Superkondensatory nie są alternatywą


Autobus elektryczny na superkondensatorach
Autobus elektryczny na superkondensatorach

Od jakiegoś czasu słychać propozycję by rozważyć tzw. superkondensatory jako alternatywne źródło energii dla samochodów elektrycznych. Pojawiają się nawet konstrukcje wykorzystujące takie źródła energii. Zalety superkondesatorów (SC) są znane i dla tych właśnie zalet wykorzystuje się je np. w systemach KERS (systemach rekuperacji energii), znanych z formuły 1. Jednakże do napędu pojazdów wykorzystuje się je tylko w pojazdach ciężkich (autobusach), gdyż tam również ich zalety mogą zostać wykorzystane a wady nie eliminują ich z gry.

Jeżeli chodzi o samochód elektryczny to w tej chwili, nawet teoretycznie, nie istnieje technologia SC, której wady nie przeważałyby nad zaletami. Pomijając zawiłości technologiczne, prawie wszystko sprowadza się do tzw.gęstości upakowania energii, tzn zdolności SC do przechowywania energii w kilogramie masy. W stosunku do akumulatora  co najmniej o rząd wielkości mniejszymi (jeżeli wziąć pod uwagę baterie na etapie laboratoryjnym to nawet trzech rzędów wielkości). Dostępne już dzisiaj akumulatory Litowo-jonowe potrafią zgromadzić około 400 Wh/kg podczas gdy niektóre superkondensatory około 20Wh/kg. I to je dyskwalifikuje.  Inną istotną wadą jest konieczność stosowania wyrafinowanej elektroniki, by skompensować fakt, że napięcie w układzie takich kondensatorów spada bardzo silnie (wykładniczo) wraz z ich rozładowywaniem. Ostatnim gwoździem do trumny dla SC (choć teoretycznie istnieje możliwość zmniejszenia tej wady) jest ich samoistne rozładowywanie- naładujesz wieczorem, rano musisz powtórzyć!

Jedyna istotna zaleta SC, to zdolność do bardzo szybkiego ładowania i  wydatkowania zgromadzonej energii, z czym współczesne baterie Litowo-jonowe jeszcze mają kłopoty. Jednakże nie jest to czynnik decydujący! Potrafimy sobie z tym poradzić, a dodatkowo nowe generacje akumulatorów, testowane obecnie w laboratoriach, są go pozbawione. Najważniejszy jest fakt, że superkondensator o tej samej masie co bateria, daje ponad 20-krotnie mniejszy zasięg! Jego więc efektywne wykorzystanie musiałby być poprzedzone budową bardzo gęstej sieci stacji ładowania! Nadzieje wiąże się co prawda z możliwością wykorzystania w tym przypadku ładowania indukcyjnego (na odległość, bez podłączania kabelków), np w trakcie postoju przed czerwonym światłem, jednak koszt infrastruktury, którą trzeba by zbudować od razu kładzie cały pomysł.

Reasumując, kondensator, dla obecnie znanych technologi, nie jest konkurentem dla baterii w zastosowaniach do napędu samochodu elektrycznego. Może być , jest i będzie wykorzystany pomocniczo, ale tylko tak.

Reklamy

Przyszłość transportu drogowego


Gdzie jesteśmy?

sf2W chwili obecnej jesteśmy u progu niewyobrażalnych na razie zmian w systemach transportu. Pojawiające się jaskółki, jak samochody autonomiczne czy pojazdy z napędem elektrycznym w najlepszym razie dają nam niewielkie wskazówki co do przyszłości transportu. Jeżeli czytelniku nie wierzysz w to, to przypomnij sobie co działo się na świecie gdy pojawiły się pierwsze poduszkowce. Także wtedy wszyscy byli pewni, że to przyszłość. Niestety gdy nadeszła, poduszkowców już w niej nie było.

Co może być przyszłością transportu?

