Mobilitatea Electrica


Pe la stiri despre saloane auto sau despre mediul inconjurator, tot auzim ca se vorbeste de masini electrice sau hibride, fara a primi insa prea multe explicatii despre ele. Auzim specificatii, autonomie, costuri si clasica putere exprimata in "cai", dar cam atat. Cu ce se deosebesc totusi aceste masini de cele "clasice", si care este motivul pentru care sunt atat de importante?

In primul rand trebuie inteles ca in momentul de fata exista trei tipuri de autovehicule pe piata. Masini cu motoare termice (Benzina, Diesel, GPL), masini electrice (doar cu motor electric) si masini hibride care au si motor electric, si motor termic.

Pentru multe persoane, o masina hibrida poate sa fie ideala, in special daca este singura masina din familie, si daca este folosita pentru o "naveta" zilnica in mediul urban. Pe hartie cel putin, imbina avantajele ambelor propulsoare. Consumul mic al motorului electric in mediul urban, si autonomia celui termic la drum lung.

Trebuie tinut cont totusi ca o masina hibrida vine si cu multe dezavantaje. In primul rand are atat greutatea motorului termic si a cutiei, cat si greutatea bateriei si a motorului electric. E o masina mult mai grea, si asta ii scade din eficienta. Din punct de vedere tehnic, necesita o intretinere mai complexa fata de o masina "clasica" si are costuri putin mai ridicate (revizii, consumabile, etc).
Nu vreau sa dezvolt foarte mult acest subiect, ci doar sa va indemn sa stiti exact ce cumparati daca doriti sa achizitionati o masina hibrida. Se poate alimenta extern? (PlugIn). Poate sa functioneze exclusiv in modul electric? Autonomia electrica este suficienta pentru "naveta" zilnica, astfel incat sa nu porniti in oras motorul termic (porneste automat). Are un motor termic destul de puternic pentru o eficienta la viteze mari, interurbane? Daca raspunsul este DA la toate aceste intrebari, probabil ca este masina potrivita.

Sa revenim insa la masinile (exclusiv) electrice. Acestea au cateva beneficii foarte usor de identificat.

- Se pot alimenta de la orice sursa de electricitate.
- Nu au costuri de intretinere. Anual se schimba filtrul de polen, si la 2 ani se face o verificare. Atat.
- Cuplu (putere) maxim instantaneu, de la 0 rotatii pe minut.
- Incalzirea in aproximativ 30 de secunde iarna.
- Poluare 0 in locul de utilizare, si o poluare mult mai redusa la productia energiei electrice.
- Lipsa zgomotului si a oricarei vibratii.
- Centrul de greutate foarte aproape de sol, si o stabilitate foarte buna... si lista poate continua.

Experienta sofatului intr-o masina electrica este greu de reprodus in cuvinte. Trebuie experimentata, si pentru asta va sfatuiesc sa mergeti la un "test drive" cu orice masina electrica. Nu veti regreta!

Indiferent daca sunteti o persoana tehnica sau mai putin tehnica, stiti in mare cum functioneaza o masina "clasica". Un motor in care arde niste combustibil, care invarte multe piese, care sunt lubrifiate cu mult ulei, si care degaja multa caldura care trebuie eliminata... si care scoate fum si alte gaze. Caldura, zgomot, vibratii, poluare, si pentru unii, sunetul apreciat al unui motor turat.

O masina electrica este "putin" mai simpla. Energia electrica este inmagazinata in niste baterii, de unde este folosita de un motor electric, similar cu cel de la masina de spalat rufe sau de la masina de gaurit peretii, si acel motor invarte rotile. Am spus ca este putin mai simpla, dar e mult mai simpla. In medie, o masina "clasica" are aproximativ 10.000 de parti care se misca. O masina electrica, de exemplu Tesla Model S, are 150 de piese mobile! Dupa cum stiti, orice obiect se strica mai usor daca are mai multe piese care se misca. O piatra sau o bucata de lemn nu are parti mobile si nu se strica. Clanta de la usa sau robinetul de la baie se mai strica insa din cauza partilor mobile.

