Енергетичні аспекти розвитку автомобільного транспорту

Юрій Бороденко; Андрій Гнатов; Щасяна Аргун; Павло Сохін

doi:10.30977/AT.2219-8342.2023.53.0.05

Автор(и)

Юрій Бороденко Харківський національний автомобільно-дорожній університет, вул. Ярослава Мудрого, 25, м. Харків, 61002, Україна https://orcid.org/0000-0002-2491-6799
Андрій Гнатов Харківський національний автомобільно-дорожній університет, вул. Ярослава Мудрого, 25, м. Харків, 61002, Україна http://orcid.org/0000-0003-0932-8849
Щасяна Аргун Харківський національний автомобільно-дорожній університет, вул. Ярослава Мудрого, 25, м. Харків, 61002, Україна https://orcid.org/0000-0001-6098-8661
Павло Сохін Харківський національний автомобільно-дорожній університет, вул. Ярослава Мудрого, 25, м. Харків, 61002, Україна https://orcid.org/0000-0002-2823-2239

DOI:

https://doi.org/10.30977/AT.2219-8342.2023.53.0.05

Ключові слова:

джерело енергії, енергетична щільність палива, альтернативні приводи, гібридна силова установка, тягова батарея, паливні елементи, сонячні батареї, криогенні установки, автомобільний транспорт

Анотація

Проблема. Основними завданнями вдосконалення автомобільного транспорту є підвищення його паливно-економічних та екологічних показників. Під паливом, у широкому сенсі, розуміють енергоносії, які використовуються для приведення силової установки автомобіля в дію. Потенційні енергоносії розосереджені в надрах землі, на її поверхні, у атмосферному повітрі, і навіть у космосі. Причому, деякі з них існують у різних субстанціях. Ефективність використання енергетичного продукту, з одного боку, оцінюється його енергоємністю, з іншого – витратами на його одержання (транспортування) і якістю перетворення на споживчий вид енергії. Особлива увага приділяється відновлюваним і не лімітованим видам енергетичного середовища. Мета. Метою дослідження є якісний аналіз напрямків розвитку автомобільного транспорту з позицій застосування альтернативних джерел енергії з урахуванням чинників які комплексно визначають економічні та екологічні показники на етапах добичі і переробки викопної сировини, виробництва енергетичних установок та перетворення, трансформації і транспортування енергії в галузі транспортних технологій. Методологія. Перший напрямок полягає в адаптації (конвертації) конструкції теплових ДВЗ під альтернативні види рідкого або газоподібного палива. Перевагою такого підходу є мінімальні витрати на конвертацію двигуна та виробництво палива. Другий підхід передбачає використання гібридних силових установок композиція яких складається з основного і допоміжного двигуна, джерела або накопичувача енергії, перетворювача енергії, системи рекуперації при гальмуванні. Третій напрямок це використання не традиційних джерел енергії. Результати. Визначені напрямки розвитку силових установок автотранспортних засобів, пов’язаних з підвищенням щільності енергії вуглеводних видів палива, застосуванням гібридних силових установок і використанням альтернативних джерел енергії. Дана якісна оцінка розглянутим підходам. Оригінальність. Розглядається комплексний підхід до оцінки ефективності використання альтернативних видів енергії на автомобільному транспорті, з боку енергетичних, економічних та екологічних показників. Практичне значення. Отримані результати можуть розглядатися як рекомендації при складанні планів розвитку галузей здобичі викопних і трансформації інших енергетичних ресурсів, розробці технологій автотранспортних засобів та транспортної інфраструктури з урахуванням природних і промислових потенціалів країни

Біографії авторів

Юрій Бороденко, Харківський національний автомобільно-дорожній університет, вул. Ярослава Мудрого, 25, м. Харків, 61002

к.ф-м.н., доцент. каф. автомобільної електроніки

Андрій Гнатов, Харківський національний автомобільно-дорожній університет, вул. Ярослава Мудрого, 25, м. Харків, 61002

д.т.н., проф., завідувач каф. автомобільної електроніки

Щасяна Аргун, Харківський національний автомобільно-дорожній університет, вул. Ярослава Мудрого, 25, м. Харків, 61002

д.т.н., проф. каф. автомобільної електроніки

Павло Сохін, Харківський національний автомобільно-дорожній університет, вул. Ярослава Мудрого, 25, м. Харків, 61002

аспірант кафедри автомобільної електроніки

Посилання

Gnatov, A., Argun, S., & Rudenko, N. (2017). Smart road as a complex system of electric power generation. In 2017 IEEE First Ukraine Conference on Electrical and Computer Engineering (UKRCON) (pp. 457-461). IEEE.

