Характеристика проекта: Электромобиль

МИНИСТЕРСТВО  ОБРАЗОВАНИЯ И  НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ  ИНСТИТУТ МАШИНОСТРОЕНИЯ

ЭКОНОМИЧЕСКИЙ ФАКУЛЬТЕТ

КАФЕДРА менеджмента 
 
 
 
 
 

Домашняя РАБОТА

по  дисциплине: Управление проектами

на  тему: 

Характеристика проекта: Электромобиль  
 
 
 

Выполнила студентка

Группы 5803  5 курса

Мазурова  В.О. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Санкт – Петербург

2011

Оглавление 

      Электромоби́ль — автомобиль, приводимый в движение одним или несколькими электродвигателями с питанием от аккумуляторов или топливных элементов и проч., а не двигателем внутреннего сгорания. Подвидами электромобиля считаются электрокар (грузовое транспортное средство) и электробус (автобус с аккумулятором).

  1. Автор идеи и мотивы организации проекта

     Электромобиль появился раньше, чем двигатель внутреннего  сгорания. Первый электромобиль в  виде тележки с электромотором был  создан в 1841 году. Первый двухместный электромобиль русского инженера-изобретателя Ипполита Романова образца 1899 года изменял скорость движения в девяти градациях — от 1,6 км в час до максимальной в 37,4 км в час. В первой четверти XX века широкое распространение получили электромобили и автомобили с паровой машиной. В 1900 году примерно половина автомобилей в США была на паровом ходу, в 1910-х в Нью-Йорке в такси работало до 70 тысяч электромобилей. Значительное распространение в начале века получили и грузовые электромобили, а также электрические омнибусы (электробусы).

     Изначально  запас хода и скорость у электрических  и бензиновых экипажей были примерно одинаковыми. Главным минусом электромобилей была сложная система подзарядки. Поскольку тогда ещё не существовало усовершенствованных преобразователей переменного тока в постоянный, зарядка осуществлялась крайне сложным способом. Для подзарядки использовался электромотор, работавший от переменного тока. Он вращал вал генератора, к которому были подсоединены батареи электромобиля. В 1906 году был изобретён сравнительно простой в эксплуатации выпрямитель тока, но это существенно проблему подзарядки не решило.

     Электромобиль La Jamais Contente 29 апреля либо 1 мая 1899г. установил рекорд скорости на суше. Он первым в мире преодолел скорость 100 км/ч и достиг скорости 105,882 км/ч. Известный американский конструктор электромобилей Уолтер Бейкер получил скорость 130 км/ч. А электромобиль фирмы «Борланд Электрик» проехал от Чикаго до Милуоки (167 км) на одной зарядке. На следующий день (после перезарядки) электромобиль вернулся в Чикаго своим ходом. Средняя скорость составила 55 км/ч. Возрождение интереса к электромобилям произошло в 1960-е из-за экологических проблем автотранспорта, а в 1970-е годы и из-за резкого роста стоимости топлива в результате энергетических кризисов.

     Электромобили в России

     В 1899 году, в Санкт-Петербурге русский дворянин Ипполит Романов создал первый русский электромобиль. Его общая компоновка была заимствована у английских кэбов, где извозчик располагался на высоких ко́злах позади пассажиров. Экипаж был четырёхколёсным, передние колёса по диаметру были больше задних. На первом электромобиле использовался свинцовый аккумулятор системы Бари, имевший 36 банок (вольтовых столбов). Он требовал подзарядки каждые 60 вёрст (~64 километра). Суммарная мощность автомобиля составляла 4 лошадиные силы. Разработка экипажа была заимствована у моделей американской фирмы «Моррис-Салом», которая выпускала автомобили с 1898г.

     Впервые в России электромобиль, переоборудованный Игорем Корховым из обычного автомобиля, получил заключение по допуску к участию в дорожном движении и был зарегистрирован в органах ГИБДД, 30 марта 2007 года, благодаря помощи научного работника, общественного деятеля Юрия Юрьевича Шулипы.

