Снять лапшу с ушей: российские специалисты развенчали мифы об электромобилях

На модерации Отложенный

Вы все еще верите, что электромобили спасут Землю от перегрева? Напрасно. Несложные подсчеты доказывают: энергопотребление электрических машин ... выше, чем у современных бензиново-дизельных тарантасов. Не исключено, что со временем "электрификацию" автомобильного парка сочтут такой же аферой, как и продажу БАДов.

Увы, так часто бывает: в модных дискурсах мнение специалистов по теме либо не учитывается вовсе, либо представлено где-то в специальных изданиях. Мифы об экологичности электромобилей развенчали российские инженеры в отраслевом журнале "Химагрегаты".

Для многих очевидно, что выбросов вредных веществ (ВВ), а также парниковых газов (ПГ) непосредственно от электромобилей не происходит, так как вместо топлива они потребляют электроэнергию, на что и делают упор производители этих автомобилей. - констатируют авторы статьи. -Однако мало кто вспоминает, что большая часть производимой в мире электроэнергии вырабатывается на тепловых электростанциях, где происходит сгорание угля, нефтепродуктов или природного газа, также сопровождающееся выделением ВВ и ПГ. В России на долю таких электростанций приходится 68% вырабатываемой электроэнергии. 

Р.Л. Петров в своих работах описывает метод WTW-анализа (well-to-wheel – «от скважины до колеса»), применяемый для оценки экологичности того или иного транспортного средства. Этот метод позволяет комплексно охватить полную оценку экобаланса при превращении и трансформации энергоносителя из первичного ресурса в полезную энергию движения транспортного средства.

Предлагается рассчитать количество энергии, которое нужно потратить с учетом всех потерь на 1 км пути движения транспортного средства.

Расчеты показывают, что количество израсходованной энергии в электромобиле составляет 0,54-0,70 МДж/км,а полезная энергия, затрачиваемая на передвижение автомобиля с ДВС, будет равна 0,42-0,49 МДж/км, что вполне сопоставимо с таким же параметром для электромобилей. На первый взгляд, это даже меньше, чем у электрических конкурентов. Но исследователи проблемы честно прибавляют к энергозатратам бензиново-дизельных машин затраты на транспортировку топлива - от нефтяной скважины до заправок. Итоговая сумма получается 0,073-0,085 л/км пути (эквивалентный относительный расход энергии – 2,27-2,64 МДж/км).

 

Значит ли это, что электромобили выиграли гонку за экономию энергии с трехкратным перевесом? Отнюдь!

По результатам проведенных расчетов можно сказать, что при полной или частичной замене традиционного транспорта электромобилями произойдет увеличение нагрузки на электростанции, в том числе на ТЭС, а выбросы ВВ и ПГ будут перераспределены с транспортного сектора на энергетический, возможно, с увеличением общего объема.

Кроме того, борьба за экономичность двигателей внутреннего сгорания не стоит на месте. Предполагается, что к 2040 году аппетиты бензиновых моторов будут снижены более чем в 1,5 раза за счет развития машиностроения и массового применени турбонаддува, прямого впрыска топлива в цилиндры, рециркуляции отработавших газов, применение системы старт-стоп. Производители автомобилей с ДВС всеръез говорят о выходе среднего расхода топлива на показатель 4 литра на 100 км пути.

Между тем перспективы перевода ТЭС на более экологичный газ вместо угля и мазута в ближайшие десятилетия не оставляет надежд на сколько бы то ни было существенный экологический эффект от вышеуказанных мероприятий. Это значит, что существенно повысить экологическую безопасность электромобилей не удастся.

Экономическое преимущество электромобилей и гибридов перед традиционными автомобилями также сомнительно. Это объясняется как высокой их стоимостью (несмотря на значительные дотации со стороны государств, где производятся эти автомобили), так и вероятными изменениями цен на электроэнергию.

Сейчас стоимость 1 кВт/ч электроэнергии в Москве составляет 1,7 руб. по ночному тарифу и 6,2 руб. по дневному. Таким образом, декларируемая производителями удельная стоимость 1 км пути движения электромобиля будет составлять 0,3-1,2 рублей в зависимости от выбранного времени суток для подзарядки (реально до 2,5 рублей). Цена на бензин в Москве сейчас составляет от 32 руб. (минимальная цена бензина Аи-92) до 41 руб. (максимальная цена бензина Аи-95). Таким образом, удельная стоимость 1 км пути автомобиля с ДВС будет составлять 1,9-2,9 рублей в зависимости от сорта используемого бензина и его удельного расхода.

В среднем, относительная стоимость энергии, расходуемой на передвижение в электромобиле, в 1,1-1,3 раза дешевле относительной стоимости топлива, расходуемого на передвижение в автомобиле с ДВС. Однако нельзя забывать, что больше половины стоимости автомобильного топлива – это государственные акцизы и налоги. Вполне логично ожидать повышения тарифов на электроэнергию и снижение стоимости топлива при широком использовании электромобилей в стране (государству всегда нужно с чего-то снимать налоги и акцизы для пополнения казны).

