Журнал «Агротехника и технологии»
Создание машин, работающих на электричестве, — очевидный мировой тренд. Уже более десяти лет активно разрабатываются, испытываются и производятся дроны, электромобили (в том числе грузовики, электромотоциклы) и даже лёгкие самолеты на электродвигателях. Однако, как бы удивительно это ни звучало, сама идея не нова и уходит корнями в XIX век. Не случайно в СССР уже в середине ХХ века использовались советские автомобили НАМИ. На данный момент вполне привычными являются электрические складские погрузчики и иные мелкие подсобные машины, эксплуатация которых имеет выраженное целевое назначение или отвечает на ограничения использования механизмов с выхлопом отработанных газов. Так почему же именно сейчас электромашины стали считаться трендом? Своими размышлениями об этом с журналом «Агротехника и технологии» поделились члены правления ассоциации «АСХОД» Александр Алтынов и Павел Репников
С одной стороны, тренд на электромашины объясняется стремлением защитить окружающую среду, в объективной необходимости снижения выхлопов, хотя он и не убирает с повестки сопутствующую тему возникновения самой энергии для зарядки батарей, а также проблему утилизации тех же самых аккумуляторов без вреда для природы и человека. В аспекте экологии мир пока живёт идеями часто дорогостоящей на входе зелёной генерации, довольно туманными технологическими перспективами разработки принципиально иных систем хранения энергии и ещё более призрачными надеждами на термоядерную энергию, сроки обуздания которой в известной шутке составляют «20 лет безотносительно момента возникновения вопроса». Остаётся и тема масштабного инфраструктурного покрытия, которая в той или иной степени находит своё решение лишь на ограниченном пространстве небольшого числа стран. С другой стороны, по сравнению с топливными, электромашины быстрее и дешевле в обслуживании и сервисе, более универсальны в технических решениях, то есть в унификации, а, стало быть, и с выходом на комплектующие, что хорошо для производящего бизнеса и часто для клиента.
Отдельный большой блок вопросов касается непосредственно аккумуляторов: они чувствительны к температурным режимам, имеют мощностные ограничения, напрямую влияющие на вес. Нельзя не упомянуть и про скорость возобновления заряда и прочих неудобствах и ограничениях. Впрочем, все эти проблемы постепенно решаются по мере развития технологий, хотя и не всегда в революционном ключе. Меняется состав батарей, ёмкость, методы зарядки, увеличивается срок службы
Постепенно тренд на электрические решения подбирается и к полевым тракторам. Все плюсы и минусы технологии в полной мере здесь воплощаются, дополнительно расширяясь аспектами удалённости от урбанизированной инфраструктуры, повышенного энергопотребления и многозадачности самих тракторов, которые отдельно от иного оборудования работают нечасто. При этом, параллельно с ведущимися изысканиями, нацеленными на развитие электроприводной техники, выходят на поверхность и факторы сдерживания:
Проблемы управления и контроля за рабочими органами в сельском хозяйстве. Для бесперебойной работы и эксплуатации агрегата на постоянной основе требуется оператор и сопутствующие системы (подвоз и загрузка семян и удобрений; прочистка семя- и тукопроводов от забивания; замена предохранительных и приводящих систем — болтов, ремней, цепей; замена расходных материалов: шпагата, плёнки, сетки; устранение попадания инородных предметов в сельхозмашину и прочее).
Доминирование производителей американо-европейских машин с устоявшимся высокотехнологичным производством, которые не готовы, в отличие от автомобильного сегмента, массово переходить на новые платформы в виду созданного технологического задела. Хотя в принципе производители не отказываются от идеи развития электроприводной техники.
Технологические проблемы применения электропривода в полеводстве. Прежде всего, подавляющее большинство работ в сельском хозяйстве связано с постоянно изменяющимся сопротивлением почвы, механическими примесями (камни, глина, комковатость), неравномерной урожайностью, несущей способностью почвы. У механических систем преодоление изменяющихся нагрузок достигается возможностями и параметрами запаса крутящего момента традиционного двигателя, который и позволяет преодолевать кратковременное изменение нагрузки. Однако при электрическом приводе такая система действует неэффективно и требует накопленного запаса энергии для преодоления постоянно изменяющихся нагрузок. Но если раньше не было технологического решения по эффективному накоплению и отдаче электрической энергии при постоянном движении вперёд, без торможения (как в строительных машинах, для накопления энергии), то теперь подобные технологические возможности накопления энергии появились, поскольку после каждого повышения следует снижение нагрузки, что позволяет не только расходовать дополнительную энергию, но и накапливать её. Вторая технологическая проблема — это тепловой баланс электроприводных систем, в частности проводки, которая требует особого внимания из-за постоянных перепадов нагрузки. Технически в настоящее время есть несколько вариантов решения этой задачи, например, использование особых материалов при создании проводки, системы охлаждения (увеличивают стоимость ЭМТ) и софт по синхронизации передачи нагрузок с одного электропривода на другой без значительного увеличения нагрузки. Также предметом дискуссии является и тип электродвигателей, приемлемых для решения задач сельхозпроизводства.
