ДонНТУ Портал магистров
 
Магистр ДонНТУ Григорьев Виталий Валерьевич

Магистр ДонНТУ 
Григорьев Виталий Валерьевич

Учебно-научный институт «Высшая школа экономики и менеджмента»

Факультет: менеджмента

Кафедра: управление персоналом и экономика труда

Специальность: управление персоналом и экономика труда

Тема квалификационной работы магистра: «Усовершенствование системы управления производительностью»

Руководитель: к.э.н., доцент кафедры УПЭТ Позднякова Светлана Валерьевна

 
Автобиография Автореферат Библиотека Ссылки Отчет о поиске

Автомобиль будущего

Всю сознательную жизнь меня интересовали новые технологии, новинки техники и открытия в науке. Последние несколько месяцев изучал разработки в сфере автомобилестроения, а именно отказ от двигателя внутреннего загорания как такового и замена его на более ёмкие, но в тоже время экономичные и экологичьные технологии. Например: двигатель на водородных ячейках получает энергию при расщеплении водорода на воду и кислород проходя через специальную мембрану. Сам процесс безвреден, тем более отходом такой реакции есть вода  и кислород, но у инженеров возникли вопросы как хранить водород на машине. Напомню, что водород с низкой степенью сжатия, но и здесь инженеры получили массу направлений развития событий. Один из способов - это под давлением, охлаждая жидким азотом, дорого скажем и не безопасно. По этому поводу водород решили связывать в химический элемент Mg(NH3)6Cl2 - он безвреден. Процесс извлечения водорода проходит посредством катализатора, в том обьеме который необходим автомобилю на небольшие дистанции, при исчерпании водорода автоматически реакция повторяется снова.[3]

 

1 Машина на водородных топливных элементах

 

Лет через 10-15 серийные фургончики и легковушки будут ездить на топливных элементах. И цена их будет не заоблачной, как у современных водородных авто. В этом уверены французы, разрабатывающие начинку для будущих машин уже сейчас.

Компания PSA Peugeot Citroen при партнёрстве Французской комиссии по атомной энергии (CEA) представила проект GENEPAC – новые топливные элементы для автомобиля.

Казалось бы, эти элементы существуют давно, есть компании, специализирующиеся на их разработке и производстве (не только, а точнее – не столько для автоиндустрии, сколько для других сфер применения), есть масса концептов водородных авто на топливных элементах. Бери, дорабатывай, пользуйся. Но PSA решила создать свою версию автомобильной установки, напрямую производящей электричество из водорода и кислорода окружающего воздуха. Зачем?

Напомним, единственный пока мелкосерийный автомобиль на топливных элементах – это Honda FCX.

Проект GENEPAC – оптимальная конструкция и высокая удельная мощность (иллюстрация с сайта psa-peugeot-citroen.com).

Проект GENEPAC – оптимальная конструкция и высокая удельная мощность (иллюстрация с сайта psa-peugeot-citroen.com).

Его японцы сдают в длительную аренду по $500 в месяц. Не столько для прибыли, сколько для пропаганды и апробации технологии. Обычной продажи "полностью" не предусмотрено.

Да, даже мелкосерийное производство авто на топливных элементах пока никак не обеспечивает их приемлемую стоимость. Это едва ли не главное препятствие на пути распространения таких машин.

О водороде и заправках – разговор отдельный. Скажем только, что французы думают о таком пути его массового производства: из углеводородного сырья при помощи энергии Солнца, ветра, а также – атомных станций.

PSA полагает, что GENEPAC произведёт маленькую революцию в этой области. Французы основательно поколдовали с конструкцией, чтобы сделать её максимально эффективной и оптимальной для массового производства по удобоваримой себестоимости примерно к 2020 году. Чем же GENEPAC отличается от аналогов?

Три варианта GENEPAC: четрые, два или один блок элементов (иллюстрация с сайта psa-peugeot-citroen.com).


Три варианта GENEPAC: четрые, два или один блок элементов (иллюстрация с сайта psa-peugeot-citroen.com).

 

Это – модульная система, которая позволяет производить элементы на 20, 40 и 80 киловатт выходной мощности с максимумом общих деталей. Таким образом, можно оснащать блоками этого семейства различные по размерам (и цене) автомобили, одновременно существенно экономя на проектировании и освоении производства кучи узлов.

GENEPAC в некотором смысле похож на детский конструктор Lego: из одинаковых кирпичиков можно собрать что угодно.

Заглянем внутрь базового (80-киловаттного) блока. В центре – ядро с разъёмами трубопроводов, к которым будут подводиться: водород (газообразный, под высоким давлением) из бака (его основа – многослойное плетение из углеволокна); атмосферный воздух и охлаждающая жидкость.

