VI Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2014

Введение

Каждое государство, а в общем можно сказать и весь мир внедряют инновации. Инновации стали неотъемлемой частью жизни любого современного человека, так как абсолютно каждому приходится сталкиваться с ними даже в обычной, повседневной жизни. Одним из примеров таких инноваций стал федеральный инновационный проект «Электрический транспорт», получивший успешное развитие в Новосибирске и Новосибирской области, на базе троллейбусов.

Прежде чем выбрать тему проекта, были изучены электронные источники информации, касающиеся Новосибирска и Новосибирской области, а именно сайты: технопарка Новосибирска, СО РАН, Лиотех, РОСНАНО, АРС ТЕРМ, НаноНьюзНэт. Исходя из данных источников информации, была определенна тема.

Выбор темы был обусловлен, с одной стороны, незнанием и непониманием части городского населения - как устроен данный вид транспорта, участвующий в данном инновационном проекте; чем обусловлено его движение при отсутствии токоприемника, то есть так называемых «усиков»; чем обусловлена замена уже имеющегося вида транспорта. С другой же стороны выбор обусловлен тем, что с данным проектом сталкивается практически каждый и проект, в свою очередь, в равной степени затрагивает как социальный аспект инноваций, так и технологический.

Еще одним важным фактором, повлиявшим на выбор темы, является факт актуальности данного проекта. Электрический транспорт - одна из самых обсуждаемых тем, надежда на замену исчерпаемых углеводородных источников энергии, защита экологической среды всего мира.

Цель проекта – раскрыть суть федерального инновационного проекта «Электрический транспорт» и дать представление о технической стороне гибридного транспорта, по средствам которого осуществляется данный проект в Новосибирске и Новосибирской области.

В ходе работы с проектом были поставлены задачи, в ходе выполнения которых достигается цель, а именно сбор и обработка необходимой информации, ее структурирование, выделение наиболее важных моментов, а так же подведение итогов.

1. Необходимость развития электротранспорта

Рост цен, проблемы связанные с поставкой, более низкий коэффициент полезного действия, а так же снижение и исчерпаемость запасов углеводородных источников энергии, являются основными причинами для разработок, создания и внедрения в массы транспорта работающего на электрической тяге.

Год от года происходит развитие гибридных видов транспортных средств, как за рубежом, так и в Российской Федерации. Уже несколько лет Новосибирск занимается исследованиями в области работы гибридных транспортных средств, в ближайшее десятилетие электротранспорт найдет широкое применение во все мире. Так при создании электротранспорта, главными задачами будет являться создание зарядных электростанций и изготовление мощных энергонакопителий.

Так в Новосибирске стартовал федеральный инновационный проект «Электрический транспорт», главным звеном которого стал троллейбус с большим автономным ходом, т.е. промежуточное транспортное средство между электробусом и автобусом, такое транспортное средство будет целесообразнее в применение исходя из расчетов экономии.

Инновация — это внедрённое новшество, обеспечивающее качественный рост эффективности процессов или продукции, востребованное рынком. Введённый в употребление новый или улучшенный продукт, товар, услуга или процесс, новый метод продаж или новый организационный метод в деловой практике, организации рабочих мест или во внешних связях. Является конечным результатом интеллектуальной деятельности человека, его фантазии, творческого процесса, открытий, изобретений и рационализации.

Виды инноваций:

• Технологические — получение нового или эффективного производства имеющегося продукта, изделия, техники, новые или усовершенствованные технологические процессы. Инновации в области организации и

• управления производством не относятся к технологическим.

• Социальные — процесс обновления, усовершенствования сфер жизни человека в реорганизации социума (система управления, обслуживание, организация процесса).

• Продуктовые — создание продуктов с новыми и полезными свойствами.

• Организационные — совершенствование системы менеджмента.

• Маркетинговые — реализация новых или значительно улучшенных маркетинговых методов, охватывающих существенные изменения в дизайне и упаковке продуктов, использование новых методов продаж и презентации продуктов, их представления и продвижения на рынки сбыта, формирование новых ценовых стратегий.

Так из выше изложенного можно сказать, что федеральный проект «Электрический транспорт», действительно является инновационный проектом, и в данном случае инновация относится в равной степени как к социальному виду инноваций, так и к технологическому виду инноваций.

