«ЭЛЕКТРОМОБИЛЬНОСТЬ»

Все развитые экономики переходят на электромобили и средства индивидуальной мобильности (СИМ). Разберемся, что же стимулирует распространение электромобилей в разных странах?

Налоговые и иные преференции. Владельцы электрокаров свободны от ввозных таможенных пошлин (в России отменили только в мае 2020 г.) и дорожных налогов, могут пользоваться выделенной полосой для общественного транспорта, платными магистралями (бесплатно) и зарядными станциями. Есть программы аренды электромобилей.
Дешевая эксплуатация. Исследование Мичиганского университета установило, что в год транспорт на электрическом топливе владельцам обходится дешевле почти в 2 раза ($485), чем автомобиль на бензине или дизеле ($1117).
Доступная зарядная инфраструктура. Серьезную поддержку рынку электротранспорта оказывают в Европе. Только в Норвегии сегодня вложения в комплекс мер по развитию «зеленого» транспорта со стороны государства достигли $5 млрд, и там электрокары уже составляют более 50 % от общего числа покупаемых автомобилей. Daimler, BMW, Ford и VW создали компанию Ionity, цель которой — покрыть Европу сетью зарядных станций, расстояние между которыми будет не более 120 км.
Законодательный запрет эксплуатации ДВС (двигатель внутреннего сгорания). Многие мегаполисы слишком сильно загазованы из-за смога, люди болеют и просто не видят прямого солнечного света. Очень сильно этим страдает Пекин, да и Москву можно отнести к этому числу (яркие солнечные дни можно пересчитать по пальцам). Для выправления ситуации может помочь запрет на эксплуатацию транспорта на ДВС. Многие страны уже анонсировали запрет на продажу автомобилей с двигателями внутреннего сгорания в период 2025–2030 гг. А это сильный сигнал для автопроизводителей. Подробнее — ниже.
Технологии для распространения электромобильного транспорта.

Технологии можно разбить по основным компонентам:

Аккумуляторы. Снижение стоимости литий-ионных ячеек, из которых собирается батарея. В Китае и TESLA в США строят «Гигафабрики» по производству ячеек, что снижает стоимость при массовом производстве. Как только появится другая технология, где в те же габариты можно будет закачать в два раза больше энергии, нас ждет квантовый скачок в электротранспорте.
Электродвигатели и контроллеры к ним. В данный момент конкурируют между собой асинхронные двигатели и синхронные двигатели на постоянных магнитах (BLDC — Brushless Direct Current Motor). Синхронные имеют более легкий вес, высокий КПД, но требуют редкоземельные металлы.
Беспилотное управление. Развитие электротранспорта связано с большими успехами в микроэлектронике, программировании, беспроводной связи и GPS, что привело к массовому тестированию беспилотного управления. Вероятно, в скором времени будет транспорт беспилотный, либо как минимум с программной поддержкой водителя.
Автомобиль становится гаджетом. Программное обеспечение электрокара TESLA уже можно обновлять на новую прошивку в автоматическом режиме, онлайн. Можно будет добавлять различные функции, настраивать под себя, всё становится кастомным.
Шеринговая экономика. Рынок развивается в сторону аренды — выгоднее время от времени арендовать автомобили (причем разные для разных ситуаций), чем покупать автомобиль, чинить, покупать или арендовать гараж. Это уже глобальный тренд.
Зарядная инфраструктура. Для того чтобы рос рынок электротранспорта, нужна доступность зарядных станций.
Сдерживает рост продаж, в числе прочего, дороговизна электрического варианта по сравнению с традиционным автомобилем. Но новая технология всегда дороже, пока она не станет массовым продуктом.