Diferentele majore dintre masina electrica si masina "termica" vin de la modul in care este inmagazinata si utilizata energia. Este un punct foarte important la care o sa ma tot intorc, pentru ca sta la baza retoricii prin care se incearca discreditarea mobilitatii electrice.
In cazul motorului termic, energia este inmagazinata sub forma de hidrocarburi (Motorina si Benzina) si prin oxidare (ardere), se obtine o explozie controlata care genereaza miscare, si aceasta miscare ajunge la roti. Puteti vizualiza procesul aici.

In cazul motorului electric, energia este inmagazinata in acumulatori, super-condensatori (experimental) sau hidrogen (serie limitata). Energia inmagazinata actioneaza un motor electric si miscarea este transmisa la roti. Puteti vizualiza acest proces aici.

Motivul pentru care nu sunt adeptul unei masini "Hibride" se gaseste aici. Complexitatea.

Acum ca am acoperit elementele de baza, sa vedem motivele pentru care este atat de diferita o masina electrica, si cu ocazia asta, sa eliminam si cateva "mituri" si informatii false legate de aceasta tehnologie.

Asa cum spuneam mai sus, totul pleaca de la energie. In medie, un litru de benzina, este echivalentul a 9,7 kWh si un litru de motorina in jur de 10,7 kWh. Pentru a simplifica tot felul de calcule, sa presupunem ca energia inmagazinata intr-un litru de combustibil fosil este egala cu 10 kWh. Asa cum la o masina cu motor termic avem calculat consumul in litri la 100 de km parcursi, la o masina electrica, cosumul este calculat si afisat in kWh la 100 km parcursi. Intamplator sau nu, costul energiei este acelasi, indiferent de forma in care vine aceasta. Daca un litru de combustibil este aproximativ 5.5 RON la data scrierii acestui text, 10 kWh de energie electrica, au cam acelasi pret in contractul de furnizare pe care il aveti acasa.

Cand va urcati intr-o masina electrica, sau cand vedeti o fotogratie cu bordul, impartiti la 10 consumul afisat si aveti imediat echivalentul (in energie si costuri) pentru o masina cu motor termic. Daca o masina electrica are un consum de 90 Wh/km sau 9 kWh/100km, este ehivalentul energetic al unui consum de 0,9 litri/100km.

De unde diferenta asta foarte mare de consum si eficienta? Revenim la energie si cum este folosita aceasta. Motorul termic "pierde" foarte multa energie sub forma de caldura avand o eficienta de aproximativ 25% in cazul motoarelor de serie (sursa). Mazda de lauda cu un model de motor care ajunge la 55% eficienta, dar este putin probabil sa apara pe piata inainte ca tehnologia acumulatorilor sa ajunga la maturitate si sa vedem scaderi dramatice ale pretului pentru masini electrice.

In acelasi timp, eficienta unui motor electric este de cel putin 92%, ajungand pana la 98% (sursa). Desigur, exista si alte pierderi de energie care tin de acumulatori, de reteaua de distributie, etc. Oricum, eficienta nu scade de 80%. In timp ce eficienta este aproape identica la orice turatie (viteza), in cazul motorului termic, vorbim de eficienta maxima. La turatii mici sau foarte mari, aceasta scade foarte mult. Timpul in care masina cu motorul termic "asteapta" la semafor sau intr-o coloana, este un timp mort, cu o eficienta de 0%.

Continuand sa vorbim strict despre masini electrice, sa incepem cu bordul.


Indicatorul din stanga inlocuieste turometrul clasic. Fiecare unitate reprezinta 10% din puterea toatala a motorului exprimata in kW. Zona albastra aflata deasupra punctului 0 indica eficienta optima. Pentru vitezometru, zona albastra indica viteza in care consumul este optim. Zona verde, aflata sub punctul 0 indica recuperarea energiei in timpul franarii. Daca functia de "frana regenerativa" este activa, in momentul in care luati piciorul de pe acceleratie, motorul electric va functiona ca un generator care transforma energia de miscare (cinetica) in energie electrica, pe care o trimite inapoi la acumulatori. Cu putin exercitiu ajungeti sa folositi frana doar in sistuatii neprevazute pentru a opri brusc masina. La semafor sau cand va apropiati de o coloana, lasati masina sa franeze singura si eventual controlati aceasta franare din pedala de acceleratie. Dupa aproximativ 2400 de kilometri parcursi in oras, am ajuns (cu mici exceptii) sa conduc masina cu o singura pedala!

