Насмотревшись на бесконечные холивары пропагандистов электромобилей и а/м с ДВС, решил запилить эту статью. Тема анализа - реальная экологичность и эффективность электромобилей по сравнению с бензиновыми и дизельными авто при тепличных условиях эксплуатации тех и других, существует ли преимущество э/м перед ДВС в настоящее время, и может ли оно существовать в перспективе, если сейчас не существует? Эффективность вычислялась как затраты энергии, выделяющейся при сгорании ископаемого топлива на перемещение тех и других автомобилей по ровной горизонтальной поверхности с умеренными скоростями при температурах окр. воздуха, не требующих отопления салона, подогрева батарей, длительного прогрева двигателя.
В плане экологичности для простоты было принято, что соотношение водорода и углерода в природном газе, из которого предполагается получение электроэнергии, и в бензине и дизельном топливе одинаково (хотя, строго говоря, это не так, и сгорание метана и бензина не одинаково экологично). То есть эффективность и экологичность были приняты равными.
Все данные были взяты из открытых источников (Вопрос достоверности источников и чистоты экспериментов - открытый, уточнения приветствуются).
Здесь
1) https://zen.yandex.ru/media/id/5e45811f199f2d3291f0cdbe/nissan-leaf-test... 16,1
2) https://www.drive2.ru/l/543601848381080101/
результаты экспериментов с электромобилем ниссан лиф ZE1. Результаты практически идентичны и по ним можно вычислить, что пробег легового электромобиля массой 1580 кг (здесь данные по массе рttps://auto.ru/catalog/cars/nissan/leaf/21110080/21110110/specifications/) с неплохой аэродинамикой составляет ~16 кВт-ч/100 км при скоростях от 60 до 110 км/ч, причем согласно условиям этих экспериментов, это емкость, которая была закачана в аккумулятор из электросети. Теперь необходимо вычислить кол-во потребляемой механической энергии на 100 км пути с учетом кпд привода.
(Однажды я сам делал расчет потребления механической энергии для ав-ля лада Приора хэтчбек (1080 кг, Cx=0.35), и у меня получилось 45 МДж, или 12.5 кВт-ч. Этот расчет здесь приводить не буду, чтобы не загромождать. Также расход мех. энергии для перемещения а/м Волга ГАЗ-24 приводит в своей книге про супермаховики Н. Гулиа, но там указано 25 МДж/100 км, это очень мало для а/м 1700 кг весом и с аэродинамикой кирпича, поэтому это значение использовать не буду).
Кпд современных электромоторов не менее 0,89 для bldc малой мощности (https://hobbyking.com/ru_ru/turnigy-rotomax-100cc-size-brushless-outrunn...).
Также есть непроверенные данные, что мотор Tesla S имеет кпд 94-96% (https://zen.yandex.ru/media/licc/o-liderstve-tesla-da-oni-toje-ispolzuiu... и https://rem235.livejournal.com/3193.html).
В целом, если принять это значение (95%) за правду, и предположить, что кпд контроллера также составляет около 95%, получится, что общий кпд привода составляет около 0.9.
Далее по циклу заряд-разряд. Эксперимент (https://www.youtube.com/watch?v=Qt6EVabkHM8) с определением кпд заряда-разряда показал, что при заряде током ~0.06C кпд 1 цикла составил ~0.9. Из экспериментов с лифом (№2) можно вычислить, что заряд производился током током ~0.09С (АКБ заряжалась мощностью 3600 Вт, это 16 А при 220 В, батарея лифа имеет напряжение 400 В, значит ток на нее был примерно 9 А, 40 кВт-ч соответствует при 400 В емкости ~100 А-ч, соответственно, 9 А/100 А-ч=0.09C). Это близко к 0.06C из эксперимента, поэтому можно принять за кпд заряд-разряд также 0.9. В общем получаем кпд от сети до дороги 0.9х0.9=0.81.
Отсюда вычисляем механическую энергию, затрачиваемую лифом на передвижение: 16 кВт-ч х 0.81=12.96 кВт, или 46.7 МДж. Это очень близко к моему расчету для Приоры, за исключением разной массы, но аэродинамика лифа, возможно, лучше, поэтому компенсирует увеличение трения качения.