A review on electric vehicles: Technologies and challenges. / Sanguesa J. A. et al. Smart Cities, 2021. 4 (1), Р. 372-404.

Nick Hazleton. Everything You Should Know About The Compressed Air Car. (2022). URL: https://www.hotcars.com/air-fuel-car-everything-should-know/ (дата звернення 23.10.2023).

Hnatov, A., & Arhun, S. (2017). Energy saving technologies for urban bus transport. International journal of automotive and mechanical engineering, 14(4), 4649-4664.

Рогозін, І. В., Новічонок, С. М., Гнатов, А. В., & Рогозіна, А. І. (2018). Спосіб розрахунку основних параметрів гібридного силового агрегату для спеціалізованих автотранспортних засобів. Vehicle and electronics. Innovative technologies, (13), 5-12. Rohozin, I. V., Novichonok, S. M., Hnatov, A. V., & Rohozina, A. I. (2018). Sposib rozrakhunku osnovnykh parametriv hibrydnoho sylovoho ahrehatu dlia spetsializovanykh avtotransportnykh zasobiv. [The method of calculating the main parameters of a hybrid power unit for specialized motor vehicles]. Vehicle and electronics. Innovative technologies, (13), 5-12. [in Ukrainian].

Мехатронні системи автомобіля. Частина 1. Силовий привід: підручник / Ю.М. Бороденко, А.В. Гнатов, Щ.В. Аргун. – Харків : Мачулін, 2023. – 300 с. Mekhatronni systemy avtomobilia. Chastyna 1. Sylovyi pryvid [Mechatronic systems of the car. Part 1. Power drive]: textbook / Yu.M. Borodenko, A.V. Hnatov, Shch.V. Arhun. – Kharkiv : Machulin, 2023. – 300 р. [in Ukrainian].

Arhun, S., Hnatov, A., Mygal, V., Khodyriev, S., Popova, A., & Hnatova, H. (2020, April). An Integrated System of Alternative Sources of Electricity Generation for Charging Urban Electric Buses. In 2020 IEEE 40th International Conference on Electronics and Nanotechnology (ELNANO) (pp. 619-624). IEEE.

Розробка комбінованої енергетичної установки на базі пневмодвигуна з використанням поновлювальних джерел енергії для міського автотранспорту. Заключний: науково-дослідна робота / Гнатов А. В., Аргун Щ. В. та ін. Харків : ХНАДУ, 12.2022. № держреєстрації 0121U109611. 321 с. Rozrobka kombinovanoi enerhetychnoi ustanovky na bazi pnevmodvyhuna z vykorystanniam ponovliuvalnykh dzherel enerhii dlia miskoho avtotransportu [Development of a combined power plant based on a pneumatic engine with the use of renewable energy sources for city vehicles]. Hnatov A. V., Arhun Shch. V. ta in. Kharkiv : KhNADU, 12.2022. № derzhreiestratsii 0121U109611. 321 р. [in Ukrainian].

Protean electric’s in-wheel motors could make EVS M. URL: https://spectrum.ieee.org/protean-electrics-inwheel-motors-could-make-evs-more-efficient (дата звернення 23.03.2023).

In-wheel electric motors. URL: https://www.proteanelectric.com/wp-content/uploads/2018/04/In_Wheel_Electric_Motors_AFraser_ProteanV4.pdf (дата звернення 23.03.2023).

Nie C. et al. (2022) Pipe architecture optimization of the parallel Hydraulic-pneumatic hybrid system using a hydraulic transformer. Energy Conversion and Management. Т. 266. 115858.

Fijalkowski B. T. (2011) Automotive Mechatronics. Operational and Practical Issues. Volume I. Springer Heidelberg Dordrecht London New York, 593 p.

Wasbari F. et al. (2017) A review of compressed-air hybrid technology in vehicle system. Renewable and Sustainable Energy Reviews. Т. 67. Р. 935–953.

Nie C. et al. (2022) Pipe architecture optimization of the parallel Hydraulic-pneumatic hybrid system using a hydraulic transformer. Energy Conversion and Management. Т. 266. 115858.

Kuņicina, N., Zabašta, A., Romānovs, A., Pečerska, J., Ribickis, L., Hnatov, A., Shchasiana, A., Dziubenko, O., Rudenko, N., Borodenko, Y., Danylenko, K., Morkun, N., Zavsiehdashnia, I., Sistuk, V., Monastyrskyi, Y., Ruban, S., Tron, V., Peuteman, J. (2022): підручник/ Cyber-Physical Systems for Clean Transportation. Rīga: RTU Izdevniecība, 391 p.