     Электробус «Лужок» предназначен для перевозки тридцати пассажиров с максимальной скоростью 25 км/ч в парковых и выставочных зонах городов. Работает на аккумуляторных или конденсаторных батареях питающих двигатель постоянного тока ДПТ-45 мощностью 45 кВт. При торможении рекуперирует энергию назад в батареи. На одной зарядке способен проехать 15 км. Электромобиль ГАЗ 330 21Е «Газель-Электро» предназначен для перевозки грузов в городе. При максимальной скорости в 75 км/ч и грузоподъёмности в 1000 кг, способен без подзарядки проехать 20 км. Работает на аккумуляторной или конденсаторной батарее. В качестве двигателя используется коллекторный электродвигатель постоянного тока ДПТ-45 или асинхронный АЧТ 160 М4.

     По распоряжению мэра Москвы в 2007 г. в городе началась опытная эксплуатация электромобилей. Было закуплено 8 малотоннажных грузовиков и 2 автобуса. По итогам опытной эксплуатации техники Департамент транспорта и связи Москвы представит на рассмотрение правительства Москвы проект распорядительного документа по использованию электромобильной техники для обеспечения внутригородских грузовых и пассажирских перевозок. В Петербурге студенты Политехнического университета сконструировали первый в России солнечный электромобиль (СЭМ). За ночь его можно зарядить от обычной розетки, а днём он питается от солнечных батарей. В июне 2011 в России начались официальные продажи первого электромобиля  Mitsubishi i-MiEV, и открылась первая электрозаправка в Москве.

2. Характеристика проекта

     Производители электромобилей

     Электромобили производят множество автомобилестроительных компаний (Nissan, BMW, Mitsubishi, Сhevrolet и др.). Здесь представлены только компании, выпускающие преимущественно электромобили:

• Европа
• Modec — Великобритания, городские грузовики
• Lightning car — Великобритания
• БГ Кар — Болгария, городские грузовики
• Renault Z.E.
• Северная Америка
• ZENN Канада
• Phoenix Motorcars
• Tesla Motors
• Прототип Eliica (Япония). Развивает скорость 370 км/ч.
• ZAP Xebra Китай — США
• REVA — Индия

     Имеющееся серийное производство

     Лидеры  рынка на конец 2011г.: Mitsubishi i MiEV, совокупные продажи в Японии и Европе достигли 15000 по состоянию на сентябрь 2011 года, в том числе 4000 единиц марки, как Peugeot ion и Citroën C-ZERO во Франции, Nissan LEAF, продажи достигли 15 000 единиц к сентябрю 2011 года.

     Современное применение

     В 2004г. в США эксплуатировалось 55852 электромобиля. Кроме этого в США эксплуатируется большое количество самодельных электромобилей. Наборы комплектующих для конвертации автомобиля в электромобиль продаются в магазинах. Минимальная стоимость конвертации составляет $1500. Только аккумулятор стоит в 2-10 раз больше, в зависимости от емкости и характеристик автомобиля.

     Мировой лидер по производству электрического транспорта — Китай. Помимо этого, небольшие электромобили упрощённой конструкции (электрокары, электропогрузчики и т. д.) широко применяются для перевозки грузов на вокзалах, в цехах и больших магазинах, а также как аттракцион. В данном случае все недостатки в виде малого запаса хода и скорости, высокой собственной стоимости батарей и массы, перекрываются преимуществами: отсутствием вредных выхлопов и шума, что принципиально важно для работы в закрытых людных помещениях. Формально к электромобилям такие машины относить не принято из-за специфичности их применения. Основной фактор, сдерживающий массовое производство электромобилей — малый спрос, обусловленный высокой стоимостью и малым пробегом от одной зарядки. Существует точка зрения, что широкое распространение электромобилей сдерживается дефицитом аккумуляторов и их высокой ценой. Для разрешения этих проблем многие автопроизводители создали совместные предприятия с производителями аккумуляторов. Например, Volkswagen AG создал совместное предприятие с Sanyo Electric, Nissan Motor с NEC Corporation, и т. д.