Таким образом, примем, что эта энергия (46.7 МДж) требуется для пробега 100 км любым легковым автомобилем похожей массы и аэродинамики.
Теперь посмотрим, каков кпд выработки электроэнергии и ее доставки к потребителю.
Нетто-кпд конденсационных электростанций (КЭС) составляет 35-37% (https://infopedia.su/9x8c40.html)
Нетто-кпд парогазовых установок типично составляет 58% (https://neftegaz.ru/tech-library/elektrostantsii/141631-parogazovaya-ele... и https://ccpowerplant.ru/kak-otlichayutsya-kpd-gtu-i-kpd-pgu-dlya-oteches...)
Здесь (http://window.edu.ru/catalog/pdf2txt/771/40771/18076?p_page=3) приведены методические указания для дипломного проектирования, из которых вроде бы следует (таблица 5.3 ), что, во-первых, максимально допустимые потери в сетях высокого напряжения составляют 10%, и больше при проектировании допускать нецелесообразно. Во-вторых, из таблицы можно определить потери в этих сетях на 1 км линии:
35 кв 0,4%/км
110 кв 0,08%/км
220 кв 0,025%/км
330 кв 0,014%/км
500 кв 0,00083%/км
750 кв 0,00045%/км
1150 кв 0,00033%/км
Здесь (http://usep.ru/?action=directory&count=001) приведены данные по допускаемым потерям в бытовых сетях от трансформаторной подстанции до потребителя: 6% в кабельных сетях, 8% в воздушных сетях.
Отсюда можно оценить, что потери, если брать городские поселения и пригороды, в которых живет подавляющее большинство людей, не превысят 12% (например, 10 км сети 35 кВ+8% потерь в воздушных сетях от ТП до потребителя), то есть кпд потерь будет 0.88. Специалисты могут меня поправить, но думаю, что значения не будут отличаться в разы.
Таким образом, если взять средние значения кпд для КЭС и ПГУ ТЭС (36% и 58% ), получаем, что общий кпд электромобиля будет
соответственно для КЭС 0.36х0.88х0.81=0.256 и для ПГУ ТЭС 0.58х0.88х0.81=0.413.
Также необходимо заметить, что ПГУ ТЭС в РФ в настоящее время не рапространены (возможно, пока), поэтому питание электромобилей от них можно расматривать только как перспективное.
Теперь определим реальный кпд современного дизельного автомобиля как наиболее термически эффективного.
Возьмем автомобиль с идентичной массой, мощностью двигателя и похожими обводами кузова.
https://auto.ru/catalog/cars/volkswagen/passat/21674342/21677971/specifi...
Паспортный расход этого автомобиля 4.1 л/100 км. Примем, что это достоверно, несмотря на дизельгейты и прочие реальные отзывы. Это соответсвует 4.1*0.8=3.28 кг дизельного топлива. Телпота сгорания дизельного топлива и бензина 43.6 МДж/кг (http://thermalinfo.ru/eto-interesno/udelnaya-teplota-sgoraniya-topliva-i...). Отсюда можно определить, что общий кпд этого автомобиля 46.7 МДж/(3.28 кг*43.6 МДж/кг)=0.326.
На АШ люди много раз упоминали, что их бензиновые автомобили потребляют ~6.5 л/100 км при движении по трассе. Такой же как и выше расчет показывает, что кпд таких автомобилей составляет 46.7 МДж/(6.5*0.8*43.6)=0.206.
Эти низкие значения, скорее всего, объясняются неполным сгоранием топлива в цилиндрах, так как чисто термический кпд ДВС довольно высок.
Вывод, который можно сделать по результатам этого расчета: экологичность и эффективность электромобилей в настоящее время (преобладание КЭС) в 0.326/0.256=1.26 раза хуже, чем у дизельных, и в 0.256/0.206=1,24 раза лучше, чем у бензиновых.
В перспективе (при использовании э/э от ПГУ ТЭС) экологичность и эффективность может быть 0.413/0.326=1.27 раза лучше, чем у дизельных, и 0.413/0.206=2 раза лучше, чем у бензиновых.
