Маск раскрыл детали об электрофуре Tesla — и, похоже, она станет главным гвоздем, забитым в гроб дизельных грузовиков. Как именно это изменит мир?
До недавнего времени даже такой фанат зеленых технологий, как Билл Гейтс, считал, что электрофуры никогда не станут экономически оправданными. Но в новом интервью Илон Маск сообщил цифры, которые переворачивают эту картину с ног на голову. Tesla Semi, продажи которой начнутся в 2021 году, тратит всего один киловатт-час на километр пути. Почему это так важно для всей планеты? И как именно от новинки пострадают производители грузовиков по всему миру, включая российских? Попробуем разобраться.
Из нового интервью главы Tesla следует, что его электрофура тратит на километр пробега в разы меньше энергии, чем современные дизельные аналоги. Поэтому ей нужна куда меньшая батарея, чем считалось ранее. По словам Маска, емкость батареи Tesla Semi — всего около 500 киловатт-часов. При такой емкости она должна весить лишь 2,5 тонны, а не пять-десять тонн, как считали отраслевые аналитики ранее.
И это не просто сухие цифры. Все более ранние оценки говорили, что при батареях весом в 5-10 тонн полезная нагрузка фуры будет слишком малой (закон запрещает ей превышать определенный лимит массы). Эту точку зрения емко резюмировал Билл Гейтс: электрические дальние грузовики «могут никогда не взлететь». Иными словами, никогда не будут иметь экономического и экологического смысла. Новые цифры рисуют совсем другую картину.
Энергоэффективность Tesla Semi означает близкое вымирание дизельных фур
Типичный западный многоосный грузовик, называемый в народе «фура», потребляет 2,2-3,3 киловатт-часа на километр пробега (в виде дизельного топлива). Это немного, в районе 22-33 литров на 100 километров, переводя на более привычные цифры расхода топлива. Впрочем, нижняя граница этого диапазона пока достижима только для самых современных фур планеты. Действительно массовые и серийные грузовики все еще тратят 33 литра на 100 километров.
По расчетам сторонних специалистов, расход энергии электрогрузовиком того же класса должен быть 1,15-1,44 киловатт-часа на километр. Исходя из этого, многие эксперты считали, что «батарея Tesla Semi должна иметь емкость в 1000 киловатт-часов». Так утверждал Маркус Лиекамп, глава отделения автомобильного инжиниринга в Техническом университете Мюнхена. Он резюмировал так: «Это технически не очень реализуемо [слишком тяжелым должен быть такой аккумулятор] и, кроме того, не имеет смысла как экономически, так и экологически».
Мартин Даум, глава подразделения грузовиков Daimler, пошел еще дальше: он заявил, что с физической точки зрения успех электрогрузовика сомнителен.
Однако теперь мы знаем, что 300-мильная (то есть с дальностью в 480 километров с серьезным грузом) версия Tesla Semi требует батареи всего в 500 киловатт-часов. Следовательно, на километр она тратит 1,04 киловатт-часа — втрое меньше, чем серийные дизельные аналоги. В принципе что-то такое можно было предположить: дело в том, что Tesla вообще известна предельной энергоэффективностью своих машин. Ее Model 3 имеет самый низкий коэффициент аэродинамического сопротивления среди серийных седанов, Model Y — среди кроссоверов, а Tesla Semi — среди грузовиков (всего 0,36).
Маск ищет способы снизить расходы энергии даже в местах, «куда никто не заглядывает». Например, практически все машины мира поддерживают поверхность дисковых тормозов чистой за счет легкого контакта их с металлическими деталями тормозной системы. Поэтому после быстрой езды (летом) диски ощущаются горячими. В Tesla этого нет: чистота дисков и их свобода от коррозии достигаются без касания, поэтому паразитного потребления энергии на разогрев тормозных дисков нет. Казалось бы, мелочь, но именно из таких мелочей и складывается энергоэффективность, в том числе у Tesla Semi.
