Несколько небольших автомобилей, бесшумно катящихся по огороженной трассе в южнокорейском городе Тэджон, способны удивить: энергию они получают прямо во время движения, из-под асфальта, причем без контакта с какими-нибудь рельсами или проводами. Этот эксперимент, считают инженеры, показывает путь удешевления перевода транспорта на электрическую тягу.
Одна вещь способна нарушить спокойный сон владельца электромобиля – страх оказаться поодаль от розетки с севшим аккумулятором. Пока зарядные станции не стоят вдоль дорог и на улицах столь же часто, как бензоколонки, беспокойство можно унять, только поставив на машину аккумулятор весом в добрую тонну. Пускай и заряжать его придется сутки. Что, очевидно, уже абсурд.
Есть два основных варианта решения данной проблемы: строить электрические автомобили с уникально-коротким временем зарядки или машины, совместимые с роботизированной системой ''горячей'' замены тяговых батарей на специальных станциях.
Однако еще с 1970-х годов специалисты обсуждают третий путь – создание электрифицированных дорог (или полос), на которых электромобили могли бы получать энергию из сети (для движения и одновременной подзарядки батарей).
Кое-кто из самых отчаянных новаторов пытался личные легковушки посадить даже на общественные рельсы, для длинных бросков "под напряжением". Только вряд ли кто захочет превращать свою машину в "трамвай". Более разумной видится прокладка дорог, поставляющих искомые ватты бесконтактным способом – при помощи электромагнитной индукции.
Набор передающих энергию лент под полотном и приемные катушки в днище машины могли бы обеспечить "заправку" электромобиля на ходу. Вопрос в эффективности системы и некоторых деталях управления ею. Еще лет тридцать назад опытные образцы таких машин тестировали в США. Ныне же, на новом витке развития технологий, к подзабытой несколько теме вернулись в Южной Корее.
Свою систему бесконтактной подпитки электромобилей разработали и построили два партнера – Корейский институт науки и технологий (KAIST) и компания CT&T, специализирующаяся на электромобилях, главным образом гольф-карах. Называется эта система "Online Electric Vehicle" (OLEV).
Опытную "бесконтактную" трассу KAIST построил на территории своего кампуса в Тэджоне (Daejeon). CT&T предоставила электромобили, которые ученые и инженеры оснастили набором магнитов и катушек, призванных пожинать энергию от линий (шириной порядка 20 см), проложенных в асфальте.
Специалисты KAIST сообщают, что общий принцип работы OLEV схож с давно известными электрическими зубными щетками с беспроводной зарядкой. Но щетки для подпитки своих батареек должны располагаться вплотную к передающему устройству. А для "заправки" на том же принципе движущегося транспортного средства необходимо обеспечить приличный зазор между приемником и передатчиком энергии. Может, корейцы воспользовались некой вариацией системы на основе магнитно-связанного резонанса? (Ее КПД передачи при расстоянии в несколько десятков сантиметров достигает 75%.)
Тонкости не раскрываются, но KAIST докладывает, что в тестовых образцах удалось добиться переправки на борт машины 80% энергии при зазоре в 1 см и 60% при 12 сантиметрах. Первый вариант трудно представить в качестве практически пригодного решения. Разве что для медленно ползущего по выделенным и гладким как стол полосам общественного транспорта. А вот второй вариант уже позволяет говорить об установке таких приемников и на обычные легковушки.
Только не обесценит ли посредственный КПД воздушной зарядки все преимущества проекта? Поневоле подумаешь: не махнуть ли рукой на эти линии и не поставить ли машину на трехчасовую зарядку, зато с прямым контактом с розеткой? Авторы системы говорят, что постараются еще поднять КПД. И, мол, нельзя сбрасывать со счетов сокращение стоимости самого электромобиля.
С учетом более высокой эффективности электромобиля как такового и более высокого КПД электростанций также может статься, что даже данный вариант подзарядки машин все еще окажется выгоден в плане сокращения вредных выбросов в сравнении с автомобилем на бензине. Корейцы, кстати, в этой связи говорят о перспективах развития атомной энергетики.
Но главное тут даже не экология, а удобство. Чхо Тон Хо (Cho Dong-ho), ведущий ученый проекта OLEV, утверждает, что для поездок OLEV по всему городу в последнем достаточно оснастить силовыми полосами 10% уличной сети. Причем авторы разработки предлагают прокладывать такие кабели под асфальтом вовсе не на протяжении десятков километров, а лишь на расстояниях в десятки и сотни метров в местах, где транспорт обычно замедляет ход (перед перекрестками, например).
Там автомобили-OLEV могли бы быстро поднимать уровень заряда своих аккумуляторов так, чтобы его с запасом хватало до встречи со следующей "силовой полосой". Вообще же тяговый аккумулятор такой машины мог бы быть примерно в пять раз менее емким (и в пять раз более дешевым), чем у простого электромобиля, претендующего на повседневное использование.
