очередное эмигрантское г.) (solar_front) wrote in engineering_ru,
очередное эмигрантское г.)
solar_front
engineering_ru

Электромобили: Мифы и реальность.

Оригинал взят у solar_front в Электромобили: Мифы и реальность.
соавторы поста:  zilm,lu4nik,rustler2000,lu4nik, 22sobaki, vladimir690, ardelfi, gorynych1,sirmullih


(Немецкий турист отправляясь в отпуск: "нет проблем! Энергии хватит до Италии!" (отсюда))

Предисловие.

Я не компетентен в данной области - обычный человек который пытается разобраться. На уровне а+б, не сложнее. Данный материал основывается на ответах Н. Батчера адвокату Д. Петерсену, а так же на результатах обсуждения в моем блоге. Сердечно благодарен zilm,lu4nik,rustler2000,lu4nik, 22sobaki, vladimir690, ardelfi, gorynych1, lex_divinasirmullih за полезное и (важно!) информативное обсуждение материала в моем скромном блоге.
Аргументы против EV я пометил красным.

Миф или реальность? №1.
EV - это развод. Они загрязняют атмосферу из-за выбросов на электростанции и ущерб экологии тот же, что и от ДВС.


Пишет Петерсен: "в качестве примера возьмем изолированный остров-цивилизацию: у вас завод производящий 45 кВтч литий-ионных батарей в год. Задача в состоит в том, чтобы минимизировать топливный импорт и/или сократить эмиссию CO2. Есть два варианта: первый - построить 30 гибридов с  использованием высоко-мощных батарей, или - второе делать ОДНУ Модель S от Тесла,  используя высокоэнергетические батареи.
В первом случае, каждый гибрид сэкономит 160 галлонов бензина год. Таким образом, 30 гибридов уменьшит импорт на 4,800 галлонов в год и уменьшит эмиссию CO2 на 55 тонн в год.

Если Вы примете предложение от Тесла, то Модель S экономит 400 галлонов бензина год и уменьшит эмиссию CO2 всего на 5 тонн, но это увеличит эмиссию CO2 с производства электроэнергии на 2 тонны, приводящие к сокращению выбросов 3 тонны в год."

Petersen1
(отсюда)
(по шкале - эмиссия СО2 на милю. Надпись: "ЭА загрязняют окружающую среду меньше чем обычные автомобили, но насколько меньше зависит от того насколько "чиста" электросеть".
MPG - дистанция пройдена автомобилем в милях на галлон).


Ответ: В настоящий момент запасы и добыча лития не ограничивают производство EV (подробнее ниже). Зато другие материалы требуются для производства дополнительных 29 гибридов. Основываясь на ложном постулате о дефиците лития нельзя сравнивать 30 гибридов среднего класса c одной EV премиум класса - моделью S.
Но, ладно, пусть тесла, пусть довольно большой расход: 17 кВтч/100км (на самом деле он выше, но это другая тема немного S-F), сравним 30 гибридов приус с 30ю тесла:

30 гибридов уменьшат выбросов на 55 т  тогда как Тесла Модель S на 90 т.

О картинке: возьмем пробег теслы от EPA для 85 кВтч: 265 миль. В среднем по штатам на квтч приходится 600 г СО2. Получаем цифру: 192 г/милю. Это для премиум класса и "грязной" сетки на угле! Это лучше "Best Hybride" (см картинку выше).  Но это должно быть верхней границей для ЭА по причинам указанным выше.

Вот результат для теслы в штате Юта, где 82% электричества получают при сжигании угля:
tesla Utha
Как видим, в наихудших условиях тесла модель S остается экологичнее автомобиля на бензине.

 Но усть будет не 600 г СО2 ) (средняя величина для США), а 900 г СО2.  15.3 кг СО2 будет выбрасывать модель S в этом случае. В качестве альтернативы: Mercedes-Benz E 200 Natural Gas Drive: выбросы на 100 км - 15.3 кг!

колличество СО2 в среднем на квтч по странам можно посмотреть здесь. Китай на уровне 750 г/квтч, Эстония больше 1000 г/квтч (!), Россия - 350 г/квтч (!).

