Метроблог — Тролза 5250 «ЭКОбус» — на острие мировой технической мысли

Тролза 5250 «ЭКОбус» — на острие мировой технической мысли

Кто-то может сказать, что это высокопарные слова, ну что в троллейбусе может быть этакого. Но, во-первых, это не троллейбус, а во-вторых, судите сами.

1926 год. В США построены первые автобусы с дизелем и электротрансмиссией.

Энергетическую установку расположили за ведущим мостом под самыми задними сиденьями, а тяговый электродвигатель - под салоном, более 95% площади которого отошло к пассажирам. Отсутствие коробки передач упростило управление автобусом, поскольку водитель автобуса пользовался для изменения скорости только педалями акселератора и тормоза. В электропередаче происходил тот же процесс, что и в механической коробке, но с плавным изменением передаточного отношения.

Машины понравились водителям, и пассажирам. Кроме удобства управления и плавности хода, они отличались высокой экономичностью в работе на городских маршрутах, в условиях частых разгонов и торможений. До войны и американские и европейские фирмы выпустили достаточно большое количество таких машин.

Олег Курихин — «Первый послевоенный», «Техника — молодёжи» №7 за 2000 г.

1939-1942 годы. В Москве создаются первые троллейвозы с автономным ходом.

«Удочки», устанавливаемые на провода контактной сети, и передающие электроэнергию по кабелю на отошедший от линии троллейвоз, никого не устраивают. Рассматриваются два варианта: троллейвоз с двигателем внутреннего сгорания и аккумуляторный троллейвоз. Первый построен ещё до войны, второй в 1942 году. На первое время предпочтение отдаётся аккумуляторным машинам. И первые послевоенные троллейвозы (ТБУ-2, 3, 4 и СВАРЗ ТГ-1) будут именно такими. Однако, всплывёт их огромнейший недостаток — огромная масса батарей. И последующие троллейвозы (ТГ-3, 4, все КТГ) будут иметь уже два двигателя: ДВС и электро, с механической передачей.

1946 год. ЗИС-154 и МТБ-82 — первая идея унификации автобуса и троллейбуса.

Первый автобус с электропередачей в нашей стране. Идея автобуса, имеющего не механическую, а электрическую передачу, была позаимствована у американцев. Советские инженеры тщательно изучили американские автобусы GM «Old Look» и Mack C-49. Первый был с гидромеханической передачей, второй — с электрической. И выбрали в качестве прототипа второй.

Для ЗИС-155 взяли у ЯМЗ-200 дизельный двигатель ЯАЗ-204Д, мощностью 110 л.с., специально разработали силовой электрогенератор ДК-55А мощностью 50 кВт и тяговый электродвигатель ДК-305А мощностью 43 кВт. По большому счёту, этот автобус был троллейбусом с собственной электрогенераторной установкой. Есть даже сведения о переделке данных автобусов в троллейбусы в Тбилиси путём демонтажа двигателя и установки токосъёмного оборудования.

Казалось бы, проект ЗИС-154 был почти готовым проектом троллейбуса. Но, не тут то было. Троллейбус МТБ-82 проектировали в значительной степени на основе предыдущей модели ЯТБ-4А. С подобным ЗИСу, но тем не менее отличающимся кузовом, с более мощным двигателем ДКБ-201Б мощностью 120 кВт. Полной унификации не получилось, но тем не менее, идея была достаточно интересной.

К сожалению, из за плохого качества дизельного двигателя и переусложнённости машины, ЗИС-154 был признан неудачной конструкцией, и быстренько сменившие его в производстве ЗИС-155 был уже обычным автобусом с механической передачей. Идея унификации автобусов и троллейбусов в дальнейшем рассматривалась уже лишь как унификация по кузовам.

http://www.m43.narod.ru/us_cars/publications/gm_buses_old_look.htm
http://denisovets.narod.ru/zil/zilpages/zis154.html
Олег Курихин — «Первый послевоенный», «Техника — молодёжи» №7 за 2000 г.
Олег Курихин, Вадим Розалиев — «Дюралевый электроход», «Техника — молодёжи» №4 за 2008 г.

1950 год. В США компания Kenworth экспериментирует с установкой газотурбинного двигателя мощностью 175 л.с. на грузовик.