     Новейшие достижения

     22-23 мая 2010 года переделанная на  электротягу малолитражка Daihatsu Mira EV, творение Японского клуба электромобилей, проехала 1003 километра и 184 метра  на одном заряде аккумулятора. 24 августа 2010 года электромобиль «Venturi Jamais Contente» с литий-ионными аккумуляторами на солёном озере в штате Юта установил рекорд скорости 495 км/ч на дистанции 1 км. Во время заезда автомобиль развивал максимальную скорость 515 км/ч. 27 октября 2010 года электромобиль «lekker Mobil» конвертированный из микровэна Audi A2 совершил рекордный пробег на одной зарядке из Мюнхена в Берлин длиной 605 км в условиях реального движения по дорогам общего пользования, при этом были сохранены и действовали все вспомогательные системы, включая отопление. Электромобиль с электродвигателем мощностью 55 кВт был создан фирмой «lekker Energie» на основе литий-полимерного аккумулятора «Kolibri» фирмы «DBM Energy». В аккумуляторе было запасено 115 кВт·ч, что позволило электромобилю проехать весь маршрут со средней скоростью 90 км/ч (максимальная на отдельных участках маршрута составляла 130 км/ч) и сохранить после финиша 18 % от первоначального заряда. По данным фирмы DBM Energy электропогрузчик с таким аккумулятором смог непрерывно проработать 32 часа, что в 4 раза больше, чем с обычным аккумулятором. Представитель фирмы «lekker Energie» утверждает, что аккумулятор «Kolibri» способен обеспечить суммарный ресурсный пробег до 500 000 км. 29 ноября 2010г. победителем конкурса Европейский автомобиль года впервые объявлен электромобиль модели Nissan Leaf, получивший 257 очков.

     Перспективы

     Согласно  исследованиям IDTechEx, индустрия электротранспорта  достигнет в 2005 году уровня продаж в $31,1 млрд по всему миру (включая гибридный транспорт). К 2015 году рынок электротранспорта вырастет примерно в 7 раз и достигнет $227 млрд.

     Некоторые автопроизводители не собираются производить гибридные автомобили, а сразу начать производство электромобилей. Они отстали в научных разработках, не могут самостоятельно создать гибридный автомобиль, или считают гибриды бесперспективными. Например, японская компания Mitsubishi Motors в 2009 году начнёт промышленное производство электромобилей на базе Colt. На нём будут установлены литий-ионные аккумуляторы. Существующие прототипы имеют дальность пробега 150 км.

     Ведутся работы над созданием аккумуляторных батарей с малым временем зарядки (около 15 минут), в том числе и с применением наноматериалов. В начале 2005г. компания Altairnano объявила о создании инновационного материала для электродов аккумуляторов. В марте 2006 года Altairnano и Boshart Engineering заключили соглашение о совместном создании электромобиля. В мае 2006г. успешно завершились испытания автомобильных аккумуляторов с Li₄Ti₅O₁₂ электродами. Аккумуляторы имеют время зарядки 10—15 минут.

     Рассматривается также возможность использования  в качестве источников тока не аккумуляторов, а ионисторов (суперконденсаторов), имеющих очень малое время зарядки, высокую энергоэффективность (более 95%) и намного больший ресурс циклов зарядка-разрядка (до нескольких сотен тысяч). Опытные образцы ионисторов на графене имеют удельную энергоемкость 32 Вт·ч/кг, сравнимую с таковой для свинцово-кислотных аккумуляторов (30−40 Вт·ч/кг). Разрабатываются электрические автобусы на воздушно-цинковых (Zinc-air) аккумуляторах. В августе 2006 года Министр Экономики, Торговли и Промышленности Японии утвердил план развития электромобилей, гибридных автомобилей и аккумуляторов для них. Планом предусмотрено к 2010 году начать в Японии массовое производство двухместных электромобилей с дальностью пробега 80 км на одной зарядке, а также увеличить производство гибридных автомобилей. Toyota работает над созданием нового поколения гибридных автомобилей Prius (полный гибрид, plug-in гибрид, PHEV). В новой версии водитель по желанию может включать режим электромобиля, и проехать на аккумуляторах примерно 15 км. Подобные же модели разрабатывает Ford — модель Mercury Mariner — пробег в режиме электромобиля 40 км, и Citroën — модель C-Metisse — пробег в режиме электромобиля 30 км и другие. Toyota изучает возможность установки устройств для зарядки аккумуляторов гибридов на бензозаправочных станциях. General Motors в январе 2007 года представил концепт Chevrolet Volt, способный проезжать в режиме электромобиля 65 км. Почта Японии, начиная с 2008 года, планирует приобрести 21000 электромобилей для доставки почтовых отправлений на короткое расстояние. По прогнозам PriceWaterhouseCoopers к 2015 году мировое производство электромобилей вырастет до 500 тыс. штук в год. В России производители гибридов пока не видят больших перспектив развития рынка электромобилей. Аргументируют это отсутствием правительственной поддержки, большими географическими границами и акцентом на сырьевую экономику.