Sa presupunem ca aveti un motor de 100 kW (134 cai putere) pe masina respectiva. In cazul asta, daca acul este la cifra 4, folositi 40% din puterea motorului, adica 40 kW si consumul de energie o sa fie de 40kWh. La franare este tot asa. Daca acum s-a dus in zona verde la -2, motorul genereaza 20 kWh.

Probabil ati observat ca am folosit kW sau kWh in acest text. Prin kW (Kilowati) exprimam puterea unui motor sau a unui generator electric. Prin kWh (Kilowati-ora) exprimam cantitatea de energie electrica. Daca un motor electric de 100 kW va functiona la putere maxima pentru 1 ora, consumul o sa fie de 100 kWh.

Principalele probleme care tin la distanta de masinile electrice potentialii cumparatori sunt legate de pret, autonomie, timpul mare de incarcare si lipsa punctelor in care se pot incarca aceste masini.

Pretul este cu adevarat mai ridicat fata de o masina cu motor termic. Aproape toate aceasta diferenta de pret vine de la costul foarte ridicat al bateriei. Cumparand o masina electrica este ca si cum ai cumpara o masina cu motor termic, dar si tot combustibilul pe care il vei achizitiona in urmatorii 6-8 ani. Daca va place o anumita masina pe care vreti sa o achizitionati si se poate cumpara (sau ceva similar) si cu motor termic, obtineti cate o oferta de pret (si leasing) pentru fiecare.
Calculati costurile reale pentru ambele masini, pe o perioada de 5-6 ani si trageti linie. Nu uitati ca in prezent, prin programul Rabla+, primiti si 45.000 RON de la stat, prin AFM. Nu trebuie sa faceti mai nimic pentru asta, se va ocupa firma de la care cumparati masina si va spun ei ce acte sa le aduceti (nu sunt multe).

Sa luam exemplul masinii spre care m-am orientat eu, e-UP!. O masina mica de la grupul VW, care se poate cumpara si in varianta echipata cu motor termic. Am ales toate dotarile suplimentare (fara trapa) si pretul final, cu tot cu TVA a fost de 16.200 EUR incluzand subventia de la stat. Practic, atat am platit eu in final. In cazul modelului cu motor termic, costul este de 14.000 EUR cu dotari identice.

Costurile de operare anuale sunt apropiate de 0. Impozitul este 0. La incarcare acasa, costul pentru 100km este de cel mult (iarna, aglomerat) 10 RON/100km parcursi. Daca incarc masina in oras, pe la statii care au inceput sa perceapa 0.8 - 1 RON/kWh, costul se dubleaza si ajunge la 20 RON/100km. Sa luam acest pret pentru ca este mai putin probabil sa puteti incarca acasa sau la birou masina. Sa presupunem ca este folosita pentru 10.000 km/an masina repsectiva.

Cost Combustibil:
Electric: 1.000-2.000 RON - consum 20 kWh/100 km (dublu fata de cel oficial)
Termic: 4.620 RON - consum 8.4 L/100 km (dublu fata de cel oficial) la 5,5 RON/litru

Impozit:
Electric: 0 RON
Termic: 40 RON

Intretinere:Electric: 20 RON (filtru polen)
Termic: 250 RON.

Economie electrica: 2.890 RON/an sau 628 EUR. Daca vorbim de o perioada de exploatare a masinii de 5 ani, economia este de 3.140 EUR. Deja este mai ieftina masina electrica.

Tineti cont ca in cazul masinii electrice am considerat toate costurile ridicate. Consum foarte mare, pret al curentului electric foarte mare, etc. In realitatate, pe o perioada de 5 ani este posibil sa fie chiar dubla economia. Intretinerea pentru masini mai puternice ramane tot 0 in cazul electric, dar creste considerabil (si taxele) in cazul unei masini termice.

Mai apar in timp si alte consumabile care se inlocuiesc mai rar la o masina electrica. Discuri/placute de frana in functie de stilul de condus, pot sa reziste si de 10 ori mai mult datorita franarii regenerative. Nu sunt luate in calcul aceste costuri, si nici altele care apar in timp cu diverse consumabile specifice unui motor termic.

