«Если сейчас не вкладывать ресурсы в развитие водородных технологий, то мы отстанем и примем роль догоняющих. Это четко определяет задачу «КАМАЗа», как ведущего российского производителя грузовой автотехники: мы должны стать законодателями мод и быть в авангарде применения и развития этих технологий в своей сфере», - так обозначил цель автогиганта его генеральный директор Сергей Когогин на отраслевой международной конференции на прошлой неделе. Давайте разбираться, о чем идет речь.
20-тонный экспонат
На Международной конференции по водородной энергетике, которая прошла в Москве в конце прошлой недели, "КАМАЗ" и его партнер - Центр водородных технологий АФК «Система» - вновь представили публике свою совместную разработку, грузовик КАМАЗ-53193 «Чистогор». Компании подписали соглашение о научно-технологическом сотрудничестве в начале года, и с тех пор водородный 20-тонник «Чистогор», показанный также в начале октября вице-премьеру РФ и бывшему министру энергетики Александру Новаку, успел обрасти ворохом слухов и домыслов.
"Вести КАМАЗа" решили разобраться, чем же таким неоднозначным занимается "КАМАЗ" на своей площадке в Набережных Челнах, зачем собирает под эту технологию инженеров со всей России и почему водород так важен для автогиганта, автопрома и страны в целом? Чтобы вникнуть в проблематику «водородомобиля», мы поговорили с главными камазовскими специалистами в этой области – с главным конструктором "КАМАЗа" и директором НТЦ Евгением Макаровым, а также с директором Центра электроники и элементов питания Ленаром Фардеевым.
Что такое водородный топливный элемент
Прежде всего освежим в памяти основы матчасти: что представляет из себя так называемая «водородная батарейка»? Как формулирует Фардеев, непосредственно занятый разработкой направления на автогиганте, это устройство из 50-200 электрохимических ячеек, которое преобразовывает энергию водорода в электрическую. С анодной стороны ячеек подается водород, атомы которого распадаются на протоны и электроны. Электроны проходят по внешней электрической цепи и питают постоянным током тяговую батарею. С катодной стороны подается воздух, и атомы кислорода вступают в реакцию с протонами водорода, образуя чистый водяной пар – «выхлопной газ», если провести аналогию с ДВС.
Таким образом, сама по себе водородная установка лишь генерирует энергию для обычного электромотора – формально она так и называется: электрохимический генератор, ЭХГ.
В чем польза ЭХГ для автопрома
Перспективных направлений для развития экологичных видов транспорта и в мировой, и в камазовской практике на сегодня уже хватает: есть два реализованных двигателя на метане (сжиженном и сжатом), есть как таковой электродвигатель с аккумуляторами, в зарядную инфраструктуру годами вкладываются деньги. Зачем же навешивать на электромобиль еще и ЭХГ?
Производство энергии этот элемент не удешевит, как признает Фардеев, однако выработка электроэнергии прямо на борту автомобиля многократно увеличит его пробег без подзарядки. Если аккумулятор грузовика способен обеспечить плечо в 200-250 км, то на междугородних дистанциях от 400 км и больше водород гораздо перспективнее. В зависимости от эффективности ЭХГ и емкости водородного баллона система может спокойно двигать машину и тысячу километров – к этому рубежу "КАМАЗ" рассчитывает подойти в следующем году. Если добиваться такого лимита дополнительными аккумуляторами, то только их грузовик и будет перевозить, а ЭХГ с баллонами и весит в разы меньше.
Таким образом, для коммерческих перевозок ЭХГ с его лимитом пробега без дозаправки однажды может стать безальтернативным вариантом.
Автопром – лишь один из интересантов
Между тем, как поясняет главный конструктор "КАМАЗа", автомобилестроение – далеко не приоритетная отрасль в стратегии развития водородных технологий.
«Больше других в этом тренде заинтересованы энергетики, мы же со своей стороны лишь ищем дополнительные возможности применения технологии, – говорит Макаров. – Для некоторых регионов планеты характерен избыток производства электроэнергии, а значит ее нужно либо продавать, либо хранить. В каком виде? Экспорт по традиционным электромагистралям слишком дорог и трудоемок на этапе их строительства, если говорить о больших расстояниях. Намного проще преобразовать электричество в водород, перевезти в баллонах и обратить еще раз. Часть энергии теряется на обоих переделах, но эти потери все равно меньше, чем расходы на протяжку кабеля. Поэтому водород в экономике рассматривается как метод хранения и транспортировки энергии, а в нашем случае она должна питать и сам транспорт».
