Automobilių energijos šaltiniai ir jų efektyvumas

Šiuolaikiniame pasaulyje transporto sektorius ieško tvaresnių ir efektyvesnių sprendimų, atsisakydamas iškastinio kuro. Šioje srityje ypač išsiskiria elektromobiliai ir įvairių tipų hibridinės transporto priemonės, kurios naudoja skirtingus energijos šaltinius ir technologijas.

Elektromobiliai: elektra varomos transporto priemonės

Elektromobilis (EV) - tai transporto priemonė, varoma elektros energija, o ne iškastiniu kuru. Energija tiekiama iš baterijos į elektrinį variklį, kuris suka ratus. Elektromobiliai veikia tyliai, neskleidžia išmetamųjų dujų, pasižymi pigesne eksploatacija ir paprastesne technine priežiūra. Pagrindinė elektromobilio dalis - aukštos įtampos baterija, kaupianti energiją. Ši energija per inverterį perduodama į elektrinį variklį, kuris tiesiogiai suka ratus.

Elektromobiliai važiuoja naudodami tik elektros energiją iš baterijos ir yra įkraunami per išorinius šaltinius - namų arba viešą įkrovimo stotelę. Po grindų danga įrengtas akumuliatorius yra vienas svarbiausių elektromobilio komponentų. Jis kaupia važiavimui reikalingą energiją ir yra įkraunamas, automobilį prijungus prie įkrovimo stotelės arba sparčiojo įkrovimo lizdo. Šiuolaikinių elektromobilių varikliai savo galia nė kiek nenusileidžia vidaus degimo varikliams, nors ne visi elektromobiliai vienodai galingi - viskas priklauso nuo variklio ir akumuliatoriaus galios.

Elektromobilių įkrovimo infrastruktūra ir galimybės

Norint patogiai naudotis elektromobiliu kasdien, svarbu turėti patikimą ir efektyvią įkrovimo infrastruktūrą. Įkrovimas namuose galimas naudojant buitinę 220V rozetę ar specialią „wallbox“ stotelę. Viešosios įkrovimo stotelės yra įrengtos miestuose, prekybos centruose, degalinėse. Įkrovimo įranga yra universali ir suderinama su įvairiais tinklais (viešaisiais ir privačiais): 7,4 kW vienfazės kintamosios srovės, iki 22 kW trifazės kintamosios srovės, iki 130 kW nuolatinės srovės (sparčiojo įkrovimo stotelėse). Montavimo vieta turi būti lengvai pasiekiama ir apsaugota nuo oro sąlygų. Sieninės stotelės puikiai tinka garažams ar sienoms prie įvažiavimo, o pastatomos - atviresnėms erdvėms.

Baterijos ir nuvažiuojamas atstumas

Baterijos talpa lemia, kiek kilometrų elektromobilis nuvažiuos. Ji matuojama kilovatvalandėmis (kWh). Vidutinė talpa yra 40-80 kWh, o tai atitinka 250-400 km nuvažiuojamą atstumą. Baterijos tarnavimo laikas paprastai siekia 8-15 metų arba 150 000-300 000 km. Temperatūra tiesiogiai veikia baterijos efektyvumą. Žiemą elektromobilių veikimo nuotolis sumažėja maždaug 10 proc., net neįvertinus papildomos energijos naudojimo salono šildymui. Šaltuoju metų laiku rekomenduojama, kad baterijos likutis nenukristų žemiau 20 proc.

Panašiai kaip benzininiams automobiliams taikomas rodiklis „L/100 km”, taip ir elektriniams automobiliams taikomas panašus rodiklis: „kWh vienam kilometrui”. Šis rodiklis skiriasi priklausomai nuo elektromobilio, tačiau vidutiniškai daugumos elektromobilių 1 kWh elektros energijos iš akumuliatoriaus pakuotės leidžia nuvažiuoti apie 6 km. Vidutiniam Europos vairuotojui, kuris per dieną nuvažiuoja apie 50 km, elektromobiliui prireiks apie 8 kWh elektros energijos, kad įkrautų tai, ką jis naudoja.