Mamy w tej chwili kilkanaście technologi, co do których bez wątpienia może należeć przyszłość. Pytanie, które pozostaje otwarte, to która zwycięży. Wymieńmy kilku faworytów. Samochody autonomiczne, napęd elektryczny, ogniwa paliwowe, hybrydy.

Autonomiczne pojazdy

sfPrawie bez wątpienia sterowanie autonomiczne samochodów przyjmie się. Pytanie, które pozostaje otwarte to w jakim kształcie. Wbrew pozorom nie jest to pytanie błahe i nieistotne. Zwróćmy bowiem uwagę na fakt, że w tej chwili staramy się zastąpić kierowcę komputerem. Jednak co do zasady przypomina to próby jakie wykonywali pierwsi twórcy samochodów- zastępowali konia silnikiem. Jednak w toku rozwoju bardzo szybko okazało się, że samochód to coś innego niż powóz z mechanicznym koniem. Tak samo będzie z autonomiczną ciężarówką czy osobówką . Wystarczy chwilę się zastanowić. AI (sztuczna inteligencja) nie potrzebuje wielkiej kabiny, AI nie potrzebuje parkingów, AI nie potrzebuje przydrożnych barów, AI może pracować 24h/dobę, AI … może wystarczy. Zwróćmy jednak uwagę, że dla autonomicznych pojazdów, żywi kierowcy będą tym samym, czy dla samochodu jest zaprzęg konny – zawalidrogą. Gdy zagości więc AI na naszych drogach, żegnaj kierownico, dla przeżytków na drodze miejsca nie ma.

Napęd elektryczny, ogniwa paliwowe czy hybrydy.

Jako entuzjasta samochodów elektrycznych odpowiem oczywiście wygra prąd! Jednak wbrew nadziejom wielu, nie stanie się to tak szybko jak deklarują politycy – w Norwegii od 2025 mają być rejestrowane tylko pojazdy elektryczne. Papier jest cierpliwy i wiele wytrzyma. Rzeczywistość wymaga czegoś innego. Przede wszystkim prądu! W tej chwili samochody spalinowe zużywają więcej energii niż jest zainstalowane we wszystkich elektrowniach światowych łącznie. To powoduje, że masowe przejście na napęd elektryczny jest z ekonomicznego punktu widzenia bardzo kosztowne. Bo gdyby nawet wybudowaliśmy odpowiednią ilość elektrowni, to pozostanie nam jeszcze  kompletna przebudowa sieci energetycznej, która to zwiększone zapotrzebowanie musiałaby przejąć. Ale prędzej czy później tak się stanie. Chyba….

Bardzo poważnym konkurentem są bowiem ogniwa paliwowe, które same są sobie elektrownią. Z kosztów dodatkowych pozostaje tylko sieć dystrybucyjna. O tym czy ogniwa paliwowe będą miały swoją szansę, zadecyduje szybkość rozwoju tej technologii. Na razie przegrywają.

sf3No i hybrydy! Ach wydawałoby się, ze są idealnym kandydatem dla następnego (po czysto  spalinowym) napędu. Jednak jak wszystkie „ni psy, ni wydry”  są skazane na zagładę- są po prostu zbyt drogie (bo zbyt złożone). Jednakże w okresie kilkudziesięciu lat, w trakcie których gospodarka przestawiać się będzie na napęd elektryczny, będą miały swoją silną pozycję. Z tym, ze uważam, że w trochę innym układzie jak Toyota Prius. W tej ostatniej główną jednostką napędową jest silnik spalinowy. W nowych hybrydach będzie odwrotnie. Będą to takie samochody elektryczne z generatorem spalinowym w bagażniku. Tak jest po prostu efektywniej.

A jak będzie naprawdę?

No cóż, dowiemy się już za kilka lat.

Czy samochody elektryczne są możliwe?


