Электромобильность: старые барьеры и новые драйверы

ВВЕДЕНИЕ

Автомобильный транспорт является ключевым элементом транспортных систем крупных городов и, как правило, выполняет основные объемы перевозок грузов и пассажиров. Совокупность представлений об использовании автомобиля в социально-экономической деятельности выражена понятием автомобильности. Автомобильность рассматривается как экосистема, составными частями (подсистемами) которой являются: производство (автопроизводители, производители и поставщики компонентов); распределение (дилеры, Интернет-агрегаторы); эксплуатация (автовладельцы, цифровые платформы и пользователи мобильности как услуги); обслуживание (сервисные станции); структурные связи подсистем и их отношения (финансовые, материальные, информационные); организационно-экономические механизмы управления подсистемами и их элементами. Под электромобильностью мы понимаем сегмент системы автомобильности, обеспеченный автотранспортными средствами с электрическими двигателями (прежде всего электромобилями, электробусами) [9].

Современные транспортные средства обеспечивают удобство быстрого и комфортного передвижения и являются основным средством городской мобильности. В то же время автомобильный транспорт является вторым наиболее вредным средством передвижения из расчета на км пути после авиационного транспорта, особенно учитывая, что поездки зачастую происходят индивидуально с одним человеком в автомобиле. В этой связи правительства многих стран активно поддерживают инициативы по переводу автотранспорта с двигателей внутреннего сгорания на электричество. Электрификация автомобилей как требование новой экологической реальности – важнейший драйвер изменений в автомобильной отрасли и системе автомобильности.

В научных и деловых публикациях электрификация автомобильного транспорта в основном рассматривается именно в точки зрения вреда автомобилей с двигателями внутреннего сгорания для экологии [7,20]. Именно экологическая повестка считается многими авторами основным драйвером электрификации автомобильности, особенно в крупных городах [8,12]. Сдерживающими факторами или барьерами на пути к городскому транспорту с нулевыми выбросами обычно представляется производство батарей и распространение зарядных станций, а также развитие технологий, обеспечивающих более длительный заряд и следовательно увеличение пробега между подзарядками [15].

Не отрицая значимости указанных драйверов и барьеров, данная статья рассматривает формирование умных городов и развитие интеллектуальных транспортных систем в качестве драйвера электромобильности. Этот фактор учитывает не только внешнее давление на автомобилистов и организации, введение ограничений на вредные выбросы и мотивацию использования электромобилей, но и тренды развития самой транспортной системы города, являющейся ключевым элементом умного города.

Цель статьи – рассмотреть тренд на электрификацию городского автомобильного транспорта с точки зрения внедрения интеллектуальных систем устойчивого управления экономикой города. Научная новизна такого подхода состоит в рассмотрении проблем электрификации автомобильности как элемента развития умного города. Для подготовки статьи использовались методы анализа научных публикаций в наукометрических системах, кейс-анализ систем мобильности умных городов, собственные исследования авторов проблем автомобильности современного города.

ИСТОРИЯ И ЭВОЛЮЦИЯ ЭЛЕКТРОМОБИЛЕЙ

История электромобилей началась практически одновременно с историей автомобильности. Первые экспериментальные легковые электромобили появились уже в середине 1830-х годов, а в начале 20-го века они были самым распространенным видом транспортных средств в США [28]. Однако к концу Первой мировой войны они проиграли автомобилям с двигателем внутреннего сгорания по затратам, дальности пробега и исчезли с рынка [20]. Именно эти два барьера (стоимость производства батарей и радиус пробега между подзарядками) тормозили использование электромобилей на протяжении десятилетий [18].

В течение последних 100 лет было несколько волн популярности электромобилей, вызванные политикой ограничений: экономия топлива для военных нужд во время Второй мировой войны, дефицит и дороговизна топлива во время нефтяного кризиса 70-х годов. Начиная с 90-х годов, ограничение выбросов — сначала связанное с качеством местного воздуха, а затем с выбросами углекислого газа, влияющими на изменение климата, — было основным мотиватором использования автомобилей с электрическими и гибридными двигателями [25].

В странах-производителях автомобилей, таких как Япония и Германия, правительства принимали специальные программы стимулирования научных разработок по использованию электромобилей [12]. Правительственные субсидии сделали цены на электромобили конкурентоспособными по сравнению с обычными транспортными средствами [19]. Китай – одна из стран, которая добилась серьезного успеха в использовании электромобилей, особенно после 2009 года [11]. Сильный толчок обусловлен как качеством воздуха, так и возможностью совершить скачок в техническом развитии и серьезно конкурировать в автомобильной промышленности [24]. В ЕС ужесточение целевых показателей выбросов CO₂ для автомобильной промышленности в последние годы привело к увеличению доли электромобилей на рынке [23].