Вывод.
 Это реальность: EV экологичнее (меньше выбросы СО2 при эксплуатации) гибридов и намного экологичнее ДВС. Кроме стран вроде Эстонии, Мальты, Греции. :)
Выбросы в 900 г СО2 на 1 квтч - являются критическим уровнем.



Миф или реальность? №2:
Батареи для EV - это пустая трата ограниченных для нас ресурсов на игрушки для богатых.

" Электромобили - это тоже самое потребление ресурсов маскируемое тем утверждением, что они сохраняют ресурсы. Сделать электромобили для некоторых, богатых не проблема, но никогда не будет достаточного количества батарей или материалов, чтобы организовать рентабельное производство электромобилей в достаточно большом масштабе, чтобы воздействовать на глобальное, национальное или даже местное потребление нефти. Электромобили - это не эффективное решение.
Если это так, то не разумнее было бы сохранить такие материалы и попытаться использовать их более эффективно и возможно не тратить их на ЭА вообще."
(отсюда)

Далее следуют прикидки инж. Батчера: есть много различных типов аккумуляторов, и используются различные материалы для их производства. Традиционно, кобальт использовался в качестве одного из главных компонентов (LiCoO2), но сегодня, мало того, что используется намного меньше кобальта, обеспечивают лучшую производительность аккумулятора, есть много аккумуляторов которые не используют кобальта вообще.

Состав различных аккумуляторов:
akku1


Теперь объединим всё в таблицу, где видно сколько килограммов материала нужно для 1 кВтч.

akk2

Если бы мы делали аккумуляторы только из литиевой окиси кобальта, то у нас была бы настоящая проблема! Двенадцать миллионов автомобилей были бы 20-процентным пределом доли этого ресурса:

Akku3
(pack size это размер аккумулятора для одной машины Tesla Model S. Автор (Butcher) взял размер для максимальной производительности от Tesla S Performance Edition - 85 кВтч. Вверхней части - производство и резервы. Внизу - колличество машин которые можно изготовить если исользовать определенную часть доступных материалов (для кобальта, например здесь 20%)).

К счастью, это не происходит: LiCoO2 - не подходящая батарея для EV. Если взять LiNiCoAlO2 (Тесла использует их в Модели S), то можно настроить тесл 110 млн прежде чем мы достигнем 20% уровня для кобальта. Если мы не будем использовать кобальт то нас ограничивает литий в пределах до 1.5 миллиардов транспортных средств. LG Chem, BYD и Самсунг сегодня надеются на LiFePO4 (LG поставляет GM, BYD строит их собственные автомобили, и Самсунг партнером с Bosch).
Итак - литий. Исследование от Evans публикует число в 30 миллионов тонн. Но теперь,по оценке SQM эти запасы могут превысить 60 миллионов тонн. Развитие обрисовано в общих чертах в этом отчете. (здесь не надо забывать, что 85 квтч - это очень мощная машина. Ниссан, WV и разрабатыают авто с аккумулятором до 30 кВтч. S-F).

Историю различных технологий наглядно демонстрирует это:

batteires history

(источник) (Продажи аккумуляторов во всем мире с 1991 до 2007)

Когда Вы смотрите на эту картинку, что первое приходит в голову? Правильно: "и это пройдет" (с). Взглянем теперь на среднегодовую цену лития в US (ardelfi - отдельное спасибо):

(USD/pound)
2007: 25.4 /40.49
2008: 26.7 /40.57
2009: 19.7 /34.61
2010: 27.8 /33.36
2011: 34.1 /N/D
2012: 37.0 /38.36

Как видим, несмотря на предсказания алармистов о нехватке этого материала литий не растет в цене. Почему? Потому, что его успользуют для EV на сегодня не очень много: во все возможные аккумуляторы (фотоаппараты, планшеты и прочая включай EV) лития "ушло" 27% в 2012 году.

Роланд Бергер предсказывает избыточные мощности в производстве аккумуляторов к 2015. IDC Energy Insights сообщает, что производство аккумуляторов достигнет 26 ГВтч к 2015.