Autonomia depinde in primul rand de capacitatea acumulatorului (bateriei) masinii. Un rol important il are si temeperatura exterioara si evident, stilul de condus. Daca temperatura nu poate sa fie controlata si stilul de condus mai economic sau mai sportiv este mai greu de schimbat, ramane alegerea bateriei.
Dupa cum am explicat mai sus, o baterie de 20 kWh o sa va fie suficienta pentru a parcurge 100km. Cumparati o masina cu o baterie mai mare, creste si autonomia, dar si timpul de incarcare.
O regula in acest caz este sa faceti un calcul pentru autonomia de care aveti nevoie. Merita sa platiti in plus pentru o baterie mai mare? Daca puteti incarca zilnic masina (Acasa, birou sau o statie rapida in drum), si nu conduceti mai mult de 100km intr-o zi, este ilogic sa platiti penru o baterie mai mare, in cazul unei masini "de oras".
Daca va ganditi la o masina pe care sa o folositi la drumuri mai lungi, e bine sa va orientati spre un model cu o baterie de cel putin 40-50 kWh, care sa va asigure o autonomie reala de cel putin 200km.

Tratez in continuare timpul de incarcare al bateriei si punctele pentru incarcarea masinii ca pe un singur subiect. Sa presupunem ca ati optat pentru o masina cu o baterie mai mare, de 40 kWh. Unde puteti sa incarcati masina?
In primul rand o putei incarca acasa sau la birou, daca nu locuiti la bloc, sau daca aveti un garaj subteran sau electrificat. Asta se numeste "incarcare de nivelul 1" sau "incarcare la destinatie". O priza "normala" este in general limitata ca putere si este proiectata pentru aparate electrice cu o putere de cel mult 2.5 kW (Aer conditionat, congelator, etc). Acesta este motivul pentru care masina electrica o sa fie livrata (sa va asigurati de asta!) cu un cablu de incarcare "pentru priza" standard de 2.2 kWh (10 amperi la 220V). In cazul asta, masina se va incarca de la o baterie descarcata complet pana la 100% in 20 de ore. Sau mai bine zis, veti incarca intr-un interval de 8 ore echivalentul a 80 km.

Daca doriti acasa sau la birou o incarcare mai rapida, va puteti achizitiona o statie de incarcare cu conditia sa fie dispobibil un circuit electric trifazat in locul in care doriti sa o instalati. Puteti sa va uitati la contorul electric, si daca pe el scrie "trifazat", puteti instala o astfel de statie.
Statia de incarcare pentru modelele de masini comercializate in UE are un conector "Type 2", si indiferent daca incarcati masina de la o stati personala sau de la una publica, incarcarea la o statie de putere mica (3.5 kW - 11 kW) este considerata o "incarcare de nivelul 2" si este denumita in continuare o incarcare de destinatie.

Conector "Type 2 - Mennekes" sprijinit oficial ca standard de catre U.E.




In cazul incarcarii de putere mare, lucrurile devin putin mai complicate. In momentul de fata, o statie de incarcare pe curent alternativ "Type 2" este considerata o statie "rapida" daca poate livra o putere de 22 kW. In acelasi timp, cele mai mici statii "rapide" care livreaza combinat curent alternativ si continuu, pornesc tot de la 22 kW si ajung pana la 400 kW. Orice statie rapida este considerata o statie de "incarcare de nivelul 3" si se considera o "incarcare de tranzit". Nu voi intra in detalii despre incarcarea de la o statie "Type 2" de 22 kW, pentru ca eu nu o consider o statie rapida, asa ca voi explica mai multe despre acele statii de incarcare cu adevarat rapide. In Europa, aceste statii au doua tipuri de conectori. CHAdeMO si CCS(sau Combo T2) care sunt cat se poate de diferite ca forma si tehnologie.
Image result for chademo and CCS

In general cand vedeti o statie de incarcare rapida (sunt cateva in Romania) o sa vedeti ca sunt doua sau trei cabluri prezente. Un conector "type 2", unul CHAdeMO si unul CCS. Conectorul Type 2, asa cum am explicat mai sus, furnizeaza DOAR curent alternativ si puterea cea mai mare teoretica este de 41 kW.