Elektrownia węglowa
Elektrownia węglowa – zeroemisyjna alternatywa dla silnika spalinowego

Jak wiemy samochód elektryczny to samo dobro! Jest cichy, nie emituje spalin, jest prostszy w obsłudze, tańszy(będzie). Jest tańszy w eksploatacji. Tylko czy aby na pewno?

Jest cichszy bez dwóch zdań. Planuje się nawet dodać możliwość włączenia specjalnego hałasu w tych samochodach, żeby po prostu piesi go słyszeli.

Z pewnością jest prostszy w obsłudze, ponieważ silnik elektryczny zawiera tylko kilka ruchomych części, podczas gdy silnik spalinowy wraz ze skrzynią biegów wiele dziesiątków a nawet setek.

Jest tańszy. Powinien być i taki będzie, gdy produkować się go będzie w milionach egzemplarzy, a nie jak teraz w tysiącach. Teraz nie jest tańszy, ale jest to choroba dziecięca, po prostu nie wytwarza się części do tych samochodów na masową skalę, co drastycznie podnosi koszty. Brak standardów powoduje dodatkowo, że brak niezależnych producentów części. Ale będzie taniej. Niektórzy szacują, że co najmniej o 30 procent.

Jest tańszy w eksploatacji. Ale…. ale taki nie będzie. W chwili obecnej samochód elektryczny jest ciągle ciekawostką. Łącznie w dwu europejskich krajach, w których jeździ najwięcej samochodów elektrycznych tj, w Norwegii i Francji razem wziętych jeździ mniej samochodów elektrycznych, niż jest zarejestrowanych samochodów spalinowych w Katowicach.  Nie stanowi to więc praktycznie żadnego obciążenia dla sieci energetycznej, nawet wręcz przeciwnie, ponieważ te samochody są ładowane głównie w nocy wręcz poprawiają wykorzystanie aktualnej mocy elektrowni. Poza tym wszyscy jesteśmy pro eko, więc samochód który nie emituje…. zaraz, zaraz. Owszem samochód nie emituje spalin, ale większość elektrowni już tak, A prąd pochodzi właśnie z takich elektrowni. Ale wróćmy do zasadniczego wątku. Zastanawia mnie co się stanie gdy samochodów w Polsce będzie 100%. Policzmy trochę wspólnie. Będą to obliczenia przybliżone, nie będą uwzględniały szeregu elementów, ale co do rzędu wielkości będą wiarygodne.

Obecnie 20 milionów samochodów poruszających się po polskich drogach zużywa około 450 tysięcy baryłek ropy dziennie. Z tych 450 tysięcy baryłek 3/4 to paliwa, czyli zużywamy ok 340 tysięcy  baryłek paliw dziennie. 340 tysięcy baryłek to około  53 miliony litrów paliw. Teraz przeciętnie w litrze paliwa zawarte jest ok 12kWh energii czyli dziennie samochody wykorzystywałyby w przybliżeniu 640 GWh.

Uprzsywilejowane miejsce parkingowe dla samochodów elektrycznych
Uprzywilejowane miejsce parkingowe dla samochodów elektrycznych – już wkrótce odejdzie w przeszłość

Pozostaje pytanie czy to dużo czy mało. Porównajmy to z trzecią co do wielkości w Polsce elektrownią węglową Turów. Produkuje ona dziennie 36GWh energii i jest to 8% produkcji energii elektrycznej w Polsce. Innymi słowy abyśmy mogli przesiąść się na auta elektryczne musimy wybudować 18 elektrowni wielkości Turowa.

Ta konstatacja ma pewne dalsze skutki. Po pierwsze zapomnijcie o ładowaniu w domu- sieć energetyczna nie wytrzyma przesyłania tej ilości energii bez jej całkowitej, kompleksowej wymiany. Po drugie zapomnijcie o ładowaniu w domu, bo fiskus pozbawiony wpływów z akcyzy paliwowej przerzuci ja na prąd dla samochodów. W rezultacie zapomnijcie o tańszej eksploatacji pojazdu elektrycznego. Prąd będzie Was kosztował podobne pieniądze jak teraz płacicie za benzynę.

