Транспорт був першочерговою потребою для людей ще на зорі людської епохи, і ступінь нашого прогресу корелює з технологіями, що стимулюють транспорт. Сьогодні ми стикаємося з новими проблемами транспортування та використання енергії. Сучасна мобільність стала незручною, особливо в такій країні, як Україна, з нашими унікальними проблемами та військовими потребами в захисті свого суверенітету. З наближенням нових змін у способі життя, будь то особиста поїздка на роботу (міграція/урбанізація) або зміни в споживчої поведінки (електронна комерція, від покупок їжі до продуктів і ліків), настав час поглянути на доступні варіанти транспортних технологій, доступні нам, звичайним громадянам. Зосереджуючись на вищій енергоефективності, нам потрібен безпристрасний аналіз електричної мобільності порівняно зі звичайними режимами переміщення на традиційному паливі.
Що таке EV?
Простіше кажучи, електричний транспортний засіб (EV) – це транспортний засіб, який приводиться в рух електричним двигуном, а не двигуном, що працює на паливі. Двигун може працювати від акумулятора, паливного елемента або навіть генератора. Однак традиційно електромобілями називають транспортні засоби, які керуються двигуном з акумулятором/паливними елементами. Генератор, чи то працює на традиційному паливі, чи то працює від електродвигуна, не має сенсу з точки зору енергоефективності, а отже, зазвичай не розглядається як компонент системи . Однак у деяких випадках така опція також використовується або як резервна батарея (серійні гібридні транспортні засоби), або у випадках, коли двигуни не можуть забезпечити крутний момент, необхідний для руху транспортних засобів (як у випадку залізничних потягів).
Таким чином, електричні велосипеди, електронні персональні засоби руху, що курсують у багатьох містах України та низькошвидкісні електросамокати є прикладами електромобілів малої потужності. Високошвидкісні електричні скутери, як-от розроблені Gogoro та Ather, мотоцикли, розроблені Tork, Ultraviolette та Revolt, автомобілі від Tesla, Toyota, Audi – усі приклади електромобілів. У цій статті ми розглянемо лише електромобілі, які працюють від батарей (BEV)/водневих паливних елементів (H2-FCEV).
Як працює електромобіль?
Чим робота електромобіля відрізняється від роботи існуючого «транспортного засобу з двигуном внутрішнього згоряння» (ICEV)? У ICEV потужність, необхідна для повороту коліс транспортного засобу і приведення його в рух, забезпечується спалюванням палива в двигуні, який вивільняє накопичену хімічну енергію, створює тиск за рахунок виділення вуглекислого газу (CO2) і водяної пари (H2O). ) та використовує його для штовхання поршнів у двигуні. Цей поштовх передається на колеса через вал, який обертається, і набір шестерень. У випадку електромобіля електрична енергія зберігається в акумуляторі (через зарядку) і використовується для живлення електродвигуна через контролер, який модулює вихідну напругу та струм відповідно до вимог користувача.
Плюси і мінуси — електромобілі проти ICEV:
* Інженерія
Типовий двигун забезпечує крутний момент колесу, коли повітряно-паливна суміш у циліндрах двигуна згоряє, щоб штовхати поршні. Більшість двигунів використовують цикл Отто або дизельний цикл, обидва з яких мають сходинку випуску, на якій спалений газ видаляється з двигуна. Таким чином, за своєю суттю, значна частина енергії, що виділяється при згорянні, втрачається через відпрацьовані гарячі гази. Крім того, характер крутного моменту, який забезпечується таким двигуном, такий, що він збільшується зі швидкістю обертання (RPM) валу. Таким чином, двигун має труднощі в забезпеченні високого крутного моменту під час запуску автомобіля з місця. Це вирішується за допомогою передавальних чисел, які підсилюють крутний момент, одночасно зменшуючи вихідні оберти колеса. Таким чином, передаточне відношення 1:10 посилить крутний момент на колесі в 10 разів, зменшуючи оберти колеса до 1/10 оборотів вала. Однак таким двигунам потрібні нижчі передавальні коефіцієнти на вищих швидкостях, де необхідний крутний момент не такий великий, але необхідне число обертів коліс вище (тобто вища швидкість автомобіля). Отже, ICEV двигуни мають багатоступінчасту систему трансмісії. Щоб уникнути перемикання передач, деякі транспортні засоби використовують системи автоматичного перемикання або безперервної змінної трансмісії (CVT). Однак ці системи призводять до незначного падіння енергоефективності транспортного засобу. Однак у випадку електромобілів електродвигун може забезпечувати рівний крутний момент у дуже широкому діапазоні обертів без зниження енергоефективності і не потребує багатошвидкісної трансмісії. Таким чином, електрична трансмісія забезпечує плавну їзду без необхідності перемикання передач.