Для более точной оценки надо исследовать изменение затрат при:
а) быстрой зарядке АКБ
б) городских циклах движения
в) движении при сильно минусовых температурах
г) отоплении салона и подогреве АКБ зимой
д) прогреве ДВС зимой
е) транспорте топлива с НПЗ на АЗС
P. S.
1) Сравнительную экологичность и эффективность ПРОИЗВОДСТВА и УТИЛИЗАЦИИ тех и других ав-лей предоставлю исследовать более компетентным людям.
2) Питание эл. мобилей от СЭС и ВЭС не рассматривал, так как это на сегодняшний день не выглядит сколько-нибудь реальным в РФ, разве что электровелосипед или самокат, ну или, как максимум, скутер можно запитать с соответствующими такой технике дневными пробегами.
3) Когда и если ископаемое топливо кончится, питание от АЭС с ВВЭР будет обеспечивать кпд эл. мобилей ~0.21-0.22, что вернет их эффективность к бензиновым сегодняшним ДВС, но сильно повысит экологичность. БН-реакторы, наверное, смогут поднять их эффективность чуть выше.
Только об одном прошу: не рассказывайте, пожалуйста, в комментариях о том, что у вас есть машина и ее расход бензина на 146% меньше паспортного
.
Комментарии
О каких металлах идёт речь? Если о свинце, то в ЕС его нет в бензине с 2000 года - запрещён.
Запрет тетраэтилсвинца для повышения октанового числа никоим образом не означает запрет физики или химии. Эту предельно ядовитую гадость изначально нельзя было использовать. Речь о тяжелых металлах. Выбросы ДВС их содержали, содержат и будут содержать.
Вы меня натолкнули на открытие! У меня почему-то отложилось, что тяжёлыми считаются металлы свыше атомной массы в районе кадмия, а оказывается есть другие критерии классификации, согласно которым, тяжёлыми являются и хром с медью.
Дешевых малолитражек пруд пруди было после войны, так что не аргумент ни разу в пользу э/м.
Немного непонятна Ваша логика - дешевая малолитражка как была, так и остается основным автомобилем, требования к такому классу автомобилей сформулировал еще Гитлер при разработке Жука - доставка семьи из трех детей и двух взрослых на отдых со скоростью 100 км/час и расходом топлива 7 литров на сотню при запасе хода 500км. Что-то поменялось? Разве что детей сейчас в среднем двое, так место третьего съедают детские сидения. Американцев заставил пересесть на компакты нефтяной кризис, при чем здесь война? У немцев война наоборот отодвинула автомобилизацию.
Большая часть продаваемых автомобилей относится и сегодня к так называемым компактным автомобилям малого класса. И дело не в аргументах за и против электромобилей - дело в соотношении цены и потребительских свойств. В Европе основной спрос на автомобили еще меньшего класса по той же причине - зад они комфортно перевозить могут за минимальную цену. Если электромобиль будет перевозить зад еще дешевле, то он вытеснит в городах прочий транспорт, если не будет - не вытеснит, и это зависит не от аргументов и даже не от политики, а от технологов.
Электромопеды классические мопеды уже вытесняют, вполне вероятен такой эффект и для основного городского транспорта - условная лада гранта до 500 тысяч рублей с запасом хода в 300км при нынешней цене ночного электричества убьет конкурентов. КАМАЗ за новую липистрическую ОКУ (КАМУ вроде бы) хочет миллион, ему нужно будет как-то обжать себестоимость в два раза, чтоб повалить рынок. Китайцы уже сейчас недалеки от решения задачи. А что будет, если бензин подорожает в пять раз? Дешевой-то нефти все меньше на планете...
В двух предложениях вы уже сами себе противоречите:)
Маркетологи внедряют вам стандарты Индии или Шанхая, а вы даже не замечаете.
Очередной бред! По мне так повысит стоимость э/э до европейской:) А там не за горами и налоги соответствующие: https://aftershock.news/?q=node/925295
Камаз пока осваивает минпромторговские бабки пятилетней давности, выданные на разработку. Только рендеры рожает - надо же отчитываться за емобиль! И уже замахнулся на дотации при продажах в 25%!!!