Они демонстративно снимают с машины капот и выводят её на автостраду, где это чудо с лёгкостью обгоняет обычные грузовики. Однако насколько хорошо турбина вела себя на трассе, настолько же отвратительно она показала себя в городе. Если на трассе она по экономичности непринципиально уступала дизелю, но будучи сильно проще по конструкции и обеспечивая лучшую динамику и простоту управления, то в городе было ой. Страшный, несопоставимый расход на холостых оборотах и при малых скоростях движения убивал всю идею на корню. Плюс к тому, турбина требовала очень много воздуха. Чистого воздуха. А это в случае коммерческой эксплуатации обещало стать серьезной проблемой. Да и с выхлопом не все было гладко — противодавление резко снижало мощность, а просто свист в широкую трубу был уж очень громким и горячим.
Эксперимент признали неудачным.

http://strangernn.livejournal.com/322759.html

1957 год. Изобретение ионистора.

Ионистор (суперконденсатор, ультраконденсатор) — конденсатор с органическим или неорганическим электролитом, «обкладками» в котором служит двойной электрический слой на границе раздела электрода и электролита.

В связи с тем, что толщина двойного электрического слоя (то есть расстояние между «обкладками» конденсатора) очень мала, запасённая ионистором энергия выше по сравнению с обычными конденсаторами того же размера. К тому же, использование двойного электрического слоя вместо обычного диэлектрика позволяет намного увеличить площадь поверхности электрода (например, путём использования пористых материалов, таких, как активированный уголь или вспененные металлы). Типичная ёмкость ионистора — несколько фарад, при номинальном напряжении 2—10 вольт.
С появлением ионисторов стало возможным использовать конденсаторы в электрических цепях не только как преобразующий элемент, но и как источник напряжения.

Преимущества: высокие скорости зарядки и разрядки, простота зарядного устройства, малая деградация даже после сотен тысяч циклов заряда/разряда, малый вес по сравнению с электролитическими конденсаторами подобной ёмкости, низкая токсичность материалов, высокая эффективность (более 95%).

http://en.wikipedia.org/wiki/Electric_double-layer_capacitor

1965 год. Советские газотурбовозы ГП-1 начали водить грузовые и пассажирские составы в депо Льгов.

На газотурбовозе была применена газотурбинная одновальная установка ГТ-3,5 мощностью 3500 л.с. От ГТУ приводилось во вращение три тяговых генератора МПТ-74/23Б. Для маневровых передвижений служила вспомогательная силовая установка: дизель 1Д12 Барнаульского завода и маневровый генератор МПТ-49/25-3К мощностью 195 кВт.

Но, к сожалению, из-за неэффективности работы на низкой и средней мощности, машины не получили распространения. Причём, низкая мощность не была особой проблемой, поскольку стоял второй двигатель для порожнего хода, но вот средняя и переменный режим работы...
В 1970-х годах проекты по созданию газотурбовозов были прекращены, так как они не могли конкурировать с электровозами.

http://ru.wikipedia.org/wiki/Газотурбовоз

1976 год. На вооружение Советской армии поступает танк Т-80 с газотурбинной силовой установкой.

Танк имел двигатель ГДТ-1000Т мощностью в 1000 л. с. Это был первый серийный танк с таким двигателем.

http://ru.wikipedia.org/wiki/Т-80

1990-е годы. Из-за проблем с неправильно припаркованными автомобилями и ДТП становится понятна необходимость оснащения московских троллейбусов устройствами автономного хода. Проводятся первые эксперименты...

1997 год. Тойота выпускает гибридный автомобиль Toyota Prius.

В дальнейшем компания выходит на производство целой линейки гибридных автомобилей: Auris, Prius, Highlander Hybrid, Camry Hybrid, Estima, Alphard, Lexus CT, Lexus RX 450h 400h/RX, Lexus GS 450h, Lexus LS 600h/LS 600hL. Яркая рекламная кампания способствует резкому повышению интереса к гибридной технологии. Машины имеют бензиновый двигатель, электрогенератор и электродвигатель. Накопителем энергии являются аккумуляторы. Длительная езда на аккумуляторах не возможна. Их цель — сглаживание пиков потребления энергии, в том числе путём использования рекуперативного торможения.

http://www.lexus.ru/hybrid/faqs.aspx
http://en.wikipedia.org/wiki/Hybrid_Synergy_Drive

1999 год. В США и Новой Зеландии разрабатываются гибридные турбогенераторные автобусы.