Как эти 26 ГВт выглядят если сравнить это с поставками материалов?
akk5

Итак аппокалипсиса не будет: мало кто будет делать аккумуляторы первого типа, а 8% кобальта для LNA тоже не проблема если учесть, что грома не было в 2010 году когда на аккумуляторы уходило 25% кобальта. И тогда же производство кобальта выросло на 27%.
Не будем забывать, что старые аккумуляторы станут тоже источниками лития.

Медь. Максимально один EV может потребовать 100 килограммов меди. Реалистичен уровень в 50 килограммов; Родстер Тесла использует приблизительно 30 килограммов. Обычный автомобиль сегодня уже использует приблизительно 20 килограммов. Пусть для EV нужно 100 килограммов. В прошлом году глобальное производство меди составляло 20 миллионов тонн. Десять миллионов EVs, в худшем случае, ежегодно потребляли бы самое большее 5 процентов. Таким образом, это - надуманный вопрос.

Неодим. Этот редкоземельный элемент. Он используется в магнитах электродвигателей с постоянным магнитом. Сколько нужно для 10 млн. тесла? Нисколько! Тесла не использует неодимовые магниты. Тем не менее, например ниссан Леаф использует постоянные магниты с редкоземельными элементами для уменьшения размера двигателей. И да, ситуация с этимо элементами напряженная. Более подробно об этом здесь. Но будем помнить, что идет активная разработка новых материалов для магнитов и двигателей без постоянных магнитов  в настоящий момент. И например эксперты из БМВ обещают настоящую революцию в этой области в ближайшие годы.
Вывод: лития достаточно для 1е9 автомобилей "для богатых" и это при том, что никто не заинтересован сообщать реальные запасы, а для теслы и полмиллиона заоблачная мечта в настоящий момент. Несмотря на увеличение производства EV и мобильных устройств в последние годы цены на литий падают: если ресурс ограничен - почему цена не растет? Действующие литиевые цены составляют приблизительно 2 процента от стоимости батареи LiFePO4 с точки зрения $/kWh. Незабудем также, что в последние годы мы наблюдали быструю смену материалов в используемых аккумуляторах и утверждать, что в долгосрочной перспективе (более 30 лет) будет использоваться литий нельзя. Лития достаточно и "недостаток лития" - миф.


Миф или реальность? №3.
Рынок ЭА не растет.

За год рынок в Германии вырос на 78%.

электромобилей в Германии: 7.110 шт;
Плагин гибридов: 1.120;
мопедов/мотоциклов 4.650;
Автобусов/грузовиков: 2.960.

Ну, это "зеленая" Германия, а что происходит в мире? Рынок рос вот так (слева показано количесвто зарегистрированных в год, справа показано общее количество автомобилей):

e-auto2

(BEV- это "чистые" электрмобили;PHEV- гибриды):
e-auto1
(источник) Подробнее для США.
Рост продаж ниссана Leaf в США - 317% в год.
Обратите внимание: в большинстве развитых стран количество регистрируемых EV в год выросло в 10 раз за два года! Какой еще рынок растет такими тэмпами? Тысячи людей кошельком голосуют за эту технологию.
Вывод: Рынок растет.


Миф или реальность? №4.
Они не удобные.

Да, включать автомобиль каждый день в розетку это неудобство: такие места нужно охранять, да и авто не сразу готово "бежать" дальше. Правда можно будет менять аккумулятор на специальных станциях. Более того, хотя и с потерей энергии беспроводная зарядка даже во время движения уже успешно демонстрируется , а уж во время стоянки не должно быть сложностей (еще в Англии и еще в Японии).
Если EV будет заряжаться при помощи безпроводного интерфеса в этом случае вполне вероятно, что владелец будет тратить меньше времени на "заправку" чем  владелец ДВС авто: приехал, поставил в специальном положении авто, утром забрал заряженный на 100%.
К тому же:
Багажник больше.
Больше места задним пассажирам: отсутствие центрального тоннеля.
Разгон быстрее.
заправка дешевле.
И на порядок тише!

Вывод: пока рано говорить об этом, но утверждать что EV неудобны сейчас необдуманно.

Миф или реальность? №5.
Низкий ресурс аккумуляторов - их хватает на 2-3 года.

