Електричні трактори для України

Випереджувальне зростання вартості дизпалива порівняно з електроенергією й істотне вдосконалення акумуляторів роблять реальним запровадження електричного тракторного двигуна.

Однією з характерних особливостей виробництва сільськогосподарської продукції в Україні є значна залежність рухомого складу технічного парку господарств від імпортних енергоносіїв. Ось лише деякі основні характеристики такої залежності:

– загальна потреба промисловості й АПК України в енергоресурсах становить 220 млн т умовного палива, що на 60% покривається імпортом, а власний видобуток вуглеводнів становить близько 30% потреби;

– частка дизельного палива лише за виконання основних технологічних процесів рослинництва перевищує 20% собівартості рослинної продукції;

– для стабільного ведення виробничої діяльності більшість господарств вимушені спочатку продавати (у короткі терміни) продукцію рослинництва, а за отримані кошти купувати пальне. Будь-яке підвищення прибутку від реалізації продукції рослинництва перебуває у прямій залежності від потреби закупівель паливо-мастильних матеріалів.

Фактично країна, яка виробляє й продає зерно на світовому ринку, стабільно прив’язана до тих, хто продає мінеральне паливо. Чи можна розірвати це замкнуте коло? Одним з аргументованих варіантів розв’язання проблеми є перехід на використання електроенергії в аграрному бізнесі. Для цього маємо достатньо підстав. Згідно з офіційними показниками 

Україна є однією з найрозвинутіших і найперспективніших країн світу у сфері виробництва електричної енергії:

– потужна система теплоелектростанцій (14 станцій зі встановленою потужністю понад 30 тис. МВт). Загальні запаси вугілля — орієнтовно на 400 років;

– за потужностями ядерної енергетики посідаємо 8-ме місце у світі й маємо значні запаси уранової руди;

– сучасний вітроенергетичний потенціал нашої країни становить 30 000 ГВт∙год. на рік.

Водночас динаміка зростання цін на одиницю електроенергії в Україні менша, ніж на енергію у вигляді дизпалива (Діагр. 1); до того ж додана вартість під час виробництва першої залишається в країні.

Отже, ми стверджуємо, що одним із чинників подальшого зростання ефективності сільського господарства України може бути підвищення рівня електрифікації виробництва. Важливе значення у цьому процесі посідає переведення мобільних енергозасобів, зокрема тракторів, на електричний привід.

Електротрактор: утопія чи перспектива

Проаналізована нашим інститутом статистика використання тракторів у сільському господарстві України (Діагр. 2) свідчить, що енергоємні ґрунтообробні роботи виконують в основному машинно-тракторні агрегати класу тяги 2 і більше. А більшість сукупного робочого часу тракторів господарства витрачають на транспортні та допоміжні роботи, які не потребують постійної максимальної потужності або їх виконують із невеликими технологічними швидкостями й технологічними зупинками. На цих роботах здебільшого застосовують машини класу тяги 1,4 та меншої.

Діаграма 2. Завантаженість тракторів на виконанні агротехнологічних операцій

а — бульдозерні та навантажувальні роботи; б — внесення добрив; в — транспортні роботи; г — збирання зернових і силосних культур; д — збирання картоплі та коренеплодів; е — заготівля сіна; є — сівба; ж — міжрядний обробіток; з — культивація; к — дискування; л — оранка.

 

Із наведеного вище випливає, що для України використання електроенергії в аграрних енергозасобах — один із важливих факторів завоювання місця на сільськогосподарському ринку, що збільшить нашу загальну конкурентоздатність. Для цього необхідно комплексно застосувати загальносвітові тенденції в тракторобудуванні й створити власний технологічний комплекс.

Даєш акумулятор!

Протягом останніх років практично всі провідні країни світу активно розробляють і модернізують електричні самохідні машини на акумуляторному приводі. Загальновизнаними перепонами масового впровадження машин на електроакумуляторному приводі вважають відсутність потрібних акумуляторів і систем їх зарядки — над вирішенням цього питання нині зосереджено десятки науково-технологічних центрів. У більшості з них інтенсивно розробляють і впроваджують нові види високоенергетичних акумуляторів: літій-іонних (надто дорогі для агросектора); натрій-сірчаних (робоча температура понад 300 ºС); нікель-металгідридних; на основі поліпропілену, паливних елементів, іоністорів, фотоелементів тощо. Проте найдоступнішими, найнадійнішими та найпоширенішими (принаймні поки що) залишаються свинцево-кислотні акумуляторні батареї (АКБ). Протягом останніх років їх характеристики як джерела енергії для електротрактора значно поліпшилися (Діагр. 3) — питома енергоємність досягла 45 Вт × год./кг; у разі забезпечення двогодинної безперервної роботи МТА з 80%-м навантаженням співвідношення ваги акумулятор/електротрактор, на який їх установлюють, становить від 20%.

Діаграма 3. Загальносвітова динаміка зміни основних характеристик електротрактора протягом 1980—2012 років:

а — питома енергоємність АКБ (Вт × год/кг); б — співвідношення ваги акумуляторів і електротрактора (%); в — співвідношення ціни акумуляторів і електротрактора (%)

Порівняння характеристик свинцево-кислотних і літій-іонних акумуляторних батарей свідчить, що використання свинцево-кислотних є дешевшим. Однак загальна їх маса більша за літій-іонні. За однакової маси ємність літій-іонних акумуляторних батарей буде втричі більшою.

Перезаряджання акумуляторів

Для електротракторів це питання вирішується простіше, ніж для легкових автомобілів, адже територію, на якій працює трактор із агрегатом, чітко визначено й обмежено. Фактично проблему можна й потрібно розв’язати встановленням відповідної кількості заправних станцій. Швидкі підзарядка та заміна акумуляторних батарей досягаються встановленням на тракторі необхідної кількість блоків батарей, заміну яких проводять в автоматизованому режимі. Підзарядку виконують від одного з можливих джерел енергії: 

• централізованої електромережі; 

• вітроелектричного пристрою; 

• фотоелектричного модуля; 

• теплового електрогенератора на біопаливі (солома, біогаз тощо); 

• інших.

Вітчизняна розробка

ННЦ «Інститут механізації електрифікації сільського господарства» спільно з Харківським тракторним заводом розробили експериментальний зразок електротрактора на базі серійного трактора ХТЗ-2511, який було представлено на виставці Агро-2013. Він має електродвигун «Балканкар» із хорошими тяговими можливостями, кислотні акумулятори (силові роботи — 1,5 год., транспортні — 5 год., перезарядка — 10 год.). Використання літій-іонних батарей забезпечить майже вдвічі довшу роботу й швидшу перезарядку.

На думку розробників, поява таких економічних, екологічно чистих і безшумних універсальних машин у сільському господарстві має призвести до значного економічного ефекту щодо вихлопних газів, зменшення вібрацій, також знижує обсяг обслуговування двигуна в кілька разів. Нинішнього року електротрактор проходить випробування в ННЦ «ІМЕСГ». Для серійного виробництва в ньому відпрацьовують найбільш принципові моменти: робота електродвигуна й швидка перезарядка акумуляторних батарей. 

ЧИТАЙТЕ БІЛЬШЕ