Ресурсные ограничения. Только для автомобильной промышленности, по некоторым оценкам, переход на электричество потребует при текущих решениях чуть ли не 90% производимого лития и сопутствующих элементов, не говоря уже про потребности иных отраслей. Без качественного перехода на другие материалы в производстве аккумуляторов задача пока выглядит далёкой от реализации.
Ценовой аспект. Трудно сказать, сколько мог бы стоить 600-сильный электротрактор, но точно известно: выраженные успехи в продажах электромобилей в немалой степени связаны со значительными мерами государственной поддержки, льготами и стимулами. Естественным образом процесс нечасто выходит по объёмам за рамки узкой ниши «пионеров», серьёзно озабоченных вопросами экологии, и потому не оправдывает инвестиций в направление. Сколько придётся вливать субсидий, чтобы электротрактор оказался в разумном ценовом диапазоне, — вопрос пока открытый.
Но как бы мы не смотрели на плюсы и минусы технологии, начинать следует с вопроса: какие ограничения имеет традиционное решение, чтобы требовался переход на альтернативу обычному трактору? Что именно мы хотим найти в электротракторе, чего нет в его сложившемся виде? И должен ли быть трактор следующим в очереди на электрификацию и почему в списке приоритетов не ракета-носитель или круизный лайнер? Кроме общих слов о полезности и универсальности инновационных технологий в самых неожиданных сферах, частные ответы, возможно, не являются такими уж очевидными.
Электронное будущее
Полевые сельхозмашины с каждым годом всё больше насыщаются электроникой и электрическими системами контроля и управления. Всё больше сельхозпредприятий используют в работе навигационное оборудование и автопилотирование, возможности систем удалённого контроля и диагностики, сопряжённые системы на базе картирования
Электронные решения уже в существенной степени предопределяют ценность (и цену) полевой машины для агрария. Чем дальше, тем больше (в отличие от механической части). Нельзя исключать, что с инженерной точки зрения осталось очень узкое техническое поле для обеспечения конкуренции при стремительном переходе на электронную начинку. Однако, равно как и передача усилия механическим образом, электроника тоже может иметь выраженные физические пределы или целесообразность последовательного усложнения, удорожания и сервисных вопросов.
Другим важным аспектом, который уже заметен в отрасли, является темп инноваций, обусловленный среди прочего и возможностями разработки машин в виртуальной среде. Смена поколений машин занимает не 8-10 лет как раньше, а 2-3 года, и машины зачастую даже не успевают избавиться от «детских болезней», уступая позиции обновлённой линейки с расширенными возможностями. Это создаёт, например, огромное давление на западные рынки, заполняя дилерские центры едва поработавшими тракторами и комбайнами, возвращёнными по схемам трейд-ин. За короткий срок использования механические части не успевают утратить технологической актуальности, не говоря уже про остаточный ресурс службы. Снять такое нарастающее противоречие, полагаем, может модульный унифицированный вариант техники, в том числе, на электроплатформе, которую можно было бы обновлять в той или иной части по мере задач, возможностей и выхода новых решений. Тащить за собой сложную механику создания и передачи усилия, филигранно разработанную для частного тракторного решения, в указанной парадигме вряд ли целесообразно.
