Перевод сельскохозяйственной техники на электротягу — миф, выгода или дань трендам?




А не так и давно все говорили об экономичности и экологичности электромобилей, но электротяга уже дошла и до сельскохозяйственной техники. На выставке Agritechnica-2017 в Ганновере был представлен легкий трактор Fendt e100 Vario с электрическим двигателем мощностью 50 кВт. Он запитанный от литий-ионной батареи емкостью 100 кВт*ч с напряжением 650 В. Хватает на 5 часов работы в поле.

С 2018 года Fendt e100 Vario закупили и активно эксплуатируют коммунальные и сельскохозяйственные предприятия по всей Европе.

Что особо приятно, Украина тоже не отстает в этом направлении. Харьковский тракторный завод с 2015 года выпускает две модели легких электротракторов ХТЗ-2511 Electro и ХТЗ-3512 Edison. Техника данного класса применяется преимущественно в животноводческих и тепличных хозяйствах.

ХТЗ-2511 Electro оборудован электродвигателем мощностью 27 л.с. (20 кВт) и АКБ емкостью 30 кВт*ч. Этого хватает на 6 часов работы в поле. Транспортирует прицепы весом до двух тонн, при этом развивает скорость до 26 км/ч.

Более новая модель ХТЗ-3512 Edison скрывает под капотом электродвигатель на 35 л.с (25,7 кВт) с питанием от литий-ионной батареи емкостью 42 кВт*ч. Автономность силовой работы составляет 4 часа. Перевозит прицепной груз весом до двух тонн, развивая скорость до 40 км/ч.

Конструкционно, это старые и всем известные дизельные ХТЗ-2511 и ХТЗ-3512, поставленные на электротягу. Чтобы понять, насколько эффективна данная модификация, проанализируем технические характеристики дизельного трактора и его модифицированного аналога с электродвигателем, на примере «Эдисона».

ХТЗ-3512 и ХТЗ-3512 Edison — кто быстрее и мощнее

Для объективности сравнения возьмем две одноклассовые модели одного и того же производителя. Первый — легкий трактор с дизельным двигателем, а второй — то же шасси, но с электромотором. Выведем основные характеристики обеих моделей в таблицу.

Технические характеристики
ХТЗ-3512
ХТЗ-3512 Edison
Тип двигателя
MMZ-3LD. 4-тактный дизельный с воздушным охлаждением
Nissan Motors. Асинхронный трехфазный электродвигатель с воздушным охлаждением
Мощность
35 л.с. (25,7 кВт)
35 л.с. (25,7 кВт)
Тяговое усилие
800 Кн
800 кН
Максимальная скорость
30 км/ч
40 км/ч
Конструкционная масса (без топлива/аккумуляторов)
2280 кг
2250 кг
Тягловая сила
до 2 тонн
до 2 тонн
Емкость топливного бака/батарей
50 л
42-киловаттные литий-ионные батареи с напряжением 400В
Автономность эксплуатации без тягловой нагрузки
10 часов
8 часов
Автономность в силовых работах
7 часов
4 часа
Расход топлива/емкости батарей
180 г/л.с. в час
0,72 кВт*ч/л.с. в час

Интересный факт: в 2015 году на выставке в Харькове провели соревнование по тракрестлингу (перетягиванию каната) между электротрактором и дизельным аналогом. Победил электрический двигатель.

Исходя из таблицы, тягловые и силовые характеристики равные у обеих моделей, за исключением того, что ХТЗ-3512 Edison быстрее за своего «дизельного брата». Но, автономность в силовых работах у него меньше почти в два раза. К тому же скорость полной зарядки аккумуляторов составляет от 2 до 4 часов. В то время, когда дизельный ХТЗ заправляется за 10-15 минут.

Учитывая этот фактор, для сравнения экономичности возьмем 4 часа силовой эксплуатации, когда двигатель работает под нагрузкой и расход топлива увеличен.

Какой двигатель экономичнее и насколько

И так, для начала выведем расход дизтоплива за 4 часа. Согласно инструкции, это 180 г/л.с. в час. Учитывая, что мощность трактора 35 л.с., за час расходуется:

35 л.с. × 180 г/л.с = 6 300 г.

1 литр ДТ весит 820 г, соответственно для часа силовой работы понадобится литров:

6 300 г / 820 г/л = 7,7 л.

За 4 часа расход топлива составит:

7,7 л/ч × 4 ч = 30,8 л.