* Енергоефективність
Окрім різниці в ефективності на рівні транспортного засобу, де електромобілі чітко оцінюють переваги над ICEV, потрібно також дивитися глобальніше, починаючи від виробництва енергії. У випадку ICEV це починається з буріння сирої нафти, видобутку сирої нафти, транспортування сирої нафти на нафтопереробні заводи, переробки сирої нафти для отримання бензину/дизельного палива, транспортування бензину/дизельного палива (і втрат у цьому) до АЗС по всій країні, і втрати самими системами автомобіля перед двигуном. Усі ці фактори разом дають загальну енергетичну ефективність 19% (енергія, що виділяється при спалюванні 1 літра бензину, а також енергія, що міститься в 1 літрі бензину + енергія, необхідна для виробництва та транспортування цього 1 літра бензину до автомобіля). Для H2-FCEV (гібридні автомобілі) ланцюг — це виробництво та передача електроенергії з подальшим виробництвом водню та його транспортуванням і зберіганням із втратами, з подальшим закачуванням H2 в транспортний засіб, паливний елемент і трансмісію. Загальна ефективність: 26%. У випадку BEV (електромобілі) ланцюг полягає в виробництві та передачі електроенергії, за яким слідує зарядка акумулятора та трансмісія. Загальна ефективність: 64%. Як бачимо, BEV мають значні результати над альтернативами завдяки більш ефективній загальній екосистемі.
* Економіка
У порівнянні з ICEV, BEV (електромобілі), як правило, мають вищу ціну через більш високу вартість батарей. Однак експлуатаційні витрати BEV набагато нижчі, ніж порівнянного ICEV. Ця різниця особливо істотна у випадку комерційного застосування. Наприклад: типовий ICEV, який працює як таксі, проїжджає приблизно 60 000 км на рік і споживає дизельне паливо на суму 500 000 грн. Порівнянне таксі BEV споживає близько 70 000 грн електроенергії. Очікується, що різниця в ціні в початковій вартості транспортних засобів становитиме близько 400 000 грн. У разі двоколісних транспортних засобів електричний двоколісний транспортний засіб споживає близько 0,20 грн/км, тоді як бензиновий двоколісний буде коштувати від 1,25 до 2 грн/км. Для типового комерційного застосування, такого як доставка електронної комерції, це означає економію 30 000–50 000 грн на рік. Автомобілі гібридні (H2-FCEV) не включені в це порівняння, оскільки АЗС по зберіганню водню (H2) поки недоступні (в Україні). На сьогоднішній день вартість палива H2 у світі (там, де є, є значно високою в порівнянні з електроенергією (при тих же кВт-год виробленої енергії).
* Навколишнє середовище
ICEV мають тенденцію генерувати забруднення твердими частинками через неповне згоряння нафтового палива, а також домішок у самому паливі. Оскільки джерелом забруднюючих речовин є двигун, забруднення поширюється по всьому регіону, де їздять транспортні засоби. Це є причиною забруднення повітря в першу чергу у житлових районах. Крім твердих забруднюючих речовин, ICEV також виділяє CO2 при згорянні палива, а також створюють багато шуму від роботи двигунів, знову викликаючи шумові неприємності в житлових районах. Для порівняння, ICEV (електромобілі) не мають шкідливих викидів (0 викидів у випадку BEV, та викиди водяної пари у випадку H2-FCEV). Електрична трансмісія також викликає значно менше шуму в порівнянні з традиційними двигунами. Проти електромобілів можна аргументувати, що енергія, яка використовується для їх роботи, виробляється з нечистих джерел, таких як вугілля. Однак у цьому аргументі є дві помилки.