Зетта тоже планировалась за 600тр, но по факту вылезает уже за 1,2 ляма, а по сути небезопасное дерьмо из говна и палок.
Ваще ржу с таких розовых пони, считающих, что кто-то им хочет сделать хорошо:)
Вечные батарейки, э/м, бесплатные парковки, выделенки, электричество:)
сравнивать надо не киловат часы и рубли, а целесообразность расхода оесурсов ради перевоза частной жопы на расстояние 100 км с непонятными целями.
дано: бензина и соляры производство не хватит на текущие хотелки массовки, в первую очередь должно идти на сельхоз технику, армию и гос службы типа скорой пожарной и прочих авиаций кораблей. для частника есть общественный транспорт (трамвай монорельс метро), а в руки ему можно отдать "просто так" к примеру 5 квт-часов в день. Куда и на чем можно поехать имея в руках 5 квтчасов? вариант первый - масса транспорта 100 кило, расстояние 100 км. или масса транспорта 500 кило, расстояние 20 км. для тех кому ехать именно на диване с крышей и музыкой. выбор вобщемто от и до.
Производство аккумов не дешевое дело, в плане энергии. Не могу найти инфу, знаю в подобных расчетах часто используют значение в 30% от всей энергии, которую может выдать аккум за разумный срок жизни. В моём понимании это значит что итоговый кпд надо на 0,7 ещё домножить.
"доблестный калькуляторщик" -автор. Молодец, не забыл электричество от станции до розетки прикинуть, а то что литр дизтоплива, тоже не из бака авто появляется - посчитать забыл!? 😀😁😂 Сколько энергии надо для: извлечения нефти из земли, переброска её на НПЗ, сколько энергии затрачиваем на её выпаривание для получения дизтоплива( кроме всего прочего).Потом логистика до бензоколонки, сколько энергии заберёт, прежде чем водитель "вольфсвагена" зальёт его в бак?
Вот посчитайте тАк, чтоб честно было сравнивать энергозатраты на производство 1кВт×часа электричества из розетки, и 1 кг. дизтоплива из шланга на заправке.
И чёта ржу, представляя у себя в руке бензиновый шуруповёрт, телефон, компьютер.... ну и так далее 😂😂😂.
ПС. деньгами - просьба не считать, ибо они меры не имеют. Давайте по научному, в джоулях.
Не нравится бензин, пересчитайте все по природному газу: https://aftershock.news/?q=node/838869
Поклонникам электрокаров. Вы приехали в свой особняк вечерком и ставите пепелац на зарядку. Пока вы один такой крутой - все ништяк. Но вот половина вашего поселка обзавелась анлогичными авто. Напряжение в сети - о чудо 140 В. Зарядки не работают (если работают, то не будет и 140). Перестают работать ваши светодиодные лампочки, микроволновки, электрогрили, насосы отопления и водоснабжения. Дальше начинается эпопея сбора денег с комъюнити на новые ТП, провода, техприсоединения. Бабушки у которых изба на курьих ножках и из транспорта коляска для сумки шлют вас лесом, богатые буратины аналогично из-за врожденной жадности. Наскребя деньжат вы будете год-другой реализовывать проект. Затем, не исключено, это придется повторить. Про похожую проблему в многоэтажке/микрорайоне/городе даже говорить не хочется.
Электромобиль проблем инфраструктуре своей эксплуатацией создает достаточно, создаст в будущем еще больше, одни пожары чего стоят, технология может и не выстрелить, но Вы серьезно полагаете, что выключивший у себя на заводе какой-нибудь простенький токарно-винторезный станок типичной мощностью в 10 киловатт (и это не считая вытяжек в человеческий рост) токарь, у которого дома провода рассчитаны на 16А, т.е. потребление домохозяйства в пике - 3,5кВт, создаст хоть какую-то проблему системе даже нагрузкой на зарядку дурным током недоступной ему понторезной Теслы в 7кВт? И что-то поменяется в деревне/микрорайоне, где все в чем-то "токари", а кто не "токарь" - тому и ездить не нужно, соответственно и заряжать незачем? То-то ночью энергия дешевле в пару раз. Может он все-таки скорее выровняет дисбаланс, а станция меньше будет при изменении нагрузки насиловать градирни и топить атмосферу, а?