Кроме того, необходимо учитывать стоимость дорогостоящих аккумуляторов (25-50% стоимости электромобиля), которые со временем будут требовать замены (срок работы аккумулятора 5-7 лет), и учитывать её в стоимости подзарядки.

И снова встает вопрос об экологичности электромобилей: отработанные аккумуляторы требуют утилизации. Схема утилизации аккумуляторов ещё не нашла коммерчески рационального решения. Несмотря на присутствие отдельных проектов в этом направлении (проекты компаний Honda , совместный проект GM и Nissan и т.д.) подобные технологии до сих пор находятся на начальном этапе своего развития. Необходимо также отметить, что при многократном увеличении парка электромобилей могут возникнуть проблемы с сырьевыми ресурсами для производства аккумуляторов (лития, никеля, кадмия и т.д.), цена которых в этом случае вырастет многократно.

Помимо декларируемых достоинств электромобилей существуют и явные их недостатки:

Отсутствие необходимой инфраструктуры. В России сейчас инфраструктура зарядки и сервиса электромобилей находится в зачаточном состоянии. Необходимо отметить, что стоимость одной коммерческой станции, позволяющей заряжать электромобиль, сравнима или даже выше стоимости традиционной АЗС. При этом изменение инфраструктуры одним лишь строительством заправочных станций не обойдется. При значительном развитии парка электромобилей нагрузка на городские сети и электростанции значительно вырастет. Одновременная зарядка десятков тысяч машин в городе средней величины может привести к локальным отключениям существующей энергетической сети, не рассчитанной на такие нагрузки. Таким образом, необходимо будет строить новые электростанции, трансформаторные подстанции и прокладывать новые электрические сети повышенной пропускной способности.

Короткий пробег и ограниченная скорость. Сейчас декларируемый запас хода у электромобилей составляет 200-300 км, хотя отдельные производители (Tesla) заявляют о значении пробега без подзарядки в более чем 400 км для некоторых своих моделей. Необходимо отметить, что демонстрационные пробеги проводятся по ровной горизонтальной дороге при +20 С с выключенными фарами, климат-контролем, радиолой и другим электрооборудованием. В принципе, такой показатель вполне мог бы удовлетворить потребителя, гражданина европейского государства с умеренно-теплым летом и положительными температурами зимой (хотя зима 2016-2017 года показала неоспоримое преимущество внедорожников с мощными ДВС даже в странах Юга Европейского Союза).

В России, с ее суровыми зимними условиями, затраты на обогрев салона, сидений, стёкол, зеркал заднего обзора, работу фар (теперь в соответствии с правилами дорожного движения даже днём), дворников, и другого дополнительного электрооборудования будут составлять не менее 30-60% от общего потребления энергии электромобилем. В условиях мегаполисов (теперь уже и немегаполисов РФ) в «пробках» будет сгорать бесполезно на «второстепенные» нужды ещё больше электричества. Также нужно отметить, что в холодное время реальная емкость аккумулятора будет ниже, что также будет негативно влиять на запас хода. Таким образом, запас хода электромобиля зимой может быть сокращен до 100-150 км и даже меньше, что в свою очередь с учетом отсутствия инфраструктуры сильно снижает привлекательность использования электромобилей в РФ. Для автомобилей с ДВС такой проблемы не существует, т.к. для обогрева салона используются потери тепловой энергии при сгорании топлива, а штатный аккумулятор постоянно подзаряжается от ДВС.

Кстати, время зарядки аккумуляторов – от 3 до 7 часов. Например, литий-ионный аккумулятор электромобиля ёмкостью 85 КВт час при зарядке потребляет ток 32А при мощности 11 КВт. Декларируемые «экспресс-зарядки» всегда приводят к значительному сокращению службы сверхдорогого аккумулятора.

В жарких регионах неизбежны значительные энергозатраты на кондиционирование салона автомобиля – современный потребитель привык к комфорту! Даже в условиях Москвы автолюбители вынуждены включать кондиционеры с мая по сентябрь.

Учитывая вышеизложенное, нужно отметить, что в случае уменьшения запаса хода электромобиля на одной зарядке в два раза, удельный расход электроэнергии вырастет в два раза, а, следовательно, в два раза увеличится и удельное значение выбросов ВВ и ПГ. Таким образом, электромобиль «обгонит» традиционные автомобили по негативному воздействию на окружающую среду. Это касается и удельной стоимости передвижения на электромобиле, которая вырастет до 0,6-2,5 руб/км.

В заключении можно сказать, что, несомненно, электромобили займут свою «нишу» в рынке «самодвижущихся экипажей». Неоспоримым стимулом повышения спроса на электромобили могло бы стать изобретение и освоение широкомасштабного производства конструктивно принципиально новых аккумуляторов, которые имели бы энергоёмкость в 2…3 раза большую, чем современные (при тех же массо-габаритных параметрах). Произойдёт ли это?

Приоритетной территорией использования этих машин будут большие и средние города, где им могут быть предоставлены всяческие преференции со стороны местных властей.

В любом случае реальное количество электромобилей в обозримом будущем не превысит 1…3% от общего числа, поэтому говорить о каком бы то ни было существенном влиянии на снижение объёмов потребления углеводородных топлив преждевременно, заключают авторы статьи.