Автомобили Tesla в некоторых странах уже становятся мейнстримом и полноценным конкурентом машин на ДВС. Но более консервативные виды транспорта не так быстро отвечают на экологическую «повестку», и для этого есть свои причины. В этом посте мы порассуждаем о переходе воздушного и водного транспорта на электродвигатели, взвесим основные за и против, приведем примеры заметных проектов и сделаем выводы.
Преимущества водного и воздушного электротранспорта
Идея авиатранспорта на электродвигателях уже не нова, но в последнее десятилетие эта отрасль стала развиваться активнее. Сегодня воздушный транспорт выбрасывает около 3 % углекислого газа в мире, но учитывая «зелёные» тенденции в автомобильной и других отраслях, к 2050 году эта доля может возрасти до 50 %.
Сокращение углеродного следа — важная, но не единственная причина обратить внимание на электрический авиатранспорт. По сравнению с традиционным реактивным он намного экономичней по цене топлива.
В одномоторном легком самолете DHC-2 Beaver поршневой радиальный двигатель PZL-3S мощностью 600 л.с. был заменен на электродвигатель magniX мощностью 750 л.с. В результате стоимость часа полета снизилась в десятки раз — с 300–450$ до 12$. К этой оценке стоит относиться с некоторым скептицизмом, поскольку она приведена на сайте производителя пропеллеров для электроверсии. Хотя вряд ли бы он стал говорить о такой экономии на пустом месте.
Eviation Alice, электрический самолет, рассчитанный на девятерых пассажиров и двух членов экипажа, обойдется примерно в $200 за час перелета, что в пять раз меньше аналогичного самолета на реактивном двигателе. Более дешевая эксплуатация связана и с тем, что электросамолеты имеют гораздо меньше подвижных частей и в целом устроены проще, чем аналоги. Это также делает их сравнительно более надежными. Для компаний, развивающих воздушный электротранспорт, именно эти факторы становятся решающими.
Наконец, электрический авиатранспорт гораздо тише традиционного. Это позволяет активней использовать такой транспорт в зонах, чувствительных к шумовому загрязнению — рядом с городами и природоохранными объектами.
Водный электротранспорт появился гораздо раньше воздушного. Первую лодку на электромагнитной тяге еще в 1839 году физик-изобретатель Борис Якоби продемонстрировал Николаю I на реке Неве. Судно длиной чуть более 7 метров было способно перевозить 14 пассажиров на скорости около 5 км/ч.
С развитием двигателей внутреннего сгорания электрические суда отошли на второй план, но в конце прошлого века этот рынок ожил. Связано это было также с «чистой» энергетикой, которая нашла отличный сценарий применения именно в лодочном транспорте. Для его зарядки можно конвертировать энергию солнца и ветра; на воде с этим обычно проще. Обеспечить нужную инфраструктуру для зарядки от сети также несложно, учитывая, что речной транспорт часто используется для круговых маршрутов — из точки А в точку А.
Электрический морской транспорт не выбрасывает выхлопы в воду. Поэтому его можно использовать в зонах, где традиционное судоходство запрещено из-за рисков для хрупкой экосистемы — мы, кстати, уже рассказывали об этом в несколько другом ракурсе.
Разместить аккумуляторы при проектировании лодки гораздо проще, чем обычные двигатели. Можно даже предусмотреть проект так, чтобы батареи помогали лодке балансировать на воде. Так же гибко можно использовать и солнечные панели.
Как и в истории с воздушными судами, электрической водный транспорт выигрывает в простоте и удобстве обслуживания. Заменить компоненты здесь гораздо проще, чем систему с дизельным двигателем, баками и множеством подвижных частей.
Водный электротранспорт по умолчанию не нуждается в трансмиссии и прочих механизмах, передающих мощность двигателя на пропеллеры. Это дает больше свободы в проектировании лодок и открывает дорогу удачным конструкторским решениям.
Еще одно преимущество, которое не стоит недооценивать — отсутствие шума. Салоны самолетов достаточно изолированы от рева турбин, но для водного транспорта это обычно непозволительная роскошь (если мы не говорим о дорогих яхтах, где в приоритет ставится максимальный комфорт). Часто на палубе приходится надрывать голос, чтобы тебя услышали не расстоянии нескольких метров. Электротранспорт решает эту проблему. Наконец, у электролодок вращающий момент сводится к нулю, что делает их более маневренными.
Требования регуляторов и цикл аккумуляторов
Первый пункт особенно важен, когда речь заходит об авиатранспорте. Впервые в мире электрический самолет был сертифицирован Европейским агентством авиационной безопасности в 2020 году — им стал Pipistrel Velis Electro, двухместный транспорт, предназначенный для обучения пилотов. Калиброванная воздушная скорость Pipistrel достигает 38 узлов — чуть больше 70 км/ч. Аккумулятора хватает на 50 минут.