     Планы автопроизводителей

     Правительственные планы

     Правительство Ирландии планирует к 2020 году 10 % транспорта перевести на электроэнергию. Правительство Германии планирует к 2020 году вывести на дороги страны 1 миллион электромобилей, гибридных автомобилей и полных гибридов (PHEV). Серийное производство должно начаться уже в 2011 году. До 2012 года на эти цели из бюджета будет выделено 500 миллионов евро.

     Правительство Китая планирует начать испытания  до 2012 года в 11 городах страны 60 тысяч  автомобилей, включая электромобили, гибриды и автомобили на водородных топливных элементах. Министерство Науки и технологий Китая разрабатывает 12-ый пятилетний план для электромобилей на 2012—2016 г. В план могут войти положения:

• снизить стоимость аккумуляторов на 50 %;
• вывести на дороги страны 1 миллион электромобилей к 2015 г.;
• увеличить мощности по производству аккумуляторов до 10000 МВт
• разработать стандарты для электромобилей;

     Правительство Франции планирует к 2012 году вывести  на дороги страны более 100 тысяч электромобилей.

     Правительство Южной Кореи поставило цель автомобилестроительным компаниям начать массовое производство электромобилей до второй половины 2011 года и произвести 1 миллион электромобилей к 2020 году.

3. Жизненный цикл и стадии проекта

     Анализ  работ по созданию электромобилей за рубежом и в нашей стране, начиная  с момента их зарождения и включая сегодняшнее время, показывает, что можно условно выделить шесть этапов развития:

1. зарождение (1837-1895)
2. интенсивное развитие и конкуренции (1896-1930)
3. локального использования (1931-1960)
4. широкого проведения опытно-конструкторских работ и выпуска большого числа опытных образцов и малых серий опытных электромобилей (1961-1982)
5. определенный спад работ, вызванный резким изменением конъектуры на нефтяном рынке и неудачами в эксплуатации опытных партий из-за недостатков источников тока (после 1982г.)
6. в последние годы в связи с непрерывным ростом цен на нефть и сложившейся экологической ситуацией в мире, электромобили вновь стали набирать популярность (1982-2011)

     Наиболее  значительные недостатки, которые пока сдерживают интерес к электромобилям, — большое время «заправки» и отсутствие развитой инфраструктуры, поддерживающей эксплуатацию электромобилей. И если с временем зарядки в ближайшее время технический прогресс, видимо, справится, то отсутствие развитой инфраструктуры является более существенной проблемой. При значительном развитии парка электромобилей одновременная зарядка десятков тысяч машин, «живущих» в городе средней величины, может привести к локальным разрушениям существующей энергетической сети, не рассчитанной на такие перегрузки.

4. Эффективность проекта

     Преимущества электромобиля

     Электромобили отличаются низкой стоимостью эксплуатации. Ford Ranger потребляет 0,25 кВт·ч на один километр пути, Toyota RAV4 — 0,19 кВт·ч на километр. Средний годовой пробег автомобиля в США составляет 19 200 км (т. е. 52 км в день). При стоимости электроэнергии в США от 5 до 20 центов за кВт·ч стоимость годового пробега Ford Ranger составляет от $240 до $1050, RAV-4 — от $180 до $970. В России стоимость электроэнергии — порядка 3,8 руб за кВт·ч по дневному тарифу и около 0,95 руб за кВт·ч в ночное время. Таким образом, стоимость эксплуатации электромобиля в России будет существенно ниже, чем в США, поскольку заряжаться он будет скорее всего ночью. КПД тягового электродвигателя составляет 88 %—95 %.