ATENTIE - Pentru a putea incarca o masina la nivelul 1 sau 2, prin curent alternativ, este folosit transformatorul montat pe masina. Acestea este scump, si majoriatea modelelor nu pot incarca mai mult de 3.5 sau 7 kWh de la o sursa de curent alternativ, chiar daca statia respectiva poate furniza mai mult curent. Unele modele au transformatoare puternice care incarca pana la 22 kW, dar asta se regaseste in pret, si in general aceste model vin FARA posibilitatea unei incarcari cu adevarat rapide (curent continuu).

Pentru ca probabil v-am ametit deja cu atatea informatii, va dau doua exemple concrete, pentru a intelege exact la ce sa va asteptati.

Situatia 1, aveti un Renault ZOE cu o autonomie reala de cel putin 200km. Masina se incarca la o statie "nivel 2" cu pana la 22 kWh, dar NU are posibilitatea instalarii unei prize de curent continuu/incarcare nivel 3. Aveti "plinul" facut si plecati din Bucuresti in Brasov. Aveti numeraose statii de incarcare pe drum si daca va opriti pe la jumatatea drumului, o sa dureze 1 ora sa incarcati cei 100km parcursi (22 kWh), presupunand ca statia gasita in drum chiar are o putere de 22 kWh.
Daca folositi insa mai des in oras masina, aveti acces la mult mai multe statii de 22 kWh, comparativ cu cele "nivel 3".

Situatia 2, aveti un VW E-Golf cu o autonomie similara. Cand ati comandat masina ati instalat si optiunea de curent continuu (priza AC/DC) si asta va permite sa folositi o statie rapida de incarcat. O statie "nivel 2" va furniza cel mult 3,5 kWh catre masina pentru ca transformatorul cu care este echipata masina nu permite o putere mai mare. Deci utilizarea in oras va insemna fie o incarcare lenta de la statii "nivel 2" sau deplasarea pana la o statie "nivel 3" pentru o incarcare rapida.
Daca va ganditi insa la un drum lung, situatia se schimba. In prezent, protocolul CCS permite o incarcare de pana la 150 kWh cu teste care se fac deja (in Berlin) la 400 kWh. Cele mai puternice statii nivel 3 din Romania au o putere de 50 kW. Drumul pana la Brasov sau mai departe s-a schimbat radical, avand posibilitatea sa incarcati suficient curent electric pentru 100 km in doar 25 de minute.

Decizia va apartine si este important sa stiti ce posibilitate de incarcare are masina dumneavoastra si cum doriti sa o utilizati. Tineti cont si de faptul ca reteaua de incarcare este in crestere si o autonomie de 200km care pare acum mica, poate deveni mai mult decat suficienta peste putini ani.

Pe masura ce creste capactitatea bateriei si puterea unei statii rapide, drumurile lungi nu o sa mai fie o problema. Multi producatori anunta deja masini de serie cu acumulatori de cel putin 100 kW, care se vor incarca la standardul CCS de 200 si 400 kW. Asta inseamna ca in cativa ani, timpul de incarcare pentru 500km va scadea la 30 sau chiar 15 minute!

Mituri si Legende(urbane)!


I. Masina electrica muta poluarea de la teava de esapament, la centrala electrica, dar polueaza tot asa...

FALS! In primul rand cititi ce am scris mai sus legat de modalitatea de utilizare a energiei. Motorul electric este mult mai eficient. Chiar daca este folosit pentru incarcare curentul din surse poluante, eficienta ridicata a centralei electrice si eficienta ridicata a masinii electrice inseamna ca pentru fiecare kilometru parcurs a fost folosit mai putin combustibil fosil. Sa nu uitam ca producem din ce in ce mai mult (sursa) curent electric din surse regenerabile, in timp ce motorina sau benzina vine tot din petrol. Trebuie tinut cont si de faptul ca productia unui kWh genereaza in medie in U.E. 250g CO2. Tot in medie, o masina produce 250g CO2 pentru fiecare km parcurs. Daca ignoram tot lantul industrial (exctractie, productie, transport, etc.) tot ramanem cu o masina care polueaza de 5 ori mai putin!

