CC BY
40Транспорт и экология
liiítii
''"Сацл***
Электробус на городском маршруте
Л.А. Скрипко,
инженер-электротехник МАДИ (ГТУ), к.т.н.
Описывается принципиально новая городская транспортная система, где электробусы, оснащенные суперконденсаторами, подключаются к контактной сети на остановках для подзарядки. Математическая модель, построенная с использованием реальных параметров базовой модели ЛИАЗ и суперконденсаторов ЭЛТОН, доказала возможность создания такой транспортной сети. Преимущество такого электробуса заключается с одной стороны в его экологичности, а с другой - в универсальности, то есть в отсутствии постоянной привязки к контактной сети.
Ключевые слова: городской автобус, электромобиль, экологически чистый транспорт.
ElectroBus on the city route
L^. Skripko
Article describes a city transport networks which may be an alternative of traditional buses. Conception of new electrobús is a supercapacitors charging while a bus stop. Battery compensates energy consumption for traffic but the charging system located near bus stop. The similar transport network is developed in Shanghai but for Russian cities it can be advanced technology. Author substantiated an efficiency of promising electrobus based on existing Russian bus and supercapacitors.
Keywords: city route, electrobus, bus stop, charging, supercapacitor.
Вконце XX в., когда тема электромобилей становилась все более актуальной, инженеры, наряду с разработками реальных образцов, оценивали перспективность альтернативных видов энергии для транспорта и работали над общей концепцией развития этой индустрии. Интересна одна из идей американских ученых, предложивших проектировать будущие города с учетом эксплуатации только электромобилей. Улицы города должны располагаться параллельно и перпендикулярно друг другу через строго определенный интервал. По сути,
североамериканские города уже построены по такому принципу, поэтому их можно быстро
Параметры электробуса лиаз 5292
приспособить для задуманного. Идея состоит в возможности заряда электромобиля, пусть и кратковременного, на каждом светофоре. Передвигаясь таким образом по городу, электромобили обеспечиваются электроэнергией, достаточной, скажем, для 5-10 км пробега. И хотя запас хода небольшой, но раз на каком-либо светофоре электромобилю суждено остановиться, он подзарядится для дальнейшего движения.
Несомненно, идея интересная, но сложно реализуемая. Во-первых, сразу бросается в глаза проблема ограниченной эксплуатации электромобиля только в черте города. Во-вторых, не совсем понятен механизм заряда аккумуляторов. Если это некая бесконтактная система, работающая по принципу электромагнитной индукции, то электромобиль должен останавливаться точно над или под системой энергообеспечения, а в хаотичном городском движении это сделать непросто. Кроме этого, расстояние между источником и приемником бесконтактной
Параметры Значения
Полная масса автобуса, т 18
Коэффициент аэродинамического сопротивления сопротивления качению колесам 0,4 0,015
Площадь лобовой поверхности, м2 8,05
Радиус колес, м 0,48
Передаточное отношение редуктора 6
Общая номинальная мощность асинхронных двигателей, кВт 280
Диапазон напряжений на выходе инвертора, В 0-630
Батарея суперконденсаторов Элтон 30ЭК 503Н масса, кг напряжение, В емкость, Ф 1140 855 25,3
щ
Транспорт и экология
системы будет достаточно большим, что увеличит потери при передаче электроэнергии.
Несмотря на сложности, идея может быть перспективной, если несколько сузить задачу. Прежде всего, можно
ограничиться городским транспортом. Это позволит разместить пункты заряда в определенных местах, равномерно распределенных на маршруте, а именно на автобусных остановках. Батареи проще заряжать
Рис. 2. Московский автобусный маршрут, выбранный для моделирования движения электробуса
подключением к контактной сети, как это реализовано на троллейбусе (рис. 1). Задача водителя заключается в точной остановке электробуса под проводами контактной сети и поднятии токоприемников.
Преимуществом электробуса перед троллейбусом является отсутствие постоянной связи с электросетью, то есть электробус будет более универсальным и мобильным транспортным средством. Кроме этого, очевидна экономия за счет отказа от линии контактных проводов на всем протяжении маршрута.
С появлением энергоемких суперконденсаторов идея создания такого вида транспорта лежит на поверхности. В 2010 г. появилась информация об испытаниях электробусов Ultracap в Шанхае, разработанных компаниями Sinautec и Shanghai Aowei Technology (Китай), а также Sinautec Automobile Technologies и Foton America Bus (США).
Создание такой транспортной системы необходимо подкрепить расчетом и записать математическую модель движения электробуса по городскому маршруту. В качестве прототипа транспортного средства автором был выбран автобус ЛИАЗ 5292 полной массой 18 т. Для сравнения: шанхайский автобус имеет массу 11,4 т. Выбор данной модели автобуса непринципиален, она может быть определена в соответствии с потребностями перевозчика. При выборе энергетических параметров электробуса ориентирами являлись
Транспорт и экология
данные гибридной версии ЛИАЗ 5292 (таблица).
Энергоемкость батареи суперконденсаторов (две параллельные ветви из 19 последовательно соединенных модулей) была выбрана в соответствии с необходимостью реализовать пробег электробуса между остановками. Выбор в пользу суперконденсаторов вместо аккумуляторной батареи обусловлен высокими мощностями заряда, то есть их способностью зарядиться в течение короткой остановки.
Моделирование момента сопротивления движению электробуса основывалось на известных зависимостях с учетом сил аэродинамического сопротивления, сопротивления качению и закона преодоления сил инерции при разгоне.
Для имитации движения электробуса в городе был выбран один из московских маршрутов (рис. 2). Было принято, что ускорение и замедление электробуса всегда одинаковы -0,75 м/с2, а максимальная скорость на маршруте не превышает 60 км/ч. Время каждой остановки определено экспериментально и принято равным 20 с.
Так как время остановки на светофорах не влияло на баланс энергии в конденсаторах, оно принято равным нулю. Сформированный таким образом цикл движения подтвердил адекватность рассчитанных показателей (скорость движения, ускорение, время остановки) данным маршрута. Общий пробег по маршруту составил 8 км, а время в пути - 22 мин.
Таким образом, график движения автобуса состоял из последовательных циклов, включающих разгон, равномерное движение, торможение и остановку. При моделировании движения электробуса по маршруту фиксировалось напряжение батареи конденсаторов, ток батареи и асинхронного двигателя, его мощность и другие показатели. Изменение напряжения батареи конденсаторов в диапазоне от максимально допустимых 900 В и не ниже 400 В, определенных производителем, подтвердило верность выбранного типа конденсаторов, напряжения и емкости батареи (рис. 3).
Попробуем оценить перспективность предложенного вида транспорта с экономической точки зрения. Если инфраструктура для зарядки батареи, то есть стоимость контактной сети на остановках, не должна превышать стоимость существующей для троллейбусов, то цена электробуса может оказаться достаточно высокой, что определяется затратами на закупку суперконденсаторов. При массовом производстве цена любой продукции снижается, но, к сожалению, на данный момент оценить стоимость батареи суперконденсаторов достаточно сложно.
Несмотря на дополнительные затраты при создании подобной транспортной системы, можно надеяться, что необходимость в переходе на экологически чистые источники энергии на транспорте перевесит чашу весов в пользу электробусов.
