассы см. гл. 11). Необходимым устройством в автомобиле на топливных элементах является устройство аккумулирования и хранения энергии (аккумуляторные батареи, маховики или ультраконденсаторы). Эти устройства нужны для обеспечения двигателя энергией во время его запуска, а также для аккумулирования энергии при динамическом торможении. Аккумулированная энергия мо — »ет использоваться при быстрых ускорениях в дополнение к электроэнергии, вырабатываемой топливным элементом. Таким образом, достаточно, чтобы мощность батареи топливных элементов была близка к среднему значению эшности двигателя, а не к ее пиковому значению. Это снизит габаритные размеры и стоимость батареи топливных элементов. В любом случае запас электроэнергии, который необходимо хранить на борту автомобиля на топливных элементах, составляет малую часть того количества, которое необхо- ,’мо обычному электромобилю.
Компания Ballard Power Systems, расположенная в г. Ванкувер (Британская Колумбия, Канада), является одним из производителей, наиболее близко подо — | шедших к серийному производству топливных элементов для использования на гранспортных средствах. В 1999 г. автобусы, работающие на топливных элементах этой компании, уже приносили прибыль в Ванкувере и Чикаго. В качестве топлива в этих машинах использовался сжатый водород. Дальность пробега без дозаправки составляла 580 км. Автобусы имели прекрасные характеристики разгона, а максимальная скорость их движения превышала 95 км/ч. На машинах были установлены двигатели мощностью 275 л. с., абсолютно не загрязняющие окружающую среду.
Компания Daimler-Benz, имеющая основную долю в Ballard, производит грузовые автомобили на топливных элементах под названием «Necar II», которые хже были опробованы большим числом потребителей в Германии. Компания
анирует в ближайшем будущем начать производство этих автомобилей на продажу. Вслед за Daimler-Benz об аналогичных планах заявили такие автогиганты
как Ford, Toyota, Mazda и General Motors. В 2003 г. компанией Honda были пущены первые несколько автомобилей на топливных элементах модели FC Автопроизводители накапливают опыт, который позволит отойти от исполь вания только двигателей внутреннего сгорания. Самые эффективные модели томобилей, такие как EV1 компании General Motors (производство этой моде было остановлено в 1999 г.), могут преодолеть более 180 км, затратив 14 кВ электрической энергии. Это количество энергии может быть получено ИЗ МЄ’ чем 1 кг водорода, аккумулированного в гидриде массой менее 100 кг. Ком нией Honda также было выпущено ограниченное число электромобилей маркой «EV Plus». Компанией Toyota было продано несколько тысяч гибрид автомобилей (с электрическим двигателем и двигателем внутреннего сгорай под маркой «Prius».