Откуда берётся электричество и КПД электромобилей
Часто при обсуждении электромобилей возникают комментарии, что КПД электродвигателя 95%, а у ДВС КПД всего 55%, но электричество у нас не из розетки же берётся.
Это действительно всё так, но бензин/дизель в двигатель не сам из мирового эфира попадает.
Раз уж мы решили рассматривать потери на полном цикле превращения полезных ископаемых в движение самобеглых повозок, то начнём с самого начала: добычи нефти и газа.
Допущения:
ДВС: рассмотрим дизельный и бензиновый вариант, хотя дизельного транспорта в России в год продаётся не более 7% от общего числа автомобилей, т.к. основной проблемой для владельцев дизельных автомобилей остается плохое качество дизтоплива на российских АЗС. Действительно, примеси в солярке могут вывести из строя дорогостоящую топливную аппаратуру. Из-за этого в России вцелом не более 2-3% дизельных автомобилей (Москва и Питер — привет!), что можно считать статистической погрешностью. Зато у дизеля теоритический КПД выше.КПД ДВС: заявленные в документации КПД в реальности почти не достигаются из-за узкого диапазона «рабочих» оборотов, и при толкании в городских пробках КПД падает в разы. Но будем оптимистами и применим к идеальным условиям коэффициент 0,5 (Хотя стоило бы взять 0,3).
КПД турбированного дизеля (которых ничтожно мало на наших дорогах) составляет 55% в идеальных условиях.
КПД бензинового ДВС скромнее и составляет 30% в идеальных условиях.
КПД современного электродвигателя достигает 95%. Не плохо, да? Но его ещё зарядить надо, мы это посчитаем.
Топливо:
Для ДВС надо добыть нефть, доставить на НПЗ, переработать, доставить бензин на базу, потом доставить на АЗС, потом наконец продать.
Подробнее тут...
Для электромобиля надо добыть газ, закачать в газопровод, закачать в ТЭЦ, выработанное электричество передать по сети в точку зарядки.
Почему именно газ и газовые ТЭС?
Мы не в Сингапуре живём, а в России, и тут их больше всего:
доля ТЭС – 67%, ГЭС – 21%, АЭС – 11%.
Я бы мог взять АЭС и ГЭС (фактически 1/3 от генерации) — там выбросов вообще 0 экологично и практично, можно принимать КПД аж за 100%, но пожалеем ДВС, будем считать сжигание углеводородов на газовых ЭС.
Теплоэнергетика. В России насчитывается 358 тепловых электростанций большой и средней электрической мощностью более 25 МВт. Их общая установленная мощность равна 158,6 ГВт.
Список тепловых электростанций России
Структура по топливу. Структура по топливу на ТЭС следующая: природный газ 71%, уголь 27,5%, жидкое топлива 1%, прочее 0,5%.
nnhpe.spbstu.ru/struktura-elektroenergetiki-v-rossii/
Природный газ, как топливо для электростанций доступен практически во всех промышленных зонах городов России.
Электрический КПД современной газовой электростанции достигает 55–60%. При этом капитальные затраты на 1 МВт/час установленной мощности газовой ТЭЦ составляют всего 50% от угольной, 20% от атомной, 15% от ветровой электростанции.
Строительство тепловых электростанций, работающих на природном газе, требует относительно малых инвестиций — в сравнении с электростанциями, работающих на других видах топлива, таких, как уголь, уран, водород.
Строительство газовой электростанции занимает всего 14–18 месяцев.
Газ экономически эффективнее других видов топлива и альтернативных источников энергии.
Потери:
Добыча ископаемых — нефть надо качать, газ чуть проще.Транспортировка: Газ по сети газопроводов до электростанции. Нефть по нефтепроводам, транспортом, иногда даже кораблями. Пусть при перекачке теряется пара процентов.
Переработка нефти в бензин отнимает процентов 20 энергии конечного продукта, что весьма оптимистично.
Потери в ЛЭП на дальние расстояния, возьмём значения из нормативной документации: ЛЭП на 750 КВольт длинной 2200 км имеет КПД 0,9 (см. treugoma.ru/electric-energy/feature-system/)
Для электромобиля учтём все возможные потери транспортировки электричества:
- Повышающая подстанция
- КПД линии электропередачи 750 КВольт длинной 2200 км
- Понижающая подстанция
- Потери в городе до зарядного устройства
- Потери в зарядном устройстве
- Зарядка батареи с учётом потерь
Докинем для электромобиля ещё потерь:
- Нагрев салона/батареи тэном и от охлаждения двигателя и батарей
- Потери при извлечении энергии из батареи
Так вот если учесть все потери, получаем таблицу с коэффициентами:
Итог:
КПД электромобиля: 26,65%
КПД дизеля: 13,79%
КПД бензинового 7,52%
Бензиновые двигатели просто расточительны с точки зрения эффективности использования природных ископаемых.
Турбодизели в 1,83 раза эффективнее бензиновых двигателей, но их мало и они очень чувствительны к качеству топлива.
Электричесткие двигатели в 3,54 раза эффективнее бензиновых ДВС и в 1,93 раза эффективнее турбодизелей.
Даже если предположить, что Нефть сама телепортируется из недр на НПЗ, а затем телепортируется сразу на АЗС без потерь, то КПД дизеля будет всего 18,70%, а бензинового ДВС 10,20%
Так будет выглядеть расчёт:
То есть даже при таких послаблениях для ДВС, догнать по эффективности электромобили не получается.
Пока электромобили остаются дорогой и экологичной игрушкой для городских пробок и любителей максимального ускорения в любой момент.
Надеюсь было интересно и если есть мотивированные уточнения по формулам или коэффициентам — с удовольствием рассмотрю варианты.
Поклонников Маска это вообще не волнует!
афтор дай ссыль на кпд!!!
2 так же афтор не знает про наличие избыточной генерации в россии на уровне 20%… т.е. мощности недозагружены и простаивают… более того надо еще построить 10-15 аэс на быстрых нейтронах для проекта прорыв… т.е. это еще +10+15% избыточных мощностей
3 кроме того надо понимать что электромобили + солнечная энергия= новая энергетика… т.к. днем автомобиль будет запасать энергию от солнечных панелей а ночью отдавать ее в сеть…