Ресурс литиевого аккумулятора - 500~1000 циклов. Пусть пробег невелик: 150 км. Это значит, ниссан леаф требует новый аккумулятор через 100000 км, а модель S через 200...400 тысяч! Но надо помнить,что новая зарядка начнется с разрядки (потери?) запасенной аккумумулятором энергии. Следовательно количество зарядок ограничивает срок службы батареи. Хорошо делим на двое: 50 и 100 тыс. км.
Пост от gorynych1 рассказывает, что произошло с аккумуляторами роадстеров которые в эксплуатации уже 5 лет.

Вывод: аккумуляторы уже сейчас (а впереди у них еще захватывающая эволюция) вполне справляются со своими обязанностями.

Миф или реальность? №6.
ЭА имеют смысл только там, где климат теплый: аккумулятор не терпит низких температур и необходима энергия на отопление охлаждение салона.

Тесла продает свои автомобили и в Канаде и Норвегии. В начале сентября этого года было продано в Норвегии 322 штук моделей S. Тесла обошла тойота, WV  и многих других. Доля продаж новых авто составила для Тесла 6.2%. А вместе с ниссаном Leaf доля EV  в продажах новых авто в Норвегии составила почти 10%! Даже если всплеск продаж модели S и обусловлен предзаказами сделанными ранее, доля электрониссанов в 3% серьезный сигнал.

Миф.

Миф или реальность? №7.
EV не рентабельны!

lex_divina:
"В изначально и ожидаемо высокой стоимости модели премиум-класса отлично скрывается зашкаливающая себестоимость собственно силовой установки. В то время как именно она и ставит крест на всех проектах массовой электрификации личного автотранспорта. Объемы продаж самых популярных моделей электромобилей измеряются в тысячах, максимум десятках тысяч штук. И это в странах, где общий счет автомобилей идет на десятки и сотни миллионов."


По поводу "слабых" продаж EV это миф №3.
"Не рентабельная" тесла.Я не питаю иллюзий по поводу честности производителей чего либо когда они говорят о себестоимости. Обычно это бессмысленный разговор. Надо смотреть на макроэкономические показатели производителя и хотя очистить их от успехов-неудач в управлении фирмы и мировой коньюктуры сложно я не представляю себе ситуации когда заведомо убыточное производство набирает силу.

Сюрприз!

Чистый убыток снизилсяк $30.5 миллионам против $105.6 миллионов годом ранее, ведомый сильными продажами седана Model S.  Доход вырос до $405.1 миллионов, в то время как прибыль увеличилась на  22%. Если верить разговорам Маска (а говорит он много - хороший шеф и организатор рекламы точно) то он собирается догнать по доходам порш (50%) до того как порше был поглощен WV (с тех пор маржа порше "размазывается" по концерну).

Еще "страшнее" выглядит этот результат:


(рекордные продажи модели S)

Можно спорить о переоценненности акций Тесла, но факт остается фактом: на сегодня капитализация 21 млрд. Тесла богаче Фиата! неплохо для фирмы основанной в 2003 году и выпустившей первое авто в середине нулевых.
В планах Тесла снизить себестоимость модели S до - 30...35 тыс. $. Кстати, по сравнению с родстером тесла смогла и уменьшить и удешевить аккумулятор вдвое.
Необходимо отметить, что если раньше стоимость аккумулятора для модели S была в половину стоимости авто, то сейчас эта часть стремительно дешевеет и достигла уже 25...30% уровня.

Важно также отметить, что верно критикуемая высокая цена за аккумуляторы для EV может быть значительно снижена не только снижением себестоимости производства, но и второй жизнью "севшей" батареи. Подробнее здесь.

Кроме того, ожидают сильного (50%) снижения стоимости аккумуляторов в ближайшем будущем.
Хотелось бы добавить также пару важных деталей-впечатлений:

1)Член правления BMW Иэн Робертсон заявил на конференции в Париже, что за следующие три - четыре года будет больше прогресса в разработке аккумуляторов, чем за предыдущие 100 лет.
2) Новое поколение аккумуляторов от Envia обещает быть дешевле, безопаснее и с большей емкостью на кг.

Вывод: говорить о не рентабельности EV  во время когда эта техника находится в интенсивной разработке нельзя. Но даже сейчас первые "сырые" электромобили уже позволяют Тесла получать прибыль. Миф.


