Популярная на форуме тема, часто с расчетами и доводами. Решил присоединиться к обсуждению.
О любви так много песен слажено, я слажаю вам сейчас еще одну. (C)
Для начала про энергоэффективность электрокаров. Сколько электроэнергии потребуется, что перевести все транспортные средства в России с ДВС на электричество. Проведем небольшой расчет. Вот данные по использованию моторного топлива за 2015 год
Расчитаем энергию, ведяляемую от сжигания этого топлива. Берем удельную теплоту сгорания отсюда - Удельная теплота сгорания топлива и горючих материалов
Килограмм бензина АИ-93 дает 43,6 МДж, дизельного топлива 43,5 МДж, пропана-бутана 46 Мдж.
Переводим тонны топлива в килограммы, умножаем на удельную теплоту сгорания и получаем
бензин 4,36*107 * 3,86*1010 = 16,8*1017 Дж
ДТ 4,35*107 * 2,4*1010 = 10,4*1017 Дж
газ 4,6*107 * 0,14*1010 = 0,6*1017 Дж
Итого 27,8*1017 Дж.
Переводим в кВт*ч, получаем 7,72*1011 кВт*ч или 772 млн МВт*ч
Для сравнения, выработка электроэнергии в России в 2018-м году составила 1092 млн Мвт*ч.
Правда 772 млн МВт*ч - это тепловая энергия. Столько энергии выделяется при сгорании топлива. Рабочую мощность рассчитываем с помощью КПД. КПД современного ДВС примерно 25%. После двигателя горячие газы еще вырабатывают электричество в генераторе и греют воздух в обогревателе. Общий КПД в пике потребления может превышать 30%. Среднегодовой КПД рассчитать точно невозможно, возьмем условно 27%. Получаем полезную энергию от сжигания этих 64 млн топлива в 210 млн МВт*ч.
КПД электродвигателя 80-90%. Плюс отсутствие необходимости в поддержке холостого хода, отсутствие потерь на коробке передач и возврат энергии при торможении. Кроме электродвигателя нужно рассчитать все дополнительные затраты на питание бортовой электрики и обогреватель. Получаем требуемую электрическую мощность порядка 240-260 млн МВт*ч.
В принципе не так много. Выработка энергии должна будет увеличиться всего на четверть.
Если рассматривать электрокар в модели сверхъемкого аккумулятора, то он превосходит авто на ДВС по всем параметрам. Конструкция проще, компактней, безопасней, экономичней и экологичней. Энергоэффективность также выше. Даже если дополнительную энергию нарастить исключительно за счет ТЭС, цепочка электростанция - электродвигатель будет иметь КПД в 1,5-2 раза выше чем у ДВС. КПД современных парогенераторов 40-45%, парогазовых установок 50-60%. В качестве топлива для ТЭС можно использовать природный газ, что экологично, или уголь, что дешево. В любом случае источник загрязнения уходит из мест скопления людей за города, а утилизовать выбросы на электростанциях проще, чем на миллионах авто. Наращивать же мощность можно и за счет ГЭС и АЭС.
Остается только одна проблема - как передавать эту энергию. Провода не вариант, с передачей по воздуху тоже пока не складывается. Остаются только химические аккумуляторы. И вот тут, увы, вся идиллия сходит на нет. Удельная емкость химических аккумуляторов слишком мала. Для сравнения вернемся к энергетическим характеристикам. При сгорании 1 кг бензина (1,25 л) выделяется 43,6 МДж энергии, или 12100 Вт*ч. Емкость самых совершенных литий-полимерных аккумуляторов - 270 Вт*ч/кг. Разница в 45 раз при низком токе и ограниченном числе циклов перезарядки. Сильноточные литий-ионные аккумуляторы с большим количеством циклов перезарядки имеют удельную емкость около 100 Вт*ч/кг. Разница более чем в 100 раз. Т.е. 1 кг бензина можно заменить 120 кг аккумуляторов. А бензобак в 40 л (32 кг бензина) примерно 4 тоннами аккумуляторов. Такая масса сама по себе уже увеличивает энергопотребление. Это в дополнение к сильной температурной зависимости и деградации по мере работы.