     Существует  легенда, что низкий уровень шума электромобилей может создавать проблемы — пешеходы, переходя дорогу, зачастую ориентируются на звук автомобиля. В некоторых странах даже предлагается искусственно повысить уровень шума электромобилей. Разумеется, резкий шум работающего мощного электродвигателя трудно с чем-то спутать, шум электроприводов троллейбуса (в основном воздушных компрессоров и вентиляторов в старых моделях), механических передач (дифференциал и карданная передача), электрокара, поезда метро широко известен, так что электромобилю необходимо обычное для транспорта шумоподавление. Однако при использовании маломощных двигателей, как, например, в трамваях, шум действительно практически отсутствует и на некоторых выпускаемых электромобилях искусственно повышают уровень шума.

     Сравнение с ДВС — преимущества

• Отсутствие вредных выхлопов в месте нахождения электромобиля.
• Высокая экологичность ввиду отсутствия применения нефтяных топлив, антифризов, трансмиссионных и моторных масел, а также фильтров для этих жидкостей.
• Простота техобслуживания, большой межсервисный пробег.
• Низкая пожаро- и взрывоопасность при аварии.
• Простота конструкции (простота электродвигателя и трансмиссии, отсутствие необходимости в переключении передач) и управления, высокая надёжность и долговечность экипажной части (до 20—25 лет) в сравнении с обычным автомобилем.
• Возможность подзарядки от бытовой электрической сети (розетки), но такой способ в 5—10 раз дольше, чем от специального высоковольтного зарядного устройства.
• Электромобиль — единственный вариант применения на легковом автотранспорте дешевой (по сравнению с бензином) энергии, вырабатываемой АЭС, ГЭС и электростанциями других типов.
• Массовое применение электромобилей смогло бы помочь в решении проблемы «энергетического пика» за счёт подзарядки аккумуляторов в ночное время.
• ТЭД имеют КПД до 90-95 % по сравнению с 22-42 % у ДВС.
• Меньший шум за счёт меньшего количества движимых частей и механических передач.
• Высокая плавность хода с широким интервалом изменения частоты вращения вала двигателя.
• Возможность подзарядки аккумуляторов во время рекуперативного торможения и при движении вниз по склонам (при переключении двигателя в режим генератора).
• Возможность подзарядки аккумуляторов от энергии солнца (как во время движения, так и во время простоя автомобиля).
• Возможность торможения самим электродвигателем (режим электромагнитного тормоза) без использования механических тормозов — отсутствие трения и соответственно износа тормозов.
• Простая возможность реализации полного привода и торможения путем применения схемы «мотор-колесо», что позволяет, помимо прочего, легко реализовать систему одновременного поворота всех четырех колес, вплоть до перпендикулярного положения.
• Также как и в автомобилях с ДВС, часть энергии (около 10 %) теряется в коробке передач и других элементах трансмиссии. Для решения этой проблемы в элекромобилях, компания Mitsubishi Motor разработала колесо с встроенным электродвигателем (мотор-колесо). Система получила название Mitsubishi In-wheel motor Electric Vehicle (MIEV). Аналогичное мотор-колесо разработала Toyota. Прототип автомобиля Toyota Fine-T может поворачивать колёса перпендикулярно оси автомобиля, что позволяет значительно упростить парковку. Возможно также решением данной проблемы будет отказ от коробки передач в пользу обычной цилиндрической передачи, как на локомотивах (КПД около 95 %) или простого карданного вала, как на троллейбусах.

