Первая страница → Мысли вслух → Электромобили
Все больше кажется, что попытки протолкнуть в массы электромобили являются большой аферой в НАСТОЯЩЕЕ ВРЕМЯ. Возникает ощущение, что нас пытаются убедить в полезности некоего продукта, от которого на самом деле веет непонятным душком. Под видом новинки нам пытаются продать абсолютно сырой товар - электромобили. На эту мысль постоянно наталкивает непонимание того, почему характеристики электромобилей, как ‘передового продукта’, по сравнению с привычными автомобилями нас никак, мягко говоря, не впечатляют.
Давайте воспользуемся абсолютно открытой информацией и сравним принципиальную эффективность применения обычного бензина и электричества для самобеглых колясок.
Посмотрим, что у нас есть в обычном авто. Энергоемкость одного килограмма топлива типа АИ95 или аналогичного находится на уровне 47 МДж. В более удобной для сравнения системе единиц это составляет 13 кВт*ч/кг. Чтобы привести энергоемкость килограмма топлива ко входу трансмиссии, т.е. учесть КПД силовой установки, воспользуемся средним (и пессимистическим) значением КПД для бензиновых двигателей внутреннего сгорания. Он составляет около 20%, поэтому приведенная ко входу трансмиссии энергетическая емкость топлива составит 2.61 кВт*ч/кг.
Что у нас на стороне электротяги? Одна из лучших и эффективных батарей, выпускаемых промышленностью на настоящее время – литий-ионная LEV50 фирмы Lithium Energy Japan. Масса каждого элемента 1.8 кг, выдаваемое напряжение 3.75 В, емкость 50 А*ч, что в результате дает энергоемкость 187.5 Вт*ч. Приведем это к единице массы и получим 0.104 кВт*ч/кг. Далее, опять же, приведем ко входу трансмиссии, чтобы учесть КПД электродвигателя (в среднем это около 80%), и получим величину 0.083 кВт*ч/кг. Эта величина будет еще приблизительно на 10% ниже, если в электромобиле применен двигатель переменного тока и потребуется преобразователь постоянного напряжения батареи в переменное.
А вот теперь сравним две полученные цифры - 2.61 кВт*ч/кг для бензина и 0.083 кВт*ч/кг для батареи. Как мы видим, разница приведенной удельной энергоемкости более чем в 30 раз (!!!) в пользу бензина!
Это значит, что эквивалентом 50-литровому бензобаку является батарея массой около 1150 кг! Сейчас для обычного автомобиля массой около 1.5 тонн полезная нагрузка составляет до 500 кг. Получается, что электромобилю придется возить свои батареи, а не пассажиров и полезный груз. Тупиковая ситуация – чем больше мы захотим установить батарей для большего пробега, тем больше энергии будет расходоваться на перемещение этих батарей и эффективность использования имеющейся на борту энергии будет падать.
Еще одним ОЧЕНЬ существенным эксплуатационным фактором является время восстановления запасенной энергии в повозке. Для бензиновых это одна-две минуты для заправки бака, а для электромобилей с батареями это часы и, если отсутствует инфраструктура с суперчаджерами, десятки часов зарядки.
Еще немного цифр.
В 60 л бензобаке у вас находится приведенной энергии (с учетом КПД двигателя) около 116 кВт*ч. (Для справки: 34.8 МДж * 60 л * 0.2 / 3.6 = 116 кВт*ч, где 34.8 МДж - энергоемкость 1 л бензина АИ-95)
При работе с батареями часто забывается, что батарея - устройство с постоянным напряжением и для зарядки ее от сети требуется преобразование переменного тока в постоянный. Для работы с двигателем переменного тока, а именно их чаще всего используют в электромобилях, нужно обратное преобразование. С учетом эффективности самих батарей (Около 92%, по данным Тесла), процесс зарядки и выдачи энергии в двигатель уже не выглядит таким безобидным: 0.9 * 0.92 * 0.9 = 0.745. Получается, что использование электроэнергии в самобеглой коляске не так уж и эффективно - 74.5% ее расходуется на хранение и с учетом КПД электромотора 80% в сумме в тепло переводится более 40% энергии (КПД < 60%). В электромобиле Тесла с самой мощной доступной в настоящее время батареей 90 кВТ*ч к трансмиссии подводится 90 кВт*ч * 0.9 * 0.8 = 64.8 кВт*ч, а в более доступном Nissan LEAF 30 кВт*ч * 0.9 * 0.8 = 21.6 кВт*ч. Мы видим, что электромобили качественно отстают от бензиномобилей.