- Оскільки загальний ККД електромобілів набагато вищий порівняно з ICEVS, загальний обсяг спаленого вугілля менший, ніж кількість палива, спаленого ICEVS. Крім того, електроенергія виробляється на електростанціях, які не розташовані в житлових районах, тим самим зменшуючи забруднення, з яким безпосередньо стикаються люди.
- Співвідношення чистої енергії до вугілля неухильно зростає протягом останнього десятиліття і продовжуватиме зростати набагато швидше.
* Досвід
З точки зору користувацького досвіду, електромобілі перевершують традиційні автомобілі (ICEV) за якістю їзди, де електромобілі пропонують плавну їзду без шуму. Цей момент дуже важливий для комерційних застосувань, де транспортні засоби щодня проїжджають сотні кілометрів. На додаток до цього, це переважно одношвидкісні транспортні засоби з високим пусковим моментом, що робить його легким і дружнім для нових користувачів. Подорожі без забруднення покращують загальну якість життя майже кожного, хто в житті стикається з транспортними засобами.
Проблеми з електромобілем:
* Перешкоди для адаптації до користування електромобілем
Зараз є загальноприйнятою точкою зору, що впровадження електромобілів відбудеться набагато швидше для дво- та триколісних автомобілів, ніж для автомобілів. Однак головною перешкодою для використання двоколісного транспортного засобу для особистих поїздок на роботу є те, що автомобіль потребує зарядки замість заправки, і, отже, потрібно зробити доступний пункт зарядки. Хоча власники окремих будинків можуть легко вирішити це питання, для власників квартир і людей, які орендують квартири в кооперативах, цей процес є нестабільним. Особливо боляче це для тих, хто орендує квартири, оскільки в багатьох випадках цей сегмент клієнтів схильний переїжджати з однієї квартири в іншу кожні 2–3 роки. Володіння електромобілем тягне за собою встановлення та видалення зарядного пристрою в кожному житловому комплексі. Потім – отримання дозволів від власників нерухомості та суспільства, додаткові витрати на підключення від електролічильників; людям просто стає незручно володіти електромобілем, незважаючи на всі його переваги. Крім того, щоб обґрунтувати електромобілі, споживачі повинні випробувати електромобілі. Як продукт, електромобілі ще не зробили позитивного впливу на свідомість споживачів. На жаль, загальне уявлення про електромобілі – це низькоякісні транспортні засоби, оскільки це єдиний вид електромобілів, з яким люди стикалися в Україні. Додайте до цього високу початкову вартість електромобілів. Таким чином, дуже важливо, щоб люди мали змогу випробувати електромобілі високої якості в дії та зрозуміти переваги електромобілів у загальній економіці власності до того, як станеться масштабна міграція від традиційний автомобілів (ICEV) до електромобілів.