Изделия "КАМАЗа" – это не прототипы товаров, а лаборатории на колесах
Водородный багаж "КАМАЗа" на сегодня представлен двумя названными и ранее презентованными изделиями – это водоробус и 20-тонный грузовик. Неверно считать их прототипами серийных продуктов: оба ТС изготовлены ради изучения технологии. Они позволяют специалистам научно-технического центра на практике замерять и анализировать, в частности, процессы управления и взаимодействие ЭХГ с электрической частью машины.
«Чтобы сформулировать свою концепцию системы и создать полноценную разработку, мы должны накопить опыт эксплуатации таких транспортных средств, - поясняет Макаров. – А на выставки мы эти образцы выводим в основном ради популяризации темы, о которой нельзя забывать».
Казалось бы, раз ЭХГ лишь подпитывает электродвигатель на ходу, то почему бы не навесить его на любой готовый электрокар, зачем создавать новую машину? По словам Фардеева, теоретически это возможно, но технологически неоправданно, так как под опцию все равно придется адаптировать системы управления и безопасности, а заодно менять и аккумулятор, поскольку его емкость в водородном автомобиле будет избыточна. Когда ЭХГ войдет в повседневность, рынок таких сложностей не оценит, и потому речь сегодня идет исключительно о новой разработке.
Чисто научный контекст этих исследований обусловлен еще и конъюнктурой рынка: на сегодня водородомобиль дорог не только в производстве, но и в эксплуатации, поскольку дорог сам водород. При всей критической ценности ЭХГ для грузоперевозчиков, искать в этих разработках бизнес слишком рано, особенно с учетом того факта, что государством они не субсидируются. На коммерческую составляющую строго ориентированы автомобилестроители только тех стран, которые дотируют сегмент производства в этой технологии. В России же специальные госпрограммы для развития водородной энергетики работают, но - именно для энергетики, как отрасли. До транспорта дело еще не дошло. Когда дойдет, то субсидии, по словам директора НТЦ, понадобятся даже большие, чем имеют сегодня зарубежные конкуренты.
«Мы с ними не в одинаковом положении, - поясняет Макаров. – К примеру, в той же Европе дизельное топливо дороже, чем у нас. Следовательно, обычный транспорт с ДВС на российских дорогах выгоднее использовать даже в сравнении с другими странами, не говоря уж о сравнении с водородной техникой. Нам из-за этого сложнее рассчитывать на рыночные механизмы, а значит в России дотации коммерческих водородных ТС должны быть в разы выше, чем в европейских странах».
Бюджетное финансирование водородной технологии в автопроме, надо полагать, не за горами. Это ясно хотя бы из того, что водородный транспорт уже прописался в федеральной стратегии развития автопрома, как один из драйверов его конкурентоспособности: согласно ожиданиям, к 2030 году автомобили с ЭХГ составят около 0,2% всех продаж. По словам камазовских экспертов, есть не только дорожная карта, но и понимание темы со стороны профильных министерств, и наметки будущих госпрограмм – пока устные.
Что уже успел сделать "КАМАЗ"
Для автомобилестроителей конструкторская специфика водородных проектов заключается во взаимной интеграции систем, поскольку сам принцип преобразования водорода в электричество остается тем же, что и в энергетике. Нужно соединить генератор и накопитель энергии с остальной начинкой машины так, чтобы суммарное энергопотребление получилось оптимальным. На "КАМАЗе" большое внимание при этом уделяют и максимальному сохранению технологических условий производства.
«В «Чистогоре» реализовано несколько собственных перспективных технологий, - поясняет Макаров. – Его электрическая часть создавалась, как концепт под заводскую сборку, максимально приближенный к существующим алгоритмам конвейера. Генератор, конечно, внес свои коррективы, но по большей части конструктив автомобиля продуман с точки зрения его тиражирования. Этот курс мы сохраним: важно добиться оптимальных решений как в энергетическом балансе, так и с точки зрения привязки автомобиля к существующим мощностям - в частности, нашего автомобильного завода».
В актуальной версии «Чистогора», представленной на конференции, смонтирована локализованная энергоустановка от АФК «Система». При освоенных параметрах этот 20-тонник имеет мощность ЭХГ 60 кВт, разгоняется до 100 км/час и проезжает порядка 500 километров без дозаправки.