Кроме хорошей аэродинамики и «мелочей», подобных описанной выше, у электрофуры есть еще один плюс — регенеративное торможение. Грузовик оснащен четырьмя электромоторами общей мощностью в 1092 лошадиные силы (844 киловатта), при моменте в 1800 ньютон-метров. Во время торможения все четыре начинают забирать энергию от вращения оси, останавливая ее практически без использования обычных тормозов.
В результате основная часть той кинетической энергии, что обычно дальнобойщик при торможении теряет, у Semi вновь возвращается в ее батарею. Может показаться, что это не так важно: фуры идут в основном по трассе, где тормозят редко. Однако на деле при спуске с уклонов грузовики зачастую вынуждены использовать либо торможение двигателем, либо тормоза, чтобы не превысить разрешенную скорость. Опять же, при этом они теряют часть своей кинетической энергии, а в случае электрогрузовика этого почти не происходит.
Разумеется, грузовик с ДВС потребляет не электричество, а топливо — и оно стоит в условиях США порядка 20 центов на километр пробега такой фуры. А что со стоимостью электрозарядки для теслафуры?
Мегазаправка: что сломает ценовой баланс в пользу электрогрузовиков
1,04 киловатт-часа на километр у Semi может стоить заметно меньше: Tesla обещает, что станции Megacharger для грузовиков будут заправлять их всего за семь центов за киловатт-час. Если кто-то будет заряжать грузовик по обычным сетевым ценам, то в США это в районе 10 центов за киловатт-час. Вряд ли стоимость электроэнергии на Megacharger может быть больше этого показателя.
Как американский автопроизводитель намерен продавать электричество грузовикам по семь центов за киловатт-час, если сетевая цена для розницы в Штатах — 10 центов? Ответ на этот вопрос несколько нетривиален: Megacharger для Semi — самая необычная электрозаправка в мире. На нее будут ставить крупные блоки батарей для накапливания большого количества энергии из сети в ночное время, когда ее стоимость ниже нормы. Для США стоимость сетевого электричества в период ночных провалов потребления часто составляет всего два-четыре цента за киловатт-час.
В дневное время станция будет обслуживать клиентов за счет ночного запаса от станционных аккумуляторов емкостью во многие мегаватт-часы плюс от генерации солнечных батарей, расположенных прямо на территории электрозаправки. Как известно, 2500-5000 квадратных метров солнечных панелей могут дать миллион киловатт-часов в год — достаточно, чтобы обеспечить миллионов километров пробега для заправляющихся на станции Tesla Semi.
Стоимость «солнечного» электричества в США близка к шести центам за киловатт-час, то есть компания планирует торговать выработанным на своих заправках практически по себестоимости. Это вместе с электроэнергией по ночным тарифам и должно обеспечить низкую стоимость заправки для ее фур.
Мы, правда, склонны оценивать цифру в семь центов за киловатт-час как слишком низкую. Вероятнее всего, конечная цена заправки будет выше семи центов, но все же сильно меньше 20 центов за километр пробега. Почему?
Дело в том, что Megacharger нуждаются в мегаватт-часах емкости пристанционных накопителей. Пока такие накопители стоят не менее 100 долларов за киловатт-час (и то лишь для перспективных батарей на элементах 4680), то есть на каждую станцию заправки для грузовиком придется потратить сотни тысяч долларов инвестиций в накопители. Это должно отразиться на стоимости заправки с нее. К тому же в ряде штатов США зимой лежит снег, поэтому в холодный сезон пользы от солнечных батарей, навесами закрывающих заправки, будет не так много.
Не слишком ли мал пробег на одной заправке?
Возникает вопрос: а хватит ли новому грузовику 500 километров пробега в базовой конфигурации или даже 800 километров — в «верхней комплектации»? Зачем ему простаивать ночью? Почему, как это иногда делали в России еще недавно, не гнать фуру круглые сутки, меняя водителей?
Смысл есть — и большой: в странах с реальным (а не номинальным) регулированием режима труда и отдыха (в тех же США или многих странах ЕС) водитель не может ехать более половины суток, затем он должен остановиться и отдыхать. Пары водителей в таких государствах нанимают нечасто: слишком дорогая рабочая сила, два водителя резко удорожают стоимость километра пробега фуры. Поэтому дизельные фуры в Штатах по полсуток стоят у придорожных мотелей.