На время написания статьи (август 2018 года) средняя стоимость дизельного топлива по Украине составляла 27,02 грн/л. Соответственно, стоимость 30,8 литров, необходимых для 4 часов силовой работы составит:

30,8 л × 27,02 грн/л = 832 грн.

Теперь, для сравнения экономичности проанализируем сколько электричества для такой работы необходимо «Эдисону». Возьмем те же максимальные 35 л.с нагрузки. При расходе 0,72 кВт*ч/л.с. в час, аккумулятор разрядится на:

35 л.с. × 0,72 кВт*ч/л.с = 25,2 кВт*ч.

Для 4-часов силовой эксплуатации в поле ему необходимо электричества:

25,2 кВт*ч × 4 ч. = 100,8 кВт*ч.

При стоимости электричества 1,68 грн/кВт*ч 4-часовая силовая работа трактора обойдется в:

100,8 кВт*ч × 1,68 грн/кВт*ч = 170 грн.

Превосходство в экономичности электродвигателя составляет:

832 грн / 170 грн = 4,9.

Получается, ХТЗ-3512 Edison почти в 5 раз экономичнее своего дизельного аналога. Но, это еще не все преимущества.

Еще один аргумент в пользу электродвигателя, это то, что он издает намного меньше шума и вибрации, соответственно водитель удобнее себя чувствует в кабине.

Да и обслуживать его гораздо проще и дешевле. Дело в том, что в электрическом двигателе нет свечей накала, масла, фильтров и других деталей, присущих «дизелю». Единственные «трущиеся» элементы — это два подшипника, требующих замены после 100 000 км пробега. Таким образом обслуживание электротрактора обходится почти в 10 раз дешевле.

Что нужно для обслуживания трактора с электродвигателем

Главное, что необходимо — это зарядная станция. Здесь необходима такая же, как и для электромобиля, с типом порта:

  • Type 1 — для зарядки от одной фазы (230В);
  • Type 2 — для трех фаз (400В).

Более подходящий вариант CCS Type 2 (Combined Charging System) c двойным разъемом для однофазной и трехфазной сети. С ним Вы сможете подзаряжаться от любой зарядной станции.

От трехфазной сети аккумулятор заряжается в разы быстрее. Но фазность — не единственный фактор, влияющий на скорость зарядки. Здесь важно также учитывать максимальный зарядный ток. Чем он выше, тем быстрее восстановится емкость батарей.

Для сравнения, в трехфазных зарядных станциях максимальный зарядный ток составляет 32А или 63А (экспресс-зарядка). Аккумулятор с емкостью 100 кВт*ч (аналогичный тому, что стоит у легкого трактора) от 32-амперной будет заряжаться 3 часа, а от 64-амперной всего лишь 1,5 ч.

Главный смысл более мощной зарядки заключается в том, чтобы быстрее зарядить технику. Например, возьмем тот же ХТЗ-3512 Edison с емкостью аккумулятора достаточной для 4 часов силовой работы

Обычно рабочая полевая смена длится около 8 часов. Так, через 4 часа трактор придется ставить на подзарядку и с экспресс-станцией он будет снова готов к работе через 1,5 часа. За это время тракторист сделает обеденный перерыв и продолжит обрабатывать поле. Если Вы поставите 32-амперную, время подзарядки составит 3 часа. Соответственно придется делать большой разрыв в смене или работать в короткие смены, что увеличит время обработки поля.

Второй случай, если у Вас большое полевое хозяйство, обслуживаемое несколькими машинами. Обычно в зарядной станции предусмотрен только один разъем, из-за чего придется заряжать их по очереди. Так, експресс-станция за 6 часов успеет обслужить 4 трактора, в то время как обычная только 2.

Однофазные аналоги обладают выходной мощностью от 3,7 кВт до 7,4 кВт с максимальным зарядным током 16А и 32А соответственно. Для заряжания ХТЗ-3512 Edison от минимального 16-амперного источника понадобится времени:

100 кВт*ч / 3,7 кВт = 27 ч.

Получается, для того, чтобы зарядить трактор на 4 часа силовой работы понадобится больше суток времени. Такой результат подойдет далеко не всем, особенно если в парке одна зарядная станция на несколько машин.

Поднять эффективность можно, если выбрать мощность 7,4 кВт. С ней время зарядки того же легкого трактора составит:

100 кВт*ч / 7,4 кВт = 13,5 ч.

Это подходящий вариант, если в парке один работающий посменно электрический трактор. Так, после 4-часовой рабочей смены в поле, остальное время суток он будет заряжаться. Если у Вас два электротрактора, то пока один работает, второй будет стоять на подзарядке.

