Микротурбинный концепт от Walmart
Любая компания ставит перед собой задачи по увеличению эффективности своей деятельности. Для многих предприятий успехи на этом поприще сегодня равносильны выживанию. Для перевозчиков эффективность можно выразить самой простой формулой — доставляй больше, проезжая меньше. Перед транспортным отделом Walmart, насчитывающим примерно 7200 грузовиков, вопрос о выживании не стоит, однако это не мешает ставить перед собой амбициозные цели. Такая задача была поставлена в 2005 г. — удвоить эффективность работы автопарка к 2015 г. В 2007 г. компания осуществила на 658 млн больше доставок грузовиками, проехавшими на 298 млн миль меньше. На сегодняшний день десятилетний план выполнен на 80%.
Успехи заметные, но в компании понимают, что ключ к достижению цели — дальнейшее совершенствование технологий. «Мы должны использовать наиболее эффективную технику, имеющуюся в наличии, и мы должны неотступно следовать за новыми технологиями, тестировать технику завтрашнего дня», — считают в компании. Свою стратегию руководство Walmart реализует в сотрудничестве с поставщиками транспорта. Компания тестирует новейшие технические решения вот уже примерно 20 лет. За два десятилетия в эксплуатации был проверен ряд прототипов.
Тягач Peterbilt с комбинированной силовой установкой, который Walmart называет Hybrid assist Truck был построен в партнерстве с корпорациями PACCAR Inc и Eaton в 2007 г. Корпорации заключили между собой соглашение о совместном развитии в Северной Америке собственных гибридных технологий для тяжелых коммерческих автомобилей. Компании планировали вывести на рынок инновационный продукт к концу 2009 г. Мировой кризис спутал все планы.
Тягач Hybrid Peterbilt снабжен системой рекуперации энергии. Аккумуляторы грузовика питают системы кондиционирования и отопления, когда не работает дизель. Для водителя в кабине доступно стандартное напряжение 110 В. Наслаждаться всем этим можно 10 часов.
Создание другого гибридного тягача Freightliner Cascadia положило начало долгосрочному партнерству Daimler Trucks North America и Walmart по разработке инновационных «зеленых» технологий. Walmart называет этот тягач Wheel-end hybrid assist, так как прототип выделяется размещением тяговых электродвигателей: два двигателя были размещены в колесах задней оси. Применение ступичных электродвигателей позволяет избежать потерь энергии при ее передаче с передней части грузовика к задним ведущим колесам. Технологии комбинированной силовой установки разрабатывались с участием научно-исследовательского центра GHC (Daimler Trucks Global Hybrid Center), расположенного в Японии (Кавасаки). Открытие центра состоялось 1 августа 2008 г.
Грузовик, называемый Full propulsion hybrid, представляет собой «двойной» гибрид, объединяющий механическую и электрическую силовые системы. На практике это означает, что грузовик может двигаться на электротяге как электромобиль или как гибрид, используя комбинированный привод. Тягач может работать только от электродвигателя при скорости до 48 миль в час. При более высокой скорости к производству движущей энергии подключается дизель. Full propulsion hybrid был построен в 2009 г. Емкость батареи в силовой установке Meritor составляла 29 кВт∙ч. Грузовик показал снижение расхода топлива на 13,7 %.
Walmart уже 3 года тестирует в Калифорнии 5 грузовиков с силовой установкой Westport, работающей от сжиженного природного газа. Недавно Walmart приступил к испытаниям нового 12-литрового двигателя Westport/Cummins Alpha, работающего на сжатом природном газе.
В Канаде реализуется пилотный проект автопоезда Supercube. В настоящее время идет вторая фаза испытаний. Первый этап испытаний показал, что Supercube может перевозить на 40% больше товаров, чем обычный автопоезд. При этом эксплуатационные расходы снижаются на 24%, а выбросы — на 14%.