Обычно все уповают на научно-технический прогресс. Мол думал ли кто еще 30 лет назад, в эпоху свинцовых аккумуляторов, что можно будет в маленькую батарею впихнуть многие амперчасы. Вообще-то думали. Свинец далеко не самый легкий металл, и замена его на металлы с меньшей удельным весом должна была резко увеличить емкость в пересчете на массу. В итоге пришли к самому легкому металлу - литию. Это третий элемент таблицы Менделеева, легче него только гелий и водород. Чистый литий в качестве катода и анода использоваться не может, нужны соединение с другими, более тяжелыми элементами, например титаном, железом и марганцем. Все разработки в последнее время идут в направлении как подобрать более легкие элементы для катода и анода и более легкие электролиты. Резервы в этом направлении еще есть, но уже ограниченные. Возможен рост емкости в десятки процентов, может даже в несколько раз. Но это уже физический и химический предел.
Из химических аккумуляторов практически выжали все что можно, а что-то качественно превосходящее на горизонте не просматривается. Топливные ячейки - геморройно, дорого и на порядок уступают бензину по энергоэффективности. Ядерные батарейки на бета-распаде пока очень дороги и маломощны. Плазменные накопители - это еще скорее из фантастики. Так что хотелось бы верить в прорыв, но непонятно откуда он возьмется.
Ну и отдельная история это производство батарей. Нужно сначала добыть литий и прочие ингридиенты, включая редкоземельные катализаторы, транспортировать все это, изготовить батареи, упаковать в пластмассовый корпус, а после выработки ресурса утилизировать. Экологам в данный процесс лучше вообще не вникать во избежании сердечного приступа. А вот если рассчитать затраты топлива, полимеров из углеводородов, электричества в процессе производства, то хорошо если аккумулятор за все свои циклы разрядки сможет выдать столько энергии. Проще говоря, если просто сжигать нефть как топливо, будет экологичней и энергоэффективней.
Но любители экологии обычно в такие вещи не вникают.
Комментарии
Пункт 1 ровно в той же мере относится к электричкам. В городе потребление энергии тоже выше (иногда - раза в два), чем на трассе.
Надеюсь, понятно почему?
Пункт 3 - умолчали о том, что современные литиевые батареи - это готовая бомба, они просто опасны - и гораздо более опасны, чем бензин. Надо менять всю технологию, иначе будет как в Норвегии - одна тесла спалила 1600 машин на парковке. Это уж не говоря о веселье после ДТП.
Нет, в городе электромобили более эффективны. Они тратят меньше энергии при низкой скорости, рекупирируют энергию потраченную на ускорение, не тратят энергию на холостой ход.
В Норвегии пожар был из за дизельного автомобиля. Надеюсь вы понимаете что ДВС намного более огнеопасны чем батарейки.
> Нет, в городе электромобили более эффективны.
Увы, это не так. Сингапурцы меряли как раз теслу S в городском цикле - жрет на километр почти в два раза больше номинала из инструкции. Hint: пассивные потребители и меньшая средняя скорость. Могу ссылок накидать.
> В Норвегии пожар был из за дизельного автомобиля.
Ой как интересно.... Переобулись? В оригинальной новости было как раз про теслу.
> Надеюсь вы понимаете что ДВС намного более огнеопасны чем батарейки.
Это не так, их гораздо сложнее зажечь, чем батарейку. Особенно, кстати, дизели.
Зачем мне ссылки, если я сам мерял. В городе было 13.46 квтч на 100 км, а на трассе было 15.6 квтч на 100км. Пассивные потребители незначительны, а меньшая средняя скорости снижает затраты энергии на 1км пути.
https://skysheep.livejournal.com/154997.html
В оригинальной новости автор высказал преждевременное предположение, которое оказалось неверным.
ДВС мобили постоянно загораются. Вот сегодняшние новости.
