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 энергии — только не в чистом виде, а 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.
Согласно исследованию за 2015 год, от выхлопов дизельного грузового транспорта по всей планете погибли 385 тысяч человек. Еще в 2010 году число преждевременных смертей от выхлопов дизельных грузовиков было всего 361 тысяч. То есть только в XXI веке дизельные грузовики испортили воздух на планете настолько, что вызвали смерть многих миллионов человек.
К сожалению, цифры преждевременной смертности, как и избыточной — например, во время нынешней эпидемии коронавируса в России — достаточно редко попадают в поле зрение политиков по всему миру. Никто из них на этой планете никогда не говорил: «Дизельные грузовики надо заменить на электрические, чтобы спасать сотни тысяч жизней в год». Политики в норме вообще ничего не знают об этих 385 тысячах ежегодных жертвах фур.
Однако распространение на Западе апокалиптических (пусть и неверных) ожиданий от глобального потепления постоянно подталкивает местных политиков бороться против всего, что выбрасывает СО2. Электрогрузовики выглядят чуть ли не лучшим способом такой борьбы. Ведь потребление жидкого топлива грузовым транспортом в последние 20 лет увеличивается быстрее, чем у легковушек (из-за бурного роста мировой экономики). Несомненно, западные власти сделают все, чтобы ускорить электрификацию фур в своих странах.
К счастью, это неизбежно приведет и к электрификации фур в России — если не в 2030-х, как в развитом мире, то самое позднее в 2040-х годах. Дело в том, что по мере сужения производства дизельных фур за рубежом российским производителям будет неоткуда получать компоненты двигателей и трансмиссий. А созданием полноценного производства того и другого в России они не озаботились. В какой-то момент отечественные производители грузовиков (те, что остались) либо умрут, либо будут вынуждены перейти на сборку электрофур, чьи компоненты поставляются из-за рубежа. И чем раньше они осознают неизбежность такого выбора, тем больше у них шансов хоть на какое-то выживание.
Иными словами, Tesla Semi только сейчас выглядит новостью сугубо для первого мира. В реальности она неизбежно вызовет глобальную революцию в наземном транспорте. Эта машина и ее аналоги от других производителей — а им придется научиться делать так же хорошо, иначе они погибнут — в ближайшие 15-20 лет опередят по продажам дизельные фуры. А потом и вовсе отправят их на свалку истории. И это, бесспорно, очень хорошая новость.