Очевидно, при запасе энергии на 480 километров пробега Tesla Semi потребует всего одной получасовой подзарядки на «мегачарджере» в сутки. 30 минут быстрой заправки такого рода дают энергии на 384 километра пробега — достаточно для 9-10 часового рабочего дня.
Что выберут перевозчики: солярку или электричество
Итак, стоимость «заправки» электрофуры окажется ниже, чем у дизельных аналогов. Есть шансы, что сходная картина будет даже в России: ночной тариф у нас в два-три раза ниже дневного, и мегачарджеры вполне могут использовать это преимущество.
При этом Tesla Semi имеет ряд иных преимуществ перед дизельными конкурентами. За счет более чем тысячи лошадиных сил у нее радикально лучше динамика, высока скорость езды вверх под заметный уклон, меньше шумность и полное отсутствие выхлопов. По оценкам отраслевых экспертов, обслуживание будет дешевле классических аналогов примерно вдвое. Дело в том, что у Semi нет коробки передач и вообще меньше подвижных частей. Масло менять не надо, ведь нет ДВС, да и тормозные системы из-за регенеративного торможения почти вечные. Обещаемый производителем ресурс моторов, электротрансмиссии и батареи — 1,6 миллиона километров.
Может показаться, что с ресурсом батареи Tesla что-то перепутала. Все мы знаем, что литиевые аккумуляторы в телефонах живут считаные годы, а 1,6 миллиона километров пробега для грузовика — это 10-20 лет службы. Откуда такой ресурс у «обычных литиевых батарей»? Здесь все дело в том, что батареи у Маска вовсе не «обычные». Они имеют весьма специфические состав и форм-фактор.
Последнее их поколение состоит из цилиндрических элементов диаметром в 43 миллиметра и высотой 60 миллиметров. Плотно упакованные в аккумулятор элементы охлаждаются проходящими рядом теплоотводными трубками жидкостного охлаждения, обеспечивающими всему блоку стабильный температурный режим. В итоге такая батарея имеет самый высокий ресурс в мире.
Из огромной мощности моторов (на уровне современного боевого танка) и такого же колоссального момента Semi вытекает еще пара важных преимуществ. Он намного быстрее разгоняется и может поддерживать очень высокую скорость даже на крутой горке. При подъеме на пять градусов машина способна идти груженой на 96 километров в час. Любой, кто пробовал ехать за нагруженным грузовиком в горах, понимает, насколько это высокий результат.
А что конкуренты?
Электрогрузовики делает не только Tesla. Но, чтобы не тратить время зря, мы осветим только одного из ее конкурентов, самого продвинутого. Это eCascadia — аналог Semi от Daimler. Такой грузовик тоже имеет нагрузку до 36 тонн (больше не позволяют законы США), а его батарея имеет сходную емкость в 550 киловатт-часов. Но вот дальность у eCascadia — всего 400 километров. Значит, она тратит 1,38 киловатт-часа на километр — в 1,32 раза больше, чем фура Маска. Иными словами, Daimler сделал на четверть менее энергоэффективный грузовик — и это огромный разрыв.
К тому же он хуже заряжается: производитель обещает зарядку на 80% емкости батарей (320 километров пробега) за 90 минут. Tesla на своих заправках заряжает Semi на 80% емкости (384 километра пробега) за 30 минут — и это серьезное преимущество, если водитель нуждается в подзарядке.
Наконец, у Semi есть еще версия на 800 километров дальности, которая едет на одной зарядке вдвое дальше, чем eCascadia. Фактически, действуя в рамках закона, американский дальнобойщик редко может проехать больше 800 километров за сутки, после чего вполне может заряжаться во время сравнительно короткого получасового отдыха. С eCascadia так не выйдет: придется потратить полтора часа.