No i wreszcie jeszcze jedno pytanie. Niemcy chcą by od 2030 roku nie rejestrowano w Europie innych samochodów niż elektryczne. Pytanie tylko skąd wziąć dla nich prąd? Patrząc na cykl inwestycyjny elektrowni, w zasadzie należałoby oczekiwać, że właśnie w Polsce zaczynamy budowę przynajmniej  4-5 elektrowni… a my nawet jednej atomowej nie jesteśmy w stanie wybudować. Więc czy samochody elektryczne są możliwe… mam trochę wątpliwości.

Hybryda na odwrót


dmsNajważniejszą w chwili obecnej przewagą hybrydy nad pojazdem elektrycznym jest szybkość „ładowania” energii. W hybrydzie to czas na zatankowanie paliwa. W elektrycznym pojeździe to długie godziny  pod gniazdkiem, albo kilkadziesiąt minut pod superładowarką, których na razie jak na lekarstwo. Oczywiście od dawna się mówiło, że każdy posiadacz Tesli powinien mieć w bagażniku mały silnik spalinowy. Jednakże wydajność tego rozwiązania, jeżeli taki dodatkowy generator miałby być mały, nie jest zachwycająca. I wreszcie wymyślono fajne rozwiązanie samodzielnego ładowania pojazdów elektrycznych. Pomysł ten w zasadzie zamienia każdy pojazd elektryczny w hybrydowy, a właściwie hybrydowy „na odwrót”. Rozwiązaniem tym jest  mikroturbina gazowa z generatorem elektrycznym.
Brytyjscy inżynierowie z Delta Motorsport stworzyli małą turbinę gazową sprzężoną z generatorem elektrycznym o nazwie MITRE. Pozwala ona produkować energię elektryczną bezpośrednio w pojeździe i przekształcić samochód elektryczny w pojazd hybrydowy, na przykład, taki jak Chevrolet Volt.

Kompaktowa turbina gazowa jest nie tylko lżejsza i mniejsza od standardowego silnika wewnętrznego spalania stosowanego w konwencjonalnych hybrydach, jest przede wszystkim znacznie tańsza. Do tego ta nowa jednostka napędowa jest idealna do ładowania akumulatorów trakcyjnych.  Ma też inną kluczową zaletę! Jego sprawność cieplna (wydajność) leży w przedziale 30-35%, co jest porównywalne jedynie do tradycyjnych silników high-tech w najdroższych samochodach sportowych.
Zaś dla oburzonych ekologów dobrą informacją jest fakt, że jednocześnie turbina gazowa ma znacznie lepsze parametry środowiskowe, które uzyskuje się ze względu na wysoką wydajność pracy.

Do tej pory, zbudowano tylko dwa typy turbin o mocy 23 i 47 KM. Zaś w tym momencie wynalazek bierze udział w rzeczywistych próbach testowych na drogach Wlk. Brytani będąc zamontowany  na pojeździe E4 Coupe firmy Delta Motorsport.

No i na koniec ciśnie się pytanie skoro ta turbina taka dobra to dlaczego nie napędzać nią pojazdów bezpośrednio ? Odpowiedź jest stosunkowo prosta. Turbina gazowa ma bardzo dobre parametry pracy w bardzo wąskim przedziale, bardzo wysokich obrotów. To powoduje, że zupełnie nie nadaje się do zastosowania w klasycznym pojeździe spalinowym.

Ciężarówki made in TESLA


Czy tak będzie nowy ciągnik Tesli?
Czy taki będzie nowy ciągnik Tesli?

