Pojazd elektryczny
Z Wikipedii
Pojazd elektryczny - w węższym znaczeniu samochód elektryczny - pojazd posiadający jako napęd jeden lub więcej silników elektrycznych. W szczególnym przypadku pojazd elektryczny sam w sobie może być elementem silnika elektrycznego.
Spis treści |
[edytuj] Źródło energii
Energia używana w pojeździe do napędu silnika elektrycznego może być:
- zmagazynowana wcześniej w pokładowych akumulatorach;
- zmagazynowana w pokładowych akumulatorach doładowywanych przez zasilane tradycyjnym paliwem prądnice;
- generowana bezpośrednio z silnika spalinowego;
- generowana bezpośrednio w czasie reakcji zachodzących w ogniwie paliwowym;
- generowana bezpośrednio przy wykorzystaniu nuklearnych źródeł zasilania (np. okręty podwodne o napędzie jądrowym, satelity);
- uzyskiwana z naturalnych źródeł energii takich jak energia słoneczna, wiatrowa lub zgromadzona w kole zamachowym;
- uzyskiwana z bezpośredniego połączenia z siecią energetyczną (np. kolej, tramwaje, trolejbusy)
[edytuj] Zalety napędu elektrycznego
- Pojazd elektryczny jest znacznie wygodniejszym środkiem komunikacji niż jakikolwiek inny środek transportu. Zastosowanie silnika elektrycznego sprawia że jest łatwo sterowalny, posiada najwyższą efektywność konwersji energii na ruch (ponad 90% a niektóre modele nawet 98%) oraz jest o wiele prostszy w konstrukcji. Silnik elektryczny posiada wysoki moment obrotowy już od pierwszych obrotów do maksymalnych, a dzięki płynnej regulacji obrotów możemy wyeliminować niezbędną w tradycyjnych pojazdach skrzynię biegów.
- Bardzo ważną, zwłaszcza w komunikacji miejskiej zaletą, jest to że są to pojazdy cichsze i czyste ekologicznie a przez to nawet w dużej ilości bardziej znośne dla otoczenia. Z tych samych powodów podróż pojazdem elektrycznym zapewnia większy komfort i bogatsze wrażenia podczas jazdy. Użycie elektryczności jest ekologiczne: łagodzi tendencję globalnego ocieplenia, nie powoduje emisji do otoczenia szkodliwych toksyn.
- Koszty energii elektrycznej są bardziej przewidywalne niż ceny gazu albo ropy, mniej uzależnione od wydarzeń międzynarodowych. Rozwój komunikacji elektrycznej zmniejsza zależność kraju od ropy naftowej, a tym samym zależność kraju od manipulacji cenami na rynkach naftowych, oznacza spadek zużycia energii przez pojazd nawet o 90% a to dlatego że sprawność pojazdów z napędem elektrycznym wynosi ok. 75-80% podczas gdy pojazdów spalinowych ledwie ok. 15-20%. Silniki elektryczne są tańsze w eksploatacji (koszt przejechania 100 km samochodem osobowym zamyka się w kwocie 2-5zł, w zależności od prędkości pojazdu i kosztów 1kWh). Ładowanie akumulatorów w nocy może przyczynić się do redukcji kosztów eksploatacji (koszty związane z utrzymaniem sieci w przypadku gdy ilość przesyłanej przez nią energii elektrycznej jest znikoma) i wyrównywania obciążenia sieci energetycznej. Nawet gdy są zasilane energią elektryczną wytwarzaną na drodze spalania węgla to i tak są o bardziej efektywne i mniej zanieczyszczają środowisko niż pojazdy z silnikami spalinowymi.
- Silnik elektryczny jest w stanie odzyskiwać prąd w czasie hamowania (zachowując się wówczas jako prądnica. Zastosowanie hamowania regeneracyjnego zwiększa, w zależności od stylu jazdy, o około 5..20% wydajność pojazdu.
- Ładowanie baterii z gniazdka domowego, mimo że trwa znacznie dłużej niż czas spędzony na stacji benzynowej, oszczędza czas i energię, którą kierowca musiałby przeznaczyć na tankowanie (dojazd i powrót).
- Silniki elektryczne nie posiadają obiegu oleju, dodatkowo często chłodzenie są powietrzem, co dodatkowo obniża koszty eksploatacji
- W sytuacji wypadku drogowego zmniejszają ryzyko detonacji pojazdu oraz poparzenia lub spalenia się osób podróżujących. Zmniejszone jest również ryzyko detonacji pojazdu podczas tankowania (nie dotyczy to pojazdów z bateriami litowo-polimerowymi, które są bardziej niebezpieczne niż zbiornik z benzyną).
