Gdzieś między Polską a Niemcami, a szczególnie w NRD

Pomyślmy: Jak to z pradem do samochodów będzie

Temat prądu do samochodów jest ogólnie interesujący, spróbujmy może policzyć jak by to wszystko wychodziło.

Na zdjęciu: Audi E-tron na targach IAA 2009.

Audi eTron na IAA 2009

Audi eTron na IAA 2009

Przyjmijmy za punkt wyjścia Opla Amperę, jako samochód normalnej wielkości, który teoretycznie mógłby zastąpić typowego kompakta. Porównajmy go z samochodem podobnej wielkości tego samego producenta, weźmy na przykład Astrę J z silnikiem 1.4.

Podstawowa różnica między tymi samochodami jest taka, że Ampera jest znacznie cięższa. Silnik spalinowy Ampery jest podobny do tego w Astrze (też 1.4l tylko słabszy), ale akumulatory i inne elementy napędu elektrycznego swoje ważą - Ampera ma 350 kg więcej niż Astra.

Według danych producenta Astra zużywa 5,5 l/100 km (129 g CO2/km), załóżmy że jeździmy tak normalnie i wychodzi nam 6.5 l/100 (150,8 g CO2/km). Ampera jadąca na własnym generatorze bierze - też według producenta - 4,8 l/100 km (111 g CO2/km) uważam że to możliwe, bo Prius też porusza się w podobnych wartościach. Silnik spalinowy w optymalnym zakresie najwyraźniej bierze właśnie tyle.

Teraz dla porównania zajmijmy się jazdą na prądzie. Ampera ma akumulator na 16 kWh, wykorzystuje się do 70% jego pojemności, czyli 11 kWh. Na tych 11 kWh można przejechać jadąc idealnie spokojnie 90 km, a normalnie jakieś 50. Ponieważ benzyna ma jakieś 8 kWh/litr to wychodziłoby że Ampera zadowala się odpowiednikiem 1,5 do 2,75 l/100. Ale to zbyt piękne żeby było prawdziwe. Doliczmy teraz straty.

Pierwszym źródłem strat jest ograniczona sprawność akumulatora. Nie znalazłem danych konkretnie dla Ampery, ale akumulatory w podobnej technologii w Tesli Roadsterze mają sprawność 80%, więc bylibyśmy przy 13,75 kWh na ładowanie czyli 1,91 - 3,44 l/100 km.

Następne straty mamy na przesyle od elektrowni do gniazdka. Jak znalazłem, średnio w Niemczech i Europie jest to około 6% przesyłanej energii. Doliczamy i wychodzi nam 14.63 kWh na ładowanie, więc 2,02 - 3,64 l/100 km.

Teraz mamy najbardziej rzutującą na sprawność elektrownię. Elektrownia na węgiel w Niemczech ma sprawność średnio 38% (średnia światowa 31%, dane sprzed paru lat, zdaje się że średnia sprawność rośnie). I tu już jesteśmy przy 38,36 kWh na ładowanie, odpowiadające 5,33 - 9,59 l/100 km. Ups, to już niespecjalnie. W przeliczeniu na paliwo tej elektrowni to na jedno ładowanie trzeba spalić 4,3 - 5,1 kilograma węgla kamiennego (zależnie od jego jakości) albo 17,5 kg węgla brunatnego.

Jeszcze raz, teraz w ładnej tabelce:

Ekwiwalentne zużycie paliwa i emisja CO2 dla Opla Ampery na prądzie przy uwzględnieniu kolejnych elementów łańcucha energii.

