Опосредованная помощь
Вспомогательные источники энергии для транспортных средств

«Основные Средства» завершают публикацию серии материалов об использовании инновационных вспомогательных источников энергии в транспортных средствах. Мы обращались к хорошо известным аккумуляторным батареям, дизель-генератору и емкостному накопителю. Кратко рассказали об ограниченно распространенном гидропневмоузле и о маховичном накопителе.

Отметим, что в поле зрения журнала находятся серийные транспортные средства с двигателем внутреннего сгорания (ДВС), работающим на обычном топливе, как основном источнике тяги. Вот почему отечественное предложение о частичном использовании кинетической энергии подвески автопоезда посредством установки в рессоры электрогенераторов с гибким статором остается за пределами нашего рассмотрения. Аккумуляторный привод E-Cell новенького электробуса Citaro и F-cell, тягу в котором обеспечивают водородные «топливные ячейки», не рассматриваем по той же причине.

Заканчивается серия материалов о вспомогательных источниках энергии «ДВС+» рассказом об «опосредованном» (то есть действующем не напрямую, а через промежуточное устройство, процесс) использовании взаимодополняющих источников энергии, а именно утилизации тепловой энергии выхлопных газов, а также тепла от системы охлаждения – жидкостного и масляного радиаторов, обычно рассеиваемой в воздухе.

Каким же образом тепловая энергия рекуперируется и превращается в электричество, запасаемое в аккумуляторных батареях? Это происходит благодаря высокопроизводительному теплообменнику, «охватывающему» газовыпускной тракт и трубопроводы системы охлаждения. Физически процесс использования тепловой энергии описывается т. н. «Циклом Ренкина» (Rankine cycle) – преобразования тепла в работу, по которому сегодня работают почти все паровые турбины.

Можно также считать «опосредованным» источником энергии, например, солнечные ба­тареи.

В чем же отличие «опосредованного» вспомогательного источника энергии от дизель-генератора, также подзаряжающего аккумуляторную батарею? Помимо отличия в физике процесса и замысловатого исполнения – отсутствие потребности в ископаемых видах топлива, поскольку имеет место использование возобновляемых источников, обычно тепла и солнечного света.

Пожалуй, самым известным на сегодняшний день примером полезного использования тепловой энергии выхлопных газов ДВС является Iveco Stralis Glider, представленный на выставке IAA в Ганновере еще в 2010 г. Экспериментальный образец оснащен системой рекуперации тепла от выхлопных газов в энергию, которая аккумулируется и может быть использована во время стоянок грузовика. Это, как утверждается, позволяет сохранить до 5% топлива. Кроме того, этот автомобиль был оснащен солнечной батареей на крыше и системой рекуперации кинетической энергии торможения, которая, как заявляется, позволяет сэкономить еще 10% топлива.

Еще в 2009 г. компания Renault Trucks презентовала «передвижную лабораторию» на основе магистрального Renault Т, позже образцы дополнялись новыми системами рекуперации энергии и совершенствовались, на сегодняшний день это модель Renault Trucks Optifuel Lab 2 и экспериментальный проект создания EDIT (Efficient Distribution Truck), «энергоэффективного развозного грузовика», оснащенного макрогибридным приводом, который будет использовать рекуперированную энергию торможения для зарядки батарей и создания мощности в дополнение к мощности ДВС.

Опосредованными вспомогательными источниками энергии в Renault T Optifuel Lab 2, подзаряжающими аккумуляторы, являются размещающаяся на выпускном тракте установка WHR (Waste Heat Recovery – «Использование тепла, улетучивающегося вместе с выхлопными газами») и солнечные фотоэлементы площадью 40 м² на крыше тягача и прицепа.

Отметим, что в обоих примерах, и с Iveco Stralis, и с Renault T Optifuel Lab 2, заявленный процент экономии топлива за счет рекуперации тепловой энергии невысок, он ниже, чем экономия, получаемая благодаря рекуперации других видов энергии.

Величину энергии, получаемую от солнечных батарей, можно оценить по такому примеру: в японском г. Окаяма пассажирский автобус оборудован крышевыми солнечными батареями от Sanyo Electric. «Выдают» они всего 798 Вт, и мощности фотогальваники едва хватает на внутреннее освещение и салонные вентиляторы.

Однако «опосредованные» источники энергии могут использоваться на мало- и среднетоннажных грузовиках, а в дизель-электрическом исполнении они серийно выпускаются в Европе и Японии. Известны т. н. «газожидкостные рекуператоры» Toyota, называемые еще «теплообменниками поверхностного типа» (точнее, термодинамическими накопителями энергии). В них температура выхлопных газов запасается для подогрева «холодного» двигателя перед пуском.

Возможность применения «опосредованного» источника энергии, определенным образом «подменяющего» либо «дополняющего» ДВС (дизельный, газовый либо газодизельный), рассматривалась на Минском моторном заводе (ММЗ) в мае 2015 г. Речь шла о выпуске т. н. «когенерационных установок» (когенерация – от сo-generation – «участвующий в создании», это процесс совместной выработки электрической и тепловой энергии с утилизацией тепла после получения электро­энергии), обеспечивающих получение электрической энергии из тепловой энергии выхлопных газов, обычно рассеивающейся в атмосфере. ММЗ совместно с австрийской инжиниринговой компанией AVL планировали в 2016 г. создать экспериментальный образец такой установки. Однако данные установки предназначаются для использования в качестве дизель-генераторов в подсобном хозяйстве, а не силовых агрегатов для транспортных средств. Еще раньше, в 2010 г., переговоры о разработке и выпуске когенерационных установок вела с Тутаевским моторным заводом немецкая фирма 2G. Ряд предприятий в нашей стране выпускают стационарные электростанции – когенерационные установки. Примеров же использования таких установок на транспортных средствах в России пока нет.