Типичный график суточных нагрузок всегда имеет дыру потребления от 0 до 6 утра, а раздельный учет тарифа встроен уже во все счетчики, заряжайся по самое не могу когда дешево, а на пике потребления очень быстро самому не захочется Чубайсу на новый лимузин скидываться. Дополнительные понижающие трансформаторы для зарядок понадобятся, но не более того.
В будущем производство Электро-Энергии тоже начнет преобразовываться...любой спрос рождает предложение...есть запрос на экологичность...будут вводить в эксплуатацию более экологически чистые станции...так было и так будет всегда в истории человечества...ну гляньте вы поглубже в историю...В наше время есть огромный запрос людей и планеты на экологичность...поэтому так и будет,а кто сопротивляется тот отстанет.
Светодиодные лампочки мало потребляют и работают даже при 90 вольтах. Некоторые экземпляры еще при более низком напряжении.
Все зависит от проеобразователя. У меня часть ретрофитов начинают еле тлеть уже 200В, часть на 180.Может и есть до 90В, но это надо спецом искать. Вообще светодиоды плохи тем , что у них большое количество ненормируемых и непроверяемых в 6ытовых условиях х-к. И еще. Не успел ты найти подходящие тебе ламочки, как они исчезают из продажи.
Это они при работе такие красивые, а при производстве всё прямо противоположно.
А я помню в 2010-м Шатура горела и электроподстанция в Капотне накрылась медным тазом от кондиционеров:)
А еще я помню кажись в 2012-м ледяной дождь зимой под НГ в подмосковье, когда попадали деревья и порвали ЛЭП, в некоторых поселках света не было целый месяц!!! Электрогенераторы исчезли как класс на 2 недели, потом вернулись по тройной цене:)
А еще у тещи в деревне в подмосковье свет могут выключить на пару-тройку дней без объяснения причин:)
PS Ну естественно, пока новые линии не кинули и трансформатор не проапгрейдили - зимой иногда сеть падала до 160В.
ХЗ, если там заведутся любители э/м - все может вернуться вновь:( Пока вроде 230В держится, хотя на прошлой неделе у тещи несколько лампочек одновременно взорвалось - наверное проблемы не за горами ...
может, если не возить с собой две тонны железа и стекла в расчёте на одного водителя
электричество откуда брать то будут госпдя
ГАЗ-24 "с аэродинамикой кирпича" продувалась в аэродинамической трубе. Статья публиковалась в журнале "За рулем". Обнаружились интересные результаты. Cx у Волги был меньше, чем у Москвича 2141 (теоретического). А у Москвича теоретическим он назван потому, что достигался при закрытых колесных арках, снятых зеркалах и закрытым обтекателем радиатором. А Волга показывала результаты в естественном виде.
Оказалось, что чемоданность, дает выйгрыш. Единственное, у Волги площадь миделя больше, чем у Москвича. Потому сравнивать нужно не Cx, а силы сопротивления.
Дело не в чемоданности, а в длинне. Чем длиннее авто- тем дольше оно находится в ламинарном потоке.
У крокодила скос заднего стекла был от балды нарисован без всякой продувки. Там разряжение с завихрением нехилое было ...
и ваще
будущее за пневмотачками
Те данные о расходе топлива, которые публикует производитель -
это сказки дядюшки Примуса! Для получения реального расхода к их оценкам надо добавлять процентов 30 а то и 40. И это несколько меняет картину.
Тем не менее всячески приветствую попытку сделать именно комплексную оценку.
Ближайшее настоящее за гибридами. Вместо аккумуляторов будут конденсаторы-ионисторы и тому подобное.
Для передвижения авто со скоростью 100км./ч. достаточно мощности ДВС около 50л. с.
Остальное будет в контуре рекуперации.
Уважаемый rusmedved2017:
Во-первых, спасибо за труд и интересные опубликованные результаты.
Во-вторых, производство и использование электромобилей сейчас быстро развивается в странах/регионах с высокой освещённостью и умеренно сильными регулярными ветрами. Это связано с увеличением масштабов выработки солнечного и ветрового электричества и падения цен на это самое возобновимое электричество.