[edytuj] Wady pojazdów elektrycznych
- Najpoważniejszymi wadami pojazdów elektrycznych, w wiekszości wyposażonych w akumulatory, jest długotrwały proces ładowania oraz względnie duży ich ciężar i mała pojemność a w konsekwencji mały zasięg pojazdu. Dla przykładu pojazd wyposażony w zestaw 12 akumulatorów 12V 80Ah gromadzi około 11kWh co wystarcza, przy bardzo ostrożnej jeździe z prędkościami nie przekraczającymi 50 km/h i niewielkimi przyspieszeniami, na przejechanie około 100 km. Uzycie baterii litowo-jonowych, litowo-polimerowych może wystarczyć na 200 km. Najnowsze akumulatory (typu Li-Ion lub Li-Po) pozbawione są większości powyższych wad jednak kosztem kilkukrotnego wzrostu ich cen w stosunku do identycznej pojemności najtańszych akumulatorów kwasowych (ok. 1 000$ kwasowe, do 20 000$ litowo-jonowe). Niestety nawet po rozwiązaniu problemu baterii pozostaje jeszcze problem dostosowania sieci elektorenergetycznej do zwiększonego poboru energii (duży pobór prądu do ładowania baterii w masowo stosowanych pojazdach elektrycznych oraz stworzenie punktów wymiany i ładowania). Baterie są bardziej wrażliwe na warunki atmosferyczne w efekcie zasięg pojazdu, przy niskich temperaturach, zwłaszcza zimowych, znacznie się zmniejsza.
- W dobie powszechnej elektronizacji dość poważną wadą staje się fakt, że pojazdy z silnikiem elektrycznym emitują róznego rodzaju zakłócenia elektromagnetyczne.
Przeciwnicy pojazdów z napędem elektrycznym podkreślają też wady mniej bezpośrednie.
- Do produkcji energii elektrycznej używa się takich metod jak rozszczepienie jądrowe, spalanie węgla (0.97 kg CO2/kWh), spalanie gazu. Dlatego pojazdy elektryczne nie są pojazdami nie emitującymi zanieczyszczeń chyba, że energia przez nie zużywana pochodzi z źródeł odnawialnych (energia słoneczna, wiatrowa, energia z falowania, energia z pływów, energia geotermiczna lub energia z spadającej wody).
- W przypadku energii słonecznej panele wykorzystywane do produkcji energii elektrycznej, podczas wytwarzania podlegają procesowi technologicznemu w trakcie którego emitowane są również zanieczyszczenia.
- Przy instalacjach wysoko napięciowych istnieje ryzyko porażenia prądem (np. w samochodzie Toyota Prius napięcie w instalacji zasilającej silnik elektryczny wynosi 600V)
- Produkcja opon z gumy nadal prowadzi do emisji dwutlenku siarki, więc nawet pojazd elektryczny lecz z oponami gumowymi nie jest ściśle ZEV (ang. zero emission vehicle).
[edytuj] Historia
Pojazdy elektryczne były jednymi z pierwszych samochodów wykorzystywanych do przemieszczania się ludzi. Pomiędzy 1832 a 1839, szkocki biznesmen Robert Anderson wymyślił pierwszy prymitywny powóz elektryczny.
Profesor Sibrandus Stratingh Groningen, Holandia, zaprojektował elektryczny samochód, którego model w skali wykonał jego asystent Christopher Becker w 1835.
Ulepszaniem akumulatorów zajęli się Francuzi Gaston Plante w 1865 i Kamil Faure w 1881. Utorowali oni drogę dla rozwoju pojazdów elektrycznych. Francja i Wielka Brytania były pierwszymi narodami, które popierały powszechnny rozwój pojazdów elektrycznych.
Do 1900 r., przed wielkim rozkwitem silników spalinowych zanieczyszczających środowisko, pojazdy elektryczne biły wiele rekordów prędkości i długości przebytych tras. Jednym z najbardziej godnych uwagi wydarzeń tamtych czasów było przekroczenie bariery prędkości 100 km/h przez Camille Jenatzy 29 kwietnia 1899. Natomiast pojazd elektryczny La Jamais Contente osiągnął maksymalną szybkość 105.88 km/h.