Миф или реальность? №8.
Увеличение колличества EV потребует невероятного, невозможного увеличения производства электроэнергии. Цены вырастут! Мы этого не потянем! Будьте вы прокляты - "зеленые"!

основываясь на работе проделанной gorynych1:

Для рассмотрения возьмем предельно крайний и сложный для перехода случай, т.е. страну в которой больше всего ездят на авто - США.
Потому что даже в тех немногих странах, где количество автомобилей на душу населения выше, средний пробег значительно ниже, чем в Америке.
Итак, согласно официальному отчету Департамента Транспорта, совокупный пробег всех автомобилей США в 2012 составил 2,938.5 миллиардов миль.

Округлим вверх, до 3 триллионов миль.

Средний современный электромобиль максимально потребляет около 1 kwh на 3 мили

Теперь считаем.
Для того, чтобы проехать 3 триллиона миль в год, нужно около 1000 Twh.
Сейчас США потребляет 3856 Twh э/э электроэнергии в год, что является самым высоким в мире и одним из самых высоких на душу населения - т.е. еще один предельный случай.
Таким образом, необходимое для перехода Америки на электромобили количество электроэнергии составляет около 25% текущего потребления электроэнергии.

Но незабудем, что этот упрощенный расчет был сделан с сильным креном не в сторону EV:
а) тотальный перевод всего движущегося на колесах по дорогам на электричество.
б) максимальный пробег авто на душу населения.
в) максимальное потребление энергии на единицу длины пробега автомобиля.
г) максимальное потребление э/э на душу населения.
д) введенеие в обиход смарт счетчиков электроэнергии позволит и заправлятся дешевле и снизить скачки в потреблении-производстве электроэнергии.
е) Это новая инфраструктура, новый сервис, новые рабочие места.
ж) Потребление электроэнергии в США стагнирует и ША обладает большими резервными электрогенерирующими мощностями.
д) у потребителя электроэнергии есть альтернативы в отличие от потребителя бензина: можно вырабатывать электроэнергию самому, заряжать по другому тарифу и т.п.

Вывод: Это миф. Потребление вырастет максимум на несколько десятков процентов, и это произойдет не в одночасье: у нас в запасе десятилетия.


Миф или реальность? №9.
EV дорогие и останутся такими!

Это пункт где собственно еще рано, что либо утверждать: слишком мало данных. Поэтому вывода нет. Пока нет. Я просто соберу здесь данные каксающиеся этого вопроса. Важно отметить, что стоимость это не стоимость новыой машины, а стоимость эксплуатации, обслуживания и энергии. Тема сложная, но попытаемся сфокусироваться только на отличиях EV от ДВС. Очевидно, что в настоящий момент энергия для 100 км на электрическом гольфе (3.3 евро) стоит меньше чем на бензиновом (6.4 литра на 100 км): 9.6 евро. Электро уже сейчас в этой категории лидирует с большим отрывом!

Обслуживание.
Например Форд утверждал (в 2011 году!), что в его EV  минимум 25 компонентов столь важных в ДВС исчезают и следовательно исчезают затраты и на их производство и на их обслуживание. Давайте просмотрим список:

  1. воздушный фильтр,

  2. фильтр масла,

  3. глушитель,

  4. свечи зажигания,

  5. генератор,

  6. аккумулятор (в обычном смысле),

  7. сцепление;

  8. топливный фильтр;

  9. топливные инжекторы;

  10. топливный насос;

  11. подвеска двигателя;

  12. датчики O2;

  13. жидкость рулевого управления для усилителя (это использует электрическую энергию), жидкость в трансмиссии;

  14. радиатор;

  15. трубопроводка охлаждающей жидкости;

  16. змеевик;

  17. кабели свечей зажигания;

  18. стартер;

  19. термостат;

  20. ремни; ремень ГРМ;

  21. водный насос.

  22. Прочая мелочь...до 25.

Форд считает, что одни только отмена замены масла принесет 450$ и более за десять лет, и это не включает затраты на оплату труда.  Не будем забывать, что и тормозные колодки если таковые будут будут изнашиваться меньше. Но продавцы запчастей уже волнуются: гибриды меняют колодки намного реже, а продажа тормозных колодок это 35% от доходов!