Założyciel i zarazem szef Tesla Motors, Elon Musk,  ogłosił otwarcie drugiej części swojego planu rozwoju firmy. Ku częściowemu zaskoczeniu nie chodzi tu o nowe pojazdy luksusowe przeznaczone dla osób prywatnych. Tesla zaczęła pracować nad  ciągnikiem siodłowym oraz pojazdem miejskim o „wysokiej gęstości” pasażerów . Musk specjalnie nie używa słowa autobus, ze względu na ambitny program zmian w tym, co zwykle tym mianem określamy.

W swoim wystąpieniu opisującym kolejny etap teraz już słynnego planu, Szef Tesli mówił także o całej gamie nowych pojazdów konsumpcyjnych, w tym zarówno kompaktowym SUV’ie odrębnym od modelu X, jak i  „nowym rodzaju pickupa”, ale oba te projekty były już przywoływane wcześniej znamy nawet ich prawdopodobny wygląd. Zupełnie nowym projektem zostały dwa inne  (nie konsumenckie) rodzaje pojazdów elektrycznych : ciągnik i pojazd  pod osobowy transport miejski. Oba będą gotowe by pokazać je opinii publicznej, już w przyszłym roku.

Motorem napędowym prac nad  Semi Tesla (jak Musk nazywa swoje nowe ciężarowe dziecko) jest możliwość drastycznego zmniejszenia kosztów transportu ładunków. Zważywszy, że paliwo stanowi podstawową część kosztów transportu ciężarowego,  wydaje się to możliwe. Jednakże kluczem do sukcesu jest waga i cena akumulatorów . Drugą motywacją, na którą wskazują słowa Elona Muska, jest bezpieczeństwo. Szef Tesli myśli tu o zaawansowanych systemach, co najmniej wspomagających kierowanie Semi. Jednakże tu mogą w sukcesie przeszkodzić aktualne kłopoty Autopilota rodem z limuzyn serii X. (patrz „Tesla ciągle zaskakuje”)

Jeśli chodzi o multiosobowy pojazd, Musk, jak już powiedzieliśmy, ma na myśli coś bardziej ambitnego niż po prostu elektryczne autobusy. Pisząc o nowych pomysłach  proponuje np. by kierowca był „zarządcą” floty pojazdów. Wykorzystując autonomię pojazdu jedna osoba winna  „prowadzić” kilka pojazdów, a nie tylko jeden. Jednocześnie podobnie jak to już dzieje się w Helsinkach nowy pojazd pozwoli pasażerom jeździć z dowolnego punktu startu  bezpośrednio do miejsca przeznaczenia, zamiast opierać się na stałych przystankach i podobnie jak to już dzieje się w Finlandii pojazdy wzywane będą przez telefon  lub stałe przyciski znajdujące się w miejscu tradycyjnych przystanków autobusowych.
Jak sądzą Amerykanie (czyżby nie znali skandynawskich doświadczeń), projekty wizjonera z Tesli zakładają większą autonomię pojazdów, niż jest to możliwe w transporcie publicznym we współczesnych miastach, ale wizja Musk’a opisuje również flotę autonomicznych Tesli,  które nie należą do konkretnego konsumenta, a jedynie pozwalają współuczestniczyć we włśsności, poprzez możliwość korzystania ze wspólnej flotylli pojazdów. Już dzisiaj wielu uważa to za bardzo rozsądny projekt, co sprawia, że jego realizacja jest prawdopodobnie bliżej nas niż wielu w tej chwili przypuszcza.