На данный момент основными, по-настоящему серьезными проблемами электромобилестроения являются:

Отсутствие недорогих взрывопожаробезопасных, долговечных и емких батарей;
Отсутствие зарядной инфраструктуры, достаточной для массового их использования. Имеющейся недостаточно для поездок между крупными городами-миллионниками. Решить эту проблему в Европе планирует компания Ionity. В России сеть зарядных станций слабо развита. Пока покупатели ограничиваются медленной зарядкой у себя в гараже, для поездок по городу этого достаточно.
Законодательное регулирование использования автомобилей. Норвегия планирует отказаться от автомобилей с ДВС в 2025г. Швеция в 2030г запретит продажу автомобилей с двигателями внутреннего сгорания. Кроме того, отказаться от ДВС к 2030г намерены Дания, Израиль, Ирландия, Исландия, Нидерланды, а также Париж. Этот же срок называют Китай (мировой лидер по числу продаваемых электромобилей) и Индия. Но у Китая большие экологические проблемы, возможно, они раньше введут запрет. В 2018г в Китае было продано более 1 млн электромобилей!
Электромобили в России

Основная проблема в России для рынка электротранспорта — дороговизна электрокаров. В первую очередь это связано с высоким курсом доллара и таможенной пошлины на ввоз, составлявших до 30 % от стоимости (до мая 2020 г.). Поэтому в 2019г было ввезено всего новых 353 и 3303 подержанных электромобилей.

Вторая проблема — отсутствие развитой зарядной инфраструктуры и — самое главное — потребных мощностей для зарядки всего планируемого автопарка. По данным «Автостата», на начало 2020г в России насчитывалось всего 6300 электромобилей. Для сравнения: легковых авто на бензиновом и дизельном топливе у нас около 44,5 млн единиц.

Третья проблема: сложность регистрации и постановки на учет переоборудованного автомобиля на ДВС в электрический. Текущие законы смотрят на каждый переоборудованный автомобиль как на совершенно новый автомобиль, самоделку. Пару испытаний встанет сразу в круглую сумму, превышающую 0,5 млн руб. А вот установка газомоторного оборудования — почему-то всё очень легко и просто. С таким подходом к доле рынка в 1 % идти будем очень долго, пока не кончится легко извлекаемая нефть в старых нефтеносных районах. К слову, из нефтяных скважин Татарстана и Башкортостана добывается уже 97 % воды и 3 % нефти. В Западной Сибири месторождения работают более 45 лет, и находятся на четвертом, последнем этапе добычи, добывая 80–85 % воды и 15–20 % нефти.

Помимо основных проблем, существуют более мелкие проблемы, такие как использование менее эффективных асинхронных моторов (они же индукционные), потребляющих от и так небольшого бортового энергоресурса больше энергии, чем ее бы расходовалось при использовании более высокоэффективных BLDC двигателей. Асинхронный электродвигатель стоит несколько дешевле мотора с неодимовыми магнитами, но при этом он более прожорлив и сокращает не только пробег на одном заряде, но и ресурс батареи в целом, поскольку для достижения нужного пробега потребуется большее количество зарядов. Частично именно эту проблему начала решать крупнейшая компания по производству электромобилей TESLA, заменив асинхронные моторы с медным ротором на более эффективные BLDC в TESLA Model-3.

Более мелкие японские и китайские производители электроавтомобилей уже используют BLDC двигатели, т.к. основные запасы неодима сосредоточены в Китае.

Остро стоит проблема утилизации отработавших батарей, т. к. утилизировать ее вместе с бытовым мусором недопустимо из-за высокой токсичности. Это может привести к серьезному загрязнению окружающей среды. К тому же использованные ячейки содержат необходимые металлы, которые компактно собраны и которые можно переработать и вторично использовать.

Энергетика

Подсчитаем, сколько необходимо электроэнергии, если все автомобили будут электрическими. В среднем один электромобиль потребляет 140 Вт∙ч на 1км. Допустим, что в среднем автомобилист проезжает 60 км ежедневно, или 22 тыс. км в год. В пересчете получаем потребление 8,4 кВт∙ч ежедневно, или 3066 кВт∙ч ежегодно. Если бы весь российский автопарк в 44,5 млн автомобилей стал вдруг электрическим, то все электромобили потребляли бы 136 млрд кВт∙ч (0,136 триллиона кВт∙ч) в течение года!