Таже история с моделью S tesla: "обслуживание почти не нужно". Звучит невероятно, но это название статьи. Что же проверяют когда осматривают модель S tesla? Это конечно электро мотор, электроника обеспечивающая питание мотора и система охлаждения аккумулятора. Это всё. Сама тесла оценивает ежегодние затраты на этот автомобиль ниже 600$.

Интересно отметить и тот факт, что у теслы есть ежегодовое обслуживание, но тесла не снимает с гарантии, если его не проходить. С чего бы это?! Может быть ответ очевиден: тесла настолько уверена в своем продукте, а дополнительный ремонт в случае не прохождения ТО настолько дешев... или фирма заигрывает с потенциальными покупателями и рвет под себя огромный сегмент рынка?

Согласно довольно консервативному прогнозу немецкого института расходы на обслуживание на EV будут минимум на 35% ниже чем на ДВС.

Важно отметить, что в EV исчезают многие механические компоненты безвозвратно. Легче перечислить "механику" в электромобиле чем сказать чего там уже не будет от ДВС.
Будут: мотор, вентиляторы и насос для охлаждающей системы -  и это всё.
Удивительно, но в EV будет меньше электроники чем в ДВС: диспетчер скорости, инвертор, система управления батареей.

Тогда как ДВС должны включать в свой состав: э
лектронное управление клапанами, система зажигания, средства управления дроссельной заслонкой, блок управления двигателем, блок управления передачами, кислородный датчик, управление насосом хладагента и бензонасос.

Механические детали в ДВС: передача, клапаны, коленчатый вал, шатун, цилиндры, распредвал, ременная передача на генератор тока, вентилятора двигателя.


Цена нового автомобиля.
Она снижается. Новый "листик" от ниссан дешевле "старого" 2012 года на 20%. Когда последний раз новые модели ДВС были дешевле чем старые?
GM обещает устроить конкуренцию Модели Е от Теслы  разрабатывая EV c пробегом в 200 миль и по цене ниже 30к $.
Он же снизил в этом году цену на Вольт и Спарк. Тесла ранее обещала в 2016 году авто с 200 миль пробегом и ценой около 35 к$.

А вот например цена ДВС в России растет. Не показательно для всего мира, но симптом.

Вывод: наблюдается быстрое снижение цены на EV и потенциал такого снижения огромен по сравнению с ДВС технолгия производства которого полировалась годами.



Миф или реальность? №10.
нет инфраструктуры для EV.

О серьезных планах развития зарядных станций в Голландии и Японии я писал.
Нельзя исключать такого сценария, что станции подзарядки станут таким же атрибутом привлечения покупателей, как бесплатный Wi-Fi в кафешках или гостиницах. Уже сейчас частный бизнес начинает устанавливать бесплатные зарядки на парковке СВОИХ гостиниц, магазинов, моллов, пиццерий, ресторанов и т.д. и т.п. Работодатели включают наличие бесплатных зарядок на парковках в список бенефитов для своих работников.
Рост числа зарядок - сегодня похож на взрывной:




Заключение.

Мы живем в то время когда EV быстро эволюционируют. Каким оно будет эти 5 лет знают очень немногие люди. Это шанс и вызов всем нам, инженерам.

И, да, коментарии в стиле: "это всё херня!" приветсвуются.
Tags: безопасность, материалы, статистика, технологии, транспорт, экология
Subscribe
promo engineering_ru february 3, 2015 18:51 20
Buy for 200 tokens
Оригинал взят у john5r в Национальный технический музей, Прага. 1. Автомобили и мотоциклы. Как я уже писал, я сфотографировал лишь малую часть, но, как мне кажется, самые интересные экземпляры смог охватить. Лорин-Клемент RK/M - этот производитель в дальнейшем станет "Шкодой".…
  • Post a new comment

    Error

    Anonymous comments are disabled in this journal

    default userpic

    Your reply will be screened

    Your IP address will be recorded 

  • 451 comments
Previous
← Ctrl ← Alt
Next
Ctrl → Alt →
Previous
← Ctrl ← Alt
Next
Ctrl → Alt →