Лучшие блоки батарей весом в сотни килограмм набирают от 16 до 24 кВт*ч за 8-11 часов зарядки или около того, учитывая возможности наших электросетей. При этом, типовой автомобиль массой до 1.5 т на 100 км расходует в достаточно экономичном режиме те же 20-24 кВт*ч. Это говорит о том, что после ночной зарядки на следующий день дальше 100 км от дома лучше не удаляться.
Все выше сказанное объясняет почему в настоящее время современные электромобили в нормальном эксплуатационном режиме не способны проехать больше полторы сотни километров, особенно при относительно низких температурах. И пока эффективность запасаемой энергии с помощью батарей (кВт*ч/кг) не будет улучшена как минимум НА ПОРЯДОК, и не будет так сильно зависеть от температуры, нет смысла выводить данную технологию из лабораторий.
С различными гибридомобилями ситуация похожа – они наследуют недостатки обеих систем. Это 'недобензиномобиль’ и ‘недоэлектромобиль’. Первый вынужден возить большую часть времени массу дополнительного «железа» в виде электродвигателей и разряженных батарей. В электрорежиме, в свою очередь, он очень быстро выдыхается имея никудышный запас электроэнергии и, опять же, вынужденный возить тяжелый бензиновый двигатель. Эту неэффективность они могут как-то компенсировать за счет рекуперации энергии при торможении, но это работает только в городских режимах, а на трассе экономии не заметно. Именно по этим причинам в реальной эксплуатации никак не получается доказать энергетическую эффективность гибридов (в л/100км), т.к. все время находится какой-нибудь бензиномобиль или, тем более, дизель с меньшим расходом.
С экологией тоже не все так безоблачно и у электромобилей. Электричество в розетке не берется ниоткуда. По данным той же Тесла, например, в Сингапуре при генерации электроэнергии выбросы СО2 составляют в среднем по всем источникам 0.5 кГ/кВт*ч. Так как самобеглая коляска (электро- или автомобиль) расходует около 24 кВт*ч энергии на 100 км, то выбросы СО2 составят 120 г/км у электромобиля. У бензиномобиля по данным производителей выбросы составят в среднем от 170 г/км. Согласитесь, разница не так уж и велика. А в регионах с большей долей генерации на угле электромобили оказываются даже вреднее.
Так зачем же нам все время пытаются «впарить» эти якобы экологичеки чистые средства передвижения, чья экологичность на самом деле находится под очень большим вопросом?
P.S.
Нельзя не упомянуть о современном чудо-электромобиле Tesla Model S. Несмотря на всеобщее восхищение и ажиотаж вокруг данного транспортного средства, реальный (!) пробег на одной "заправке" даже для одной из самых продвинутых версий оного с батареей 85 кВт*ч в теплую погоду не превышает 300 км. При этом, вес батарейного блока составляет аж 544 кГ, т.е. четверть веса автомобиля. Во всяком случае, с таким бензобаком можно уехать ну очень далеко :-)
Тем не менее, выдающиеся для электромобиля характеристики получены исключительно благодаря пальчиковым Li-Ion аккумуляторам Panasonic 18650, установленным в количестве 7104 шт. в каждом батарейном 85 кВт*ч блоке. Легко рассчитать достигнутые удельные параметры энергоемкости. Это 0.156 кВт*ч/кг для блока батарей и 0.125 кВт*ч/кг приведенные ко входу трансмиссии. Улучшение в полтора раза! ... И отставание от углеводородного топлива "всего" в 20 раз. Шаг в правильном направлении, но о-о-о-чень маленький. Достаточен ли он, чтобы считать технологию созревшей для массового применения? Ответ очевиден.
Ссылки:
http://en.wikipedia.org/wiki/Fuel_efficiency
http://en.wikipedia.org/wiki/Energy_conversion_efficiency
https://en.wikipedia.org/wiki/Tesla_Model_S#cite_note-rope-55
https://www.atraining.ru/trainers/karmanov/myths-and-truth-elon-musk/
Страница создана: 15:20 27.04.2013 Последние изменения: 19.03.2017