По данными Министерства Энергетики, в 2019г потребление электроэнергии составило 1,075 триллиона кВт∙ч.

Наблюдается существенный рост альтернативной энергетики (ветро- и солнечной):

ТЭС — 679,9 млрд кВт∙ч (снижение производства на 0,3 %);

ГЭС — 190,3 млрд кВт∙ч (увеличение производства на 3,6 %);

АЭС — 208,8 млрд кВт∙ч (увеличение производства на 2,2 %);

ВЭС — 0,3 млрд кВт∙ч (увеличение производства на 47,3 %);

СЭС — 1,3 млрд кВт∙ч (увеличение производства на 69,4 %).

Получается, что, если бы все автомобили в России стали вдруг электрическими, потребление увеличилось бы всего на 12,7 %. Посмотрим в этом же отчете, есть ли резерв для электрогенерации.

В 2019г число часов и коэффициент использования установленной мощности (доля календарного времени) по типам генерации следующие:

ТЭС — около 4002 часа (45,7 % календарного времени);

АЭС — 6992 часов (79,8 % календарного времени);

ГЭС — 3841 часов (43,9 % календарного времени);

ВЭС — 1745 часов (19,9 % календарного времени);

СЭС — 1239 часов (14,1 % календарного времени).

Получается, что одна энергосистема система ГЭС способна выдать эти 136 млрд кВт∙ч. Но половина генерируемых мощностей с помощью ГЭС вырабатывается в Сибири, и ее передавать в центральную часть (где сосредоточена основная часть населения и будущих электромобилей) не совсем эффективно из-за потерь. Да и существующая энергосистема не способна передать такое количество электроэнергии. ТЭС — далеко не самый экологичный способ генерации, его не берем в расчет. Существующие ветро- и солнечные электростанции способны увеличить генерацию в 5 и 7 раз соответственно.

Чтобы электротранспорт стал по-настоящему экологически чистым, необходимо заряжать от дополнительной энергоинфраструктуры, основанной на возобновляемых источниках энергии, таких как ветряная, солнечная и т. д. К примеру, в Норвегии на деньги ФНБ (Фонда Национального Благосостояния, в основном это нефтяные деньги) была построена сеть гидроэлектростанций в горных районах, и она дает более 40% всей электроэнергии страны, что и питает электромобили. Что было построено на наши деньги ФНБ?

В противном случае, если электроэнергия по-прежнему будет вырабатываться с помощью ТЭЦ, то никакого эффекта от электромобилизации в действительности не произойдет — дым просто будет валить не из сонма выхлопных труб, как сейчас, а из одной огромной трубы электростанции в городе.

В Европе даются субсидии на покупку солнечных панелей. Там уже по итогам первой половины 2020г впервые из альтернативных источников получено больше электроэнергии, чем от ископаемого топлива. Неудивительно, что в первом полугодии 2020г мы в России получили падение экспорта нефти на 35 %, а газа на 51 % по отношению к 2019г (данные Росстата). А это 2/3 бюджета страны.

Стоящие задачи перед энергетикой:

Нарастить производственно-распределительную сеть до требуемых параметров;
2. Упростить и сделать доступным автономное производство электроэнергии (ветро- и солнечная энергетика и т. п.);

3. Тарифы для продажи электроэнергии от автономной генерации должны быть выгодны населению и инвесторам, а не только распределительной сети.

Российские производители электромобилей

Первой ласточкой был гибридный «Ё-мобиль». Проект закрыт.

Следующий проект: АвтоВАЗ с электромобилем LADA Ellada (или просто EL Lada). В 2013 г. была выпущена пилотная партия из 100 электрокаров. Одного заряда хватало всего на 150 км. При низкой температуре воздуха емкость батарей заметно снижалась, что сокращало пробег до 100 км, а при включении отопления, подогрева стекол и сидений — до 50–70 км. Производство прекращено.