II. Pentru a produce bateriile se polueaza foarte mult cu materiale rare si cu multa energie consumata. Mai au si o durata de viata scurta si dupa asta polueaza pentru ca nu se recicleaza.

FALS! Orice activitate industriala polueaza. Unele materiale din acumulatori (cobalt in special) se obtin prin metode destul de poluante sau cu un puternic impact social negativ. Dar sa comparam asta cu benzina sau motorina. Pentru a "face plinul" la masina cu motor termic, sa vedem ce se intampla... O firma consuma resurse semnificative pentru a prospecta si pentru a gasi petrol. Alta firma consuma foarte multe resurse pentru a construi si pentru a opera echipamente de foraj. In final, se extrage petrolul brut care este transportat la o rafinarie. De la rafinarie se transporta din nou produsul finit pana la statia de alimentare. TOTI acesti pasi polueaza foarte mult. Daca mai aducem in discutie si toate deversarile de petrol accidentale care au poluat zone intinse, putem incheia discutia anticipat.

Legat de durata de viata a bateriilor, este adevarat ca acestea trebuie schimbate dupa aproximativ 8-10 ani. NU se arunca insa. Desi bateriile sunt prea degradate pentru performantele solicitate de o masina electrica, ele sunt in continuare cat se poate de utile in diverse aplicatii stationare si mai au o durata de viata de 10-20 de ani. Cam asa arata acumulatorii dintr-un laptop vechi. Sunt similari cu cei dintr-o masina electrica si ii folosesc fara probleme prin lanterne, tigari electronice, etc.



III. Stau la bloc si nu am unde sa incarc masina. Sa se faca mai intai statii de incarcare, si eu imi iau masina dupa asta.

FALS! Va indemn sa explorati harta pe care o gasiti AICI. Masina mea electrica are cea mai mica baterie de pe piata (19 kWh). Cu toate astea o incarc saptamanal si ocazional de doua ori pe saptamana. De multe ori am o statie pe unde am treaba si o mai las la incarcat fara sa ma duc special "la benzinarie" pentru asta.

Va invit si va provoc in incheiere sa scrieti in sectiunea de comentarii alte "mituri" care va tin departe de aceasta tehnologie, si vedem impreuna cat de reale sunt.

Text: Tudor Rosca
Foto: Tudor Rosca sau trimitere catre pagina de internet care le detine
Toate cifrele si datele sunt "de actualitate" in data de 18.04.2018 si se pot modifica in timp prin apariatia unor tehnologii noi, sau prin modificarea unor preturi.







Comments

  1. FELICITARI pentru articol ! M-as bucura sa putem colabora in viitor in cadrul proiectului de educare electromobilistica prin test drive initiat de revista online 24auto.ro.
    Dan

    ReplyDelete
    Replies
    1. Multumesc! Cu toata placerea pentru orice demers care informeaza publicul despre avantajele mobilitatii electrice.

      Delete
  2. Un articol forte interesant, felicitări.

    ReplyDelete
  3. Articol corect tehnic, insa as sugera sa dezvoltati putin mai bine povestea cu bateria. Ea se degradeaza si la un moment dat se va pune problema schimbarii ei, iar proprietarul va suporta costurile (deloc mici), indiferent ca dupa aceea bateria va fi folosita la altceva (power bank-uri in centrale eoliene/solare, etc). Bateria poate sa tina 8-10 ani in anumite conditii dar va garantez ca poate tine si mult mai putin. Cu siguranta stiti ca limita primara la chimia li-ion este numarul de cicluri de incarcare-descarcare si adancimea lor, nu perioada de exploatare. Cine va utiliza preponderent incarcare level1, la temperaturi medii, nici prea frig, nici prea cald, va avea sanse sa il tina mult bateria, mai ales daca nu o foloseste 0-100%. Insa daca este incarcata in permanenta pe fastcharge la puteri mari, eventual exploatata si la temperaturi mari, se va degrada mult mai repede.

    ReplyDelete

Post a Comment

Popular posts from this blog

Miting aviatic

Pretul care te Curenteaza