Особенно большой слабостью Daimler надо признать отсутствие своей сети зарядок. Как и все классические узкие специалисты, немецкая компания не хочет идти в новые сферы деятельности. Создание собственных литиевых накопителей мегаваттной емкости типа тесловских «мегапаков» даже не входит в ее планы. Поэтому автоконцерн не может сделать собственные мегазаправки с низкими ценами на электричество: банально нечем накапливать электричество по дешевому ночному тарифу, чтобы отдавать его клиентам-дальнобойщикам днем.
В теории Daimler мог бы купить чужие батареи и попробовать скопировать тактику Tesla. В реальности такое поведение требует хорошего видения будущего и большой смелости. Традиционные крупные корпорации редко способны и на первое, и на второе. Их менеджмент дорос до своих мест не потому, что любил рисковать, а ровно наоборот. Все большие устоявшиеся организации избегают риска, поэтому люди, способные достигнуть вершины в местной иерархии, в норме не могут «уметь в риск».
Все это значит, что побить Tesla на поле электрофур Daimler не способен ни при каком реалистичном сценарии. Немецкие грузовики будут иметь меньший запас хода, более дорогую и намного более длительную заправку, а значит, перевозчик выберет их американского конкурента.
Остальные соперники Semi еще дальше от нее по своим параметрам, чем разработка Daimler. Как так получилось, что Маск, начавший делать машины на собственном заводе только в 2012 году, вдруг сделал фуру намного лучше опытнейшего игрока из Германии?
Ответ достаточно прост: точно так же, как ему удалось начать запускать ракеты дешевле такого опытного игрока, как “Роскосмос” (чего до него на Западе никто добиться не мог). Дело в том, что глава Tesla постоянно принимает решения, которые руководители классических автоконцернов просто не могут себе представить. Он новый человек в автобизнесе, у него свежий взгляд, он не боится рисковать, ставя перед собой гиперамбициозные цели. Точно так же, как с Semi, в свое время вышло с Моdel 3 и другими тесламобилями: Маск просто подходил к их проектированию куда смелее, чем все имевшиеся на тот момент конкуренты.
Что это значит для планеты
Стоимость Semi — 150 тысяч долларов для версии на 480 километров пробега с одной зарядки и 180 тысяч — для 800-километровой версии. Это примерно в полтора раза больше, чем новый дизельный грузовик той же грузоподъемности в США (тот стоит 120 тысяч). Но вдвое меньшие расходы на топливо и ремонт делают его вполне конкурентоспособным на фоне дизельных аналогов. Разумеется, для государств победнее замена грузового парка произойдет не так быстро, но она неизбежна: по мере старения электрофур в странах первого мира их б/у версии постепенно будут дрейфовать во все стороны.
Суперчарджеры Tesla уже сейчас начинают появляться в развивающемся мире, и в итоге их распространение неизбежно даже в России. Ведь Маск планирует выпускать до 20 миллионов автомобилей в год, причем в разных ценовых категориях. Это больше, чем у любого существующего автопроизводителя, а значит, и сеть заправок ему предстоит развернуть по всему миру. Иными словами, быстрая зарядка электрофур тоже не станет серьезным тормозом их внедрения по всей планете уже в 2030-х.
Экологические соображения заставят многие страны запретить дизельные фуры уже в 2040-х — и 2050 год подавляющее большинство грузовиков рискуют встретить электрическими.
Между тем грузовики поглощают (в виде солярки) 20% от современной добычи нефти — 17 миллионов баррелей в сутки. Их электрификация будет колоссальным шагом для всей мировой экономики. Naked Science уже писал, что это не станет катастрофой для производителей нефти — в силу того, что производство пластиков растет огромными темпами. Скорее это станет для них благом, так как позволит справиться с растущим спросом на продукты глубокой переработки нефти без чрезмерных инвестиций в новую добычу.
Но вот для всех остальных значение электрификации фур переоценить сложно. Грузовой автотранспорт — один из главных источников загрязнения воздуха, в том числе твердыми частицами микрометровых размеров (PM 2,5) и рядом других. Дизель выбрасывает их больше бензинового двигателя, работающего на той же мощности, поэтому именно дизель отвечает за половину всего загрязнения воздуха наземным транспортом.
10.05.2021