Технические характеристики автомобиля КАМАЗ 53193-0000030 «Чистогор»
Колесная формула … 4х2
Длина … 10300 мм
Ширина … 2550 мм
Высота по кабине/по надстройке … 3200/3700 мм
Электромост … ZZDY
Снаряженная масса автомобиля … 11170 кг
Нагрузка на первую ось … 7300 кг
Нагрузка на задний мост … 3870 кг
Полная масса автомобиля … 20500 кг
Нагрузка на первую ось … 7500 кг
Нагрузка на задний мост … 13000 кг
Грузоподъемность автомобиля … 9330 кг
Емкость ТАБ … 234 кВт*ч
Мощность ЭХГ, не менее … 60 кВт
Технически допустимая скорость … 100 км/ч
Целевой запас хода … не менее 500 км
В случае с водоробусом соблюсти заданные условия сборки гораздо проще. Если, как отмечает главный конструктор "КАМАЗа", автомобиль требователен к грамотной разбивке на составные части, их привязке к позициям конвейера, к хронометражу каждой операции и выравниванию этого операционного времени по всей длине линии, то темп автобусного конвейера позволяет обойтись мягкими регламентами. Более того – переделка электробуса в водоробус почти не требует вмешательства в конструктив, ведь все силовые установки у него монтируются на крыше.
На сегодняшний день и «Чистогор», и водоробус ездят по полигонам, хотя эксплуатационные пробеги запланированы. Диалог с потенциальными потребителями касается только принципиального интереса к технологии, поскольку на продажи в ближайшие годы "КАМАЗ" не ориентируется.
Что делают за рубежом
Несколько стран занимаются водородными технологиями, но в рамках приоритетной отрасли – энергетики. В создание производств возобновляемого водорода интенсивно вкладываются Австралия, ОАЭ, Египет, ЮАР, Индия, страны Латинской и Северной Америки – все они хотят стать крупными экспортерами этого газа.
Что касается автомобилестроения, то лидером здесь является Китай: почти половина всех проданных за прошлый год ТС на водороде приходится на эту страну, и в ней же построена почти треть всех специализированных заправочных станций - свыше 400. Если коллеги в других странах сосредоточены на пассажирском и легковом секторах, то Китай изначально работал над применением водорода именно в коммерческом транспорте. Успехи братьев по Азии вызывают закономерный рыночный вопрос: зачем изобретать велосипед, если его можно позаимствовать и воспроизвести?
- Мы и не закрываем глаза на китайские разработки – мы анализируем их и понимаем, как они работают, - отвечает директор ЦЭиЭП. – Но копировать бессмысленно, потому что для развития рынка мало освоить существующие технологии – нужно учитывать тенденции. К моменту запуска госпрограмм мы должны подойти с решениями высокого уровня.
- Сейчас целеполагание для нас заключается в том, чтобы не остаться на обочине водородного направления, - добавляет Макаров. - Если ждать, когда все сделает кто-то другой, то мы не сохраним и, тем более, не нарастим собственные компетенции в этой области, а значит, останемся потребителями технологии, но не владельцами. У нас не будет информации ни по химии процессов, ни по компонентам продукта, не будет ни готовых специалистов, ни даже школы, которая могла бы их обучить. Именно такое опоздание в случае с электронной компонентной базой привело к тому, что в России сейчас практически отсутствует производство компонентов автомобильной электроники.
Центр компетенций на "КАМАЗе"
В периметре "КАМАЗа" центром компетенций водородного направления, как "Вести КАМАЗа" уже рассказывали, является «Центр электроники и элементов питания» - основной резидент будущего технопарка «Олимп», под крышей которого планируется собрать все самые инновационные наработки автогиганта.
В ЦЭиЭП к настоящему времени сформирован костяк команды – 60 специалистов хорошего уровня, и это половина от потребности. Удвоить штат директор центра рассчитывает к концу 2025 года. Изначально людей хотелось больше, но ситуация на рынке труда скорректировала динамику найма. С учетом узкой специализации нужного персонала набор его – задача сверхсложная: почти половину нынешних сотрудников ЦЭиЭП сформировали либо приглашенные из других городов, либо вернувшиеся в Челны после вузов Москвы, Санкт-Петербурга, Казани, Уфы, Оренбурга, Екатеринбурга, Новосибирска, Севастополя…
Пока ЦЭиЭП располагается по прежнему месту прописки, в IT-парке Набережных Челнов, но оборудование в лабораториях «Олимпа» уже частично смонтировано – в одних на 10%, в других – на 90%. Фардеев с командой рассчитывают заехать в «Олимп» до конца года.
С «Росатомом», который интересовался технопарком "КАМАЗа", ЦЭиЭП сейчас разрабатывает водородный заправочный комплекс – он займет место рядом с «Олимпом». Соглашение на этот счет подписано. Госкорпорация занимается темой в рамках своей отрасли – решает задачи производства и хранения водорода.
«Во всем мире бизнес для решения задач подобного уровня объединяется в консорциумы, - констатирует Макаров. - Мы придерживаемся той же стратегии: не дублируя усилий и инвестиций, мы с партнерами в содружестве готовим технологические решения каждый в своей области».
Фото: "Вести КАМАЗа"