Technologijos, didinančios efektyvumą

• Regeneracinis stabdymas: viena dažniausiai vairuotojų naudojamų elektromobilio funkcijų. Elektromobilis stabdant akumuliuoja kinetinę energiją ir naudoja ją baterijai įkrauti. Ši sistema naudoja kinetinę energiją, kuri prarandama automobiliui lėtėjant, ir grąžina ją atgal į bateriją.
• Šilumos siurblys: viena iš svarbiausių naujų technologijų, padedančių padidinti elektromobilio ridą, ypač žiemą. Šilumos siurbliai, kurie dabar yra papildoma daugelio elektromobilių įranga, sulaiko šilumą iš baterijų ir naudoja ją elektromobilio ridai padidinti. Elektromobilių šilumos siurblys įsiurbia orą iš lauko, jį suspaudžia, tada naudoja kondensatoriaus šilumą, kad pakeltų temperatūrą baterijoje arba automobilio salone. Reversiniai šilumos siurbliai taip pat gali ne tik vėsinti, bet ir šildyti bateriją.

Šilumos siurblio įrengimas turi daug privalumų, tačiau svarbiausia yra tai, kad jis gali padidinti elektromobilio ridą, ypač žiemos mėnesiais. Žiemą atlikus realaus ridos nuotolio bandymą, elektromobiliai su šilumos siurbliu vidutiniškai 25,4 proc. sutrumpino savo ridą, o elektromobiliai be šilumos siurblio - 33,6 proc. Automobiliai su šilumos siurbliais taip pat buvo efektyvesni - vidutiniškai nuvažiuodavo 5.1 km/kWh, o be šilumos siurblių - 4,6 km/kWh. Be to, šilumos siurbliai dažnai programuojami taip, kad juos būtų galima valdyti nuotoliniu būdu išmaniuoju telefonu, todėl elektromobilių savininkai gali šildyti savo automobilį prieš išvykdami į kelionę. Šilumos siurbliai tampa vis populiaresni, o kai kurie prekės ženklai, pavyzdžiui, Tesla, Porsche ir BMW, siūlo elektromobilius su tokiais įrenginiais kaip standartinę įrangą.

Žemos temperatūros įtaka

Žema oro temperatūra neigiamai veikia visų automobilių tipų efektyvumą - ne išimtis ir elektromobiliai. Pagrindinė priežastis, dėl kurios elektromobilį žiemos metu reikia įkrauti dažniau - papildomos elektros energijos sąnaudos salono šildymui. Dalis elektromobilių turi baterijos pašildymo funkciją - ji padeda sumažinti energijos sąnaudas. Be to, jau esant kelyje rekomenduojama verčiau šildyti elektromobilio sėdynes ir vairą. Nors padangų būklę ir slėgį jose reikia tikrinti nuolat, žiemą į šį aspektą dėmesį reikėtų atkreipti dažniau. Esant žemai temperatūrai, atitinkamai mažėja ir slėgis padangose. Skaičiuojama, kad kaskart temperatūrai nukritus dešimčia laipsnių, slėgis padangose sumažėja 0,07-0,14 baro.

Hibridiniai automobiliai: tarpinis sprendimas

Hibridiniai automobiliai apjungia vidaus degimo ir elektrinės technologijas. Jie gali turėti tiek elektrinį, tiek vidaus degimo variklį. Ilgesnėms kelionėms įsijungia benzininis variklis. Energija generuojama važiuojant ir stabdant. Hibridinis automobilis prieš daugiau nei 20 metų buvo tikra revoliucija. Mažos kubatūros vidaus degimo motoras ir jam asistuojantis elektros variklis buvo pirmas technologinis žingsnis į elektromobilių pasaulį. Nors hibridinių automobilių vien elektra nuvažiuojamas atstumas niekad nebuvo didelis, tačiau dažnam mieste užtenka tų kelių dešimčių kilometrų, o ir įprastas variklis bet kada gali ateiti į pagalbą ir tokiu atveju automobilio įveikiamas atstumas jau niekuo nesiskiria nuo įprastą kurą vartojančių transporto priemonių. Mišrus judėjimo būdas ne tik taupo kurą, bet ir padeda išsaugoti švaresnį orą miestuose, kur hibridų technologija pati efektyviausia.

