En este artículo me gustaría mostrar en detalle cuánto es cada tecnología más o menos efectiva únicamente en términos de costos de energía para el movimiento. No afecta el componente económico o de otro tipo del costo de producción del transporte en dicho disco, servicio, infraestructura y mucho más.
Entonces, comencemos con la gasolina. Que sabemos Un litro tiene un peso de ~ 750 g. y aproximadamente 10kWh de energía almacenada. Pero, ¿cuánta energía se necesita para obtener 1 litro de gasolina en el tanque del vehículo? Omitimos cosas como el transporte, el almacenamiento, etc., discutimos solo la producción y el procesamiento. El promedio EROI (
retorno de la energía sobre la inversión: la relación entre la energía recibida y la gastada, la rentabilidad energética. Fuente Wikipedia ) la producción de petróleo y el refinado en gasolina es 5, es decir damos la quinta parte, es decir, 20%. Esto significa que se gastarán alrededor de 2 kWh de energía por cada litro de gasolina. Pero también tiene aproximadamente 10 kWh de energía almacenada, parece ser rentable, pero teniendo en cuenta la eficiencia del motor de combustión interna, la transmisión, etc. eficiencia total si será el mismo 20% ya estará bien. Resulta una especie de locura, al principio gastaron 2 kWh de energía para la extracción y el procesamiento, luego usaron solo 2 kWh para el movimiento, y el resto se perdió en forma de calor a la atmósfera ... Será aún más interesante cuando comparemos el consumo de dos modelos, uno con un ICE de gasolina y el otro con baterías .
Por ejemplo, Ford Focus. En la versión de gasolina, el consumo real será de aproximadamente 7l / 100km, y en la versión eléctrica será de aproximadamente 14kWh / 100km de la batería (no de la red, volveremos a esto). Lo que finalmente tenemos:
- la gasolina Ford aún no ha manejado un medidor, pero para 7 litros de gasolina en el tanque, ya se ha gastado de 14 kWh de energía;
- ¡Ford eléctrico con la misma cantidad de energía viajará unos 100 km!
Pero con los autos eléctricos debes ser preciso hasta el último detalle, no me refiero a la parte ambiental en este artículo, pero también tenemos que hablar de eso en el caso de EM. A saber, el cargador (cargador) también tiene pérdidas por recargar el EM desde la red. La eficiencia promedio del cargador y la batería de alto voltaje (VVB) es de aproximadamente 90%. Es decir con un consumo de 14kWh / 100km de la red, necesita aproximadamente 15.5kWh para una carrera de 100km. En invierno, por supuesto, aún más, porque el consumo crece significativamente debido al horno eléctrico, aunque muchos EM usan una bomba de calor, el consumo puede estar a más de 20kWh / 100km de la red, pero un automóvil en ICE también consume más combustible en invierno ...
¿Pero puede terminar esto? No! La transmisión de electricidad en la red también tiene pérdidas, es muy difícil determinarlas, pero vale la pena decir al respecto. En diferentes casos, tenemos varias transformaciones de electricidad a alto voltaje para transmitirla a largas distancias y luego reducir el voltaje para el usuario final. No me atrevo a expresar cifras promediadas incluso con pérdidas, pero mostraré una imagen que muestra que las pérdidas en las líneas eléctricas aéreas son ~ 64%, es decir casi 2/3 de todas las pérdidas. Es decir cuanto más lejos esté la central eléctrica del consumidor, mayor será la pérdida natural ...
El cronograma de pérdida estadística promedio de una compañía eléctrica típica. Fuente asutpp.ruLa energía local suaviza este indicador, y si todavía es una fuente de energía renovable (RES), es aún mejor, pero sobre el medio ambiente en otro momento. Resulta que con un automóvil eléctrico es muy difícil decir cuánta energía se gastó en el movimiento, pero si dejamos de lado las pérdidas en la transmisión de electricidad, al igual que no tomamos en cuenta los costos adicionales del transporte de petróleo y gasolina, llegamos a la conclusión mencionada anteriormente: aproximadamente la misma distancia con la misma cantidad de energía que se gastó para producir X litros de gasolina para un automóvil ICE ".
Si por un momento nos distraemos y recordamos cuánto tiempo la carga EM y el kilometraje en una sola carga no siempre se ajustan a todos, pero cuán rápido y lejos está todo en un automóvil con motor de combustión interna, ¿desea saber si un automóvil de hidrógeno puede resolver todos los problemas?
Estoy considerando un automóvil que usa celdas de combustible de hidrógeno (FC), donde el hidrógeno se mezcla con oxígeno en una celda de combustible y la energía eléctrica resultante se usa para moverse usando un motor eléctrico, no tomo la opción de inyectar hidrógeno en un motor de combustión interna como un automóvil con HBO (metano) como ejemplo.