Серьезный пожар уничтожил авто и гараж смолянина
https://smolnarod.ru/sn/sereznyj-pozhar-unichtozhil-avto-i-garazh-smolyanina/
В воронежском микрорайоне вспыхнули два автомобиля и гараж
https://vestivrn.ru/news/2020/01/09/v-voronezhskom-mikroraione-vspykhnuli-dva-avtomobilya-i-garazh/
Пожар в авто на Маршала Тухачевского зацепил еще одну машину
https://moika78.ru/news/2020-01-09/346705-pozhar-v-avto-na-marshala-tuhachevskogo-zatsepil-eshhe-odnu-mashinu/
Легковой автомобиль сгорел на улице Крылова в Твери
https://tver.aif.ru/incidents/fire/legkovoy_avtomobil_sgorel_na_ulice_krylova_v_tveri
В городе кпд электромобиля, зимой, равен 0%. Так как он стоит никуда не едет, а тепло до 5 кВт тратится на обогрев салона.
В нашем климате зима под 9 месяцев, вот во все эти месяцы кпд эклектромобиля равен 0%. А летом ты стоишь в пробке и кондиционер разряжает батарею, что тоже не дает кпд в 100% даже близко. И кондиционер тоже нехило жрет, под 2 кВт.
Кондиционер кушает где то 600 ватт в среднем. Если проехали 50км за час, вы потратите где то 6 квтч на движение, и 0.6 на кондиционер. Или если зимой, то потратите 7квтч на движение и 1.5 на отопление. В любом случае расходы в городе на 1км будут ниже.
На скорости 600 вт, на месте стоя 2 кВт.
Зимой вы потратите в движении от 6кВт. на отопление. Вот стоят на месте вы на отопление потратите 2кВт.
Потому как обдув стекол, батареи, и просто обледенение стекол, съест намного больше тепловой энергии чем стоя на месте. Аналогично и с кондиционированием, при движении тратится меньше, так как теплообмен усилен за счет движения, а вот стоя в пробке, теплообмена практически нет, да еще рядом стоят тачки которые поднимают окружающюю температуру на несколько градусов.
Если при движении на отопление и кондиционирование тратится больше, то опять в городе будут меньше затраты, так как движение медленное.
Вы все время путаете, при кондиционировании вам встречный ветер помогает кондиционеру. При нагреве, вам встречный ветер мешает, он отбирает тепло. Поэтому в городе только при нагреве будет меньше жрать, а вот при охлаждении в городе будет больше жрать.
Вообще при кондиционировании, встречный ветер будет теплее салона и будет нагревать салон.
Встречный ветер забирает тепло у радиатора, и у батареи. Стоя на месте, тот же вентилятор охлаждения крутится, на скорости он стоит. И еще стоя в пробке, температура вокруг выше. Не знаю как там у вас , а у нас в пробке разница до 5 гр. летом.
Э, ну вообщем я измерял езду на трассе, на разных скоростях, и езду в городе. Всегда с кондиционером. В городе расход меньше. На трассе, чем выше скорость тем больше расход на км. Например, при скорости 140 км/ч расход был 196втч/км. Ну а общий расход за прошлые 13641 км (в основном в городе) был 147втч/км
Овце, вам там часом с последним обновлением ПО портал в другое измерение не завезли?
Режим старт-стоп не может быть экономичнее равномерного движения - чистая физика. А при движении с городскими скоростями (между 20 и 30 кмч) - тот же кондей начнет жрать дополнительно на километр просто из-за большего времени поездки, и будет уже отъедать процентов 10-15.
Вернее, может - но тогда у меня очень плохие новости - это будет означать, что аэродинамика настолько плоха, что на скорости 50 миль уже создает сильное сопротивление воздуха, и оптимальная скорость - ниже.
Далее, по расходу. Ну вы осетра-то урежте! 130 ватт на километр - для информации - это вскипятить полтора литра воды. Как бы у вас там КПД за 100 процентов не улетел с таким расходом... В реальности народ пишет про реальный расход 22-25 по трассе и 28-30 по городу.
Про ссылки - улыбнули. Вы их сами хоть читали? "Причина пожара - короткое замыкание проводки". Если у вас Тесле коротнет - будет ровно то же самое, только потушить сложнее и визуальные эффекты круче.
Как раз все логично, если вспомнить физику. В ДВС-мобилях при торможении мы переводим энергию в тепло, а в электро мы рекуперируем. При движении с постоянной скоростью у нас есть атмосфера, чье сопротивление (которое нужно постоянно преодолевать). И оно пропорционально квадрату скорости. Поэтому если сравнивать медленную езду старт-стоп с рекуперацией и быструю - у электромобиля на большой скорости расход получается выше.