Российская компания ZETTA анонсировала, что в 2020г начнет выпускать серийно электрокар. Потом сроки сдвинулись из-за пандемии. В интернете была информация, что компанию продадут в Словакию и о перспективах пока говорить рано. Недавно вышла информация, что в компании нечем платить зарплату. Перспективы компании пока туманны.

В декабре 2020 г. в рамках выставки «Вузпромэкспо-2020» представили проект КАМА-1, спроектированный по заданию КАМАЗа на деньги Министерства науки и высшего образования. Ориентировочная стоимость — 1,1 млн руб. Но если исходить из стоимости комплектующих, то он должен стоить в несколько раз дороже.

Конкуренция российских автопроизводителей с ведущими иностранными автоконцернами пока бесперспективна: нет уникальности ни в разработке, ни в комплектующих.

Сырье для создания электромобилей

Представляем аналитику по сырью, из которого изготавливаются батареи и другие комплектующие.

Основная масса и объем электрической части электромобиля — это аккумуляторная батарея.

Ячейка представляет собой намотанный рулон чередующихся слоев анодов и катодов и растворов солей лития между ними. Общий вид ячейки следующий:

«ЭЛЕКТРОМОБИЛЬНОСТЬ», изображение №2
Распределение металлов по весу в литий-ионной ячейке выглядит следующим образом:

медь, железо, алюминий, литий, магний, никель, кобальт. Графит (углерод) не учитываем, т. к. в природе его огромное количество.

В России имеются заводы, производящие литий-ионные аккумуляторы, но их цены превышают розничные цены из Китая на порядок — их может закупать только ВПК. Есть завод с адекватными розничными ценами, но по качеству нет достоверной информации, в интернете же противоречивая информация. Для наших проектов мы предпочитаем покупать свежие ячейки у проверенных поставщиков из Китая.

Следующий крупный узел — электродвигатель. Основной химический состав: алюминий, медь, железо. Все три элемента имеются в России и экспортируются за границу, в тот же Китай. Там из них делают электродвигатели и продают нам. Для синхронных электродвигателей требуется ниодим, его производят в России в ограниченных объемах.

Стоит заметить, что вес электродвигателя в шесть раз легче ДВС! Кроме того, электромобилю не нужны следующие системы: выхлопная, смазки, зажигания, охлаждения, переключения скоростей. Так что суммарно потребность в железе не должна существенно увеличиться.

Следующий крупный узел — контроллер (преобразователь). Он состоит из алюминиевого радиатора (может достигать половины веса контроллера) и печатной платы с радиодеталями. Основная деталь — силовые ключи (транзисторы). В России транзисторы не выпускаются, а радиоэлектронная промышленность была практически уничтожена за время реформ. Логика была: «Зачем производить, если легче купить?» В итоге имеем полную зависимость, еще и в условиях санкций.

Блумберг подсчитал, на сколько вырастет потребность в металлах из-за взрывного роста электромобилей:

Из этого отчета только потребность в железе вызывает сомнения.

Основной поставщик оборудования для производства электротранспортных комплектующих — это Китай: оборудование для производства литий-ионных ячеек, обмоточное для электродвигателей, тестовое оборудование. Роботов в основном изготавливают в Японии. Изготовление оснастки тоже заказывается в Китае. В 2015 г. мы заказывали изготовление фильеры для экструзии алюминиевого корпуса, и при первом же тестовом прогоне фильера смялась (хорошо хоть, деньги вернули). Так что у нас технологии изготовления литьевой оснастки уже практически утрачены.

Трансформация производства, связанная с созданием электромобилей

Основная проблема российских производителей — это отсутствие надсистемы поставщиков комплектующих: электродвигателей, аккумуляторных ячеек, контроллеров. Все покупают комплектующие за границей, а здесь происходит только крупноузловая сборка на имеющемся шасси. Либо заказываются машинокомплекты, и здесь происходит только его отверточная сборка. При импорте приходится платить НДС 20 % и таможенные пошлины. Так что ни о какой ценовой преференции не может быть и речи.