     Сравнение с ДВС — недостатки

• Аккумуляторы электромобиля за полтора века эволюции так и не достигли характеристик, позволяющих электромобилю на равных конкурировать с автомобилем по запасу хода и стоимости, несмотря на значительное усовершенствование конструкции. Имеющиеся высокоэнергоемкие аккумуляторы либо слишком дороги из-за применения драгоценных или дорогостоящих металлов (серебро, литий), либо работают при слишком высоких температурах (рабочая температура натрий-серного аккумулятора — более 300 °С). Кроме того, такие аккумуляторы отличаются высоким саморазрядом. Одним из перспективных направлений стала разработка никель-металл-гидридных аккумуляторов с оптимальным соотношением энергоёмкости и себестоимости, однако из-за патентных ограничений на NiMH-аккумуляторы на электромобилях вынуждены применять свинцово-кислотные АКБ. Впрочем, энергоёмкость таких АКБ увеличилась за XX век в 4 раза (до 40—45 Вт·ч/кг) и они не требуют обслуживания в течение всего срока службы. Значительно повысить отдачу от аккумуляторов позволило применение электронных систем оперативного контроля за состоянием и зарядкой-разрядкой АКБ. Возможно выходом из этой ситуации будет применение топливных элементов, в частности дешевеющих PEM-элементов.
• Аккумуляторы хорошо работают при движении электромобиля на постоянных скоростях и при плавных разгонах. При резких стартах тяговые АКБ теряют много энергии. Для увеличения пробега электромобиля необходимы специальные стартовые системы, а также применение систем рекуперации энергии (экономия до 25 %).
• Проблемой является производство и утилизация аккумуляторов, которые часто содержат ядовитые компоненты (свинец, литий) и кислоты.
• Часть энергии аккумуляторов тратится на охлаждение или обогрев салона автомобиля, а также питание прочих бортовых энергопотребителей (свет или воздушный компрессор). Предпринимаются усилия, чтобы решить эту проблему с использованием топливных элементов, ионисторов и фотоэлементов.
• Для массового применения требуется создание соответствующей инфраструктуры для подзарядки аккумуляторов («автозарядные» станции).
• При массовом использовании электромобилей в момент их зарядки от бытовой сети возрастают перегрузки электрических сетей «последней мили», что чревато снижением качества энергоснабжения и риском локальных аварий сети.
• Длительное время зарядки аккумуляторов по сравнению с заправкой топливом.
• Малый пробег от одного заряда. Литиевая батарея ёмкостью 24 кВт·ч при средних условиях движения (60-90 км/ч, ближний свет фар (фары на светодиодах), без отопления салона, без кондиционера) позволяет электромобилю проехать около 160 км. Использование кондиционера, отопителя салона, движение с частым разгоном/торможением, движение со скоростью более 90-100 км/ч, загрузка электромобиля пассажирами или грузом уменьшают пробег от одного заряда до 2-х раз (до 80 км).
• Высокая стоимость литиевых батарей, или высокий вес достаточно ёмких свинцовых батарей. Литиевая батарея ёмкостью 24 кВт·ч стоит порядка 6000-9000$ (даёт около 160км пробега). Свинцовые батареи весом порядка 400кг позволяют иметь пробег всего около 80 км, к тому же свинцовые батареи очень не любят глубокого разряда. Использование большего количества свинцовых батарей приводит к перегрузке электромобиля, а использование литиевых батарей большей ёмкости сильно удорожает электромобиль. Другие типы батарей в электромобилях практически не используются.
• Ухудшение характеристик батарей на холоде.
• Деградация литиевых и других батарей с возрастом. В лучших моделях литиевых батарей через 5-8 лет остается менее 80% емкости.

     Интеграция дома и электромобиля

     Разрабатываются различные концепции интеграции электромобилей и жилых домов (анг. Vehicle-to-Home). Например, старые аккумуляторы электромобиля могут несколько лет проработать в роли стационарных накопителей электроэнергии. Собранные вместе, снабжённые инвертором и сетевым фильтром 5-10 аккумуляторов от электромобиля Chevrolet Volt могут обеспечить несколько коттеджей или малый бизнес резервным питанием во время аварийных отключений на несколько часов.

Список используемой литературы

1. http://ru.wikipedia.org/wiki/%DD%EB%E5%EA%F2%F0%EE%EC%EE%E1%E8%EB%FC (Википедия)
2. http://electroauto.ru/index.php?module=catalog&id=2&articlesdetail=57 (статья Дмитрия Молодцова 02 мая 2008 года)
3. В.А. Щетина, Ю.Я. Морговский, Б.И. Центер, В.А. Богомазов; Под общей редакцией д-ра тех. наук проф. В.А. Щетины Электромобиль. Техника и экономика.- Л.: Машиностроение. Ленингр. отд-ние, 1997.-253с.