Колёса вместо турбин

Электродвигатель, как известно, может работать в режиме электрогенератора. Мотор электромобиля переключается в этот режим при рекуперативном торможении, что позволяет подзарядить аккумулятор. А на длинных спусках можно накапливать энергию и в промышленных масштабах.

Самосвал и поезд-рудовоз

Швейцарская компания eMining AG на базе самосвала Komatsu сконструировала 65-тонный электрический самосвал eDumper, который сейчас проходит ходовые испытания в известняковом карьере близ города Биль. Спускаясь по дороге с грузом, eDumper накапливает достаточно энергии, чтобы подняться (уже порожняком) назад к карьеру. «При уклоне в 10% вам не нужно перезаряжаться от сети», - утверждает исполнительный директор eMining Роже Миотон. Высокие технологии недёшевы, так что eDumper примерно в два раза дороже дизельных аналогов. Зато он не нуждается в топливе, а при определённом рельефе местности может работать почти или вовсе без подзарядки. По словам Миотона, в настоящее время компания собирает ещё три электросамосвала для шахт в Германии и планирует создать модель большей грузоподъёмности.

В начале марта австралийская горнодобывающая компания Fortescue сообщила о заключении сделки с британской технологической компанией Williams Advanced Engineering, реализовавшей по её заказу проект Infinity Train - поезд-рудовоз с электровозом на аккумуляторах. Поезда Fortescue имеют длину около 2,8 км и могут перевозить до 34 404 тонн железной руды в 244 вагонах. Как рассказала исполнительный директор Fortescue Элизабет Гейнс, четыре железнодорожные ветки в регионе Пилбара в пустыне Западной Австралии, ведущие от шахт, где добывается железная руда, до города Порт-Хедленд на северном побережье, идут с таким уклоном, что электровоз гружёного состава на спуске успевает накопить в аккумуляторах достаточно энергии для подъема порожняком. Локомотив отправляется из города на рудник с полностью заряженным аккумулятором, а обратный путь начинает без дополнительной подзарядки. К 2030 году компания планирует внедрить Infinity Train на всех четырёх железнодорожных ветках.

Асфальтовые ГЭС

В прошлом году (статья опубликована в марте 2022-го) группа учёных из нескольких европейских стран и Бразилии, возглавляемая Джулианом Дэвидом Хантом, исследовала возможность создания в гористой местности «электромобильной ГЭС» (Electric Truck Hydropower, ETH). Принцип работы тот же: зарядка аккумуляторов на спуске благодаря рекуперативному торможению, - но поскольку перепады высот значительные, энергии будет накапливаться столько, что её можно сдавать в сеть (наряду с использованием в самой машине).

Читатели «Энерговектора», ознакомившись с этой идеей на «Яндекс-Дзене», отнеслись к ней весьма скептически: зачем воде колёса? Она ведь и сама по себе течёт сверху вниз (на чём и основана гидроэнергетика). «А не проще ли, - говорится в одном из комментариев, - на склоне поставить трубу? При перепаде высоты 100 метров в нижней точке скорость потока будет достаточной для вращения генератора приличной мощности». Но дело в том, что такая труба будет привязана к одной-единственной речке, тогда как грузовики могут менять точки забора воды. Вот как объясняют это авторы проекта.

Идеальная конфигурация системы ETH - это горные районы с крутыми дорогами, где одни и те же электромобили можно использовать для выработки гидроэлектроэнергии путём спуска воды с разных участков одной реки или с разных рек (озёр). Это увеличивает объём доступной воды для производства гидроэлектроэнергии и позволяет наладить энергетическое производство там, где традиционная ГЭС в основном будет простаивать. Есть у системы и ещё два преимущества: для забора воды требуется лишь небольшое сооружение в русле реки и нет необходимости в строительстве плотин с целью регулирования стока. В роли водохранилищ в этой системе выступают контейнеры, которые припарковываются рядом с речным руслом и заполняются водой. Полный контейнер готов к транспортировке вниз по горе и к выработке гидроэлектроэнергии. Когда грузовик достигает подножия горного хребта, контейнер устанавливается рядом с рекой, и вода из него медленно, чтобы минимизировать воздействие на обитателей, возвращается в водоём.

Всю совокупность контейнеров, таким образом, можно рассматривать как виртуальное водохранилище, минимально влияющее на экологию местности. У него меньше возможностей по накоплению воды на продолжительное время, чем у традиционных плотин, поэтому в маловодный период электромобили останавливаются либо переключаются на перевозку других грузов (тем более что зимой в холодных местностях горные дороги небезопасны для тяжёлого транспорта).

«Электромобильная ГЭС» позволит предпринимателям обезопасить свои инвестиции. В случае неблагоприятного изменения законодательства или геополитической ситуации электростанцию можно переместить в другой регион.

Чтобы машинам не приходилось подолгу простаивать, ожидая заполнения и опустошения контейнера, а затем разрядки аккумулятора, используется следующая схема. Электрогрузовик заезжает на площадку водозабора («зарядную станцию» в терминологии авторов проекта) с пустым контейнером, оставляет там его и забирает заполненный. Спустившись по крутой горной дороге, он приезжает на разрядную станцию (там должна быть возможность передать энергию в электросеть), где сдаёт полный контейнер и зарядившийся за время поездки аккумулятор, а взамен получает пустой контейнер и почти, но не полностью разряженный аккумулятор. Используя накопленный в этом аккумуляторе запас энергии, грузовик поднимается с пустым контейнером к площадке водозабора, и процесс повторяется.

Некоторые цифры

Авторы статьи провели для ETH технико-экономический анализ (исходя из параметров существующих электрических грузовиков), а также собрали данные по горным местностям (топография, дороги, запасы воды), что позволило сделать выводы о глобальном потенциале технологии.

Наиболее важным параметром как с точки зрения эффективности, так и относительно нормированной стоимости генерируемой энергии в системах ETH оказался уклон дороги. Эффективность находится в диапазоне от 68% при 15%-ном уклоне и средней скорости 40 км/ч до 35% при уклоне в 5% и скорости 60 км/ч; минимальная нормированная стоимость электроэнергии, оцениваемая в 30 долл. США за мегаватт-час, достигается в крутых горах. Глобальный потенциал ETH, рассчитанный в предположении, что стоимость генерации не превышает ста долларов США за мегаватт-час, оценивается в 1226 ТВт·ч; из континентов самый высокий потенциал у Азии - 617 ТВт·ч, на втором месте Южная Америка (466 ТВт·ч).