Вся правда об электрифицированном транспорте

Вся правда об электрифицированном транспорте

В самом начале энергетической цепочки электрифицированного транспорта стоит тепловая   электростанция, преобразующая тепловую энергию ископаемого топлива – угля, мазута, газа, торфа, ядерного топлива и др. – в электричество. Преобразование идёт с КПД, достигающим только 40% – по тем же термодинамическим причинам, что и в двигателе внутреннего сгорания (ибо температуры горения топлива одинаковы, температуры холодильника – также).

Но пока электрическая энергия дойдёт до колеса транспортного средства, которое и приводит его в движение, по цепочке: «повышающая подстанция – высоковольтная линия электропередач на тысячи километров – понижающая высоковольтная подстанция – линия электропередач – тяговая подстанция – контактная сеть – преобразователи и электрическая сеть на борту – катушки электродвигателя – редуктор – колесо», пройдя по пути через многочисленные коммутаторы и преобразователи, на полезную механическую работу остаётся не более 40%, примерно как и в самой тепловой электростанции. Тогда общее КПД (по отношению к топливу) электротранспорта будет равен: 0,4 ×0,4 = 0,16, или 16% – как у современного паровоза.

Не лучше выглядят и электротранспорт без контактной сети, с накопителями энергии, теми же аккумуляторами на борту, – их ведь нужно возить с собой, а они не являются полезной нагрузкой. Да и зарядная станция с выпрямителем ещё возьмет свой «налог»; да и КПД при зарядке аккумуляторов тоже не блещет своей величиной, как и рекуперация энергии при торможении электромобиля в городском режиме – обратно в механическую работу вернётся не более 60% энергии.

Обычный же автобус (автомобиль) имеет другую, гораздо более короткую, энергетическую цепочку. Это двигатель внутреннего сгорания, прямо преобразующий тепловую энергию ископаемого топлива – бензина, дизельного топлива, газа и др. – в механическую энергию транспортного средства непосредственно на его борту, во время движения.

Таким образом, в конце обеих цепочек – механическая энергия движения транспортного средства, а в начале – энергия ископаемого топлива. При этом «полезный результат» – это конечная механическая энергия транспортной услуги (перемещение пассажиров и грузов), причём вредные выбросы и экологические проблемы прямо пропорциональны массе сожжённого ископаемого топлива. Поэтому электрифицированный транспорт примерно в 2,5 раза экологически опаснее традиционного автомобиля. Если, конечно же, под экологией понимать не местечковые интересы городского жителя, а глобальную экологию.

Иными словами, электрический транспорт в настоящее время только ухудшает глобальную экологию, так как на самом деле заменяет сжигание топлива непосредственно в месте потребления энергии на сжигание топлива в удалённом месте, что только увеличивает потери на доставку энергии (топлива к электростанции и электричества к транспортному средству). В любом случае, якобы большая экологическая чистота электромобилей сегодня – это необоснованное заблуждение. А если принять к сведению, что двигатели внутреннего сгорания производят на планете примерно вчетверо больше энергии, чем все электростанции мира, вместе взятые, то это и просто невежество.

Значит, вопрос вопросов простой: «Что разумнее – сжигание ископаемого топлива непосредственно в двигателе внутреннего сгорания на борту транспортного средства или в 2,5 раза больший объём топлива, сожжённого на удалённой за тысячи километров ТЭЦ, чтобы получить равную механическую энергию – транспортную услугу – на выходе?».

Поэтому не стоит возлагать столь большие надежды на массовый электромобиль или на автомобиль, чья работа основывалась бы на использовании того или иного вида накопителя энергии, будь то электрохимическая батарея, конденсатор или супермаховик, ибо никакая революция в энергетике не способна обеспечить то количество энергии, что сейчас вырабатывается в двигателях внутреннего сгорания автомобилей. Так что автомобили с автономными двигателями ещё долго будут служить нам. А если эти автомобили станут ещё и гибридными, то и заменять их электромобилями на аккумуляторах вообще не имеет смысла – первые и экономичнее, и экологичнее вторых.