1. Существующие источники энергетических установок электробусов

Распространённые виды источников автономного энергопитания электромобилей:

• супераккумуляторы

• суперконденсаторы

• дизельэлектростанции

Данные виды электрического транспорта не нашли массового, обширного применения, в связи с перечнем недостатков :

• Электробусы на суперконденсаторах быстро заряжаются и разряжаются, небольшое удаление от зарядной станции возможно в пределах 2-3 км;

• Электробусы на литий-ионных аккумуляторах имеют высокую стоимость. Значительный вес батареи – примерно 3,5 тонны, дальность поездки без подзарядки примерно 150-180 км.

• Время зарядки 1,5-2 часа большими токами, а это вызывает необходимость развития мощных электрокабельных линий;

• Электробусы с дизельэлектростанцией не экологичны, а также мало эффективны с точки зрения энергии так как повышение КПД сжигания дизельного топлива уничтожается потерями за счет КПД электростанции.

Но, не смотря на все недостатки, эксперты утверждают, что будущее именно за электрическим транспортом. С открытием в начале этого века высоких показателей по проводимости у железофасфата лития в совокупности с нанотехнологиями нанесения на катод углерода открылись новые перспективы в развитии электромобилестроения. А пока на данный период времени гибридный транспорт набирает обороты развития, а также внедрения в массы.

1. Федеральный инновационный проект

Новосибирск – один из передовых регионов, где активно реализуется федеральный инновационный проект «Электрический транспорт». Результатом этого проекта станет создание инфраструктуры для эксплуатации отечественных электротранспортных средств, а также подготовка необходимой законодательной базы, способствующей массовому внедрению инновационного электротранспорта в России.

Сам проект предполагает внедрение и использование новых видов транспортных средств в области пассажироперевозок, логистики, коммунального хозяйства с применением инновационных технологий. Использование инновационных технологий, т.е. использование автономного электрического транспорта позволит: снизить эксплуатационные расходы, повысить безопасность и комфорт пассажиров, улучшить экологию.

1.  
   1. Лиотех

В декабре 2011 года в Новосибирской области на территории промышленно-логистического парка «Толмачево» дан старт российскому производству литий-ионных аккумуляторов (ЛИА). "Лиотех" полностью соответствует всем нормам технологической и экологической безопасности. На начальном этапе литий-ионные аккумуляторы производятся из импортных материалов и комплектующих. В дальнейшем, произойдет полный переход на отечественное сырьё и комплектующие. Завод выпускает аккумуляторы с использованием наноструктурированного катодного материала литий-железо-фосфата (LiFePO4), что позволяет достигать наилучших характеристик при производстве аккумуляторов, обеспечивает целесообразное отношение цены к качеству. Аккумуляторы на основе LiFePO4 имеют высокую плотность энергии и безопасны при эксплуатации.

1.  
   1.  
      1. Продукция

Завод производит современные литий-ионные аккумуляторы емкостью в 240, 380 и 770 А в час, преднозначеные для электричекого транспорта.

Электрические характеристики аккумуляторов LT-LYP 240 при

25°С:

• Номинальная емкость, А*ч - 240

• Номинальное напряжение, В - 3,2

• Удельная энергия по массе, Вт.ч/кг – 90

3.1.2 Схема производства

Из изученных источников, предоставленных ООО «Лиотех», на рисунке 1 представлена, наиболее полная схема производства литий-ионных аккумуляторов.

Рисунок 1. Схема производства ЛИА

3.1.3 Принцип работы

Принцип работы ЛИА, заключенный в:

• Зарядке аккумулятора. Рисунок 2.

При зарядке аккумулятора катионы лития, обладающие наивысшим отрицательным потенциалом по сравнению с любыми другими металлами, и наименьшим размером иона, перемещаются и эффективно обратимо интеркалируют в материал анода.

• Разрядке аккумулятора. Рисунок 3.

Благодаря наноструктуре материала катода в процессе разрядки ионы лития способны обратимо эффективно интеркалировать в кристаллическую решетку данного диэлектрика на глубину до 50 нм. Такая форма катода обеспечивает высокую эффективность аккумулятора и более 3000 циклов зарядки-разрядки.

Рисунок 2. Зарядке аккумулятора

Рисунок 3. Разрядке аккумулятора

3.2 Описание предлагаемого проекта

В Новосибирской области в 2011 году дан старт крупному заводу по производству силовых литий-ионных аккумуляторов, изготовление которых основано на нанотехнологиях нанесения углерода на катод. В связи с этим в Новосибирске, создана научно-промышленная группа под руководством первого заместителя мэра Новосибирска - Ксензова А.Е. В ходе работы группы на производственной базе ОАО «Сибэлтранссервис» был создан опытный образец, способный передвигаться в режимах троллейбуса и электробуса с питанием от батареи литий-ионных аккумуляторов.