Si es muy corto, un automóvil con una pila de combustible: puede repostar rápidamente (aunque hasta ahora no hay muchos reabastecimientos), un "tanque lleno" en ~ 5 minutos y tiene un alcance decente de aproximadamente 400-500 km. Aunque, por ejemplo, el Tesla es caro y no solo tiene una reserva de energía de 400-500 km (modelos de 400 km desde 2012), sino que en el mejor de los casos cobran a 120 km en 5 minutos, sino que los automóviles con celdas de combustible tampoco son baratos. Perdón por mi retiro.
Pero qué tan efectivos son los autos en las celdas de combustible. En promedio, el consumo real por cada 100 km está en el límite de 1 kg de hidrógeno por cada 100 km. ¿Y qué es 1 kg de hidrógeno? Primero, hablemos del hecho de que, en promedio, por 1 kg de hidrógeno en un tanque, un automóvil necesita gastar, de acuerdo con información de diferentes fuentes, alrededor de 50 kWh de energía. Si este es el caso, entonces es 2-3 veces menos eficiente que moverse en un BEV, un automóvil eléctrico con baterías, porque un automóvil en una celda de combustible es esencialmente un automóvil eléctrico, que por cierto también tiene un pequeño amortiguador VVB.
Verifiquemos si es tanto como 50 kWh de energía por 1 kg de hidrógeno. Porque un litro de hidrógeno pesa 0.09 g, luego en 1 kg de hidrógeno tenemos aproximadamente 11.111 litros. Por ejemplo, para producir 1000 litros de hidrógeno por electrólisis de agua a escala industrial, se necesitan aproximadamente 4 kWh de energía, obtenemos 44.444 kWh por 11.111 litros. Pero para poner más de 11 mil litros de gas en un tanque de tamaño razonable, el hidrógeno se licua por enfriamiento de múltiples etapas, ¡que también consume mucha energía! Entonces 50kWh por 1 kg de hidrógeno parece ser cierto.
¿Quizás el consumo aproximado de 1 kg / 100 km es exagerado, pero en realidad es mucho más bajo? Lo comprobamos Durante la reacción de hidrógeno con oxígeno, se liberan aproximadamente 3 kWh de energía cuando se usan 1000 l de hidrógeno. La eficiencia de las celdas de combustible modernas, desafortunadamente, es de alrededor del 50%, lo que significa que de 1 kg o 11.111 litros de hidrógeno en lugar de 33.33 kWh de energía potencial, solo la mitad es "capturada", es decir. ~ 16.67kWh. Es decir hay pérdidas, también necesitas enfriar decentemente. Hay pérdidas en la carga del VVB amortiguado y, como resultado, obtenemos aproximadamente el consumo del mismo Ford con baterías ... La física no se puede engañar y el consumo de 1 kg de hidrógeno por 100 km también es similar a la verdad. Para todos los tipos de automóviles hay revisiones, pruebas, mediciones y el consumo de gasolina / electricidad / hidrógeno no ha sido un secreto durante mucho tiempo.
Como puede ver, hoy no hay nada ideal:
- el automóvil en el motor de combustión interna sigue siendo el más conveniente, pero el más ineficiente;
- un automóvil con batería es el más eficiente, pero no el más conveniente;
- un vehículo de pila de combustible es casi tan cómodo como un vehículo de gas, si hubiera tantas estaciones de servicio de hidrógeno, pero en algún punto intermedio en términos de eficiencia.
Pensemos ahora un poco sobre las perspectivas futuras.
ICE ya está exprimido al máximo en su potencial, la eficiencia del motor eléctrico y su control (controlador) están en un nivel bastante alto, 90-95% y la mejora de la eficiencia no conducirá a una mejora notable en la eficiencia energética. Por ejemplo, el automóvil eléctrico Tesla Model S, al cambiar a un tipo diferente de motor y materiales para el controlador, logró un pequeño aumento en el kilometraje con una sola carga con la misma capacidad de batería, es decir. consumo ligeramente reducido, creo que no hay ningún lugar para mejorar aún más y las mejoras adicionales serán en el campo de la química de la batería. Pero los automóviles con celdas de combustible aún tienen potencial. En primer lugar, una reducción en el costo de producción de hidrógeno de 4ex hasta 3ex kWh por 1000l. En segundo lugar, elevar la eficiencia de la pila de combustible, por ejemplo, al menos al 75%, luego, a la salida, obtenemos aproximadamente 39 kWh de costos por 1 kg de hidrógeno (34 kWh para electrólisis + aproximadamente 5 kWh para licuefacción), en los que será posible viajar ya 150 km, es decir. con un caudal de 26kWh / 100km ahora en lugar de 50kWh / 100km hoy.
Además de todo esto, el mundo cada día necesita más y más tecnología de almacenamiento de energía efectiva y asequible, pero este tema es para otro artículo.
Gracias por su atencion