* Виробничі проблеми
Як згадувалося раніше, виробництво електромобілів простіше в порівнянні з ICEV через набагато меншу кількість компонентів. Проте саме основні компоненти становлять основні виробничі проблеми. Більшість технологій, які використовувалися в EVS, раніше використовувалися в менш вимогливих виробах або з точки зору потужності, або з точки зору умов роботи та надійності протягом тривалого терміну служби. Вони були лише перероблені або переобладнанні для використання в електромобілях. Таким чином, технологія, яка об’єднується для приводу автомобілів, є новою для робочого середовища, і її необхідно виробляти відповідно. Наприклад: батареї, що живлять BEVS сьогодні, такі ж, що живлять ноутбуки, камери та мобільні телефони протягом останнього десятиліття. Однак тепер ту саму технологію батареї необхідно збільшити в розмірі в 2000–8000 разів для типової батареї 4-х коліс. Це створює проблеми з інтеграцією такої великої батареї, її термічним управлінням, механічною міцністю, безпекою в разі аварій тощо. Крім того, виникають проблеми, пов’язані з новизною конструкції батарей, оскільки мало відомо про те, як такі батареї будуть працювати протягом свого життя. . Крім того, екосистема виробництва компонентів для електромобілів знаходиться на стадії зародження. З огляду на абсолютно нову систему живлення транспортних засобів, існуюча екосистема електромобілів (ICEV) не може обслуговувати виробництво електромобілів за межами обмеженої мережі зарядних станцій. Отже, пройде деякий час, перш ніж екосистема електромобілів дозріє. Також виникає питання імпортозалежності. На сьогодні елементи, які використовувалися для створення акумуляторних батарей для електромобілів, мають 100% залежність від імпорту. За останні два десятиліття в Україні було зроблено дуже мало для розвитку технологій цих батарей, і ми відстаємо від світу з точки зору розуміння технології основних батарей. За останні 3–4 роки було розпочато деяку хорошу роботу, але знадобиться ще 4–5 років, перш ніж ми зможемо розробити технологію експлуатації систем елементів живлення батарей, яка може успішно керувати електромобілями протягом їхнього життя. Те ж саме стосується електродвигунів, де використовуються рідкоземельні постійні магніти. Це постійне обмеження, бо покищо не проводиться робота з удосконалення асинхронних двигунів, які не залежать від постійних магнітів, але є більш громіздкими, ніж їхні аналоги з постійними магнітами. Якщо відповіді на ці питання ще не знайдені, успішне довгострокове виробництво електромобілів в Україні залишається проблемою.
* Безпека транспортних засобів
Щоб транспортний засіб був успішним, як засіб пересування, він повинен забезпечувати безпеку пасажирів у разі рідкісних, але неминучих аварій та зіткнень. У будь-якому транспортному засобі, що працює від джерела енергії, завжди існує ризик пожежі через раптове вивільнення накопиченої енергії в разі аварії. У випадку традиційних автомобілей (ICEV) це випадок, коли паливо в паливному баку загорається. У випадку електромобілів, це коли батареї вивільняють збережений заряд і загоряються. Тут треба розуміти момент. Чим більш енергетична щільність джерела енергії, тим він небезпечніший, оскільки може вивільнити стільки енергії. Проблема, яку створюють батареї над паливними баками, полягає в їх розмірі. Паливний бак можна «сховати» в автомобілі від удару в разі аварії. Однак через розмір батареї електромобіля він більш сприйнятливий до ударів від аварії або зіткнення. Крім того, існують також інші способи загоряння акумуляторної батареї, такі як коротке замикання, тепловий розбіг тощо, які необхідно враховувати під час проектування акумуляторних блоків. Це особливо важливо в таких місцях, де температура навколишнього середовища приблизно на 10°C вища за ту, на яку розраховані елементи акумулятора. Таким чином, необхідно враховувати охолодження акумуляторних батарей, гарантуючи, що воно не призведе до утворення конденсату, який може викликати коротке замикання окремих елементів. Батарея також має бути сконструйована проти потрапляння води у випадку повені, що останнім часом є поширеним явищем навіть на території України. Таким чином, існують проблеми проектування, які необхідно вирішити, щоб розробити повне рішення для електромобілів, яке може замінити ICEV. Якщо вони не будуть вирішені, це може призвести до серйозних проблем з безпекою, і можливе звинувачення електромобілей, як ненадійної системи, а не в поганій чи недосконалій технології. Таким чином, кілька випадків поганого технологічного рішення, можуть зіпсувати репутацію всієї галузі.
* Освіта споживачів
Глобальна картина для економіки України.* Переваги використання електротранспорту для загальної економіки
Впровадження електромобілів безпосередньо вплине на потреби в енергії з різних джерел, де попит на нафту впаде, а на електроенергію зросте. Для такої країни, як Україна, де загальний імпорт сирої нафти можна порівняти з чистим торговим дефіцитом, це означатиме значну перевагу на економічному фронті. У перші роки буде значний імпорт компонентів для електромобілів, які зараз не виробляються в Україні, таких як акумулятори та двигуни. Однак, на відміну від нафти, ці компоненти можуть бути перероблені (за умови розвитку відповідних галузей в середині країни) і, отже, сировина залишається в Україні, усуваючи постійну імпортну залежність, як у випадку нафти, яка згорає в кінці циклу.