Насколько я понимаю, он сам владелец model 3 и цифры потому реальнее некуда. Вы же когда цифры в интернете смотрите, не забывайте что американские владельцы в основном указывают на милю или на 100 миль. Для перевода в километры нужно поделить на 1,61.
И вот данные с тесла форума по model 3: https://forums.tesla.com/forum/forums/model-3-real-world-kwhmile
Хахахах!!! Судя по форуму, ТС пытается сам для себя найти стимул к покупке Теслы )))
В ДВС-мобилях при торможении мы переводим энергию в тепло, а в электро мы рекуперируем."
Тото же таксисты в больших городах обычно отключают рекуперацию, так как с ней "жрет больше", особенно Лифы... в современных ЭМ рекуперируется в лучшем случае и то в полноприводных Теслах3 25%, в преднеприводных эту цифру надо уменьшать в полтора, в заднеприводных - в два раза
"Рекуперация" - это чистый маркетинг. В реальной жизни на индивидуальных жоповозках не работает. Да и вообще такой электромобиль как Тесла(даже 3) не имеет отношения ни к экономии, ни к экологии.
Рекуперациях вполне работает. Возвращает обратно около 80% энергии потраченную на ускорение, иди на подъем на горку.
Еще один с ГСУ.
Вперед в школу, учить физику. Например, что такое сила трения покоя и качения.
> Вы же когда цифры в интернете смотрите
Опять же - физика. Есть работа на перемещение массы на дистанцию. Ниже определенного предела она быть не может.
В школу, в школу - физику учить!
Вообще перемещение массы на дистанцию не отнимает никакой силы. Сила тратится на ускорение, на изменение потенциальной энергии, и на преодоление сопротивления.
Видимо, сопротивление воздуха вам не преподавали. А также не рассказали, что такое мощность и что считать нужно не мгновенную.
Не делайте больно вашим школьным преподавателям. Работа - это не про массу. Это про силу. Силу и расстояние.
В мире несколько миллионов людей ездят на электромобилям. И у всех у них расход выше на трассе. Даже американское правительство об этом предупреждает
https://www.fueleconomy.gov/feg/PowerSearch.do?action=PowerSearch&year1=2019&year2=2021&cbmkTesla=Tesla&minmsrpsel=0&maxmsrpsel=0&city=0&highway=0&combined=0&YearSel=2019-2021&MakeSel=Tesla&MarClassSel=&FuelTypeSel=&VehTypeSel=&TranySel=&DriveTypeSel=&CylindersSel=&MpgSel=000&sortBy=Comb&Units=&url=SearchServlet&opt=new&minmsrp=0&maxmsrp=0&minmpg=&maxmpg=&rowLimit=10
Интересно есть уже первые данные сколько в среднем % заряжают на заправке?
ИМХО, ниша электрокаров - это недорогая городская жоповозка в режиме дом-работа. С LiFePO - аккумуляторами. И, желательно в не очень холодном климате.
Личные городские жоповозки не нужны. Такси, общественный транспорт, развозные пикапы - это да.
Это если семьи нет.
Наоборот - если семья есть, то нет времени шляться по авторазвалкам, мойкам, заправкам, сервисам и ГАИ.
При наличии семьи с детьми автомобиль экономит огромное количество времени и сил.
Заправка 10 минут раз в неделю, мойка 2 раза в год, сервис 1 раз в год. В ГАИ был 3 раза за 8 лет, включая постановку на учет, авторазвалы не посещал. Все вместе меньше 1 рабочего дня в среднем за год.
В идеале, конечно, да, но они есть по факту, так пусть будут на батарейках. А так то и алкоголь и табак не нужны, ювелирные украшения, косметика и много чего ещё.
В расчёте не учтёны потери аккумулятора в цикле заряд-разряд (или я не заметил?). Для традиционных аккумуляторов кпд этого процесса обычно 60-70%, вряд ли у литиевых он радикально выше. То есть затраты ээ надо смело умножать на полтора.
Собственно, это относится к любому методу хранения электроэнергии. Даже у гидроаккумулирющих станций кпд хорошо если 80%, а ведь там никакой химии, просто электромоторы в идеальном режиме работы.
