Samochody elektryczne: przyszłość czy przeszłość?

Czegoś tu brakuje? - Nissan Leaf

Czegoś tu brakuje? - Nissan Leaf

Na przełomie XIX i XX wieku samochody elektryczne zajmowały 38% amerykańskiego rynku, dorównując niemal parowym (40%) i deklasując spalinowe (22% rynku). Były ciche, łatwe w obsłudze i miały wystarczające osiągi — pierwszym samochodem, który przekroczył 100km/h był właśnie pojazd elektryczny. Potem o nich zapomnieliśmy. Dlaczego?

Stało się tak z uwagi na niesamowity rozwój spalinowej konkurencji: silniki stawały się bardziej niezawodne, cichsze, osiągały coraz większą moc. Jednocześnie ich koszty produkcji spadały. Najważniejszy był jednak zasięg i czas uzupełniania zasobów energii.

By uzmysłowić różnicę:

E-Ruf: pół tony akumulatorów - wired.com

Nawet jeśli uwzględnimy małą sprawność silnika spalinowego (średnio 15–20%) to i tak przewaga benzyny będzie druzgocząca. By uzyskać przyzwoity zasięg potrzeba kilkaset kilogramów akumulatorów. Masę 53kWh zespołu z Tesli Roadster ocenia się na ok. 400kg. Nie bez powodu większość prototypów to samochody sportowe — akumulatory mogą spokojnie zająć miejsce dużego i ciężkiego silnika tłokowego.

Sportowa Toyota z silnikami Tesli

Cudowny silnik?

Zobacz również: Goodyear - konferencja

Już ponad sto lat temu znano oczywista była przewaga charakterystyki silnika elektrycznego (a także parowego1) nad spalinowym. Poniżej widoczne jest porównanie 292-konnego silnika Tesli Roadster Sport z 290-konnym 3.0 TFSI Audi.

Silnik elektryczny kontra nowoczesny benzynowy

Widzimy, że nowoczesny doładowany benzyniak może konkurować z elektrycznym odpowiednikiem tylko w zakresie ok. 2000–6500obr./min.  Silnik elektryczny może pracować od zerowej prędkości obrotowej, co pozwala wyeliminować sprzęgło. Jeśli producent pójdzie na kompromis i zrezygnuje z bardzo wysokiej prędkości maksymalnej lub dynamiki przy małych prędkościach, to silnik taki nie potrzebuje nawet skrzyni biegów. Dodatkowo jego sprawność w całym zakresie charakterystyki jest wysoka: 80–90%, podczas gdy 35–40% (do 45% dla diesla) silnika spalinowego osiągane jest tylko w jednym punkcie. Wynika z tego też druga korzyść: można zamontować duży silnik elektryczny bez obawy o jego sprawność. Chcemy 300KM, choć na co dzień używamy 30? Czemu nie, spadek zasięgu będzie pomijalnie mały.

Szczyt prostoty - silnik Tesli

Zachęcająca jest również masa silnika elektrycznego: w Tesli Roadster ok. 30kg, podczas gdy jego tłokowy konkurent (V6 TFSI) waży 190kg.

90% sprawności?

Tak, ale samego silnika. Trzeba jeszcze uwzględnić falownik zmieniający prąd stały na zmienny potrzebny do zasilania silnika, oraz prostownik robiący odwrotną operację podczas ładowania akumulatorów.  Do tego dochodzi opór wewnętrzny akumulatorów obniżający ich sprawność (czyli powodujący nagrzewanie się) podczas ładowania i rozładowywania. Należy też nadmienić, że akumulatory litowo-jonowe nie znoszą wyższych temperatur, które to powodują nasilanie zjawiska samorozładowywania.

Najszybsze samochody…elektryczne

Ile "pali" samochód elektryczny?

Wymarzone warunki dla niego to powolna jazda miejska, korki. Tam zapotrzebowanie na moc jest małe i można wykorzystać rekuperację energii podczas hamowania. Tu możemy się spodziewać zużycia energii rzędu 10–12kWh na 100km. Gorzej jest z jazdą pozamiejską, w tym przypadku osiągniemy 16–20kWh/100km. Lepiej nie zapuszczać się na niemieckie autostrady: przy 200km/h zużycie 50kWh/100km nie będzie niczym nadzwyczajnym. Trzeba jeszcze pamiętać o układach dodatkowych: klimatyzacji (nawet kilka kW), wspomaganiu kierownicy (kilkaset W) i hamulców, oświetleniu czy ogrzewaniu w zimie.

Dla entuzjastów CO2 wspomnę, że w polskich warunkach uzyskanie 1kWh energii elektrycznej wymaga wyemitowania ok. 1kg CO2 przez elektrownię. Z szybkiej kalkulacji wynika, że wpływ samochodów elektrycznych na emisję tego wspaniałego gazu jest niemal taki sam jak spalinowych (100–200g/km).

Ładujemy z domowego gniazdka?