  EnergiakWh Odpowiadal/100 km Odpowiadag CO2/km
 Zasięg z ładowania   90 km 50 km 90 km 50 km
Akumulator 11 1,53 2,75 35,5 63,8
Gniazdko 13,75 1,91 3,44 44,3 79,8
Wyjście elektrowni 14,58 2,02 3,64 46,96 84,54
Wejście elektrowni na węgiel 38,36 5,33 9,59    

Teraz będzie trudniej, bo trzeba jeszcze uwzględnić zużycie energii na pozyskanie paliwa, budowę elektrowni i kopalni itd. Znalazłem stronę http://www.co2-emissionen-vergleichen.de, na której podana jest emisja CO2 dla różnych typów elektrowni, nie jest to napisane wprost, ale ponieważ podają niezerową emisję CO2 na kilowatogodzinę prądu z elektrowni jądrowej i wodnej wnioskuję, że pozyskanie paliwa i inne elementy są tu uwzględnione. No i mamy tu dla elektrowni na węgiel kamienny 729 g CO2/kWh, a dla węgla brunatnego 1153 g CO2/kWh. Przeliczenie na naszą Amperę  daje 153,7 - 276,7 g CO2/km dla węgla kamiennego i 186,7 - 336,1 g CO2/km dla brunatnego. Porównując to ze 129 g/km dla Astry albo 111 dla Ampery na benzynie to wniosek jest prosty - rozwalcie każdy samochód elektryczny i każdą stację do ładowania jaką zobaczycie, zanim narobią jeszcze więcej szkody!

No dobra, spokojnie, siekiery proszę odłożyć, to porównanie nie jest całkiem uczciwe. Astrze na benzynę nie doliczyliśmy pozyskania benzyny (mam problem z danymi), Amperze na prąd policzyliśmy najgorsze przypadki najbardziej emisyjnych elektrowni. Jak weźmiemy elektrownię wodną powinno wyjść lepiej. Tyle że one głównie w Norwegii są, prąd daleko trzeba przesyłać. Powiedzmy że straty po drodze są rzędu 10% (nie mam dokładnych danych). Czyli potrzebujemy na ładowanie 15,3 kWh. Strona podaje dla elektrowni wodnej 40 g CO2/kWh, bylibyśmy więc przy 7-12 g/km. No to już jest inna rozmowa, rząd wielkości różnicy.

Emisja CO2 Opla Ampery na prądzie dla różnych źródeł energii elektrycznej do ładowania

  g CO2/kWh g CO2/km
Zasięg z ładowania   90 km 50 km
Elektrownia na węgiel kamienny 949 153,69 276,63
Elektrownia na węgiel brunatny 1153 186,72 336,1
Elektrownia wodna 40 6,48 11,66
Elektrownia jądrowa 32  5,18 9,33
Polikrystaliczne baterie słoneczne 101 16,36 29,44
Wewnętrzny generator spalinowy   111,36 ?

Na czym polega problem: Po pierwsze to na konserwatywnej konstrukcji samochodu. Ta Ampera to zwykły samochód na benzynę ze zmienionym układem napędowym i dodanymi akumulatorami. Ona jest o wiele zbyt ciężka, żeby być efektywna. 90 kilometrów na prądzie to może jest i wystarczająco na poruszanie się po mieście (chociaż przy częstym zatrzymywaniu się i ruszaniu 90 kilometrów się nie wyciągnie), ale wtedy po co taki duży, ciężki, szybki i drogi samochód? Coś wielkości tego Tazzari Zero byłoby wystarczające (tyle że on marny, jedna trzecia masy Ampery, ta sama pojemność akumulatora, a zasięg tylko 140 km). Po drugie na tym, że prąd do samochodów nie może być z elektrowni na paliwa kopalne. Trzeba by użyć źródeł odnawialnych albo energii jądrowej. Przyszłość energii jądrowej widzę na razie niestety czarno, zastanówmy się może tymczasem ile w ogóle energii byłoby potrzeba do samochodów, ile jej mamy i czy to się w ogóle ma szanse zbilansować. Załóżmy, że wszystkie samochody osobowe na benzynę (dla ułatwienia obliczeń, bo diesle trzeba by jakoś odróżniać od ciężarówek) zastępujemy elektrycznymi, o takiej efektywności jak Ampera na prądzie.