S. Palani. Performance Analysis of Electro-pneumatic Hybrid Vehicle with ANSYS. (2022). URL: https://link.springer.com/chapter/10.1007/978-981-19-4606-6_24 (дата звернення 23.10.2023).

Korbut M., Szpica D. (2021) A review of compressed air engine in the vehicle propulsion system. Sciendo. Acta Mechanica et Automatica, 2021. Vol. 15, № 4. Р. 215–226.

Amey D. More1. Air Powered Vehicle. (2021) International Research Journal of Engineering and Technology (IRJET). Volume: 08 Issue: 09 | Sep Р. 1776–1782. URL:

https://www.irjet.net/archives/V8/i9/IRJET-V8I9283.pdf (дата звернення 23.03.2023).

Zwierzchowski J. (2017) Design type air engine Di Pietro. EPJ Web of Conferences. EDP Sciences, Т. 143. Р. 02149.

Florin Tiby. O2 Pursuit Air-Powered Motorcycle Does 87 mph. (2012). https://www.autoevolution.com/news/o2-pursuit-air-powered-motorcycle-does-87-mph-photo-gallery-51467.html (дата звернення 23.10.2023).

Гнатов А. В., Аргун Щ. В., Трунова І. С. (2016) Теорія електроприводу транспортних засобів: підручник. Харків : ХНАДУ, 292 с. Hnatov A. V., Arhun Shch. V., Trunova I. S. (2016) Teoriia elektropryvodu transportnykh zasobiv [Theory of the electric drive of vehicles]: textbook. Kharkiv : KhNADU, 292 s. [in Ukrainian].

Hnatov, A., Patlins, A., Arhun, S., Kunicina, N., Hnatova, H., Ulianets, O., & Romanovs, A. (2020, September). Development of an unified energy-efficient system for urban transport. In 2020 6th IEEE International Energy Conference (ENERGYCon) (pp. 248-253). IEEE.

Гнатов А. В., Аргун Щ. В., Гнатова Г. А. (2019) Тягові характеристики силової установки електробуса. Науковий вісник Херсонської державної морської академії. Т. 2, №. 21. С. 36-43. Hnatov A. V., Arhun Shch. V., Hnatova H. A. (2019) Tiahovi kharakterystyky sylovoi ustanovky elektrobusa. [Traction characteristics of the electric bus power plant]. Naukovyi visnyk Khersonskoi derzhavnoi morskoi akademii. 2019. T. 2, №. 21. Р. 36-43. [in Ukrainian].

Borodenko, Y., Ribickis, L., Zabasta, A., Arhun, S., Kunicina, N., ZHIRAVETSKA, A., ... & Kunicins, K. (2020). Using the method of the spectral analysis in diagnostics of electrical process of propulsion systems power supply in electric car. Przegląd Elektrotechniczny= Electrical Review.

Kravchenko M. B. (2017) Application of the Open Cycle Stirling Engine Driven with Liquid Nitrogen for the Non-Polluting Automobiles / Refrigeration Engineering and Technology. Т. 53, №. 5.

Р. 23-32.

Technical and economic calculation of a solar-powered charging station for electric vehicles. / Hnatov A. V., Arhun S. V., Hnatova H. A., Sokhin P. A. Автомобільний транспорт. Харків : ХНАДУ, 2021. Вип. 49. Р. 71-78.

A review on electric vehicles: Technologies and challenges. / Sanguesa J. A. et al. Smart Cities, 2021. 4(1), Р. 372-404.

Patlins, A., Hnatov, A., Arhun, S., Hnatova, H., & Saraiev, O. (2022, May). Features of converting a car with an internal combustion engine into an electric car. In 2022 IEEE 7th International Energy Conference (ENERGYCON) (pp. 1-6). IEEE.

Стеблина Д. В. (2020) Технологія бездротової передачі електроенергії та її продукування за рахунок потенціалу електромагнітного поля землі. / Відновлювана енергетика та енергоефективність у XXI столітті: В 42 матеріали XXI міжнародної науково-практичної конференції (Київ, 14-15 травня 2020 р.). Київ: Інтерсервіс, 2020. 823 с. Steblyna D. V. Tekhnolohiia bezdrotovoi peredachi elektroenerhii ta yii produkuvannia za rakhunok potentsialu elektromahnitnoho polia zemli. [Technology of wireless transmission of electricity and its production due to the potential of the earth's electromagnetic field] / Vidnovliuvana enerhetyka ta enerhoefektyvnist u XXI stolitti: V 42 materialy XXI mizhnarodnoi naukovo-praktychnoi konferentsii (Kyiv, 14-15 travnia 2020 r.). Kyiv: Interservis, 823 р. [in Ukrainian].