Nie ma ku temu przeszkód - oprócz czasu ładowania. Domowe gniazdka pozwalają pobierać w granicach 3kW, czyli takiego Nissana Leafa z 24kWh zespołem akumulatorów można spokojnie "zatankować pod korek" w ciągu jednej nocy. Teslę trzeba będzie zostawić już na weekend. Warto zauważyć, że w Polsce energia elektryczna sprzedawana jest po niższej cenie w nocy, a w przypadku niektórych taryf także w weekendy. To efekt mniejszego zapotrzebowania na prąd, który i tak musi być produkowany — nie opłaca się wygaszać elektrowni na noc.

Tesla Roadster u wodopoju

Dla kogo?

Nabywca samochodu elektrycznego powinien:

  • posiadać garaż z gniazdkiem na ścianie,
  • jeździć głównie po mieście — najlepiej dojeżdżać nim do pracy,
  • na trasę mieć lub wynajmować drugi samochód ze silnikiem spalinowym.

Ostatnie twierdzenie próbują podważyć tzw. samochody elektryczne o rozszerzonym zasięgu: Chevrolet Volt, Opel Ampera, Audi A1 E-Tron. Wszystkie z nich są naprawdę hybrydami szeregowymi, gdzie silnik spalinowy tylko napędza generator. Korzystają z tego, że tylko chwilowe zapotrzebowanie na moc jest duże. Wtedy duży silnik elektryczny pobiera prąd zarówno z akumulatora jak i generatora. Podczas ustabilizowanej jazdy pobór energii jest tak mały, że niewielki generator wystarcza zarówno do zasilania silnika jak i ładowania akumulatorów.

Zdeklasują spalinowe?

Oby nie. I bynajmniej nie piszę tego z uwagi na względy akustyczno-estetyczne. Pamiętajmy, że energia elektryczna jest tania teraz. 5% samochodów elektrycznych nie spowoduje drastycznego wzrostu cen, ale już 50% może być katastrofą. Ktoś będzie musiał ponieść koszty rozbudowy elektrowni i sieci przesyłowych.

1. Silniki elektryczne, parowe i turbiny gazowe dwuwałowe mają charakterystyki zbliżone do idealnej, gdzie maksymalny moment obrotowy osiągany jest przy 0 obr./min, a potem spada wg hiperboli (by moc była cały czas stała).

Zobacz więcej artykułów z serii: Samochody hybrydowe i elektryczne

Podziel się:

Przeczytaj także:

Także w kategorii Poradniki i mechanika:

Leki zaburzające zdolność prowadzenia pojazdu [poradnik] Regeneracja wtryskiwaczy Common Rail Smarowanie mechanizmów różnicowych - czy wymiana oleju jest konieczna? Eksploatacja świec zapłonowych – ocena wyglądu świecy Łańcuchy tekstylne - lepsza alternatywa dla stalowych? Świece zapłonowe - budowa i zasada działania Jak eksploatować samochód z instalacją gazową? Tramwaj czy auto - kto ma pierwszeństwo? Amortyzatory o zmiennej charakterystyce tłumienia - ciecze magnetoreologiczne Amortyzatory o zmiennej charakterystyce tłumienia - sterowanie zaworami elektromagnetycznymi Porównanie napędu Mazda SKYACTIV kontra Škoda TSI&DSG Opony zimowe - na co zwrócić uwagę Škoda Octavia 1,2 TSI - którą wersję silnika i jaką skrzynię lepiej wybrać? Amortyzatory o zmiennej charakterystyce tłumienia Jak dbać o oświetlenie pojazdu? Jaka prędkość na autostradzie jest najlepsza? Strefa ruchu i strefa zamieszkania - czym się różnią? Dlaczego opona zimowa lepiej sprawdza się podczas zimy? Jak kupować używane auto z instalacją LPG? – strona techniczna Czujniki ciśnienia w oponach TPMS – jak to działa? Czy zakup oszczędnego silnika się zwróci? Wtryskiwacze Common Rail – zasada działania Jak zabezpieczyć auto przed solą? Światła w samochodzie - kiedy włączyć jakie?

Popularne w tym tygodniu:

6 legalnych sposobów na mandaty „Na mechanika” - nowy sposób na oszukiwanie kierowców Marki z najbardziej awaryjną klimatyzacją 3.0d: flagowy diesel BMW nie jest taki idealny, jak go malują Na tych benzynowych, sześciocylindrowych silnikach możesz polegać DEKRA 2017: najwytrzymalsze starsze i tanie samochody Samochody kompaktowe z prostymi silnikami benzynowymi Rozgrzany samochód jest dla dziecka śmiertelną pułapką Samochód nowy czy używany? Wszystko zależy od potrzeb Regeneracja części - co warto, a czego nie warto naprawiać? Wjazd do lasu – kiedy nie wolno tego robić, jakie czekają cię konsekwencje? Test fotelików ADAC 2017