Экология и экономика электромобилей, часть 1: расходы топлива
В 2020 году компания Ionity, владеющая крупнейшей сетью электрических зарядных станций в Европе, изменила свою ценовую политику. Вместо фиксированной платы за посещение зарядной станции теперь придется платить по счетчику за электроэнергию. Один кВт-час стоит 0,79 евро, т.е. полная зарядка Nissan Leaf e+ с батареей емкостью 62 кВт*ч будет обходиться в 49 евро. По прежним правилам зарядка электрокара в сети Ionity независимо от емкости его аккумулятора стоила всего 8 евро. Нововведение для электромобилей начнет действовать с 31 января 2020 года.
Почему зарядка электрокара стоит дороже заправки автомобиля бензином?
Электромобиль Nissan Leaf
Электрокар Nissan Leaf e+ относится к новейшему поколению электромобилей. Он проезжает на одной зарядке 458 км по циклу WLTP, т.е. столько же, сколько проезжает обычный бензиновый автомобиль на полном баке. Но теперь зарядка электромобиля будет стоить больше, чем заправка автомобиля бензином.
Например, современный Volkswagen Golf 8 1.5 TSI 130 имеет максимальный паспортный расход топлива 6.6 л/100 км по WLTP. Для такого же пробега в 458 км ему потребуется около 30 литров бензина Super 95, стоимость которого в Германии составляет 1.42 евро/литр. Т.е. соответствующая заправка бензином обходится в 44 евро - на 5 евро дешевле, чем зарядка Nissan Leaf e+. Не говоря уж о том, что Gоlf имеет еще более экономичные гибридные версии, а мы сравнивали с электрокаром только обыкновенный бензиновый автомобиль.
Почему же бензин стал стоить дешевле электроэнергии, хотя все привыкли к тому, что он намного дороже (именно дешевизна электроэнергии, наряду с налоговыми льготами является стимулом к приобретению электромобилей)? Для ответа на этот вопрос надо принять во внимание конструктивные различия между применением двигателя внутреннего сгорания (ДВС) и электропривода.
Автомобиль Volkswagen Golf 8
ДВС преобразует энергию сгорания углеводородного горючего непосредственно в механическою энергию, которая передается на колеса через трансмиссию. КПД лучших современных бензиновых двигателей приближается к 40% (35-38% по заявлениям отдельных производителей) и бывает еще выше в дизельных моторах и перспективных разработках. Потери энергии в механической трансмиссии переднеприводных автомобилей составляют всего около 8%, т.е. общая эффективность преобразования энергии в бензиновых автомобилях достигает 35%.
Что касается электромобиля, то здесь на пути передачи энергии горючего до колес появляются дополнительные промежуточные звенья. Это прежде всего, генератор, который вырабатывает электроэнергию на электростанции и электромотор с редуктором, который приводит в движение автомобиль-электрокар.
Как известно, КПД электромеханической трансмиссии ниже, чем КПД механической трансмиссии, поэтому ее применяют только в специальной технике, например, в тяжелых карьерных самосвалах - см. "Электромобили большие и маленькие". Потери при передачи энергии от мотора к колесам через электропривод в электромобиле составляет около 12%. Вроде ненамного больше, чем в механической трансмиссии, но только за счет короткой и простой схемы передачи энергии между генератором и электромотором, которые оба находятся в одном транспортном средстве.
В случае электромобиля электричество проходит от электростанции через повышающие и понижающие подстанции, линии электропередач, аккумуляторы, инверторы. Каждый из этих посредников весьма экономичен, например, КПД LiFePo4 аккумуляторов составляет 96%. Но их много и всех их надо "кормить". Поэтому эффективность использования углеводородного топлива в системе электростанция - электромобиль существенно ниже, чем в автомобилях с ДВС.
В сухом осадке остается следующее. Произошедшее повышение стоимости зарядки электрокаров совершенно не удивительно - а удивительно то, почему стоимость зарядки долго была такой низкой? Понятно также то, почему при готовящемся переходе на электротягу в Европе продолжалось строительство Северного потока-2 и терминалов для приема сжиженного газа из России и США. Да, газ нужен для выработки электроэнергии и его нужно тем больше, чем больше в Европе становится электромобилей!
Чем электромобиль может быть лучше автомобиля с ДВС?
На самом деле не все так плохо для экономики электромобилей, как кажется из ученых рассуждений о процессах преобразования, хранения и передачи энергии:
Во-первых, приготовление бензина в процессе ректификации и развоз его по АЗС тоже требует определенных затрат энергии (не следует думать, что потери энергии происходят только в электросетях).
Во-вторых, зарядка электромобилей является дорогой только днем, а ночью, когда электростанции недогружены, она осуществляется по льготному тарифу.
