Про электромобили

Справочные данные:

Удельная теплота сгорания нефти – 41 МДж/кг
Удельная теплота сгорания бензина – 42,7 МДж/кг
Плотность бензина - 750 кг/м³
КПД газовой турбины – 60%
КПД бензинового ДВС – 20% (тепловые потери – 35%, топливные потери – 25%, механические потери – 20%)
КПД дизельного ДВС – до 40%
Преобразование механической мощности в электрическую и наоборот – ~100%
КПД современных аккумуляторов (разряд/заряд) - ~90%
КПД преобразования переменного тока в постоянный в зарядном устройстве - ~80%

Теперь сравниваем полезную работу, совершённую 1 литром бензина в обоих случаях

1. Бензиновый ДВС

42,7 МДж *0,2*0,75 =6,4МДж.

2. Дизельный ДВС

42,7 МДж *0,4*0,75=12,8МДж.

3. Электрический

42,7 МДж *0,6*0,75*0,9*0,8=13,8МДж.

Таким образом, имеем у электромобиля показатели, сходные с дизельным двигателем и заметно лучшие чем у бензинового ДВС.

Стоимость

Берём за стоимость литра бензина, например, 45 рублей.

Стоимость киловатт-часа, в среднем, 3 рубля.

Переведём мегаджоули в киловатт-часы. 1 Дж = 1 Вт * 1 сек.

1 кВт/час = 3600*1000=3,6 МДж.

Получаем, что стоимость электричества, эквивалентного сжиганию в бензиновом двигателе 1 литра бензина ценой в 40-45 рублей, составит примерно 5,5 рублей.

То есть разница по цене - в восемь раз!

Преимущества электромобиля

1. Электричество можно вырабатывать не только из нефтепродуктов, но и из угля (не экологично, зато дёшево), или более экологичных источников – газ, гидрогенеация, АЭС, солнце, ветер, прочая альтернативщина.

2. Электростанция может находиться далеко от города и не загрязнять города своим выхлопом. Газовые электростанции имеют минимум грязных выбросов, АЭС, ГЭС и «зелёная» энергетика вообще не имеет вредных выбросов.

3. Сами электромобили не имеют выхлопа, следовательно, не отравляют город.

4. Простота и стоимость электромобиля и автомобиля на ДВС.

5. Стоимость электричества в разы, а то и на порядок ниже, чем стоимость бензина и солярки.

6. Силовая установка электромобиля конструктивно в разы проще и легче (а значит и дешевле) двигателя внутреннего сгорания. В силу простоты электродвигателя, он гораздо надёжнее ДВС и требует гораздо меньше обслуживания. По большому счёту, там изнашиваются только два подшипника.

Система автомобиля	ДВС	Электро	Стоимость
Кузов и подвеска	Да	Да	Примерно равны
Двигатель
Система впрыска топлива	да	Нет
Блоки цилиндров и КШМ	Да	Нет
Система смазки и теплоотвода	да	нет
Система газораспределения и выхлопа	да	нет
Генератор	да	да
Электромоторы	нет	да
Система рекуперации энергии	нет	да
Элементы подвески	да	да
Коробка передач	да	нет
Сцепление	да	нет
Рабочий аккумулятор	нет	да
Система зарядки, управления и термостабилизации аккумулятора	нет	да	Нет движущихся деталей.

Таким образом, в электромобиле отсутствует сразу несколько систем, характерных для ДВС: двигатель с системой управления впрыском топлива, рабочими цилиндрами и кривошипно-шатунной группой, системой газораспределения и выхлопа, системой отбора мощности (сцепление, КПП).

Суммарно – это половина стоимости автомобиля.

Зато присутствуют:

- электродвигатель (двигатели)
- контроллер и система управления двигателем
- система контроля заряда-разряда
- система рекуперации энергии.

Вообще говоря, у электромобиля в разы меньше движущихся и трущихся частей. Все управляющие воздействия осуществляются электроникой, которую можно сделать очень надёжной и которая прослужит десятки лет.

Основные недостатки электромобиля…

По большому счёту недостаток один – как его заряжать (заправлять)?

Тут три проблемы.

Первое.

Предположим, что нам надо проехать под 500 км. Это эквивалентно сжиганию бака бензина литров в сорок. При плотности бензина в 0,71 кг/л это 28 килограммов бензина.

Я уж промолчу про то, что в багажник можно бросить пару канистр, что эквивалентно ещё одному полному баку.

То есть необходимо совершить работу (я взял самый экономичный режим езды и КПД ДВС в 20%)

28*42,7*0,2=240 МДж или 66,5 кВт*ч

Оценим в первом приближении необходимый ток при разумном времени заряда, скажем, в 10 часов и напряжении зарядной сети 220 вольт. Потери на преобразование оценим в 20%. Тогда

A=U*I*T => I=A/(U*T)*1,2=(66,5*10^3*1,2)/(220*10)=36 Ампер.

Вроде бы фигня-вопрос. Но где в условиях обычного города взять 40-50 ампер/220 вольт?

Посмотрите на свои автоматы в электрощитках. Там в пределе 16 Ампер.