Новозеландская компания DesignLine запускает свои машины в коммерческую эксплуатацию в городе Крайстчерч (Новая Зеландия), позднее открываются линии в Токио, Окленде (Новая Зеландия), Гонконге, и Ньюкасл-апон-Тайне (Великобритания).

http://en.wikipedia.org/wiki/Hybrid_electric_bus

2005 год. В Бостоне компания Silver Line открывает дуобусную линию. Машины работают на электроэнергии в тоннеле под Fort Point Channel, а дизель используется для движения по городским улицам и дорогам.

http://en.wikipedia.org/wiki/Dual-mode_bus

2006 год. Компания Wrightbus выпускает автобус Wright Pulsar Gemini HEV с показательно маленьким дизельным двигателем объёмом 1,9 литра против положенного на такую машину 7-литрового.

Машина оснащена литий-ионными батареями для хранения электроэнергии. На основе цикла испытаний удалось добиться снижения выбросов CO2 на 30% и экономии топлива на 40%.

http://en.wikipedia.org/wiki/Hybrid_electric_bus

2010 год. В Шанхае открывается Всемирная выставка.

Одним из продемонстрированных на ней достижений явилась автобусная линия, обслуживаемая конденсаторными автобусами «Sinautec» с конденсаторами «AOWEI».

Машины заряжаются электроэнергией на остановках, а основную часть маршрута проходят свободно, расходуя накопленную конденсаторами энергию. Но, характеристики машин не такие уж впечатляющие: время зарядки: 30 секунд на автобусных остановках, 10 минут на конечных остановках, максимальная дальность пробега без подзарядки: 3,5 мили с кондиционером, 6 миль без кондиционера. На практике это означает необходимость создания сети зарядных станций по всему городу, что не сильно проще создания троллейбусной сети. Подзарядка транспортных средств только на конечных невозможна из-за ограниченной ёмкости конденсаторов. Кроме того, 10-ти минутные перерывы после каждого рейса также довольно существенны.

http://metroblog.ru/post/3331/
http://www.sinautecus.com/index.html
http://www.aowei.com/index.htm
http://www.technologyreview.com/energy/23754/?nlid=2439

Итак, что мы имеем?

— Троллейбусы с автономным ходом на аккумуляторах. К сожалению, аккумулятору тяжелы и долго заряжаются, да и зарядки не хватит надолго.
— Троллейбусы с ДВС. Лишены этих недостатков, но в режиме ДВС те же автобусы. Да и их механическая трансмиссия переусложнена.
— Гибридные автомобили. ДВС, электропередача плюс накопитель энергии в виде аккумуляторов - почти идеал. Но ДВС всё-таки не очень экологичен, да и возможности аккумуляторов ограничены.
— Газотурбинный автомобиль. Высокая мощность малого по размеру двигателя, высокая экономичность при работе на высокой мощности, но низкая на малой. Из-за этого крайне неэффективны в городском цикле. Лучшие экологические характеристики по сравнению с ДВС.
— Конденсаторный автобус. Возможность движения на накопленной электроэнергии на расстояние в несколько километров без подзарядки, практически мгновенная подзарядка. Но, ограничен радиус действия, требуется сеть зарядных станций.

А что если объединить всё самое передовое, самое лучшее в одной машине? Какой она должна быть? Наверное это гибридный автомобиль, но не с двигателем внутреннего сгорания, а с газовой турбиной. Турбина работает на полную мощность, то есть в самом выгодном режиме работы, или не работает вообще. А энергию накапливают аккумуляторы, и, выдают её электродвигателю. Нет, не аккумуляторы, а самое новое, что есть в этой области — конденсаторы. Возможно ли это?

Знакомьтесь — Тролза 5250 «ЭКОбус»

ЭКОбус — это экологически чистый автобус с гибридной силовой установкой, работающий на природном газе и электричестве. Его можно использовать в городах с троллейбусным движением, но на маршрутах, проложенных по улицам, где невозможно проложить троллейбусные линии (этому способствует унификация «ЭКОбуса» с троллейбусом). «ЭКОбус» незаменим и в городах, где ширина городских улиц не позволяет организовать троллейбусные маршруты, а автобусы и маршрутные такси сильно загрязняют окружающую среду и являются источником заторов. "ЭКОбус" - отличная замена автобусу.