Требования к электрическим самолетам активно прорабатываются и закрепляются в официальных документах..В первую очередь, здесь прорабатываются ограничения по максимальному сроку эксплуатации. Цифры могут разниться в зависимости от типов батарей, но в среднем их жизненный цикл рассчитан на 3000 перезарядок. В пересчете на среднее время полета это около 3000 часов.
После этого батареи больше не используются в самолетах, хотя остаются вполне работоспособными. Их можно использовать в менее интенсивных сценариях — например, в школьных автобусах или морском транспорте. Последний особенно распространен в отдаленных местах, где есть проблемы с электросетями — и это открывает новые перспективы для бытового использования. Один и тот же универсальный аккумулятор проживает сразу несколько жизней: сначала в самолете, потом, возможно, в школьном автобусе, а затем в моторной лодке где-нибудь в глухой деревне, обеспечивая по вечерам светом целый дом (с помощью энергии, накопленной за день солнечными батареями лодки).
Перспективы воздушного электротранспорта
Ранее мы упоминали в основном привычные самолеты, модернизированные под электродвигатели. Но уважаемые аналитики компании McKinsey предсказывают, что к 2030 году города заполнятся тысячами так называемых eVTOL (electric vertical takeoff and landing aircraft — электрическое воздушное судно вертикального взлета и посадки).
Аналитики предполагают, что этот транспорт бесшовно встроится в нынешние агрегаторы такси и станет частью повседневной жизни. По опросам McKinsey, 15–20 % людей уже готовы пересесть на летающие такси со своих привычных видов транспорта. Эта доля легко вырастет — и благодаря преимуществам воздушных такси, и благодаря усилиям маркетологов.
Пока воздушные такси остаются темой будущего, авиализинговые компании проявляют интерес к более привычным форм-факторам. Недавно Heart Aerospace получила заказ на 40 самолетов ES-30 — гибридной модели, способной преодолевать с 30 пассажирами 200 км на электрическом или 400 км на смешанном ходу. На данный момент производитель получил заказы в сумме уже на 250 таких самолетов.
В начале поста мы рассказывали о модели Eviation Alice — к ней проявляет интерес лизинговая компания MONTE. Они готовы закупить 40 суден, и создать для них необходимую инфраструктуру в регионах, где к таким самолетам есть интерес. Пока очень рано говорить о глобальном распространении электрического авиатранспорта, но интерес авиализинговых компаний — это показатель того, что такие модели вполне способны найти свою нишу.
Крупнейшие авиапроизводители, такие как Airbus, пока интересуются в основном гибридными моделями. Уменьшение выбросов углекислого газа в результате их применения компания оценивает скромно: всего в 5 % для самолетов и до 10 % — для вертолетов.
Почему же не начать создавать полностью электрические модели? Конечно, Airbus — слишком крупная компания, чтобы решаться на такие эксперименты сразу. Кроме того, в недавнем материале о перспективах гибридного авиатранспорта они отметили существенный недостаток существующих литий-ионных батарей — низкую плотность энергии, в 50 раз меньше, чему у керосина.
Эксперты Airbus без особого оптимизма наблюдают за развитием литий-ионных батарей, но с энтузиазмом относятся к развитию твердотельных аккумуляторов, риск перегрева которых гораздо ниже. Тем не менее до 2030 года в компании не рассчитывают увидеть батареи такого типа, пригодные для авиации. И воздушный, и тем более морской электротранспорт пристально следит здесь за рынком электрокаров, который является передовым в этой сфере.
Перспективы водного электротранспорта
Как мы описывали выше, у водного транспорта менее жесткие требования к электрическим моделям; к тому же он предлагает сценарии, где преимущества такого транспорта могут лучше раскрыться. Так что этот рынок продолжит расти — на 12,9 % в год, по мнению аналитиков Future Market Insights. Важными факторами роста станет ужесточение экологических требований и общий рост доходов, что увеличит спрос на рекреационный водный транспорт.
Сдерживающие факторы здесь — это высокая стоимость электродвигателей и низкая емкость литий-ионных батарей. Сценарии использования водного транспорта обычно более продолжительны по сравнению с воздушным: вы вряд ли отправитесь с лодками на рыбалку меньше, чем на целый день. И хотя у направления есть неплохие перспективы для роста, по состоянию на 2021 год оно занимало всего 2% всего рынка водного транспорта в Северной Америке. В России такие проекты тоже пока не распространены, но в Москве, Нижнем Новгороде, Перми и Красноярске на базе электросудов в этом году планируют запустить маршруты общественного транспорта.
Общие проблемы
Развитие электрического воздушного и водного транспорта сопряжено с одними и теми же проблемами, хотя последний в этом плане более гибок. Текущие литий-ионные решения предоставляют недостаточную плотность энергии и едва ли подходят для применения в крупном транспорте, в том числе из-за температурных ограничений. Расширенный цикл использования одних и тех же батарей вряд ли будет распространен, пока аккумуляторы не будут стандартизированы, а совместимые виды транспорта не получат массового распространения. Здесь электрические такси вертикального взлета хоть и выглядят перспективно, но потребуют разработки целого раздела права для регулирования. Этот совсем небыстрый процесс.
