Часть 2. Энергоэффективность электромобилей

В прошлой статье цикла мы узнали об истории электромобилей. Теперь пришло время определиться с тем, что же является побудительной причиной к постройке или приобретению электромобиля.

Давайте на время отвлечемся от такого эфемерного понятия, как экологическая чистота и бесшумность электромобиля. Попробуем подступить к проблеме с чисто меркантильным интересом - сравним параметры расхода энергии различных типов автомобилей на единицу пройденного пути. Для оценки будем использовать не только затраты энергии на передвижение (в этом случае электромобиль благодаря своему крайне высокому КПД будет многократно превосходить другие типы автомобилей), но и затраты энергии, необходимые для переработки исходного сырья, доставки энергоносителя и заправки автомобиля.

Методика расчётов

Для сравнения возьмем автомобили Honda различных типов двигательных установок, один из самых экономичных дизелей - VW Jetta Diesel, и спортивный(!) электромобиль Tesla Roadster. Для сравнения выбраны малолитражные автомобили, не сильно отличающиеся по весу от спортивного электромобиля. Почему выбран именно спортивный вариант электромобиля? Потому что мы все знаем "прожорливость" спортивных автомобилей, и, таким образом, выбрав Tesla Roadster для сравнения, даем фору другим участникам нашего исследования.

Поскольку электромобиль в настоящее время является, в основном, средством внутригородской коммуникации, сравнивать будем расход энергии на передвижение в смешанном цикле. Для всех автомобилей были выбраны минимальные цифры расхода топлива (таким образом в нашем исследовании участвуют самые экономичные двигатели из имеющихся в данной линейке версий автомобиля).

Суммарная эффективность переработки, доставки и заправки взята из статьи "The 21st Century Electric Car" by Martin Eberhard and Marc Tarpenning, Tesla Motors Inc. Wednesday, July 19, 2006.

Теплота сгорания различных видов топлива взята из книги "А.С. Енохович. "Справочник по физике и технике. Москва, 1989". Для бензина теплота сгорания принята 30.8 Мдж/л, для дизтоплива - 36,3 МДж/л, водород 120 МДж/кг, природный газ - 45 МДж/кг.

Для водородных топливных элементов получение водорода принято исходя из наиболее недорогой технологии производства - путем окисления метана природного газа парами воды, эффективность данного метода около 61% (на весь процесс от добычи природного газа до заправки в бак автомобиля). Хочу отметить, что в современных установках по электролизу воды КПД процесса составляет чуть более 60%, так что критиков предыдущего метода получения водорода прошу не беспокоиться.

Электроэнергию для зарядки электромобиля можно получить на атомных электростанциях или из возобновляемых источников (при помощи солнечных батарей, гидро- или ветроэлектростанций). Однако трудно рассчитать эффективность этих методов получения электроэнергии, поэтому для расчетов взята электроэнергия, производимая на ТЭЦ при сжигании природного газа.

Данные расчетов объединены в таблицу.

Выводы

Уфф... После длительных и нудных объяснений методики расчетов и приведения результатов можно переходить к самому интересному - извлечению выводов из имеющейся информации.

Несмотря на довольно жесткую методику расчетов, можно видеть, что суммарная энергоэффективность электромобиля в 2 раза выше ближайших конкурентов - гибридных автомобилей и автомобилей на водородных топливных элементах.

Автомобили с водородными топливными элементами оказались далеко не так хороши, как их рекламируют и активно продвигают. Эффективность самого водородомобиля достаточно высока (0,7 км/МДж - второй результат после электромобиля). Однако ущербность данной технологии показывает суммарная энергоэффективность, сравнимая с эффективностью дизеля при несоизмеримо большей стоимости и сложности.

Энергетическая эффективность самого электромобиля недостижимо высока (1,84 км/МДж) - в этом виноват высокий коэффициент полезного действия электроустановки. Расчеты навевают сомнения в заявленном КПД автомобилей с двигателями внутреннего сгорания - мне неоднократно встречались заявления, что КПД дизельного двигателя достигает 40%, что позволяет говорить о бесперспективности электромобилей. Бесперспективности из-за того, что суммарная мощность автомобилей превышает суммарную мощность электростанций, и при замене авто- на электро- электроэнергии просто не хватит. Возможно, на оптимальных оборотах дизель и имеет 40% КПД, однако, если брать реальные условия, КПД дизеля не дотягивает до 20% (иначе у электромобиля получилось бы КПД 160% - вечный двигатель, однако). Так что для питания электромобилей потребуется в 4 раза меньше энергии при полной замене современного парка автомобилей. Поскольку массовый современный электромобиль - средство внутригородской коммуникации, то об увеличении количества электростанций говорить не приходится. Наоборот, электромобили могут стать важным элементом энергосистемы мира, сглаживая ночное падение потребления электроэнергии.

Надеюсь, читатель почерпнул немного полезных сведений о современном мире транспорта. В публикации затронуто много спорных моментов, методика сравнения достаточно приблизительна. Так что приглашаю на сайт нашей любимой газеты для обсуждения статьи.

Дмитрий СПИЦЫН