«ЭКОбус» работает на компримированном природном газе. А он является на данный момент наиболее дешёвым и перспективным топливом, поэтому инфраструктуру заправочных станций продолжают расширять. Кроме этого, микротурбогенератор способен работать на широком спектре уже применяемых и перспективных видах топлива, а именно, на дизельном топливе, керосине, пропан-бутановой смеси, что позволяет легко адаптировать автобус к инфраструктуре заказчиков.

В отличие от дизельного двигателя, турбина отличается чрезвычайно низким уровнем шума при работе и не требует облуживания в течение всего срока эксплуатации. Ресурс микротурбины до капитального ремонта составляет 60 тыс. часов, что значительно сокращает расходы на обслуживание по сравнению с дизельным двигателем и обеспечивает быструю окупаемость ЭКОбуса. Экологические характеристики микротурбины более чем на порядок превышают характеристики дизельных двигателей и в 6 раз характеристики двигателей на газовом топливе, использующих на выхлопе фильтры и нейтрализаторы.

Электрохимические конденсаторы, используемые для накопления энергии, обеспечивают максимальную мощность при разгоне автобуса, а также накапливают и энергию рекуперативного торможения. Их выбор обусловлен также максимальным КПД в цикле заряд/разряд, малыми массогабаритными параметрами, отсутствием обслуживания в течение всего срока эксплуатации (проведения ежедневных восстановительных циклов, долива электролита и т.д., характерных для аккумуляторных батарей), высокой пожаро- и вызрыво- безопасностью, нехарактерной для суперконденсаторов с органическим электролитом и литий-ионных батарей, а также длительным сроком службы. Все эти качества, наряду с максимальной энергоэффективностью, обеспечивают минимальные эксплуатационные затраты и удобство для сервиса.

Микропроцессорная система управления приводом и турбиной дает возможность достижения минимального расхода топлива (на 40% меньше по сравнению с автобусами использующими газовый ДВС), а также имеет мощную мультиплексную систему контроля и диагностики.

Гибридный тяговый привод обеспечивает движение большого городского автобуса по маршруту с минимальными затратами топлива, уровнем шума и выбросами токсичных продуктов. В стандартный комплект электропривода входит асинхронный тяговый электродвигатель, имеющий низкий уровень шума и длительный срок службы.

Рабочая тормозная система — смешанная, электропневматическая. Работает по электродинамическому принципу: создает на тяговом двигателе тормозной момент путём преобразования кинетической энергии в электрическую, которая усваивается накопителями энергии на основе электрохимических конденсаторов. Пневматическая тормозная система воздействует на тормозные механизмы барабанного типа задних ведущих и передних управляемых колес. Управление обеими системами — одной педалью. В начале торможения в действие вступает система электрического торможения, а затем в действие приводится пневматическая двухконтурная система торможения, воздействующая раздельно на тормозные механизмы задних и передних колес.

http://www.trolza.ru/production.pl?id=78
http://www.park5.ru/articles/1/687/

Безусловно, «Экобус» находится на острие мировой технической мысли. Здесь мы не отстаём от Запада. Даже на сравнении с «Тойотой» в «ЭКОбусе» применены гораздо более радикальные технические решения.

В настоящее время машина проходит опытную эксплуатацию в 11 автобусном парке Москвы. Почему именно там? Просто там специализируются на метановых автобусах.

Правда, обратите внимание на одну вещь: эта машина не является троллейбусом, то есть не может работать от контактной сети. На сегодняшний день это именно автобус с газотурбинным двигателем и электротрансмиссией.

http://forum.tr.ru/read.php?3,1059864,page=16
http://fotobus.msk.ru/vehicle/272785/#n286615

Возможен ли вариант, комбинирующий данную машину с троллейбусом, из сообщения «Тролзы» не следует. Сказано только про «унификацию оборудования». Но вот может ли данная машина работать напрямую от контактной сети, получая энергию с помощью обычных троллейбусных токосъёмников, неизвестно.

И вот тут уже можно пофантазировать...

А какая машина нужна Москве? Представим себе, что «ЭКОбус» обзавёлся ещё и всем необходимым троллейбусным оборудованием.

И вот перед нами универсальный транспорт: он может ездить как самый обычный троллейбус там, где есть троллейбусные провода, а там, где их нет, включать газовую турбину. Причём конденсаторы смогут заряжаться и от контактной сети, и от турбины.