* Існуючі обмеження щодо впровадження електромобілів в Україні
Електрична мережа в Україні зіткнеться з більшим попитом із застосуванням електромобілів, і, отже, їх готовність задовольнити цей попит під питанням. Звідки вийде додаткова потужність – це також питання, на яке потрібно відповісти одночасно з питанням якості самої електроенергії. Нарешті, оскільки за останнє десятиліття спостерігається зсув у напрямку громадського/спільного/
* Можливості зростання для української індустрії електромобілів
Зростання індустрії електромобілів відбуватиметься за рахунок існуючої індустрії традиційних автомобілей (ICEV). Однак є кілька переваг розвитку електромобілів в Україні перед індустрією традиційних автомобілейICEV. Крім трансмісії, інші компоненти є звичайними для електромобілів і ICEV. Таким чином, ці допоміжні одиниці залишаються недоторканими. Що стосується трансмісії, впровадження електромобілів створить робочі місця більш високої якості (чисте виробництво, як у випадку батарей, дослідження та розробки в енергетичних технологіях, передові та вдосконалені двигуни, все більш ефективна силова електроніка тощо) у порівнянні з робочими місцями у металообробному виробництві у випадку традиційних автомобілейICEV. Іншим відгалуженням впровадження електромобілів в Україні є те, що на відміну від традиційних ICEV, де ми занедбали виробничу та дослідницьку стадію в розробці основних технологій багато років тому, технології електромобілів у всьому світі знаходяться на початковій стадії. Таким чином, існує реальна ймовірність того, що Україна може стати технологічним центром у сфері електромобілів.
* Потенційні проблеми та пастки в процесі впровадження електромобілей EV
На початку процесу, впровадження електромобілів буде залежати від імпорту критично важливих компонентів електромобілів, таких як акумулятори, двигуни та силова електроніка, оскільки в Україні наразі немає ланцюжків поставок для них. Там, де існують ланцюги поставок (як у випадку силової електроніки), розвиток технологій ще не на висоті. Таким чином, необхідно зосередитися на дослідженнях і розробках основних технологій електромобілів, щоб уникнути довгострокової залежності від імпорту. Інша потенційна пастка для впровадження електромобілів в Україні – це торгівля низькоякісними імпортними транспортними засобами китайського виробництва проти інвестування в розвиток високоякісних; поганий досвід роботи з такими транспортними засобами означає, що передача «з уст в уста» негативного досвіду використання таких, низькоякісних електромобілей, може призвести до поганої реклами для всього сегмента. Прикладом цього є те, що сталося з продажами електромобілів у 2011–2013 роках. Компромісні малопотужні імпортні рішення були продані в Україні в пошуках недорогих продуктів. Поганий досвід користувачів не тільки призвів до падіння показників продажів у наступні роки, але й заробив сегменту електромобілів погану репутацію, як автомобілям гіршої якості, який не може зрівнятися з традиційними автомобілями (ICEV).
Які електромобілі потрібні Україні ?
На завершення статті, резюмую що стійкий та успішний процес впровадження електромобілів в Україні вимагає, щоб відбулося наступне:
- Розробка високоякісних, інноваційних продуктів, які відповідають потребам та умовам України;
- Місцеві науково-дослідні роботи та ланцюги поставок;
- Охоплення споживачів електромобілей — змінити уявлення про те, що електромобілі є поганими продуктами;
- Лобіювання політики в Уряді на рівні практичного впровадження електромобілів в комерційному та приватному секторах;
- Ровиток громадської та державної інфраструктури зарядки/мережі обміну елементів живлення електромобіля;
- Кращі варіанти фінансування та страхування електромобілів.
Джерело до новини: https://medium.com/@
Автор: Ігор Жданюк