Пробег созданного образца в режиме электробуса составил 39 км. Троллейбус после движения в режиме электробуса, продолжает свое движение уже под контактной сетью и тем самым производит подзарядку аккумуляторов. Троллейбус, находясь в любом из режимов, совершая торможение, превращает кинетическую энергию в электрическую и идет на подзарядку аккумуляторов.

Батареи линейно-ионных аккумуляторов(168 аккумуляторов), установленные под полом троллейбуса, в свою очередь обеспечивают ему большой автономный ход. Вес данной батареи составляет 480 килограмм, а емкость аккумуляторов 90 ампер в час, стоимость данного троллейбуса составит примерно 7, 5 миллионов рублей. Срок службы аккумуляторов составляет в среднем 7 - 10 лет, он зависит от условий эксплантации, нужно соблюдать рекомендации завода производителя. Естественно можно подчеркнуть, чем меньше длительность автономного хода, тем дольше срок службы аккумуляторов. Хотелось бы отметить, что главным экономическим показателем является долговечности работы данного транспортного средства.

3.3 Достоинства предлагаемого проекта

Выявлены главные достоинства федерального проекта, а именно:

1. Наличие автономного хода, повышенной маневренности позволяет:

• проезжать спецчасти контактной сети (стрелки, пересечения) на большой скорости с опущенными токоприемниками, появляется возможность убрать контактную сеть и ее спецчасти с отдельных улиц, площадей;

• продлить существующие троллейбусные маршруты на 10-15 км, что позволит автобусы имеющих общую трассу с троллейбусами;

• расширить троллейбусную маршрутную сеть за счет возможности передвижения от одной троллейбусной линии к другой.

1. Движение под контактной сетью троллейбуса с ЛИА предоставляет постоянно действующего потребителя в виде ЛИА, заряжающихся энергией, рекуперируемой в сеть самим троллейбусом и другими троллейбусами при торможении. Это позволит экономить до 20% тяговой электроэнергии. Общая экономия тяговой электроэнергии, с учетом экономии на ликвидации балластных пуско-тормозных сопротивлений, по самым скромным подсчетам, составит около 50%.

2. Внедрение экологически чистого вида транспорта не требует никаких дополнительных финансовых затрат, так как для этого не нужны контактно-кабельные линии и тяговые подстанции. Предоставляется возможность повысить энергетическую и экономическую эффективность использования существующих контактно-кабельных линий и сооружений ГЭТа.

3. Дает возможность создания и развития инфраструктуры, обеспечивающей эксплуатацию будущего электрического транспорта.

3.4 Возможности экономии энергоресурсов

Внедрение троллейбусов с большим автономным ходом позволит в значительной степени экономить вырабатываемую электроэнергию, а так же повысит энергоэффективность существующих контактно-кабельных линий ГЭТа,послужит толчком к развитию всей энергосистемы страны, а вместе с тем развитию экономики страны.

3.4.1 Экономия за счет рекуперации

В настоящий момент троллейбусы с электронным приводом могут рекуперировать энергию в сеть, превращая кинетическую энергию движения в электрическую. Однако потребление этой энергии возможно только

при временном совпадении процесса потребления энергии другим троллейбусом находящимся на данном участке контактной сети (фидере). Практическая экономия в расчетах с применением вероятностных методик

оценивается в 15-20% от всей рекуперированной энергии. В троллейбусах с реостатно-контакторными системами управления рекуперирование энергии в сеть вообще не возможно и при гашении кинетической энергии троллейбуса, приобретенной им при разгоне, генерируемые двигателем токи гасятся на тормозных сопротивлениях и превращаются в тепло. Тормозные токи в существующих моделях троллейбусов составляют от 0 до 200 А. Учитывая, что троллейбус с ЛИА потребляет ток заряда 45А, можно сказать, что находящийся в единственном числе на фидере троллейбус с ЛИА сэкономит 5-6% собственной потребленной на разгон электроэнергии. В случае отсутствия негативного воздействия на катоды пиковых зарядных токов или нахождения на фидере 5-6 троллейбусов это экономия может быть доведена до 25-30%.

