Elektromobily

Je dostatok elektrickej energie pre elektromobily?

Na Slovensku v roku 2004 bola spotreba pohonných hmôt (PHM) 1,8 miliónov ton. To je 1,8 miliardy kg. Energia v PHM bola:

E = 1,8 . 109 kg . 45 MJ/kg = 80 . 109 MJ = 22 . 109 kWh = 22 TWh

Spotreba elektrickej energie bola 27 TWh, čo je porovnateľné s množstvom energiev v PHM. Elektrickej energie možno vyrobiť viac. Účinnosť benzínového motora je 30 %, dieselového 40 %. Vacsinou jazdia po cestách benzínové automobily. Skutočné množstvo energie pre elektromobily by potom bolo:

Ee = E . 30 % = 22 TWh/rok . 30 % = 6,6 TWh/rok

Z celkového množstva vyrobenej elektrickej energie je to percento:

6,6 TWh / 27 TWh = 24 %

Záver: 1/4 už dnes vyrobenej elektrickej energie by stačilo na prevádzku elektromobilov, ktoré by nahradili všetky dnes jazdiace autá so spaľovacím motorom. Výroba elektrickej energie sa dá zvýšiť.

Elektrickú energiu možno vyrábať z lacnejších zdrojov ako je ropa: slnko, urán, uhlie, biomasa, voda, vietor... Elektromor má účinnosť 90 %, benzínový spaľovací motor 30 %. Rekuperáciou, čo je spätný návrat energie do batérií pri brzdení elektromotorom, sa znižuje spotreba hlavne v mestách povedzme o 50 %. Elektromotor má väčiu životnosť a spoľahlivosť ako spaľovací motor. Jediným problémom doteraz boli batérie, do ktorých by sa dalo uložiť dostatok energie na dojazd 200 - 300 km, čo je u automobilov požadované. Batérie by mali byť dostatočne lacné. Nové typy batérii toto čoskoro budú spĺňať.

Elektromobily v blízkej budúcnosti veľmi pravdepodobne nahradia väčšinu áut na spaľovací motor, ak tomu politické, alebo lobistické finančné skupiny opäť nebudú klásť prekážky. Moderné akumulátory majú už dnes dostatočnú kapacitu a aj ich ostatné parametre sú dostatočne vhodné pre sériovú výrobu hybridných áut, ako aj čistých elektromobilov. Ich parametre sa navyše každým rokom výrazne zlepšujú a po zavedení sériovej výroby sa nepochybne výskum v tejto oblasti ešte viac urýchli. Preto je veľmi ťažké odhadnúť, aké parametre budú mať elektromobily už o niekoľko rokov po ich sériovom nasadení. Je však pravdepodobne, že ich parametre budú oveľa lepšie ako parametre súčasných áut na báze spaľovacieho motora. Technológia spaľovacieho motora je totižto už po viac ako 100 ročnom vývoji prakticky na hranici svojich možností.

Existujú vhodné batérie?

  • LiFePO4 - LFP - Li-Ion batérie s katódou z fosfátu lítia a železa, lítium nanofosfát. Vybíjací prúd 10C (špotová jazda), nevybuchujú (bezpečné), nie sú citlivé na zmenu napätia (jednoduchá nabíjačka), životnosť 2.000 nabíjacích cyklov, pracujú pri -30 až + 60 C (ročná doba nemá vplyv). Na 70 % kapacity sa nabijú za 10 minút, úplne sú nabité za 15 minút. To napríklad umožňuje ich nabíjanie po každom okruhu autobusu MHD, počas prestávky v garáži, aznížiť veľkosť akumulátorov na tretinu.
    Na tieto batérie je kopa pochvalných článkov, ale zatiaľ sa masovo nevyrábajú. Vyrába ich americká spoločnosť A123 Systems, ktorá má patentovanú technológiu. Nemá konkurenciu a preto sú ceny vysoké a záujem malý. Zatial sa používajú ako akumulátory do elektrického náradia. V prípade záujmu vyrobí firma A123 akumulátory na zakázku a sú lacnejšie ako v obchodoch. Od roku 2010 sa budú montovať do nového elektromobilu Dodge Circuit.
    Firma A123 vyrába články ANR26650M1 s parametrami: CA = 2,3 Ah, Ivyb = 70 A (120 A pulzne), U = 3,3 V, 70 g.
  • LiFePO4 s potiahnutím tenkou vrstvou difosfátu lítia, v štádii vývoja, rýchlešie nabíjanie, 10 - 20 sekúnd, a vybíjanie, bez poškodenia matriálu.
  • Nano-titánové batérie nanosafe, štátom USA dotované, vyrába ich spoločnosť Altairnano, použité už v niektorých automobiloch, nabijú sa za 10 minút, ich životnosť je 15 rokov (10 rokov na 80 % C)
  • lítium-sírové - v štádiu vývoja, 3 x vyššia kapacita na jednotku hmotnosti ako pri klasických Li-ion.

Príklad výpočtu betérie

Pre auto s dojazdom 100 km, s rekuperáciou aj podstatne viac, spotreba ekvivalent 6 litrov benzínu na 100 km.:

Energia v 6 litroch benzínu: E = 6 litrov . 0,73 kg/liter . 45 MJ/kg = 200 MJ = 55 kWh

Účinnosť benzínového motora je 30 %

Energia potrebná pre elektromobil: E = 55 kWh . 30 % = 17 kWh / 100 km

Cena energie

Pri dnešných cenách energie vyjde:

benzín: 27 eur/GJ = 0,10 eur/kWh
nafta: 27 eur/GJ = 0,10 eur/kWh
elektrina NT 20 hod: 30 eur/GJ = 0,11 eur/kWh

Je to prakticky rovnaká cena. Účinnosť elektromobilu je ale 3 krát vyššia ako pri spaľovacom motore, preto cena energie pre elektromobil je 3 krát nižšia. Pre porovnanie:

Cena za kilometer

Automobil so spaľovacím motorom ma spotrebu spotrebou 8 litrov / 100 km = 0,9 ?/liter . 8 litrov = 7,2 eur / 100 km = 0,072 eur/km. Počas životnosti auta, 300 000 km spotrebuje benzín za 22.000 eur.

Elektromobil má tretinovú spotrebu, teda 0,024 eur/km = 2,4 eur/100 km = 7.200 eur / 300 000 km.

Podstatná je však vysoká cena batérií, ktorá tvorí väčšiu časť ceny auta. Betérie o pár rokov treba vymeniť. To zvyšuje náklady na kilometer, ktoré sú potom porovnateľné alebo vyššie ako u áut so spaľovacím motorom. Ekonomické by potom boli len autá s priamym napájaním, napríklad trolejové.

Konštrukcia elektromobilu

Vhodný je jednosmerný elektromotor. Umožňujje plynulý prechod z pohonu na brzdenie s rekuperáciou. Pri dostatočne výkonnom elektromotore nie je potrebná prevodovka, spojka ani brzda. Zmenou budiaceho prúdu možno vytvoriť pohon, brzdenie, spätný chod a voľnobeh. Ako bezpečnostný prvok môže ostať ručná brzda a vypínač budiaceho prúdu miesto spojky. Elektromotory na rekuperáciu je vhodné umiestniť priamo ku kolesám. Pri silnom brzdení je potrebný kondenzátor.