SkySheep (skysheep) wrote in engineering_ru,
SkySheep
skysheep
engineering_ru

Электромобиль в городском режиме езды - пробег, потребление энергии, потери при зарядке, выбросы

Ранее я уже писал про потребление энергии электромобилем при движении по шоссе (см. 900 км в день на электромобиле).  Теперь давайте подробно разберем потребление энергии в городском движении.  Ради этого, я в течение почти 3 месяцев подробно измерял и записывал километраж, потребление энергии, расход энергии для зарядки, и множество других параметров.





Для этого эксперимента я основательно подготовился.  Установил, снаружи дома, розетку 240 вольт/30 ампер.

IMG_0768.JPG

Также, я купил зарядное устройство, с переменным током зарядки 16/24/32 ампера и со счетчиком потребляемой энергии.

IMG_0771.JPG
IMG_0818.JPG

Ну и купил сканнер (OBD II Scaner) для считывания внутренних параметров автомобиля, таких как скорость, потребляемая мощность, температура батареи, и множества других.
IMG_0766.JPG

1. Потребление энергии.

Энергия тратится на движение автомобиля.  Энергия тратится как для придания ускорения автомобилю, так и при равномерном движении, для преодоления трения качение, и сопротивления воздуха.  График скорости и потребляемой энергии (мощности) в города выглядит вот так.  В целом, при движении в городе, мощность редко превышала 20 кВт.  При снижении скорости, мощность становится отрицательной.  Это рекуперация энергии. Часть кинетической энергии автомобиля превращается обратно в электрическую, которая сохраняется в батареях.  Эффективность этого преобразования - около 50-70%.



Помимо движения, энергия также тратится на все аксесурары автомобиля. Я попытался примерно измерить сколько уходит энергии на разные вещи.

  • Неподвижный включенный автомобиль, работающее радио, экраны, и телефон на зарядке - около 100 ватт.  Вентилятор (без кондиционера) + 100 ватт.





  • Включенные фары + 400 ватт.



  • Кондционер на полную мощность с минимальной тепературой 18 градусов - около 2.7 кВт.





  • Кондиционер с внутренней температурой +22, и минимальной мощностью, около 600 ватт.






  • При стоянии в пробке, с работающим кондиционером (температура снаружи +35, внутри +22), с фарами, радио, и зарядкой телефона, потребление энергии было около 1.1 кВт.







  • Подогрев руля - около 50 ватт.  Подогрев руля + 4 сидений - около 300 ватт.



  • Я попытался включить нагреватель на полную мощность, максимальная температура +30. Максимальная мощность на обогрев салона была около 6 кВт.



  • Разморозка передних и задних стекл (дефрост) - около 2 кВт.


2.  Дальность пробега в городском цикле.

По паспорту, дальность пробега на одной зарядке составляет 238 миль (около 380 км), но это основано на комбинированном городском/загородном цикле.  При езде в городе, пробег должен быть значительно выше.  Я решил это проверить.

  • Суббота, 5 мая, утро, я начал с полной зарядкой.


IMG_0777.JPG

  • Понедельник, 7 мая, утро, проехал 141 км, около 70% заряда осталось.


IMG_0779.JPG


Пятница, 11 мая, вечером, проехал 273 км, потратил 33.8 кВтч, осталось около 45%.

IMG_0793.JPG

  • Понедельник, 14 мая, вечер, проехал 399км, потратил около 49 кВтч, осталось около 15% заряда.  Тут я поставил машину на зарядку.


IMG_0816.JPG
Итого, около 400 км в городе на одной зарядке можно проехать без проблем.  В реальной жизни я просто ставлю на зарядку и подзаряжаю до 88% каждый вечер или через день.
По мере езды без ежедневной позарядки, я обнаружил что эффективность росла по мере снижения заряда батареи.  В начале езды эффективность была около 14 кВтч/100км, а к концу достигла 11 кВтч/100км.  Точно не знаю почему так, но у меня есть несколько предположений.

  • Возможно рекуперация энергии лучше работает при полупустой батарее.  Может быть максимальная мощность зарядки выше, и меньше энергии теряется при зарядке.

  • Возможно снижается максимальная мощность двигателя, и может быть снижается ускорение.  Я этого при езде не заметил, но возможно оно небольшое и незаметно в большинстве случаев.

3. Измерение потерь при зарядке

Затем, я решил измерить потери электроэнергии при зарядке.  Часть электроэнергии теряется при преобразовании переменного тока в постоянный.  Также, при зарядке батареи, часть энергии теряется и превращается в тепловую энергию.  Я думал что потери при зарядке будут как-то зависеть от тока зарядки и от мощности зарядки, поэтому я сделал много измерений с разными мощностями. Но как окалось, при зарядке от розетки с напряжением 240 вольт, вне зависимости от тока зарядки, потери составляли около  6-7%.  Вот табличка со всеми (почти) зарядками.

Chevy Bolt 1.PNG



Зарядка с током 32 ампера превышает номинальную допустимую мощность розетки и предохранителя, поэтому я не буду ее использовать.  Буду заряжаться с 24 амперами.