Новый концептуальный грузовик — WAVE (Walmart Advanced Vehicle Experience) является результатом совместной работы нескольких партнеров, в том числе Peterbilt, Great Dane Trailers и Capstone Turbine Corp. В конструкции Walmart Advanced Vehicle Experience объединены аэродинамика, передовые системы управления, гибридный привод, включающий микротурбину, электродвигатель и аккумуляторную батарею. Водителя разместили по центру кабины. По обе стороны от рулевой колонки расположили интерактивные мониторы. И то, и другое вряд ли найдет понимание у водителей. Кабина имеет раздвижные двери. Надо полагать, что они открываются электроприводом, так как открыть снаружи водитель их не сможет. Аэродинамика автопоезда улучшена на 20%.
По заявлению Walmart, новый автопоезд эффективнее на 12%. Для снижения веса тягач и полуприцеп изготовлены из углеродного волокна. Вес 16-метрового прицепа уменьшился на 1814 кг (4 тыс. фунтов).
В качестве энергетической установки WAVE использует так называемую микротурбину, изготовленную калифорнийской компанией Capstone Turbines Corp., которая специализируется на небольших турбинных энергетических установках. Ключевым решением Capstone являются не нуждающиеся в обслуживании и подаче смазки «воздушные» подшипники, обеспечивающие безотказную работу агрегата в течение всего срока службы турбины. «Воздушным» подшипник называют, потому что при скорости вращения свыше 2000 об/мин между внутренней лентой подшипника и валом образуется воздушный поток, который отделяет вал от гибкой ленты, выполненной из особого высокотемпературного сплава. Поток воздуха предохраняет детали от износа. Воздушные подшипники позволяют турбине вращаться со скоростью 65-95 тыс. оборотов в минуту. Из-за применения тонкой ленты в англоязычной литературе такой подшипник называют foil bearing (foil — фольга, bearing —подшипник). «Воздушные» подшипники появились еще в середине прошлого века в авиации. С тех пор технология их производства только совершенствовалась.
Подшипник из фольги дает возможность отказаться от использования масла, высокий расход которого у других видов турбин составляет значительную часть эксплуатационных затрат. Кроме того, малое количество сопрягаемых частей снижает до минимума риск повреждения деталей турбогенератора и обеспечивает надежную и безопасную работу компактной турбинной установки.
Турбогенератор Capstone Turbines имеет небольшой вес, не нуждается в системе охлаждения, быстро выходит на рабочий режим. Для этого достаточно минуты. Электрический генератор установки с постоянными магнитами располагается на одном валу с компрессором и турбиной. Генератор охлаждается набегающим потоком воздуха, что исключает необходимость организации системы жидкостного охлаждения и повышает надежность и экономичность установки в процессе эксплуатации.
Срок до капитального ремонта турбогенераторов Capstone Turbines Corp. при соблюдении условий эксплуатации составляет 60 тыс. часов, а периодические сервисные работы производятся каждые 8 тыс. часов. Для стационарных энергетических установок это составляет не чаще 1 раза в год.
Конструктивные особенности делают турбогенераторы Capstone очень привлекательными для использования в качестве аварийного источника мощности или заряда батарей электромобилей.
Так, в прошлом году Capstone Turbine Corporation получала заказ на 34 турбины С30, работающие на жидком топливе для использования в электрических автобусах DesignLine Eco Saver IV, которые выпускаются серийно. Использовать турбогенераторы мощностью 30 кВт предполагалось как раз для зарядки батарей этих гибридных автобусов. Таким образом, турбогенератор Capstone является ключевым решением не только WAVE, но и автобусов DesignLine.
Компании Capstone и DesignLine Corp. недавно подписали новое пятилетние OEM-соглашение о долговременных отношениях. С января этого года DesignLine Corp. стала называться Environmental Performance Vehicles (EPV).
В отличие от гибридных автобусов DesignLine, грузовик WAVE — не серийный. Более того, в компании Walmart заявляют, что WAVE не является конечным продуктом — это только экспериментальный прототип, и его характеристики, при необходимости, будут меняться.