Европейская ассоциация автопроизводителей призвала правительства ЕС увеличить субсидии на электромобили, чтобы стимулировать их продажи [27]. Одновременно развивается необходимая для электромобилей инфраструктура – сети заправочных станций, производство зарядных устройств и т.д. [17].

На рисунке 1 наглядно показано почти пятикратное увеличение доли продаж легковых автомобилей с двигателями на электротяге (включая гибридные) с 2019 по 2023 год даже несмотря на общий спад объёмов продаж от года к году.

Рисунок 1. Объём продаж легковых автомобилей в мире по типам двигателей, млн единиц

Источник: составлено автором по [17]

Электромобили, которые конструктивно проще, чем автомобили с двигателем внутреннего сгорания (ДВС) из-за меньшего числа трущихся деталей в трансмиссии, имеют преимущества по сравнению с традиционными автомобилями в производстве и обслуживании. Тем не менее, есть области, где производителям необходимо обладать современными технологиями для создания конкурентного преимущества – это производство аккумуляторов и электродвигателей. Пока традиционные автопроизводители не готовы самостоятельно выпускать эти компоненты, а полагаются на совместные проекты с производителями электроники.

ИССЛЕДОВАНИЯ ЭЛЕКТРИФИКАЦИИ АВТОМОБИЛЬНОСТИ

Драйверы развития электромобилей повлияли и на тематику научных публикаций. Анализ научных публикаций, по ключевым словам в наукометрических базах Scopus и WoS – EV, hybrid EV, charging station, plug-in electric vehicle, battery – за последние 30 лет [25] показал, что среди авторов преобладают исследователи из Китая (27,5%). Среди стран, авторы/институты которых активно участвуют в исследованиях по данной тематике, также встречаются США, Германия, Индия и Канада.

Распределение исследований по различным научным областям позволило выделить пять основных научных дисциплин: (1) Электротехника и компьютерные науки, (2) Энергетика, (3) Экологические исследования, (4) Транспорт и (5) Материаловедение и химия [28].

Примечательно, что публикации по научной области транспорта занимают по численности предпоследнее место среди этих пяти областей (рис. 2)

Рисунок 2. Научные публикации об электромобилях по научным областям.

Источник: составлено автором по [28]

С 2010 года наблюдается рост исследований электромобилей в электротехнике, с 2016 наиболее заметным был рост исследований в области энергетики и экологии. Рост публикаций по электромобилям в области транспорта и материаловедения остается относительно скромным. Тем не менее именно транспортные системы представляют в последние годы наиболее серьезные возможности для использования электромобилей.

ЭЛЕКТРОМОБИЛИ В ТРАНСПОРТНОЙ СИСТЕМЕ ГОРОДА

На экосистему автомобильности электрификация, несомненно, оказывает влияние, вызывая изменения по двум направлениям: происходит расширение состава участников экосистемы за счёт производителей батарей и другого оборудования для электромобилей, а сами автопроизводители расширяют свои товарные портфели, налаживая их производство на своих предприятиях [13].

Электрификация автомобильного транспорта в отличие от рельсового все ещё является относительно новой, но быстро распространяющейся технологией. В городах появляются все больше электробусов. Мировые продажи электромобилей в последние три года выросли в 4 раза (с 2 млн в 2020 году до 8 млн за 11 месяцев 2023) [10]. Крупнейшие рынки продаж электромобилей представлены в таблице 1.

Доля электромобилей в общем объёме продаж новых автомобилей в Норвегии составляет 82,7 %, в Швеции 38.7 %, в Нидерландах 30,0 %, в Китае 22,8 %, в Германии 18,0 % [10]. Китай является не только крупнейшим рынком электромобилей, но и крупнейшим их производителем, из десяти наиболее покупаемых марок электромобилей в 2023 г. четыре производятся китайскими компаниями (табл. 1, 2).

Таблица 1

Крупнейшие рынки продажи электромобилей за 11 месяцев 2023 года

Таблица 2

Наиболее популярные марки электромобилей в 2023 г.

Пока продажи электромобилей в России ниже, чем во многих развитых странах. К препятствиям, сдерживающим рост популярности электромобилей, специалисты относят низкую плотность сети зарядных станций и высокую стоимость аккумуляторных батарей. За последние годы в России было несколько попыток организовать производство легковых электромобилей (Lada Ellada, Ё-мобиль) [2]. По программе развития электрического транспорта в Москве доля электромобилей увеличится с 0,2% в 2023 г. до 7% от общего парка автомобилей к 2030 г. [4]. Город переходит на электротранспорт, чтобы улучшить экологическую ситуацию и уменьшить объём вредных выбросов в атмосферу. Проект «Энергия Москвы» направлен на то, чтобы городской транспорт стал экологичным, а людям и бизнесу было выгодно покупать электромобили [4].