В условиях американцев, где в сети 110 вольт, ток будет под 100 ампер.

И второе.

А если Вам надо проехать 1500 километров?

Даже если зарядные устройства будут стоять на каждом километре, то после полного разряда аккумулятора Вам придётся заночевать около «заправки». И это принципиально.

Выход, придуманный Илоном Маском – не заряжать батарею, а менять её на заряженную.
Тут своя беда. Батарея весит под тонну. Для замены требуется специальное оборудование и персонал. А это дополнительные расходы.

Запасных аккумуляторных батарей надо иметь много, чтобы заправлять хотя бы по одной машине в 10 минут. Это ещё расходы. Ну и утилизация отработавших батарей…

А сколько типов батарей? Если они не будут унифицированы, то под каждого производителя придётся строить свои «заправки». А это уже совсем нонсенс.

И кто Вам расскажет, сколько лет поставленной батарее, как далеко зашла её деградация, в каких режимах она заряжалась и эксплуатировалась раньше? Нет ли в ней элементов, которые вот-вот коротнут и ваша батарея превратится в серьёзный термический боеприпас, эквивалентный небольшой авиабомбе.

Третье.

Эксплуатация при минусовых температурах. У каждого есть мобильник и каждый знает, что на морозе он мгновенно теряет заряд. Не думаю, что на электрокаре, простоявшем сутки при минус 20 можно далеко уехать.

Пожалуй хватит…

Итак, электромобиль имеет несомненные преимущества перед бензиновым или дизельным двигателем (в определённых условиях). Особенно для экологии больших городов. Да и стоить он должен существенно дешевле, чем машина с ДВС, ибо он гораздо проще.

Так что же мешает повальному внедрению электровозов? Да много что.

1. При массовом переходе на электровозы, катастрофически возрастёт нагрузка на городскую электросеть. Даже не в разы, а сотни и тысячи раз. Этот избыток, во-первых, надо где-то взять (строить новые электростанции и чем-то их топить. Чем? Мазутом? Газом? Атомом? Ну не солнышком/ветром же…), во-вторых, надо перестраивать значительную часть электросетей.

2. Необходима полная унификация силовых аккумуляторов, чтобы не плодить сотни зарядных станций под каждого производителя и иметь огромный запас готовых к эксплуатации батарей.

Как мне думается, именно поэтому все выпускаемые сегодня электровозы – это единичные экземпляры для ОЧЕНЬ БОГАТЫХ ребят.

Совсем другим путём пошли прагматичные китайцы. У них самый распространённый электротранспорт – электромопеды для езды по городу. Дёшево и сердито. И заряжается от любой розетки. Всё унифицировано. Особенно элементы питания. Только емкость всё время увеличивается, а цена ампер-часа уменьшается. В отличие от «запада» у китайцев электротранспорт – маломощное средство передвижения для небогатых (абсолютное большинство), а не дорогущая сверхмощная тяжёлая и комфортабельная игрушка для богатеев (это камень в Илона Маска).

А вообще, электротранспорт появился раньше бензинового, ибо гораздо проще. И никого не удивляют трамваи и троллейбусы, ездящие по городу. В принципе, никого не удивляют электроавтобусы, которые ездят по замкнутым маршрутам по городу, и которые можно в автопарке заряжать каждую ночь. Самое лучшее и первое, что приходит в голову о применении электромобилей – внутригородской транспорт.

Для обычных городских жителей маленький недорогой электрический автомобильчик будет замечательным дополнением для езды по городу (с работы, на работу, ребёнка в садик, по магазинам). По большому счёту это 80-90% всех поездок. Но для этого надо несколько вещей:

1. Время зарядки аккумулятора должно исчисляться единицами часов.

2. Около работы должна быть зарядная станция с достаточным количеством (десятки-сотни) унифицированных зарядных мест.

3. Решить проблему с минусами температур при хранении автомобиля. Например, для всех электромобилей зимой нужен тёплый бокс. Во время зарядки около работы необходимо тратить дополнительную энергию для подогрева аккумулятора.

Ну и последнее - я задавался вопросом, а хватит ли литя на всех, если перейти на электровозы? Вроде-бы запасов лития на земле довольно много и дефицит этого металла нам не грозит. Зато грозит дефицит редкоземельных элементов для тех же батарей и микросхем. А где у нас на Земле основные запасы редкоземов? Правильно - в Китае.

Так что электромобили "на батарейках" - вполне перспективное направление развития. Только не всё сразу. Потребуется создание совершенно новой транспортной и энергетической инфрастуктуры. В первую очередь - огромное количество новых электростанций.

И надо трезво понимать сферу применимости электровозов. Самолёты, океанские корабли никогда не будут летать и плавать на батарейках. А в городе... Почему бы и нет?

Для тех, кто способен воспринимать большой объём информации на слух, на канале Асафьева Стаса есть прекрасный разбор ситуации с электрическими, спиртовыми, бензиновыми автомобилями от позапрошлого века до наших дней. Ролик называется НЕФТЬ и ЭКОЛОГИЯ. Спасут ли нас электромобили? Не пожалейте времени, оно того стоит.

 

С уважением,
ваш Marksman