 

 

Начинка одного блока: один элемент-конверт, его слои для водорода, воздуха и антифриза (иллюстрация с сайта psa-peugeot-citroen.com).

 

Начинка одного блока: один элемент-конверт, его слои для водорода, воздуха и антифриза (иллюстрация с сайта psa-peugeot-citroen.com).

 

Справа и слева от этой центральной части – по два блока, собственно, топливных элементов. Всего – четыре штуки. Если два из них не ставить – получится агрегат на 40 киловатт, если со второй стороны удалить ещё один блок – то на 20 киловатт.

 

Электромотор, топливные элементы, радиатор для их охлаждения, вентилятор для подачи воздуха, аккумуляторы и баки с водородом, да ещё – несколько трубопроводов: вот автомобиль на топливных элементах и готов (иллюстрация с сайта psa-peugeot-citroen.com).

Электромотор, топливные элементы, радиатор для их охлаждения, вентилятор для подачи воздуха, аккумуляторы и баки с водородом, да ещё – несколько трубопроводов: вот автомобиль на топливных элементах и готов (иллюстрация с сайта psa-peugeot-citroen.com).

 

Каждый из этих блоков представляет собой сэндвич из десятков тончайших прямоугольных элементов. Они состоят из герметичного корпуса, разделённого внутри на ещё более тонкие слои: канал для антифриза, электрод, канал для водорода, обменная мембрана, канал для воздуха, электрод, опять канал для антифриза.

Французы говорят, что их 80-киловаттный блок топливных элементов – самый компактный и лёгкий среди конкурентов в автомобильной сфере. Его удельная мощность составляет 1,5 киловатта на литр (по объёму корпуса) или 1 киловатт на килограмм (по весу).

Французский автомобилестроитель одновременно объявил об открытии подразделения, которое будет занято развитием технологий топливных элементов и особенно – изучением работы таких устройств в длительной эксплуатации.

PSA надеется, что оригинальный проект GENEPAC позволит перевести на водород коммерческие развозные фургончики, бегающие в пределах крупных городов.[1]

 

 

2 Беспроводное питание от дороги

 

Несколько небольших автомобилей, бесшумно катящихся по огороженной трассе в южнокорейском городе Тэджон, способны удивить: энергию они получают прямо во время движения, из-под асфальта, причём 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 придётся сутки. Что, очевидно, уже абсурд.

Есть два основных варианта решения данной проблемы: строить электрические авто с уникально-коротким временем зарядки или машины, совместимые с роботизированной системой  тяговых батарей на специальных станциях.

Однако ещё 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).

 

Тесты и демонстрация новой системы для высших должностных лиц страны проходили в феврале, июле и августе нынешнего года (фотографии CT&T, KAIST).


Тесты и демонстрация новой системы для высших должностных лиц страны проходили в феврале, июле и августе нынешнего года (
green.autoblog.com).

 

Кое-кто из самых отчаянных новаторов пытался личные легковушки даже на общественные рельсы посадить, 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 приёмные катушки в днище машины могли бы обеспечить "заправку" электрического авто на ходу. Вопрос в эффективности системы и некоторых деталях управления ею. Ещё 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 партнёра — 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 учёные и инженеры оснастили набором магнитов и катушек, призванных пожинать энергию от линий (шириной порядка 20 см), проложенных в асфальте.

 

На электрические автомобили, питающиеся от дороги бесконтактным способом, только в США с середины 1970-х и по наши дни была выдана масса патентов, отличающихся теми или иными деталями одинакового, в общем-то, замысла (иллюстрации с сайтов patentstorm.us, patft.uspto.gov).

 

На электрические автомобили, питающиеся от дороги бесконтактным способом, только в США с середины 1970-х и по наши дни была выдана масса патентов, отличающихся теми или иными деталями одинакового, в общем-то, замысла (иллюстрации с сайтов patentstorm.us, patft.uspto.gov).

 

Специалисты KAIST сообщают, что общий принцип работы OLEV схож с давно известными электрическими зубными щётками с беспроводной зарядкой. Но щётки 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 приёмником и передатчиком энергии. Может, корейцы воспользовались некой вариацией системы на основе магнитно-связанного резонанса? (Её 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 установки таких приёмников и на обычные легковушки.

 

Как явствует из этого рисунка, корейцы предлагают оснащать бесконтактными зарядными линиями не только дороги, но и автостоянки. Что было бы удобным для водителей, которым не пришлось бы заботиться о включении своего электрического авто в сеть. Но на наш взгляд, на стоянках простоту использования системы стоило бы принести в жертву ради повышения эффективности и поставить рядом с машино-местами столбики с розетками (иллюстрация CT&T, KAIST).