В нашей действительности, надо признать, наиболее производительные и функциональные машины для современных технологий российского сельскохозяйственного производства уже долгие годы завозят из заграницы. В основном, из Европы и Северной Америки, в силу схожести технологий и почвенно-климатических условий. Именно там располагаются мировые центры экспертизы и проявляет себя основной спрос на технологический прогресс. Отечественное сельхозмашиностроение, несмотря на значительные успехи последних лет, находится и будет ещё какое-то время находиться в позиции догоняющего. Сейчас очевидна критическая зависимость от внешних сложных компонентов, и создание собственной базы — задача на годы и многие миллиарды инвестиций. Двигатели, трансмиссии, мосты, редукторы, дифференциалы, гидрораспределители — вопрос, кроме времени и денег, огромной экспертизы и создания целых отраслей и производств, вплоть до станкостроения. Возможно, с учётом горизонта выхода на практические решения, целесообразнее проскочить этот этап и сконцентрироваться сразу на перспективных технологиях. С учётом того, что российские электромеханические заводы остаются на хорошем уровне, а некоторые производства уже выпускают конкурентоспособную иностранным аналогам продукцию, это может дать больший эффект. Лидерство определённых дружественных нам стран в отдельных элементах (аккумуляторы из Азии, например) вполне способно положительно сказаться на динамике развития отечественной техники.
Однако рассматривать вопрос только в одной предложенной плоскости было бы довольно однобоко. Ведь далеко не факт, что все полевые работы будут требовать тотальной электрификации. Поэтому было бы уместно посмотреть с позиции расслоения полевых задач в будущем. Ряд ныне выполняемых задач, есть основания полагать, не обязательно будут нуждаться в тракторе. Вполне вероятно, что отдельные операции найдут своё исполнение в иных формах. Например, внесение удобрений, посев, борьба с сорняками и болезнями будет поручено мелким роботизированным формам и дронам, а тракторам останутся тяжёлые операции работы с почвой — пахота, боронование
Здесь отчасти допустимо провести параллель с железнодорожными перевозками. Пассажирские перевозки очевидно требуют ускорения. Так появляются поезда на магнитной подушке, вакуумные лупы
Интересным в контексте электротрактора может показаться и вопрос будущего дилеров сельхозтехники. Наиболее вероятным сценарием, с учётом развития интернет торговли, станет переход на прямые продажи машин от производителей потребителям, как уже постепенно намечается в автобизнесе, вплоть до установленных на улицах вендинговых автоматов. Это находится в логике долгосрочного вытеснения дилеров из зоны продаж в сферу сервиса. Сервис, в свою очередь, в настоящий момент зиждется на глубокой технической экспертизе и защищённости каналов поставок запасных частей, особенно в части уникальных артикулов, не имеющих широкого альтернативного предложения. А экспертиза и запасные части напрямую связаны с технической сложностью и механическим износом огромного числа комплектующих, присущих текущей технологической платформе.
Переход к электротяге, унификация узлов, модульность решений, упрощение сервиса явно играют против дилеров, особенно для тракторного сегмента, определяющего дилерский бизнес, которые должны или противиться новациям, или искать выход в ранее отсутствовавшие сферы для самосохранения. Очевидно, что переход от механических к электроприводным системам значительно сократит количество сложных ремонтов, и постепенно будет сводиться к простой замене деталей (не требующей особых знаний, как замена лампочки и батареек), причём на электроприводных системах требования по зазорам, углам установки, усилиям затяжки значительно ниже, чем на механических системах.
Дилерам в таком случае придётся уходить в сферу ИТ поддержки экосистем автоматизированных и роботизированных ферм (что тоже сомнительно с позиции надвигающейся на человечество эры искусственного интеллекта) или в сферу предоставления полевых услуг, выдавливая контракторов (компании, оказывающие услуги фермерам по уборке или иным операциям).
В вышеописанном сценарии мелких роботизированных решений это может быть рой мини-роботов размерами от 20 до 70 см, которые десятками и сотнями, а то и тысячами, будут работать на полях по своей программе, заменяя большие и средние тракторы с соответствующей прицепной техникой, точечно уничтожая сорняки, обрабатывая растения питательными и защитными препаратами. Перевозка роя роботов не требует негабаритного тихоходного транспорта. Транспортировка в сотах содержания роботов позволит быстро перемещать такие устройства с поля на поле. На их работу практически не влияет несущая способность почвы, они не уплотняют подпочвенный горизонт, позволяют более эффективно использовать площади посевов из-за отсутствия технологической колеи и разворотных полос и прочее. Подобный слом уклада дилерского бизнеса носит выраженно революционный характер и может оказаться довольно болезненным, чему дилеры, скорее всего, закономерно воспротивятся. В пользу отложенного перехода говорит и ментальность аграрного бизнеса — одной из самых консервативных отраслей с длительным операционным циклом.
Таким образом при кажущейся простоте, вопрос об электрическом тракторе тянет за собой целый шлейф непростых задач от технологических до мировоззренческих, от экономических до экологических и ресурсных, поиск решений которых может занять не одно десятилетие даже при нарастающих темпах технического прогресса.