Pojazdy z napędem elektrycznym wyprodukowane przez Anthony'ego, Bakera, Detroita, Edisona, Studebakera, z początkiem 20 wieku zostały wyparte z rynku przez pojazdy z silnikami spalinowymi. Główną przyczyną tego zjawiska były ograniczenia technologiczne ówczesnej techniki elektroenergetycznej, co powodowało, że pojazdy te nie rozwijały zawrotnych szybkości (tylko około 32 km/h). Oferta producentów pojazdów elektrycznych w tamtych czasach skierowana była przede wszystkim do mieszkańców miast - szczególnie zamożnych ludzi. Oferowano je również jako pojazdy odpowiednie dla kobiet ze względu na łatwość obsługi, niski poziom emitowanego hałasu (brak "strzelającego" gaźnika) oraz czystość. Napęd elektryczny nie wymagał dużej siły fizycznej potrzebnej w przypadku rozruchu silnika spalinowego korbą i nie było też ryzyka połamania kończyn (również podczas rozruchu korbą). Dopiero w 1913 roku wprowadzenie rozruszników elektrycznych przez Cadillaca uprościło proces zapłonu silników spalinowych eliminując wszelkie zagrożenia dla obsługującego pojazd. Ta innowacja bezpośrednio przyczyniła się do spadku popularności pojazdów elektrycznych, podobnie jak zastosowanie chłodnicy dla silników spalinowych opracowanej w 1895 roku przez Panharda & Levassora. Zastosowanie chłodnicy umożliwiło zwiększenie czasu pracy silnika co jednocześnie przełożyło się na zwiększenie zasięgu pojazdów z napędem spalinowym. Pojazdy elektryczne popadły w niełaskę również z powodu masowej produkcji Forda T od 1908 do 1912 roku. Ciągły rozwój pojazdów z silnikami spalinowymi spowodował, iż stały się one bardziej praktyczne niż ich elektryczni konkurenci. Wpływ na utratę popularności pojazdów elektrycznych miała też konkurencja pomiędzy zwolennikami prądu zmiennego i stałego - Edisona. Ówczesne pojazdy z napędem elektrycznym do swojego działania wymagały zastosowania prądu stałego. Wytwarzanie prądu stałego wymaga użycia prostowników, które w ówczesnej fazie były na etapie wczesnego rozwoju.Braki technologiczne oraz rozwijające się lobby naftowe doprowadziły do prawie zupełnego upadku koncepcji pojazdów z napędem elektrycznym ograniczając się do nielicznych konstrukcji stosowanych w przemyśle.
Rok 1947 okazał się punktem zwrotnym w historii pojazdów elektrycznych. Przyczyniło się do tego skonstruowanie pierwszego tranzystora w laboratoriach firmy Bell Telephone Laboratories. Wynalazcami są John Bardeen, Walter Houser Brattain oraz William Bradford Shockley, za co otrzymali Nagrodę Nobla z fizyki w 1956. Następnie połączenie sił Henney'a Coachworksa z National Union Electric Company, producenta baterii Exide, doprowadziło do powstania pierwszego nowoczesnego samochodu elektrycznego opartego na technologii tranzystora. Henney Kilowat zajął się produkcją tych pojazdów w dwóch konfiguracjach z obwodami 36 i 72 woltowymi. Modele z 72 woltami miały większą szybkość dochodzącą do 96 km/h i mogły poruszać się prawie godzinę na pojedynczym ładowaniu. Pomimo wprowadzeniu ulepszonych rozwiązań przez Henneya Kilowata produkcja pojazdów z napędem elektrycznym była zbyt droga, co doprowadziło do przerwania tego projektu w 1961 roku. Łączna ilość wyprodukowanych aut w latach 1958-1961 wyniosła poniżej 100 sztuk. Chociaż Henney Kilowat nigdy nie osiągnął masowej produkcji, technologia oparta na bazie tranzystora przetarła szlak dla nowoczesnych pojazdów z napędem elektrycznym.
W latach osiemdziesiątych dwudziestego wieku nastąpiło ponowne odrodzenie pojazdów elektrycznych w USA dzięki preferencyjnej polityce podatkowej w tej sprawie. Pojazdy z napędem elektrycznym zostały uznane przez California Air Resources Board (CARB) jako pojazdy nie emitujące zanieczyszczeń (ang. ZEV-zero emission vehicle). CARB ustawił roczną minimalną ilość pojazdów z napędem elektrycznym jakie mają być produkowane. Jednak rozporządzenie to zostało zawieszone ze względu na skargi producentów aut, iż ograniczenia tego typu są nieuzasadnione ekonomicznie ze względu na zapotrzebowania konsumentów. Producenci zdązyli jednak wyprodukować kilka samochodów dostosowanych do nowych przepisów, jak GM EV1, Honda EV Plus, czy Toyota RAV4 EV. Większość tych pojazdów była wynajmowana, a po zakończeniu umowy, kiedy CARB zdążył już zmienić rozporządzenie, samochody zostały zebrane i zniszczone. Zgodnie z opinią Electric Drive Transportation Association w Stanach Zjednoczonych występuje ciągły wzrost liczby pojazdów napędzanych z baterii od ok. 56 000 w roku 2004 do ok. 76 000 w lipcu 2006 roku.