Ситуация может измениться только в том случае, если будет найден масштабный способ экологически чистого производства электроэнергии, способный покрыть потребности человечества полностью, либо – если человечество перейдёт на принципиально иной транспорт, потребляющий на порядок меньше энергии. То есть – на SkyWay.

Что делать?

Из анализа, приведённого выше, следует, что перевод транспорта на электропривод не только не решает глобальные проблемы человечества, но и увеличивает их. Необходимы новые транспортно-инфраструктурные инновации, основанные на иных принципах эффективности. По законам термодинамики, любая механическая работа в конечном итоге превращается в тепло. Любой наземный транспорт на планете перемещается практически горизонтально – станции отправления и станции назначения находятся на одной высоте.

Поскольку пассажиропоток в любой замкнутой транспортной сети одинаков в обоих направлениях, то полезная транспортная работа в этих условиях равна нулю, так как энергетическая составляющая грузов (пассажиров) не меняется со временем – высота размещения полезной нагрузки над уровнем моря не изменяется (значит, потенциальная энергия неизменна), и их скорость относительно поверхности земли на станциях отправления и назначениях не изменяется и равна нулю (значит, кинетическая энергия также неизменна). Поэтому любой наземный транспорт не совершает полезную транспортную работу – она всегда равна нулю. Вся энергия на перемещение, всё сожжённое топливо в двигателях внутреннего сгорания и в топках тепловых электростанций идут на борьбу с окружающей средой и на её разрушение, так как Природа препятствует перемещению. А именно:

1) большая часть энергии уходит на нагрев и загрязнение окружающей среды ещё до получения механической энергии, так как КПД преобразования тепловой энергии в механическую в транспорте меньше 50%, при этом в традиционном автомобильном транспорте потери энергии на нагрев составляют 100% –40% = 60%, в электрифицированном(если взять в расчёт всю энергетическую цепочку): 100% –16% = 84%;

2) эффективность транспорта можно повышать только путём уменьшения сопротивления движению и уменьшения всех потерь – это и есть улучшение экологии. При этом, в первую очередь, необходимо улучшать аэродинамику транспортного средства (например, при высокоскоростном движении колёсного транспортного средства на аэродинамику уходит более 90% потребляемой энергии), а, во вторую, – улучшать качение стального колеса (колесо с контактом «сталь – сталь» имеет КПД 99,8%, что значительно эффективнее магнитного подвешивания и пневматического колеса).

Таким образом, оптимизация любой транспортной системы (и SkyWay здесь не исключение) должна заключаться в следующем:

1) улучшение высокоскоростной аэродинамики и устранение всех выступающих элементов на корпусе –транспортное средство должно быть выполнено в форме «бескрылый самолёт»;

2) устранение экрана под днищем транспортного средства, что улучшает аэродинамику ещё в 2 раза;

3) применение движителя в виде пары «стальное колесо – стальной рельс», что на порядок эффективнее пар «пневматическая шина – асфальт» и «магнитная подушка – линейный электродвигатель»;

4) улучшение опирания стального колеса на рельс в сравнении с традиционной железной дорогой, в частности, исключение колёсной пары и конусности колеса;

5) исключение редуктора и переход на мотор-колесо;

6) обязательная рекуперация энергии движения при торможении;

7) применение гравитационного двигателя при разгоне и гравитационного тормоза при торможении транспортного средства;

8) снижение паразитного веса транспортного средства до 150–200 кг/пасс.

Именно по такому пути совершенствования подвижного состава и развивается технология SkyWay. При этом простой перевод транспорта на электрическую тягу, как видят это многие аналитики и футурологи, не только не решит ни локальных, ни глобальных проблем человечества, а только усилит их.

Только технологии SkyWay смогут эффективно решить стоящие перед человечеством энергетические и экологические транспортно-инфраструктурные вызовы.

 

Источник http://yunitskiy.com/news/2015/news20150810.htm