Достаточно иметь запас хода на одной зарядке в 80 километров, полагает Тон Хо. Этого не только хватит для свободных разъездов по всему городу, но и для коротких вылазок в ближние пригороды и для утренней/вечерней поездки из дома на работу и обратно. А в гараже машину можно уже заряжать классическим способом – по проводам.
Стоимость инфраструктуры OLEV составляет $318 тысяч за километр. В дальнейшем цена переоборудования дорожного полотна может быть снижена. В Южной Корее уверены, что это не столь уж большая плата за возможность очистить крупные города от вредных выхлопных газов, уменьшить вклад полуострова в пресловутое глобальное потепление и снизить зависимость страны от импорта нефти.
Правительство Южной Кореи намерено вложить в проект 100 миллиардов вон ($80 миллионов). А президент страны Ли Мен Бак (Lee Myung-bak), побывав на одном из тестов OLEV, высказал заинтересованность в апробации данной системы на городских улицах, а также пообещал еще нарастить инвестиции в столь интересное исследование.
Кроме того, KAIST и власти острова Чеджу (Jeju) подписали соглашение о намерении, согласно которому на острове будет построена система OLEV. Если все пойдет по плану, Чеджу окажется, вероятно, первым в мире местом, где подобную технологию испытают на публике, – приемниками системы OLEV должны быть оснащены электрические автобусы.
А вот с переходом на OLEV частных авто пока не все ясно. Скажем, еще нужно проработать вопрос оплаты такой "воздушной" электрической энергии. Но специалисты KAIST и CT&T верят, что именно беспроводная зарядка на ходу действительно выведет массовые и сравнительно доступные электромобили на улицы. До тех пор, наверное, пока аккумуляторы не поднимут свою удельную емкость еще в несколько раз при многократном же снижении стоимости.
Интересно, что электромобили от CT&T, использованные как основа для эксперимента OLEV, уже поставлены на конвейер. Естественно, серийные их версии никаких беспроводных зарядников не имеют, а выполнены по традиционной схеме с заправкой батарей от розеток. Одна из моделей – открытый всем ветрам c-ZONE, шестиместный гольф-кар, машина для выставочных центров и парков. Едва ли такой пустят по "беспроводным" городским маршрутам, разве что на каких-нибудь курортах – для развлечения туристов.
Вторая же модель представляет больший интерес. Ведь она позиционируется компанией как машина для повседневного использования (пусть, очевидно, не как единственная в семье). Этот двухместный микрокар e-ZONE – корейский ответ электрической версии "Смарта".
В базе данный автомобильчик комплектуется не очень емкими, зато дешевыми свинцово-кислотными аккумуляторами, а как опция – передовыми литиево-полимерными. С первыми e-ZONE проезжает на одной зарядке 50-70 километров, со вторыми – 100-110 км. Мощность электродвигателя этого авто составляет всего 5 киловатт, а максимальная скорость – 60 км/ч.
Корейцы полагают, что для типичных поездок по городу этого вполне достаточно. Зато одна зарядка (заправляется e-ZONE от домашней розетки на 220 вольт) заберетCT&T, KAIST, patentsto из сети всего 6-10 киловатт-часов энергии. Что в Южной Корее, что в Европе, что в США – это не такие уж большие расходы, если сравнивать с затратами на ежедневную порцию бензина для обычной легковушки, которую можно с чистой экологической совестью оставить для загородных вояжей.
В нынешнем году CT&T намерена начать массовую продажу e-ZONE, в том числе – на самом лакомом рынке – в США. Цена автомобиля составит примерно $16 тысяч за самую "упакованную" версию. Также корейцы собираются чуть позже развернуть производство этой модели непосредственно в странах сбыта (в тех же США и в Азии). Другие вариации e-ZONE от CT&T – развозные микрофургоны, специализированные машины, предназначенные для коммерческих пользователей и для госслужб – также ждут реакции со стороны потенциальных покупателей за океаном.
Можно только пофантазировать, что в случае успеха проекта OLEV беспроводная зарядная система будет предлагаться CT&T в виде опции для своих машин. А если потайные силовые линии для подобных легковушек станут распространенными и покажут свою работоспособность в условиях реального города, полагаем, об оснащении своих авто похожими системами заговорят и другие производители электромобилей. Ведь это так соблазнительно – "подбирать" электричество без остановки.
Перспективы еще фантастичнее. Машины с системой OLEV могли бы оснащаться автопилотом, позволяющим им на длинных перегонах сбиваться в "стаи" и двигаться "в затылок" друг другу под управлением компьютеров. Это сократило бы расход энергии за счет снижения сопротивления воздуху. Да и сыграло бы на руку безопасности (при условии надежности автоматики), пишет CT&T. Как и в случае с бесконтактной зарядкой на ходу, данная идея далеко не нова. Но награда ждет того героя, который сможет решить все проблемы подобного комплекса на практике.
Фото и иллюстрации: CT&T, KAIST, patentstorm.us, patft.uspto.gov, green.autoblog.com