Менеджмент крупных заводов не готов к предстоящим изменениям. За последние полгода мы общались с десятком заводов на предмет производства комплектующих для электротранспорта. Закладывают при изготовлении деталей заоблачную рентабельность. Были и те, кто сразу не постеснялся озвучить желаемую рентабельность в 300 % и 400 %. Нам — 10 %, им — 300 %. Переложить затраты на эксплуатацию старых заводов с десятками тысяч квадратных метров и сотнями рабочих на стартап — это, конечно, сильно! Подавляющее оборудование при этом старое, советское. Как сказал наш конструктор-технолог: «Ручной труд, много брака, эти станки можно купить по цене металлолома». Роботизированного сварочного комплекса для сварки алюминиевых рам нет даже у крупных военных заводов.

По количеству роботов мы отстаем в сотни раз от развитых экономик. Даже сейчас с низкими зарплатами в России (по сравнению с тем же Китаем) эффективность труда очень низкая. За счет чего мы можем снизить себестоимость, где высокие операционные затраты, где среднегодовая температура по стране ниже нуля? Где необходимо отапливать заводы, а в зарплате должны быть заложены затраты на отопление своего дома работником? Для вдумчивого читателя советую книгу Андрея Паршева «Почему Россия не Америка», изданная в 1999 г. и не теряющая актуальность.

Вроде государство хочет поддержать моногорода, но обязательным условием в ТОСЭР ставится создание рабочих мест (10–20 человек). Если в бюджет будут идти налоги, какая разница, сколько рабочих мест? Что важнее: автоматизированный высокопроизводительный комплекс с минимальным участием людей или просто нанять людей и дать каждому советский станок, лишь бы занять? Будет комплекс — будут и рабочие места.

Примерно две трети всех выпускаемых в мире роботов предназначены для двух отраслей промышленности: автопрома и производства электроники. Страны Азии формируют основной спрос на роботов в сфере потребительской электроники. Автоматизация же автопрома растет во многом в связи с программой Евросоюза по сокращению выбросов углекислого газа к 2030 г.: европейские производители переоснащают производства для постепенного перехода к электрическому транспорту, отмечает в обзоре Лаборатория робототехники Сбербанка.

«ЭЛЕКТРОМОБИЛЬНОСТЬ», изображение №3
На основании вышеприведенных фактов имеем группу задач, только после решения которых наступит электромобильное будущее в России:

Разработать и внедрить энергосистему достаточной мощности, основанную на возобновляемых источниках энергии;
2. Упростить сертификацию конвертации автомобилей из ДВС в электро (как это давно сделано в Белоруссии, Украине);

3. Консолидироваться и создать консорциумы для производства комплектующих для электротранспорта, сложить пазл из разрозненных кусков. Сейчас рынок мал, сильно сегментирован, и нет места множеству независимых производственных компаний. В одиночку больше рисков закрыться и не дождаться светлого будущего. Вместе выжить рисков меньше;

4. Создавать сразу высокопроизводительные роботизированные линии по производству комплектующих и готовых транспортных средств;

5. Вовлечь максимально возможное количество толковых имеющихся конструкторов, инженеров, предпринимателей;

6. Разрабатывать более емкие, экологически чистые, безопасные, долгоживущие, быстро заряжаемые и имеющие небольшую массу и объем батареи (дать возможность идти в разных направлении поиска, а не копировать, как сейчас допускают НИОКРы в университетах, не быть догоняющими в технологиях);

7. Внедрять наиболее энергоэффективные решения, для меньших потерь энергетических ресурсов планеты.

Резюме

Уже давно идет дезинтеграция промышленности, экономики. Решение я вижу в объединении крупных производителей и потребителей комплектующих в консорциумы, для совместного решения проблем и задач. Необходима локализации R&D, производства комплектующих и готовых решений внутри страны, иначе рискуем остаться кладбищем для подержанных электромобилей, а детям и внукам оставим страну с заброшенными бензоколонками и распроданными ресурсами, особенно сейчас, когда нарастает дезинтеграция всего общества.

Окно возможностей сжалось до 1–1,5 года. Процесс начался, пошел обратный отсчет.