Все больший интерес инвесторов привлекает электрификация коммерческого и общественного транспорта. Существенную роль в этом играют используемые во многих странах льготы, субсидии и другие меры государственной поддержки и стимулирования спроса на электромобили. В «Стратегии развития автомобильной промышленности России на период до 2025 года» [1] электрификация транспортных средств указана как приоритетное направление инновационного развития. Однако для потребителей [16], менее значима престижность и инновационность, для них более важны экономическая и практическая составляющие при выборе автомобиля, в том числе и электромобиля [16].

Электрификация в настоящее время быстро распространяется практически во всех сегментах автомобильного транспорта, от легковых автомобилей до коммерческих транспортных средств, автобусов и двух- и трехколесных транспортных средств [9]. В каждой стране свой уникальный ассортимент транспортных средств, и, хотя прогресс в разных странах разный, общее направление движения становится все более очевидным.

Продажи электромобилей продолжат расти в ближайшие несколько лет, увеличившись с 10,5 миллионов в 2022 году до почти 27 миллионов в 2026 году. Доля электромобилей в мировых продажах новых легковых автомобилей подскочила с 14% в 2022 году до 30% в 2026 году. Доли на некоторых рынках значительно выше, при этом электромобили достигают 52% продаж в Китае и 42% в Европе [10].

Электрификация в настоящее время быстро распространяется на все сферы автомобильного транспорта. Муниципальные автобусы также быстро электрифицируются. В Москве в 2022 г. работали 1400 электробусов на 79 маршрутах, а к концу 2024 г. планируется закупить еще 1200 единиц [5]. В 2022 году использование электробусов снизило выбросы углекислого газа на 36 тыс. тонн [6]. Если в прежние годы в планах развития электробусного транспорта в Москве речь шла об увеличении парка электробусов, то в планах на 2025–2030 гг. рассматриваются вопросы повышения их комфортабельности, безопасности, использования элементов беспилотного управления [6]. Электрификация городского транспорта включает и речной транспорт. В Москве речной электротранспорт существовал с 1923 г., но с 1991 г. он стал использоваться лишь на экскурсионных маршрутах. Восстановлению регулярных маршрутов речного транспорта в 2023 г. способствовали увеличение загруженности дорожной сети, необходимость соединения районов вдоль реки. Электрический речной транспорт связал 18 районов Москвы с населением 1,5 млн. человек и за первые 6 месяцев работы перевез 137 тыс. пассажиров [4].

Создание инфраструктуры электромобилей является сложной задачей из-за хорошо известной “проблемы курицы и яйца”. Многие водители не выберут электромобили, пока не будет создана значительная инфраструктура для их подзарядки. Но если на дорогах недостаточно электромобилей, весьма сомнительно, что поставщики услуг по взиманию платы будут вкладывать значительные средства в развитие инфраструктуры [21].

Однако массовый рост использования электромобилей вызвал ряд трудностей, проблем, неопределенностей и озабоченностей, включая высокую стоимость инфраструктуры, цены на электромобили, нехватку зарядных станций и ограниченный ассортимент электромобилей.

В последующие годы электромобили станут важным компонентом "умных городов", наряду с взаимосвязанным транспортом, общественным транспортом и другими элементами.

УМНЫЙ ГОРОД КАК ДРАЙВЕР ЭЛЕКТРИФИКАЦИИ ТРАНСПОРТА

Программы создания и развития умных городов являются новым драйвером электромобильности. Электромобили помогают умным городам создавать экологичную транспортную систему, которая снижает транспортные расходы, уменьшает уровень звукового загрязнения, снижает зависимость от ископаемого топлива и увеличивает количество альтернативных источников энергии за счет интеграции транспортного средства в сеть (V2G). Благодаря использованию электромобилей в общественном транспорте и упрощению использования жителями частных электромобилей умные города улучшают качество воздуха и помогают уменьшить проблемы со здоровьем, связанные с загрязнением.