Дополним эту машину «ЭКОбусом» и самым обычным троллейбусом, но оснащённым автономным ходом на конденсаторах. В результате у нас получается уникальное семейство, способное решать самые разные задачи в городе. Чем больше разных вариантов — тем эффективнее можно использовать преимущества того или иного способа получения энергии. Но, мне могут возразить: какой же дорогой будет агрегат, сочетающий в себе достоинства двух. На самом деле, если «ЭКОбус» будет близок по экономичности автобусу, а это, с учётом экономии топлива, вполне возможно, то дополнительная установка на него токосъёмного оборудования к серьёзному удорожанию не приведёт.

И каким в таком случае может стать общественный транспорт Москвы через 10 лет?

В классическом случае «ЭКОбусы», работающие на газе, заменяют собою автобусы, а троллейбусы имеют свою собственную сеть, лишь обзаводятся конденсаторами для автономного хода в аварийных случаях. Правда, газовая турбина тоже не абсолютна в своей экологичности, но выигрыш будет, при минимуме затрат на инфраструктуру.

А вот, при появлении третьего игрока — дуобуса, ситуация сильно меняется. Дуобусы способны коренным образом изменить само понятие троллейбусной сети. Из самостоятельной сети она становится заправочной базой для многочисленных проходящих по ней дуобусных маршрутов. В дуобусные разумно переводить автобусные маршруты, не менее 50% длины которых проходит по улицам, имеющим контактную сеть троллейбуса.

В дополнение к существующим троллейбусным маршрутам возможно организовать новые, незначительно уходящие с сети, обслуживаемые троллейбусами с конденсаторами. В основном это разумно в спальных районах, где троллейбусы будут развозить людей по жилым улицам. Если расположенные вдали от троллейбусных линий конечные оснащать пунктами электрозаправки, то применение «конденсаторных троллейбусов» может оказаться возможным на автономных участках длиной в два-три километра. В данном случае территориально троллейбусная сеть развиваться не будет, так как экспансия осуществится за счёт дуобусов. В то же время потребуется серьёзная реконструкция сети тяговых подстанций для обеспечения обслуживания троекратно возросшего траффика.

На линиях имеющейся контактной сети придётся создать короткие отводы на перпендикулярные улицы для постановки дуобусами токосъёмников на контактную сеть. А вот сход дуобусов с контактной сети лучше осуществлять на самих линиях на остановке, предшествующей повороту, что позволит не увеличивать количество стрелок на линии. Возможно, что в этом случае троллейбусная сеть из куста непрерывных линий превратится в куст, дополненный свободно расположенными линиями и точками.

Следует заметить, что по мере создания выделенных полос для ОТ, значительная часть пассажирского траффика будет концентрироваться на них. Основной станет следующая схема движения пассажира: утром — посадка возле своего дома на небольшой улице в ОТ, выезд на нём ближайшим путём на выделенную полосу, далее по ней до метро. Вечером — строго наоборот. А это значит, что при наличии на выделенных полосах троллейбусных линий (а они почти всегда есть), большая часть автобусных маршрутов свою большую часть будет следовать именно по этим линиям. Значит, наиболее разумно повысить экологичность именно этой, максимальной, части траффика.

Основной проблемой дуобусов станет необходимость установки токосъёмников в местах переключения на работу от контактной сети. В принципе, эта проблема также имеет решение. На остановке, в зоне хвоста остановившегося дуобуса устраивается специальный «домик» над контактной сетью. Штанги поднимаются автоматически и попав в «домик», устанавливаются на провода уже скользя по его поверхности. Конструкция чрезвычайно простая и дешёвая. Но основной проблемой её применения является необходимость чёткого позиционирования дуобуса на остановке. Тут уже, как всегда, мы упираемся в то, что мы не в Европе...

http://forum.tr.ru/read.php?3,914078

Так окажется ли нужна ли Москве такая машина, станет ли она стимулом развития троллейбусной сети или окажется, наоборот, её могильщиком? Или она будет признана опередившей своё время, и из-за сложности эксплуатации и дороговизны будет скорее экспонатом, существующем в единичном экземпляре для поддержания экологического имиджа ОТ в целом? Ответы на эти вопросы может дать только время.

Но, до тех пор, пока люди могут мечтать, они могут двигаться вперёд...