19 kwietnia 2019


Poprawna odpowiedź na to pytanie jest złożona i brzmi następująco: Po pierwsze, zależy z jakiego źródła pobieramy energię elektryczną do ładowania akumulatorów i jaki jest wpływ wytworzenia i recyklingu takiego pojazdu na środowisko naturalne. Jeżeli tym źródłem są elektrownie wiatrowe, fotowoltaika lub elektrownie wodne to samochód elektryczny może być ekologiczny w aspekcie eksploatacyjnym. Jeżeli natomiast energia elektryczna jest wytwarzana w elektrowniach spalających paliwo kopalne, to samochód elektryczny jest szkodliwy dla środowiska naturalnego. Po drugie, koszty wytworzenia i recyklingu samochodu elektrycznego powinny być porównywalne lub niższe od tych samych kosztów dla samochodu z silnikiem spalinowym.

Jerzy Mydlarz

Aspekt energetyczny ruchu pojazdu z napędem elektrycznym w porównaniu do pojazdu z silnikiem spalinowym
Poniżej przeprowadzono proste rozumowanie dotyczące wykorzystania energii przez samochód elektryczny zasilany energią wytwarzaną przez elektrownię cieplną. Załóżmy, że do wytwarzania energii elektrycznej wykorzystamy elektrownię cieplną spalającą olej opałowy, który jest zbliżonym paliwem do oleju napędowego stosowanego w silnikach z zapłonem samoczynnym, zwanych potocznie dieslami. Takie założenie umożliwi obiektywne porównanie dwóch rodzajów pojazdów. Zakładamy, że pewna ilość paliwa dostarcza 100% energii do zasilania samochodu elektrycznego. Energia ta przetworzona zostaje w elektrowni na energię elektryczną. Sprawność elektrowni cieplnej nie przekracza 46%. Powstała w generatorze energia elektryczna zostaje przetworzona, w celu zmniejszenia tzw. strat przesyłania i zmniejszenia przekroju przewodów na energię elektryczną o wysokim napięciu. Sprawność transformatora wysokiego napięcia wynosi około 95%, zaś sprawność przesyłania energii za pomocą linii wysokiego napięcia wynosi około 88%. Przed przystąpieniem do wykorzystywania energii elektrycznej do naładowania akumulatorów samochodu elektrycznego, należy tę energię ponownie przetworzyć. W pierwszej kolejności należy obniżyć napięcie z wysokiego do średniego, a następnie ze średniego do niskiego. Sprawność każdego z procesów wynosi około 95%.

eco
Wyk. 1

Ponieważ akumulator jest ładowany prądem stałym o niższym napięciu niż w sieci (230 V), należy prąd elektryczny przetworzyć ze zmiennego na stały i raz jeszcze obniżyć jego napięcie. Przyjęto, że sprawność urządzenia elektronicznego ładującego akumulator, zwanego potocznie prostownikiem lub ładowarką, wynosi około 93%. Akumulator, w którym jest zgromadzona energia elektryczna też ma określoną sprawność, wynoszącą około 99%.
Mając naładowany akumulator możemy rozpocząć jazdę. Energia elektryczna jest przekazywana do silnika elektrycznego samochodu przez sterownik elektroniczny, który dopasowuje pobór mocy do sytuacji ruchowej samochodu. Jego sprawność wynosi około 95%. Silnik elektryczny ma zbliżoną sprawność, która wynosi około 96%. Pomiędzy silnikiem elektrycznym a kołami pojazdu znajduje się przekładnia zębata. Nawet w najprostszym przypadku, gdy stanowi ją para kół zębatych, jej sprawność wynosi około 98%. W nowych rozwiązaniach konstrukcyjnych układów napędowych samochodów elektrycznych widać trend wzrostu ilości przełożeń, potrzebny do poprawy dynamiki i rekuperacji energii w czasie hamowania, co spowoduje dalszy spadek sprawności. Jeżeli przemnożymy wszystkie cząstkowe sprawności, to okaże się że ze 100% energii zawartej w paliwie na koła dociera około 29%. Jest to skutek wielokrotnego przetwarzania energii. Nawet jeśli dane rzeczywistych urządzeń różnią się nieco od średnich wartości przyjętych na podstawie ogólnodostępnych źródeł, to rezultat jest łatwy do przewidzenia. Kolejne fazy jej przetwarzania wyliczono raz jeszcze poniżej:
Sprawność elektrowni cieplnej – 46%
Sprawność transformatora wysokiego napięcia – 95%
Sprawność przesyłania energii – 88%
Sprawność obniżenia napięcia z wysokiego na średnie – 95%
Sprawność obniżenia napięcia ze średniego na niskie – 95%
Sprawność prostownika do ładowania akumulatora – 93%
Sprawność akumulatora – 99%
Sprawność inwertora – 95%
Sprawność silnika elektrycznego – 96%
Sprawność przekładni zębatej – 98%

 

cały artykuł dostępny jest w wydaniu 3 (138) marzec 2019