Znalazłem całkiem ładne opracowanie (co prawda z 2007, ale rozmawiamy na razie tylko o rzędach wielkości) i z niego czerpię dane. Globalne roczne zużycie benzyny do samochodów osobowych w Niemczech jest rzędu 47 miliardów litrów, przy średnim zużyciu jednostkowym 7,7 l/100 km. Czyli globalna ilość przejeżdżanych kilometrów to 610 miliardów rocznie. Przeliczając to na energię elektryczną według tej Ampery uzyskujemy że przy jeździe całkowicie na prądzie potrzeba by na to 100-180 TWh. Całkowita produkcja prądu w Niemczech wynosi około 550 TWh rocznie, więc byłby to wzrost o jakieś 18-33%. Sporo, ale mniej niż się spodziewałem. To z grubsza tyle, co robiły niemieckie reaktory jądrowe (ok. 140 TWh) Ponieważ tak wielki udział samochodów elektrycznych to sprawa raczej długoterminowa, średnioterminowo problem byłby raczej w zmianie dystrybucji energii (znaczny wzrost poboru w miastach i w nocy) niż w samym jej wytwarzaniu. Mocy elektrowni tak szybko nie powinno zabraknąć, bo większość ładowań będzie się odbywać w nocy po taryfie nocnej, kiedy pobór jest stosunkowo niski.

Teraz pobawię się w proroka. Po pierwsze, nie sądzę żeby udało się zbudować samochody elektryczne zużywające znacząco mniej energii. Sprawność samochodu jest już bardzo wysoka, może uda się dołożyć z 10% do sprawności akumulatora, może uda się zmniejszyć masę pojazdu. Razem nie więcej niż 20% poprawy.

Po drugie przewiduję poważny wzrost ceny prądu. Z jednej strony trzeba będzie poważnie zainwestować w sieci energetyczne, z drugiej strony państwom zaczną odpadać poważne wpływy z akcyzy i podatków na paliwa płynne. Trzeba to będzie jakoś skompensować, na przykład akcyzą na prąd.

Jakie więc wnioski?

  • Ekologicznie hybryd to jest na razie to. Ładowanie z gniazdka jest może i sensowne ekonomicznie (przynajmniej na razie), ale niekoniecznie sensowne ekologicznie.
  • Trzeba inwestować w sieci energetyczne przewidując nadchodzące zmiany w strukturze zużycia.
  • Trudno będzie ekologicznie pokryć zużycie energii elektrycznej do samochodów bez elektrowni jądrowych.

Źródła:

  • Dane o emisji CO2 dla różnych typów elektrowni są ze strony http://www.co2-emissionen-vergleichen.de. Trudno mi ocenić ich wiarygodność, nie mam nawet pojęcia kto to przygotował, ale na pierwszy rzut oka wygląda w miarę OK. Jest tam też efektywność samochodów elektrycznych ale nie podają jak do wyniku doszli.
  • Dane dotyczące zużycia paliw, produkcji energii itp. w Niemczech są z dokumentu http://www.umweltdaten.de/publikationen/fpdf-l/3244.pdf. To jest solidne opracowanie rządowe, co prawda z 2007, ale przy moich obliczeniach kilka procent w te czy wewte nie robi różnicy.
  • Dane samochodów, wartości energetycznej różnych paliw itp. pochodzą z Wikipedii niemieckiej.
-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

Dotyczy: , , ,

Kategorie:Prąd, prąd, prąd na ulicach

Sledz donosy: RSS 2.0

Wasz znak: trackback

-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------


8 komentarzy do “Pomyślmy: Jak to z pradem do samochodów będzie”

  1. janekr pisze:

    gospodarstwa domowe

    Zdaje się, że zużywają 30% -50% elektryczności?

    Aurisa od 22.950 EUR.

    No to tyle przecież Prius kosztuje?
    Na miejski samochód za duży i za drogi. Biorąc pod uwagę, że doskonałego mitsubishi colta z automatem można mieć za 45 kzł, ten auris nie zwróci się nigdy.