По данным Муниципального казённого предприятия «Горэлектротранспорт» г. Новосибирска потребление на 1 км. пробега у троллейбуса составляет 3,2 кВт*час при наличии всего лишь 20% подвижного состава с энергоэффективными электронными приводами. Учитывая, что троллейбус с энергоэффективным приводом потребляет на 30% электроэнергии меньше чем троллейбусы с реостатно-контакторной системой управления, можно сказать, что троллейбус с электронной системой управления потребляет с учетом потерь в линиях 2,4 кВт*час на км. пробега. Следовательно, при максимально благоприятном стечении обстоятельств троллейбус с ЛИА может экономить дополнительно 0,6 кВт*час на 1 км. пробега. То есть затраты у троллейбуса с ЛИА с учетом потерь в линиях на 1 км. 1,8 кВт* час. без учета потерь 1,2 кВт*час. Учитывая, что троллейбус в год проходит 50-60 тыс. км, дополнительная экономия составит 50 000 * 0,6 * 2руб. 50 коп. = 75 000 руб.

3.4.2 Экономия энергоресурсов за счет замены части автобусов на троллейбусы с большим автономным ходом

• экономия себестоимости перевозки пассажиров;

• увеличивает экономию электроэнергии за счет увеличения потребления рекуперированной электроэнергии при торможении;

• повышает энергоэффективность в целом существующих энергосистем;

• снижает эксплуатационные затраты за счет большей надежности и долговечности троллейбуса.

Из норм расхода дизельного топлива и бензина, установленных Министерством России установлено:

• Энергетическая составляющая на 1 км пробега у автобуса составляет 45л. * 25 руб. / 100 км. = 11 руб. 25 коп.

• Энергетическая составляющая у троллейбуса на 1км. пробега составит 1,8 кВт*час * 2,5 руб. = 4 руб. 50 коп.

• Следовательно, экономия в год на одном транспортном средстве составит:(11,25 – 4,5) * 50 000 км. = 337 500 руб.

Приведенные расчетные величины не учитывают экономий, достигаемых за счет повышения эффективности использования энергосистем и основных производственных фондов. По мере прироста электроподвижного состава себестоимость перевозок будет падать за счет повышения эффективности использования основных производственных фондов ГЭТ.

3.5 Цель проекта

Данный федеральный проект имеет много целей, как общегосударственных так и местного значения:

• подготовка различных энергосистем к массовой эксплуатации электрического транспорта;

• разработка эффективного, экономичного, надежного, конкурентно способного на мировых рынках транспортного средства;

• сдерживание роста себестоимости перевозки пассажиров на городских маршрутах, в следствии, происходит сдерживание тарифов на

• транспортные услуги, исходя из этого в итоги получаем – сдерживание социальной напряженности в городах страны;

• возможность продления существующих троллейбусных маршрутов

• без строительства контактно-кабельных линий и тяговых подстанций , тем самым увеличивая число экологически чистого, экономически более выгодного транспорта;

• возможность замены автобусов, которые на 50-60 % имеют общую трассу с троллейбусными маршрутами;

• предоставляется возможность повысить энергоэффективность существующих систем энергоснабжения, а вместе с тем – экономическую эффективность основных фондов ГЭТа;

• на базе существующих энергосистем ГЭТа развить сеть зарядных станций для будущего электрического транспорта.

Заключение

Инновации неотъемлемая часть жизни человечества, что в свою очередь, делает их объектами массового изучения. Представленный проект отражает изучение такой инновации как электрический транспорт, по средствам федерального проекта.

Из выше изложенного можно сделать вывод, что цель проекта была достигнута в полной мере, а именно раскрыта суть инновационного федерального проекта «Электрический транспорт». В проект рассматривается, как троллейбус в целом, так и его отдельные детали - аккумулятор, а так же производитель. Так что можно считать, что в достаточном количестве представлена информация, раскрывающая технические аспекты гибридного электрического транспорта (троллейбуса с длительным автономным ходом), по средствам которого осуществляется данный проект в Новосибирске и Новосибирской области.

Список используемой литературы

1. Лиотех [Электронный ресурс] URL: http://www.liotech.ru/

2. РОСНАНО [Электронный ресурс] URL: http://www.rusnano.com/

3. Инновация[Электронный ресурс] URL: http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%98%D0%BD%D0%BD%D0%BE%D0%B2%D0%B0%D1%86%D0%B8%D1%8F

4. АРС ТЕРМ [Электронный ресурс] URL: http://www.npfarsterm.ru/events/74/

5. Новосибирская область - инновационный регион [Электронный ресурс] URL:

http://www.nanonewsnet.ru/news/2012/novosibirskaya-oblast-innovatsionnyi-region

Код для цитирования: Скопировать