„Minkštieji“ hibridai

„Minkštai“ pritaikyta elektrinė technologija, kurioje nėra elektrinio motoro, tačiau yra akumuliatorius ir specialus integruotas starteris/generatorius, kurie padeda vidaus degimo varikliui (VDV). Kai kurie automobilių gamintojai pasitelkia šį „asistentą“ gerinti kuro suvartojimo rodiklius. Kitiems tai būdas trumpam pridėti varikliui galios. Bendro naudojimo keliuose taip pat daug lengvųjų hibridų, kurių savininkai dažnai net nežino, kad vairuoja tokio tipo automobilį.

„Plug-in“ hibridai (įkraunami hibridai)

Logiškas sekantis žingsnis automobilių elektrifikavime buvo leisti iš išorinio tinklo pakrauti elektromotorą maitinančią bateriją. Nedidelis patobulinimas iškart suteikė šiems hibridams daug didesnes galios, pravažumo ir nuvažiuojamo atstumo galimybes. Automobilio rekuperacinis stabdymas dabar jau nėra būtinas, be to, automobiliai nepraranda vidaus degimo variklio galios baterijos krovimui, todėl tokie automobiliai iškart sulaukė įvairių gamintojų dėmesio. Nors elektros baterijos įkrovimas iš išorinio šaltinio yra papildomas „darbas“, tačiau gaunamos naudos nusvėrė nedidelius papildomus rūpesčius. Šią technologiją eksploatuoja F-1 bolido variklį naudojantis riboto leidimo „Mercedes-AMG One“ super automobilis, kuris naudoja bendrą visos jėgainės 1049 AG galią ir iki 100 km/h įsibėgėja per 2,9 sekundės, o vidutinis kuro suvartojimas siekia tik 9,9 l /100 km.

„Atvirkštiniai hibridai“

Rinkoje pasirodo ir „atvirkštinis hibridas“, kuriame, skirtingai nuo ankstesnių hibridų modelių, svarbiausias vaidmuo tenka elektros pavarai, tuo tarpu VDV naudojamas tik baterijos pakrovimui ir yra niekaip nesujungtas su ratais. Tiesiog, jei ilgos kelionės metu baigtųsi elektros energija, o sustoti būtų nevalia, įsijungtų nedidukas benzininis ar dyzelinis generatorius, kuris gamintų elektros energiją, leidžiančią keliauti toliau.

Saulės energijos panaudojimas elektromobilių įkrovimui

Atsinaujinantys energijos šaltiniai, pavyzdžiui, saulės energija, tampa vis svarbesniu elektros energijos tiekimo šaltiniu. Elektromobilių rinka auga stulbinančiu greičiu, o kartu su ja didėja ir poreikis ieškoti tvarių įkrovimo sprendimų. Saulės kolektorių ir elektromobilio derinys leidžia sutaupyti dar daugiau lėšų, nes pagamintą saulės energiją galite naudoti automobiliui įkrauti. Nors saulės baterijos pačios savaime gali padėti sutaupyti daug lėšų, jas sujungus su elektromobiliu, jų nauda gali būti dar didesnė.

Įkrovimo scenarijai

Praktikoje galimi keli įkrovimo scenarijai. Tiesioginis įkrovimas vyksta, kai automobilis kraunamas dienos metu, tiesiogiai naudojant tuo metu generuojamą saulės energiją. Netiesioginis įkrovimas reiškia, kad dienos metu pagaminta energija kaupiama baterijose ir naudojama automobiliui įkrauti vėliau, pavyzdžiui, naktį. Paprasčiausias būdas įkrauti elektromobilį naudojant ant stogo esančias saulės kolektorių plokštes - dieną, kai šviečia saulė, prijungti automobilį prie namuose esančio elektromobilio įkroviklio.

Jei saulės generuojamos elektros energijos kiekis yra lygus arba didesnis už automobilio įkrovimo ir kitų namo apkrovų sunaudojamą kiekį, elektros energijos iš tinklo nereikės. Tačiau jei saulės energijos pagaminama mažiau, nei reikia automobiliui ir kitoms apkrovoms, trūkstamam kiekiui kompensuoti bus naudojama tinklo energija. Dėl saulės kolektorių, inverterių ir automobilio akumuliatorių neefektyvumo turėtumėte tikėtis didesnių nei 10 % įkrovimo nuostolių.