  2. janekr pisze:

    Ken Rockwell (fotograf i inżynier) widzi to chyba jeszcze czarniej:

    http://www.kenrockwell.com/business/electric-cars.htm

    Podstawową zaletą hybryd jest to, że dzięki hamowaniu z odzyskiem w mieście palą z grubsza tyle samo, co w trasie, podczas gdy mój diesel pali w mieście stołecznym rozkopanym Warszawa 2 razy tyle.
    Marzy mi się mała miejska hybryda – taki hybrydowy yaris. Dlaczego takich nie ma?

  3. cmos cmos pisze:

    @janekr
    Zdaje się, że zużywają 30% -50% elektryczności?
    W Niemczech 29. Ale niezależnie ile dokładnie, to jego obliczenie głupie jest. Tak se tylko palnął.

    No to tyle przecież Prius kosztuje?

    Prius od 25.750. Tak samo duży, z grubsza tak samo kosztuje, Auris zyskuje pewnie na dużej serii. Yaris pewnie byłby tańszy z grubsza o różnicę między Aurisem a Yarisem, czyli cos pod 16.000. A jest jeszcze Aygo, licząc tak samo to ze 13.000. Ale pewnie się nie da ich zrobić bo akumulatory się nie zmieszczą, albo coś w tym rodzaju.

    Biorąc pod uwagę, że doskonałego mitsubishi colta z automatem można mieć za 45 kzł, ten auris nie zwróci się nigdy.

    A to jest inna historia – jak na razie żaden hybryd się nie zwróci. Szanse miałby najwyżej plug-in hybryd, ale też trzeba by to policzyć.

  4. cmos cmos pisze:

    @janekr

    Ten Ken Rockwell trochę manipuluje (albo się nie zna). U niego jak samochody zużywają 4 razy tyle energii co gospodarstwa domowe to trzeba 4 razy tyle elektrowni i 4 razy tyle linii przesyłowych. Pan amerykański inżynier chyba nie słyszał o takim dziwnym czymś, zwanym w jego kraju „industry”.

    @mały hybryd

    Masz Aurisa od 22.950 EUR. Yarisa pewnie nie będzie, bo nikt nie da za samochód tej wielkości 20.000 EUR.
    Zresztą zobaczę na IAA co proponują, idę we wtorek.

  5. oszust1 pisze:

    Lubię takie teksty. Nie ma nic za darmo.

    Jedna tylko uwaga co do liczenia sprawności elektrowni węglowej. Dzisiaj raczej nie buduje się elektrowni w szczerym polu bez uwzględnienia kogeneracji (Kraft-Wärme-Kopplung, skrót KWK jest powszechnie używany), w sumie sprawność wychodzi znacząco wyższa, a emisja na kilometr niższa. Rzecz jasna ciężko to przeliczać globalnie, trzeba by wziąć jakieś uśrednione dane, przyjmuje się redukcję o 1/3. W zalinkowanej stronie jest to 622 (Heizkraftwerk) zamiast 949 g/kWh.

    Co rzecz jasna w niczym nie zmienia wymowy Twoich wyliczeń.

  6. cmos cmos pisze:

    @oszust1 & Kraft-Wärme-Kopplung

    Ja to oczywiście wiem, ale po pierwsze to część prądu jest jeszcze z tych starszych elektrowni, a po drugie to nie mógłbym napisać efektownego passusu o siekierach :-)

  7. redezi pisze:

    Świetny tekst, bardzo dziękuję za obliczenia.

    Do podobnych wniosków doszli też ludzie z zespołu Allena konstruujący model do gry Fate of the World (moja recka tutaj:kriegspielen.wordpress.com/2011/04/23/swiat-to-za-malo/). Przejście na samochody elektryczne bez zapasu mocy dość mocno komplikuje ekonomię. Rozwijanie biopaliw czy alternatywnych źródeł ropy tylko przesuwa kłopoty.

    Jeśli masz ochotę na dość mądrą zabawę różnymi czynnikami statystycznymi (plus ratowanie delfinów) to polecam ww. grę komputerową.

Skomentuj i Ty

Komentowanie tylko dla zarejestrowanych i zalogowanych użytkowników. Podziękowania proszę kierować do spamerów