Если бы были потери в 30%, про при зарядке 70квтч выделялось бы 20 квтч тепла. Этого не происходит, и при обычной зарядке и разрядке выделение тепла минимальное. По паспорту у совреемнных батарей эффективность в районе 90-95%.
А для чего на тесломобилях стоит жидкостная система охлаждения акков?
Так то у современных и не самых дешевых и при специальном(берегущем) режиме зарядки а не как на теслах.
А что такого особенного в зарядке Теслы с током 32 ампера? Это всего 0.1с ток зарядки. Очень щадящий режим. И во время движение, потребление редко превышает 0.2c.
Система охлаждения в основном для защиты от высокой внешней температуры.
От "высокой внешней температуры".
Ммда. Бывает, конечно;)
Что с него взять, обычный гуманитарий.
Что значит буква "с" в "0.1с ток зарядки"?
Это измерение тока заряда батарей. Например, если батарея 2ач, заряжается током 200ма, то это 0.1с.
Это бред для лохов. КПД батареи теслы всего 60%. При разряде потери 30% при заряде 10%.
Лишнее тепло забирает система кондиционирования.
Ээ, у меня на зарядном устройстве счётчик энергии. Я в машину заливаю 16 кВтч, и она на них ездит 100км. Если потери 40%, то получается она потребляет всего 100 ватт на км?
При медленной зарядке потери около 10% при быстрой до 20%. И вам счетчик показывает сколько влилось, не считая вот эти самые 10% потерь.
Еще не забывайте кпд 60% а иногда и вообще 50% это когда тапка в пол.
А вот если понемногу брать с батареи, при неспешной езде, то кпд около 70% будет. То есть вы при зарядке 10% потеряли, но их не считает ваша тесла, их вы только по счетчику проверите который вам отмеряет зарядку. И на 20% отдала меньше батарея.
Еще потери на электромоторе 10% на инверторе 5%. Примерно так, поэтому потребление 100 ватт на км, вполне реальное, если двигаться по трассе и не в гору.
Вы бредите. Ваши цифры сильно не совпадают с реальностью.
Вы просто не в теме, по литиевым элементам давно все изучено вдоль и поперек, и никакая батарея даже близко не приблизилась к кпд хотябы 80%. Обычно сильно меньше, если не новая.
Без техдокументации ваши рассуждений не имеют веса (паспортные данные не канают, все автопроизводители жульничают, а уж маска-то как!).
При скорости 80кмч современному автомобилю класса "В" массой 1т для передвижения требуется передавать на колеса мощность 6-7 кВт, то есть приблизительно 70-80 Ватт на километр, ехать медленнее 50кмч для экономии не имеет смысла, ниже 20кмч расход будет даже расти из-за увеличения сопротивления качению...
По приблизительным рассчетам, у "трёшки" полный сквозной КПД при "тепличном" движении со скоростью 85кмч не превышает 50%
если вы считаете что КПД электромобиля 50%, это значит что я потратил 7.35 квтч на 100км на движение. Это примерно энергия 0.7 литра бензина.
ДВС мобиль, в таком же цикле, потребляет около 8-9 литров бензина на 100км. Это значит что КПД бензомобиля 8%-9% Ну может конечно, но что то маловато.
Перспективный чат детектед! Сим повелеваю - внести запись в реестр самых обсуждаемых за последние 4 часа.
> Так что хотелось бы верить в прорыв, но непонятно откуда он возьмется.
Ниоткуда. Первым делом Аппарат, который обеспечит такую же плотность хранения электроэнергии, как и у бензина будут ставить на военные дроны, что увеличит напряжённость в мире на несколько порядков.
Поправки к расчетам
1. КПД дизелей 40-50%
2. Следует учитывать не только выработку электроэнергии, но и потери на транспортировку до станций зарядки аккумуляторов. Для 220В линий это примерно 6%, плюс 3 процента в трансформаторах. Это без учета потерь в высоковольтных линиях от объекта генерации до трансформатора раздающего по 220.
Бензин и дизель тоже развозят по заправкам грузовики.
Сколько тратит бензовоз чтобы отвезти цистерну в 10-15 тонн на 100 км? На какие проценты вы выйдете?
Страницы