Для сравнения, чтобы зарядить его от обычной 16-амперной зарядки понадобится приблизительно те же 27 часов. Возникает вопрос, какой смысл покупать однофазную станцию на 16А, если для зарядки аккумулятора достаточно переходного шнура? На самом деле, она более эффективна.

Почему лучше заряжать технику от станции, чем от розетки

От розетки любой аккумулятор будет заряжаться значительно дольше. Оговоренные 27 часов возможны только в случае, если она новая и выдает 3,7 кВт мощности (при целых 16А). Со временем в любой сети ослабевают контакты, изнашивается проводка. Обычно бытовая розетка выдает не больше 2,5-3 кВт, а реальная скорость зарядки того же «Эдисона» при этом составит от 34 до 40 часов.

Кроме того заряжать аккумулятор от станции более безопасно, чем от розетки. Дело в том, что литий-ионные батареи заряжаются неравномерно. Сначала быстро, а под конец — медленно.

Система контроля анализирует уровень емкости и под нее регулирует оптимальные характеристики зарядки. Это сохраняет базовую емкость и срок эксплуатации аккумулятора, а также увеличивает КПД.

Станция сохраняет не только аккумулятор, но и сеть. Она анализирует состояние проводки и выдает максимальные безопасные характеристики. К примеру, при зарядке от бытовой розетки по сети будет течь максимальный пропускаемый ток, от этого нагреется проводниковая жила, и в худшем случае оплавит изоляцию. Последствием такой аварии станет короткое замыкание.

Зарядная станция такой ситуации не допустит, и сохранит сеть от перегрузки, эксплуатируя ее в щадящем режиме.

На самом деле, шнуры-переходники для 230-вольтовой розетки были придуманы для «крайнего случая». Например, если аккумулятор сел в неподходящий момент, а поблизости нет пункта подзарядки. Заряжать постоянно напрямую от сети не рекомендуют даже производители.

Обратите внимание, чем больше мощность, тем быстрее заряжается АКБ. Чем больше киловатт, тем меньше времени необходимо для восстановления емкости.

Дело в том, что обычно тракторные бригады располагаются на окраине города или в сельской местности. Соответственно для них не проектировалась мощная силовая линия, так как часто за городом нет распределительных линий на такой объем электроснабжения. Да и в принципе, на обслуживание бригады не нужно много электричества, за исключением освещения и нескольких розеток для персонала. Вряд ли кто-либо раньше планировал, что здесь будет пункт подзарядки электротракторов.

Провести дополнительную силовую линию стоит огромных денег, да и не всегда реально, так как ближайшие распределительные энергоузлы могут быть перегружены. Тем не менее в такой ситуации недостаток легко превратить в преимущество.

Как за счет альтернативных источников энергии увеличить максимальную мощность сети

Обычно за городом дешевые земельные участки. Чем дальше они находятся от «цивилизации», тем дешевле будут стоить. Если выкупить небольшой участок и соорудить на нем солнечную электростанцию, Вы увеличите максимальную мощность сети и перестанете платить за электричество, так как будете пользоваться собственным.

Минимальная солнечная электростанция состоит из модульных панелей, инвертора, контроллера и АКБ, запасающих выработанную электроэнергию. Возникает вопрос, сколько нужно панелей, чтобы хватило для быстрой зарядки трактора.

Если брать сезонный период с марта по ноябрь, когда эксплуатируется сельхозтехника, то меньше всего производительность панелей в украинских широтах именно в ноябре. Например, в Киеве в этот месяц с 1 кВт мощности СЭС вырабатывается всего лишь 23 кВт*ч электричества. Это приблизительно 0,8 кВт*ч в сутки.

С ежедневной эксплуатацией трактора необходимо, чтобы солнечные батареи вырабатывали по 100 кВт*ч в день. Для этого Вам понадобится станция мощностью не менее:

100 кВт*ч / 0,8 кВт*ч/кВт = 125 кВт.

Учитывая, что в средняя мощность одной панели 275 Вт, для сооружения такой электростанции необходимо модулей:

125 кВт / 0,275 кВт = 455.

Площадь одной модульной панели — 1,63м2. Исходя из этого, для размещения всех панелей понадобится территория:

1,63 м2 × 455 = 741 м2.

Всего лишь семь с половиной соток земли необходимо, чтобы разместить там СЭС снабжающую целую бригаду электротракторов.

В данном случае это максимальный проект, так как в летний период месячная производительность в 5-6 раз выше, чем в ноябре. К тому же, не выработанные киловатты для запитки зарядной станции, частично компенсируются из стандартной сети. В итоге, для ежедневной зарядки 1 легкого трактора достаточно будет СЭС на 50-70 кВт.