Europejski samochód bez kierowcy


autonomiaNaukowcy z Niemieckiego Instytutu Budowy Maszyn i Automatyzacji IPA Fraunhofer pracują nad samochodami elektrycznymi, które będą w stanie podróżować na krótkich dystansach bez kierowcy.
Kilka lat temu, grupa ekspertów z różnych dziedzin uruchomiła projekt AFKAR, co dosłownie oznacza „autonomiczną jazdę i inteligentną koncepcję podwozia w pełni elektrycznego samochodu.”
Technologia ta jest oparta na wielu sensorach, które wraz z elektroniką i komputerem pokładowym tworzą dynamiczny
model postrzegania środowiska. Czujniki, jak odległościomierze ultradźwiękowe, radar i lidary (skanery laserowe) pozwalają by pojazd „widział” precyzyjnie aż do 300 metrów wokół siebie.
Jednocześnie rozumiejąc, że pojazd autonomiczny musi wchodzić w nasze życie stopniowo podzielono pracę na etapy. W pierwszym nauczono samochód rozpoznawać miejsca postojowe i stacje ładowania indukcyjnego oraz korzystania z nich. Oczywiście wymagało to również dostosowania samych miejsc ładowania do autonomicznej obsługi. Technologia przypomina miejsca parkingowe system Bosch, ale jest bardziej zautomatyzowana.
Prototyp projektu (samochód oraz miejsca ładowania) jest obecnie testowany na torach zamkniętych, ponieważ na poruszanie się po drogach publicznych pojazdów elektrycznych z automatycznym systemem sterowania nie pozwala jak na razie europejskie prawo.

Samochód elektryczny, to zupełnie inny pojazd!


System wspomagania kierownicy
System wspomagania kierownicy

W konwencjonalnych pojazdach, silnik spalinowy nie tylko odpowiada za przyspieszenie samochodu, ale również dostarcza energii do wszystkich pokładowych systemów wspomagania,  takich jak np. układ kierowniczy. Energii traconej w wyniku tych działań  (czytaj spalone dodatkowo paliwo) nie odczuwamy tak bardzo jak w samochodzie z napędem elektrycznym. W pojazdach elektrycznych, energia pochodzi z baterii, a to zmniejsza zasięg samochodu w sposób istotny. Dlatego powstał projekt badawczy współtworzony przez partnerów z Instytutu Technologii w Karlsruhe (KIT) i Schaeffler. Istotą powstającego systemu jest  system wspomagania wydajny energetycznie, dzięki inteligentnemu sterowaniu momentem obrotowym przekazywanym do poszczególnych kół.

Projekt jest sponsorowany przez BMBF w sumie kosztować ma około 0,6 mln euro w ciągu 3 lat a rozpoczął  się w styczniu 2015 roku. Zdaniem uczestników projektu nowy system wspomagania kierownicy wymaga mniej komponentów, oznaczałoby to oszczędności w zakresie masy, a tym samym i energii w pojeździe elektrycznym. Oznacza to, że samochód elektryczny będzie tańszy i będzie posiadał większy zasięg.

Podstawowa idea projektu -Link jest prosta: koła samochodu elektrycznego będą napędzane indywidualnie przez silniki elektryczne. W przeciwieństwie jednak do samochodu z silnikiem spalinowym z napędem 4×4, gdzie wszystkie koła są napędzane ze stałą siłą zależną od momentu obrotowego silnika i przełożenia, silniki elektryczne będą miały zmienny moment obrotowy. Jeżeli więc koła po lewej stronie przekazywać będą więcej momentu obrotowego na drogę niż te z prawej strony, będzie to prowadzić do skrętu pojazdu w prawo, bez konieczności obracania kół przednich lub zużywania dodatkowej energii do sterowania. Zasada jest więc podobna do zasady poruszania się pojazdówgąsienicowych.

Należy zaznaczyć, że ten ciekawy pomysł jest tylko małym wycinkiem wielkiej rewolucji w sposobie myślenia o pojeździe elektrycznym. Dzięki jednak temu przykładowi wyraźnie widzimy, że pojazd elektryczny to coś więcej niż tylko samochód z silnikiem elektrycznym zamiast spalinowego, to zupełnie nowy pojazd o nieoczekiwanych jeszcze w tej chwili właściwościach. Wystarczy sobie uświadomić, że opisywany system to również zarazem system ABS, ESP i KERS w jednym. Jakież to daje możliwości rozwoju!

Autor jest właścicielem serwisu oferującego transport- eSpedytor.pl