4. Измерение стоимости и энергоэффективности

Общий расход энергии на зарядку (с учетом потерь при зарядке) в городком режиме составил 14.44 кВтч/100 км.   При стоимости электроэнергии у нас в 13 центов за кВтч, стоимость топлива на 100км составляет около $1.88.   Ранее я измерял потреблениее на трассе, и оно составило 16.81 кВтч/100км (стоимость $2.19 за 100км).  Для сравнения я взял один из самых экономичных ДВС автомобилей - Хонда Цивик 1.5Л.  У нее расход 7.4 литра в городе, и 5.6 литров на автотрассе. При стоимости бензина у нас около 79 центов за литр, стоимость пробега Цивика - $5.85 за 100 км в городе, и $4.43 на 100 км по автотрассе.  Разница в цене топлива - 2-3 раза.

Расход энергии можно расчитать зная что у нас примерно 6% электроэнергии терятся при передаче.  Электрогенерация в нашем штате вся тепловая, и состоит из АЭС (14%), угольных станций (18%), и газовых станций (67%).  На выработку 1кВтч энергии тратится 8727 кДж тепловой энергии. Соответственно, для того чтобы мой электромобиль проехал 100 км по городу, на электростанциях должны сжечь 133.6 кДж топлива, и на 100 км по автотрассе, электростанции должны сжечь 155.5  кДж топлива.  Если мы сравним с нашим Цивиком, то в литре бензина около 35 кДж энергии. Цивик потребляет 259 кДж в городе (почти в 2 раза больше), и 196 кДж (на 25% больше).  Из этого следует что общее КПД электротранспорта значительно выше чем КПД ДВС транспорта, даже если все электричество берется из тепловых электростанций.

Chevy vs Honda Civic.PNG


5. Измерение выбросов вредных веществ.

Электростанции в нашем штате выбрасывают около 450г. CO2 на 1 кВт энергии.   При сжигании одного литра бензина, производится около 2.27 кг CO2.  Соответственно, выбросы CO2 в атмосферу у электромобиля значительно ниже - в 2.5 раза ниже в городском резжиме, и в 1.5 раза ниже в загородном режиме. И это при нашей 86% углеродной генерации. В местах где доля АЭС и ВИЭ выше, выборы СО2 будут ниже.

Но может вы из тех чудаков, которые верят что CO2 полезный для планеты газ, и его выбросы сокращать не надо.  В таком случает можно сравнить выбросы NOx (оксидов азота).   NO не имеет запаха, но при вдыхании может связываться с гемоглобином, подобно угарному газу переводя его в форму, не способную переносить кислород. NO2 раздражает лёгкие и может привести к серьёзным последствиям для здоровья. NO2 соединяется с водой, хорошо растворяется в жире и может проникать в капилляры лёгких, где он вызывает воспаление и астматические процессы.  Итак, выбросы электростанций 0.2 грамма на кВтч, или около 3 граммов на 100 км моей езды в городе.  Это примерно столько же сколько бензиновые автомобили, и раз в 10 ниже чем дизельные автомобили  И в отличая от ДВС автомобилей, эти выбросы NOx будут вдали от людей.

Если сравнить выборсы остальных вредных вещества (летучих органических веществ, приповерхностного озона, свинца, ртути, угарного газа, оксидов серы и пылевых частиц), то результаты будут похожими. Выбросы на электростанциях будут раз в 5-10 ниже чем выбросы ДВС автомобилей.



6.  Сравнение с газомоторным толивом

Есть некоторые люди которые ошибочно считают что использование природного газа в качестве топлива более выгодно и более экологически чисто, чем использование электромобилей.  Вот пример одного такого человека:


Владимир Путин, президент РФ: «Для нашей страны, конечно, использование газомоторного топлива является даже более приоритетным, имею в виду в том числе и вопросы экологического характера, потому что для того, чтобы получить электроэнергию, нужно сначала ее выработать. И значительная часть электроэнергии вырабатывается на углях. Это очень серьезное обстоятельство, которое мало кем учитывается».


Это ошибочное мнение.  В России от угля вырабатывается не более 15% электроэнергии. Современные газовые электростанции достигают эффективности использования тепловой энергии, которая недостижима для автомобилей с ДВС.  Так, например, КПД современных газотурбинных станций с комбинированым циклом превышает 50%.  Так, для производства 1 кВтч энергии (3600 кДж энергии) на электростанции надо сжечь около 7200 кДж газа.  Для генерации электроэнергии на 100 км пути в городе, на электростанции надо сжечь 110 мДж газа (129 мДж для 100 км на трассе).

А если газовый ДВС автомобиль заправлять природным газом, то средний расход топлива будет около 280 мДж (6м3/100км) при езде в городе, и около 210 мДж (8м3/100км) на трассе.  Как видим, разница в 2.5 раза в городском режиме, и 1.6 раза в загородном режиме.  У электростанций также есть еще потенциал для когенерации (использования тепловых отходов в полезных целях), тогда как у автомобиля когенерация ограниченна обогревом салона. Ну и выбросы газовой электростанции будут вдали от населения.
Как видим, как не крути, газ выгоднее сжигать на электростанции, и заряжать электромобиль электричеством произведенным от этого газа.



Выводы

Электротранспорт значительно более эффективен чем транспорт с ДВС двигателем, даже когда электричество берется из источников на ископаемом топливе.




Tags: испытания и эксперименты, транспорт, экология, электричество, энергоэффективность
Subscribe
promo engineering_ru март 2, 2015 08:17 174
Buy for 200 tokens
Помните байку о разработке космической ручки? Да, она не основана на реальных событиях, но очень наглядно иллюстрирует идею, что простое решение может оказаться лучше сложного. Ракета, построенная по принципу "большого глупого носителя" ("Big Dumb Booster") находится не в диапазоне…
  • 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 

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