Почему СЭС в любом случае будет выгодной

Благодаря собственно выработанной электроэнергии, техника на электротяге не будет больше нуждаться в платной заправке. Вам не нужно будет хранить крупные запасы дизельного топлива и смазочных материалов на складе. Это сэкономит время и средства на обслуживание.

Кроме того, учитывая прогнозы о повышении цен на электричество почти на 20% в 2019 году и на столько же в 2020, со временем намного выгоднее будет пользоваться собственно выработанным электричеством, чем государственным. Но, это еще не все преимущества энергонезависимости.

Представьте, что посреди сезона Вам нужно зарядить трактор, а сеть обесточилась. На окраинах городов и в селах это случается достаточно часто. В итоге получится простой и отставание от графиков обработки поля. Солнечная электростанция компенсирует это электричество, и техника выйдет в поле своевременно.

Автономным электричеством Вы будете пользоваться только в сезон, когда техника будет в поле. Что же делать в зимний период?

Зарабатывать деньги по «зеленому тарифу». Чтобы солнечные панели не простаивали впустую, например, зимой или в промежутке полевых работ, продавайте произведенное электричество государству по завышенной стоимости. Тарифная ставка для предприятий: 0,15 €/кВт*ч для наземных и 16 €/кВт*ч для накрышных станций.

Порядок оформления «зеленого тарифа» отличается, исходя из мощности СЭС. Например, электростанция выше 30кВт считается промышленной и у нее более сложное юридическое оформление.

Таким образом, даже не в сезон Вы будете получать прибыль за каждый выработанный, но не потраченный киловатт и точно не останетесь в минусе. Обычно окупаемость таких СЭС составляет 5-6 лет, а срок эксплуатации больше 25 лет.

Чтобы солнечная электростанция работала долго и эффективно, покупайте оборудование у проверенных поставщиков.

Где лучше купить зарядную станцию и солнечные панели

Так как приобретенное Вами оборудование будет применяться в промышленных целях, оно должно отвечать высокому уровню надежности. Любой простой из-за поломок и ремонта выльется в убытки. Чтобы этого не допустить, не покупайте самое дешевое, что найдете. Высока вероятность, что его делают в Китае и качество оставляет желать лучшего.

Для покупки лучше обращайтесь к поставщикам с опытом работы с предприятиями. Обычно они уже знают в каком режиме будет эксплуатироваться та же зарядная станция или солнечный инвертор, и подберут подходящие модели.

Например, киевская компания «АксиомПлюс» уже 13 лет работает с предприятиями Украины. Они продают электрозаправочные станции, а также снабжают модульными панелями й инверторами промышленные и бытовые солнечные электростанции (СЭС).

Компания предлагает однофазные и трехфазные зарядные станции для электротранспорта от ABB (Швейцария) и Circontrol (Испания), обладающие высоким европейским качеством и надежность. Скоростные модели представлены португальским брендом Efacec. Благодаря повышению напряжения тока до 500В, выходная мощность на выходе составляет от 25 кВт до 50 кВт. С ней тот же ХТЗ-3512 Edison зарядится за час или полтора.

Если Вам понравился проект с солнечной электростанцией, компания предлагает:

  • солнечные инверторы ведущих брендов Fronius, Huawei и LogicPower;
  • модульные панели от всемирно известных производителей Amerisolar и Ja Solar;
  • готовые решения СЭС.

Сотрудничать с одним поставщиком намного проще и выгоднее, так как при крупном заказе Вы получите скидку. Помимо реализации, компания еще занимается монтажом оборудования, так что Вам не нужно будет искать подрядчиков. Тем более никто не знает свой товар лучше, чем продавец, что гарантирует быструю и качественную установку.

Чтобы Ваша ферма действительно стала более экономичной и независимой, переходите на электротягу. Установив солнечные батареи, Вы будете пользоваться бесплатным и неиссякаемым электричеством, а продавая лишние киловатты государству, получите дополнительный источник прибыли.

Больше не придется тратить средства и время на обслуживание тракторов с дизельными двигателями, хранение крупных запасов топлива к ним и частым ремонтам из-за быстрой изнашиваемости деталей. Исходя из того, что все больше компаний заинтересованы в переводе сельхозтехники на электротягу, это только вопрос времени. Будущее сельхозтехники за электричеством, к нему осталось только сделать шаг.

В статье использовались материалы с сайта axiomplus.com.ua