Как явствует из этого рисунка, корейцы предлагают оснащать бесконтактными зарядными линиями не только дороги, но и автостоянки. Что было бы удобным для водителей, которым не пришлось бы заботиться о включении своего электрического авто в сеть. Но на наш взгляд, на стоянках простоту использования системы стоило бы принести в жертву ради повышения эффективности и поставить рядом с машино-местами столбики с розетками (
green.autoblog.com).

 

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 трёхчасовую зарядку, зато с прямым контактом с розеткой? Авторы системы говорят, что постараются ещё поднять КПД. И, мол, нельзя сбрасывать со счетов сокращение стоимости самого электрического авто.

С учётом более высокой эффективности электромобиля как такового и более высокого КПД электростанций также может статься, что даже данный вариант подзарядки машин всё ещё окажется выгоден в плане сокращения вредных выбросов в сравнении с авто 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 учёный проекта OLEV, утверждает, что для поездок OLEV по всему городу в последнем достаточно оснастить силовыми полосами 10% уличной сети. Причём 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 перекрёстками, 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 быть примерно в пять раз менее ёмким (и в пять раз более дешёвым), чем у простого электромобиля, претендующего на повседневное использование.

 

 

Создатели OLEV особо подчёркивают безопасность системы для людей и машин. Даже прикоснувшись к местам, где проложены питающие ленты, получить удар током нельзя (фотографии CT&T, KAIST).


Создатели OLEV особо подчёркивают безопасность системы для людей и машин. Даже прикоснувшись к местам, где проложены питающие ленты, получить удар током нельзя (green.autoblog.com).

 

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 Мён Бак (Lee Myung-bak), побывав на одном из тестов OLEV, высказал заинтересованность в апробации данной системы на городских улицах, а также пообещал ещё 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 всё пойдёт по плану, Чеджу окажется, вероятно, первым в мире местом, где подобную технологию испытают на публике, — приёмниками системы OLEV должны быть оснащены электрические автобусы.

 

Длина e-ZONE равна 2,57 м, ширина – 1,44, высота 1,56 м. Весит электромобиль около 700 кг (фото с сайта green.autoblog.com).


Длина e-ZONE равна 2,57 м, ширина – 1,44, высота 1,56 м. Весит электромобиль около 700 кг (фото с сайта green.autoblog.com).

 

А вот с переходом на OLEV частных авто пока не всё ясно. Скажем, ещё 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 ёмкость ещё 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 знаменитого "Смарта".

 

По желанию покупателя e-ZONE оставят с открытыми проёмами (пляжный вариант), оборудуют простой защитной перемычкой или традиционной дверью со стеклом (фото CT&T).

По желанию покупателя e-ZONE оставят с открытыми проёмами (пляжный вариант), оборудуют простой защитной перемычкой или традиционной дверью со стеклом (green.autoblog.com).

 

В базе данный автомобильчик комплектуется не очень ёмкими, зато дешёвыми 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) заберёт 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 на авто составит примерно $16 тысяч за самую "упакованную" версию. Также корейцы собиратся чуть позже развернуть производство этой модели непосредственно в странах сбыта (в тех же США и в Азии). Другие вариации авто от CT&T — развозные микрофургоны, специализированные машины, предназначенные для коммерческих пользователей и для госслужб — также ждут реакции со стороны потенциальных покупателей за океаном.

 

Свои электромобили CT&T поместила в американский пейзаж пока только на рекламе. Но корейская компания полагает, что добьётся успеха. e-ZONE и его родственники, конечно, обладают скромными техническими параметрами, зато и стоят по меркам электромобилей очень умеренно (иллюстрация CT&T).


Свои электромобили CT&T поместила в американский пейзаж пока только на рекламе. Но корейская компания полагает, что добьётся успеха. e-ZONE и его родственники, конечно, обладают скромными техническими параметрами, зато и стоят по меркам электромобилей очень умеренно (
green.autoblog.com).

 

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 распространёнными 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 ещё 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 счёт снижения сопротивления воздуху. Да и сыграло бы на руку безопасности (при условии надёжности автоматики), пишет CT&T. Как и в случае с бесконтактной зарядкой на ходу, данная идея далеко не нова. Но награда ждёт того героя, который сможет решить все проблемы подобного комплекса на практике.[2]

Список использованных источников:

1. Водородные авто играют в кубики топливных элементов

Источник: http://www.membrana.ru/articles/technic/2006/01/20/185200.html

2. Машины получили беспроводное питание от дороги

Источник: http://www.membrana.ru/articles/technic/2009/08/24/180200.html

3 Химики решили кормить автомобили водородными таблетками

Источник: http://www.membrana.ru/articles/inventions/2009/09/02/191300.html

Фото взяты с сайтов green.autoblog.com и psa-peugeot-citroen.com.



Автобиография Автореферат Библиотека Ссылки Отчет о поиске

ДонНТУ Портал магистров