Понятие «умного города» формулируется через систему «умной» трансформации отдельных сфер городской жизни и опирается на необходимость создания привлекательных и комфортных условий для жизни и работы в городе в условиях все возрастающих ограничений городских ресурсов — пространства, энергии и времени. Концепция «умного» городского развития направлена на объединение прежде разрозненных измерений, таких как комфортность, экологичность, цифровые трансформации, инновации и креативность. Научные публикации представляю различные трактовки и модели умного города, но во всех них присутствуют 3 основных элемента:

1. Технологический – вовлечение технологических инноваций во все сферы городского развития;

2. Экологический – экологичная окружающая среда, образование отходов, потребление воды и энергии;

3. Социально-экономический – социальная справедливость, доступность занятости, жилья, социальной инфраструктуры, транспортной мобильности.

Электромобильность, к которой относятся электромобили и электробусы является важным компонентом развития всех этих трех направлений развития умных городов. Электрификация транспортной системы помогает решить проблему снижения вредных выбросов от автомобилей в городе. Электромобили работают значительно тише и плавнее, чем обычные автомобили, поскольку электродвигатели создают меньше вибрации и шума. Электромобили требуют меньше технического обслуживания и более низких эксплуатационных расходов, и помогают умным городам стать более эффективными. Автомобильность с использованием электрифицированного личного, общественного и совместного транспорта обеспечивают доступную, комфортную и безопасную городскую мобильность.

Московская концепция «Умный город – 2030» в сфере мобильности нацелена на переход города от традиционных транспортных систем к системам интеллектуальной мобильности. Интеллектуальная транспортная система Москвы обеспечивает максимальную эффективность управления дорожным трафиком и безопасностью движения, контролирует работу светофоров и оптимизирует маршруты и координирует грузовые перевозки. Реализуется единая система сервисов совместного использования различных видов транспорта, интегрированная с онлайн-сервисом интеллектуальной мобильности, внедряется мобильный сервис для владельцев автомобилей с «нулевым выбросом», предлагающий льготы и преференции при покупке, парковке, обслуживании на зарядных станциях, что поможет постепенно увеличивать использование электромобилей на городских дорогах как в личных, так и в коммерческих целях [4].

Интеграция электромобилей в умные города не лишена трудностей. Расходы на электромобили и инфраструктуру для их зарядки, требуют значительных инвестиций. Одной из проблем, которую необходимо решить при использовании электромобилей в умном городе, является интеграция электросетей, разработка интеллектуальной сети, которая может адаптироваться к меняющимся потребностям города, включая повышенный спрос в часы пик, и оптимизировать использование возобновляемых источников энергии [22]. В ответ на рост использования электромобилей умные города должны специально готовиться к возросшему спросу на энергосистемы, включая программы управляемой зарядки и системы подключения электромобилей к сетям.

Рост использования электромобилей сопровождается значительным увеличением спроса на электроэнергию. Однако электромобили обладают потенциалом для оптимизации электросети, благодаря системам vehicle-to-grid (V2G), которые позволяют электромобилям автоматически возвращать неиспользованный заряд аккумулятора в сеть.

Чтобы гарантировать успешную и эффективную интеграцию электромобилей в инфраструктуру «умного города», необходима координация и сотрудничество всех заинтересованных сторон, включая правительство, компании и жителей [14,22].

Умные города представляют собой модель развития современных технологий, которое потенциально может революционизировать многие современные процессы и виды деятельности, поскольку электромобили способствуют развитию «умных городов» и наоборот, сочетание их технологий помогает создать более устойчивую, эффективную и пригодную для жизни городскую среду.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Рассмотрение электрификации городского автомобильного транспорта с точки зрения внедрения интеллектуальных систем устойчивого управления экономикой города позволили выделить драйверы электромобильности, к которым относятся снижение вредных выбросов, эффективное использование энергии, широкое внедрение современных технологий и управленческих инноваций в рамках реализации концепции «умного города».

Эксперты единодушны в определении концепции устойчивого развития как ключевого фактора роста электромобильности. С каждым годом все больше правительств и производителей объявляют о планах сокращения выбросов и переходу к электромобилям. Одним из наиболее значимых направлений в электромобильности является развитие технологий зарядки. Ультрабыстрые зарядные станции уже позволяют зарядить электромобиль до 80% всего за 20-30 минут. С каждым годом сеть зарядных станций становится все плотнее, устраняя проблему пробега электромобилей между подзарядками. Компании и правительства вкладывают значительные средства в инфраструктуру, делая дальние поездки на электромобилях все более реальными и удобными.

Меняется и общественное мнение: электромобили уже не воспринимаются как что-то экзотическое. Улучшение дизайна, увеличение доступности и положительный общественный статус способствуют росту популярности электромобилей.

Рынок электромобилей вносит серьезные изменения в автомобильную индустрию. Автопроизводители инвестируют в разработку и производство электромобилей, стремясь занять лидирующие позиции на рынке.