Наконец, выработка электроэнергии осуществляется не только из углеводородного горючего, но также на атомных и гидроэлектростанциях.
Беларуская АЭС
В РБ, например, планы по развертыванию сети дешевых ЭЗС связаны с пуском БелАЭС в 2021 году. Мы не можем поставить атомный реактор на автомобиль, но электромобиль может ездить на энергии, получаемой путем деления ядер урана! Ему вообще все равно, откуда взялась электроэнергия, которой он заряжается.
Относительно экологии можно заключить, что проблема повышения интегральных вредных выбросов находится на той стороне, где вырабатывается электроэнергия:
Если электроэнергия получается путем сжигания газа или мазута, то при переходе на электротягу интегральные выбросы СO2 растут.
Если для производства электроэнергии сжигается уголь с высокой зольностью, то от этого вообще наступает экологический кирдык.
Применение атомной энергии связано с повышенным тепловым загрязнением окружающей среды и необходимостью организовать хранение отработанного ядерного топлива.
Гидроэлектростанции создают проблему гниения затопленных лесов и усиления парникового эффекта.
Солнечная и ветровая энергия, при всей их кажущейся бесплатности, обходятся непомерно дорого.
Более практичная геотермальная энергия доступна не везде.
Т.е. экология электротранспорта - это непростой и нерешенный вопрос, фактически одна из основных проблем, стоящих перед современной технологической цивилизацией. Решение этой проблемы - необходимое условие обеспечения устойчивого развития.
Ваше участие в решении экологической проблемы для электромобилей
Приобретая бензиновый автомобиль, вы устраняетесь от попыток радикального решения экологической проблемы. Ваше транспортное средство будет создавать одинаковую тепловую и химическую нагрузку на природу, где бы оно не применялось. При этом оно может быть более или менее совершенным. Например, бензомоторы Mazda Skyactiv-X с воспламенением от сжатия обладают экономичностью на уровне дизельных моторов, но без характерных для последних повышенных выбросов NOx.
Гибридный кроссовер Mazda CX-30 (Мазда СХ-30)
Гибридный автомобиль
Автомобили, оборудованные системой рекуперации Mild Hybrid, расходуют в среднем на 10% меньше топлива и умеют экономить ресурс ДВС при движении в городе - возможно, это поможет вам сэкономить свои средства и увеличить остаточную стоимость авто на вторичном рынке. Кроме того, владелец современного гибридного автомобиля реально, хотя и относительно ненамного, снижает свою нагрузку на природу.
Более продвинутые автомобили Plug-in Hybrid можно заряжать от розетки и ездить на небольшие расстояния вообще без расхода топлива. А в качестве экзотики иногда предлагаются "солнечные автомобили", которым даже электроэнергия не нужна - она вырабатывается солнечными батареями: Солнечный гибрид Hyundai Sonata для рынка США
Если обычный Plug-in гибрид заряжают ночью по льготному тарифу, то "солнцемобиль" подзаряжается днем совершенно бесплатно (правда, запасенной энергии хватает ненамного, а иначе все водители давно бы перешли на щедрое солнышко).
В 20-годы гибридные авто различных видов заполоняют первичный авторынок. Из-за происходящего ужесточения экологических норм их становится все больше и больше у всех автомобильных брендов. Понятно, что лидерами гибридного движения стали густонаселенные Европа, Япония и Китай - но вслед за ними гибридная техника приходит и на наш автомобильный рынок, который до сих пор ее чурается. Киотский протокол обязывает все государства к внедрению более жестких экологических норм, поэтому гибридизация - это тренд автопрома во всем мире.
И у нас при желании можно приобрести гибридный автомобиль Geely Atlas Pro почти по цене бензинового, правда, пока это происходит только в достаточно высокой ценовой категории. Гибридные автомобили появляются и у других китайских автопроизводителей - например кроссовер Chery Tiggo 7 Pro e+. При этом в наиболее популярных ценовых категориях возможности выбора между автомобилями с гибридными и обычными силовыми установками нет - покупателям недорогих гибридных авто приходится искать их на вторичном автомобильном рынке. Конечно, это неприемлемая ситуация, но она носит временный характер.
Электромобиль по сравнению с бензиновым гибридом - это более многообещающий, но и более рискованный вариант. В зависимости от способа выработки электроэнергии, он может оказаться по экологии либо почти совершенно чистым, либо чрезмерно грязным. Аналогично экономическая сторона - вы можете сэкономить свои деньги, либо, наоборот, попасть на непредвиденные расходы. Во второй части статьи мы поговорим о том, как владелец электромобиля может минимизировать экологические и экономические риски.
Для жертв ЕГЭ пушцчих чушь, замечу что нефть надо тоже добыть, переработать и доставить до бака т.е. потратить энергию. А КПД элнктромотора самого старого выше 96%, против 35% ДВС