Saulės energijos gamybos sezoniškumas ir investicijos

Saulės energijos generavimas pasižymi sezoniškumu. Vasarą sistema gali generuoti 3-4 kartus daugiau energijos nei žiemą. Gruodį-sausį, kai dienos trumpiausios, gali būti dienų, kai sistema pagamins vos kelis procentus savo nominalios galios. Lietuvos sąlygomis 1 kW galios saulės modulių sistema per metus vidutiniškai pagamina apie 950-1000 kWh elektros energijos, arba vidutiniškai 2,6-2,7 kWh per dieną. Rekomenduojama įsirengti bent 5-6 kW sistemą, jei norite padengti didžiąją dalį savo elektromobilio energijos poreikio.

Pagrindinis saulės energijos iššūkis, ypač kai ji naudojama elektromobiliams įkrauti, yra susijęs su gamybos ir vartojimo laiko skirtumu. Saulės energija daugiausia gaminama dieną, kai saulė šviečia ryškiausiai. Tačiau dauguma žmonių linkę įkrauti savo elektromobilius naktį, kai grįžta iš darbo. Būdas tai įveikti - kaupti dieną pagamintą energiją ir naudoti ją vėliau, kai jos labiausiai reikia. Vienas iš būdų tai padaryti - įrengti kaupimo akumuliatorių (namų bateriją) ir prijungti jį prie saulės kolektorių. Tuomet galite įkrauti akumuliatorių dienos metu naudodami pagamintą saulės energiją ir naudoti ją nakties metu arba tada, kai saulės energijos gamyba yra maža. Vidutinė 10 kWh talpos namų baterija Lietuvoje kainuoja nuo 5000 iki 8000 eurų. Jei neturite galimybės krauti automobilio dienos metu ir nenorite priklausyti nuo elektros tinklo, baterija tampa būtinybe.

Įrengti saulės elektrinę elektromobiliui įkrauti - nemaža investicija. Bendra investicija gali siekti nuo 7000 € (be baterijų) iki 15000 € ir daugiau (su baterijomis). Tačiau svarbu paminėti, kad saulės elektrinė gamina energiją ne tik automobiliui, bet ir kitiems namų poreikiams. Jei įvertintume visą sutaupomą energiją, atsipirkimo laikas sutrumpėtų iki 8-10 metų. Elektromobilių įkrovimas saulės energija yra protinga investicija į ateitį - tiek finansine, tiek ekologine prasme, leidžianti mums patiems kontroliuoti savo energijos šaltinius ir tapti mažiau priklausomiems nuo energijos tiekėjų ir kainų svyravimų.

Ateities technologijos ir automobilių pramonės tendencijos

Pasaulinės tendencijos rodo aiškų perėjimą prie elektrinio transporto. Gamintojai investuoja milijardus į elektromobilumo plėtrą. Elektromobiliai ryžtingai stumia iš rinkos visas kitas automobilių rūšis. Jie ne tik ekologiški, komfortabilūs ir turi beprotišką sukimo momentą, bet ir, skaičiuojant ilgesnę eksploataciją, pigesni nei jų dūmijantys broliai. Vyriausybės taip pat suvilioti tvariu transportu bando ir vyriausybės, kurioms nulinės CO2 emisijos automobiliai - sveikos visuomenės būtina sąlyga.

Kuro celių elektromobiliai

Kuro celių elektromobilių krauti iš išorės šaltinių nereikia. Jie - gamina elektros energiją patys. Cheminė reakcija kuro elementuose naudoja elektros gamybai vandenilį ir nors šis būdas labai ekologiškas ir perspektyvus, bet automobiliai susiduria su naujais technologiniais iššūkiais.

Saulės ir kitos aplinkinės energijos naudojimas

Dar perspektyvesnė elektromobilio su „elektrine“ versija viduje yra saulės ir kitą aplinkinę energiją naudojantys automobiliai. Atsinaujinanti energetika šiuo metu sulaukia išskirtinio dėmesio. Elektromobiliai jau nebeatrodo tolima perspektyva. Jie realūs ne tik Europos Sąjungos direktyvose, bet ir gatvėse.

tags: #kokia #automobilio #energija #naudoja