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

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.

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

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.