Заодно, производство эл. панелей становится более экономичным, экологичным, итд.
Поскольку возобновимое эл-во вырабатывается нерегулярно, а электромобили иногда нужно заряжать, то сам Бог велел скомбинировать эти процессы и заряжать электромобили дешёвым (и дешевеющим) электричеством когда солнце светит/ветер дует.
(Бог, Полн. Собр. Соч., т 120, с 34)
Сдерживающим фактором в электрификации авто является дороговизна авто. Но их стоимость падает.
Так что переход на электромобили в освещённых/ветренных странах - вопрос времени.
Что касается России, то из-за низкой освещённости и скорости ветров КИУМ ВИЭ ниже чем у
партнёровзаклятых враговсионистовюго-западных соседей, по каковой причине (и по ряду производных взаимосвязанных причин) соответствующие технологии добираются до России медленнее чем до других стран. Посему России не имеет смысла торопиться с повсеместным внедрением ВИЭ и электроавто "чтоб от всего мира не отставать" - но готовиться к сокращению спроса на нефть в этом десятилетии смысл имеет.Э/м нужно заряжать ночью, а Солнце светит днем (Дьявол роется в деталях!)
Бред какой-то... Надо считать изготовление и утилизацию аккумуляторов - это самое важное в этом деле. Ну и где брать электричество для зарядки всего этого счастья? Из чего его брать... Эффективность в рамках отдельного гражданина с розеткой из которой вытекает ылистричество - вполне возможно. Но если посмотреть вцелом, то будут большие проблемы. И чего тут думать - не понятно. Ну гуманитарии если только развлекаются...
Есть чисто практические наблюдения:)
В повседневной жизни я использую связку авто+электровелосипед. Причем авто у меня используется чисто для поездок на дачу четыре раза в месяц. До дачи и обратно с учетом местных поездок за продуктами и хоз. товарами в среднем набегает 300км. За год получается 300*4*12=14400 км. Округлим до 15000 с учетом внеплановых поездок. По одометру так реально и получается плюс-минус. Катаю в основном свою тушку под 90кг и сопутствующие грузы около 50 кг в среднем.
Соотношение массы полезного груза к массе машины примерно 1:10 (машинка полторы тонны).
Электровелосипед. Используется для поездок на работу в ежедневном режиме. 22км чисто на работу и домой. Плюс вечерние покатушки в среднем на 30км весьма часто и заезды в выходные дни. За год с марта по октябрь набегает в среднем 6000 км. Это весьма средний показатель. Любители на обычных велах далеко за 10000 катают в год. Но мне лениво по Москве в горки кряхтеть по спортивному. Поэтому обхожусь здоровым образом жизни. Сочетаю разумную нагрузку на тело с полезным перемещением в пункты назначения. Электровел весит 25 кг. С грузом все 30 бывает. Затраты на перемещение по электроэнергии составляют в среднем 12 ватт на 1 км. Физические затраты не учитываю, поскольку нагрузки небольшие и вполне укладываются в трехразовое питание. Итого 6000*12=72000ватт. Или 72 кВт. Даже с учетом КПД зарядки пусть будет 100-120 кВт. За год!!
Соотношение собственного веса к велосипеду 3:1.
Таким образом, в моем случае , мне удается за счет велосипеда "скрутить" счетчик с машины на 6000 км. Про то, что не нужно торчать в пробках или в общественном транспорте я уж и не говорю:)). А 6000 км в пробках Москвы это все равно что 12000-15000 км за городом проехать.Как минимум. С возрастом время и здоровье начинаешь ценить дороже.
Конечно, мой опыт не для всех подходит. Но таких горожан, как я, очень много. Выводы делайте сами.
Будет годный аккумулятор - будут электромобили. А пока, так, дорогая игрушка.
Отличная аналитика.
Предлагаю заменять слово электромобиль на Летняя городская жоповозка или ЛГЖ
Термин ЛГЖ сразу определяет возможные сроки (в год) и место использования.
Я думаю, в этом случае АЭС проработают недолго.
Былинный срач! Распечатки обсуждения разосланы по Госдепу США и внимательно изучаются. Сим повелеваю - внести запись в реестр самых обсуждаемых за неделю.
Страницы