Аккумуляторный электромобиль в автопарке Университета Квинсленда. Фото: CC BY-ND

Низкая энергоэффективность уже является серьезной проблемой для бензиновых и дизельных транспортных средств. Как правило, только 20% всей энергии от колеса к колесу фактически используется для питания этих транспортных средств. Остальные 80% теряются в результате добычи, очистки, транспорта, испарения и нагрева двигателя. Эта низкая энергоэффективность является основной причиной, по которой транспортные средства, работающие на ископаемом топливе, являются высокоэффективными и относительно дорогими в эксплуатации.

Имея это в виду, мы решили понять энергоэффективность электрических и водородных транспортных средств как часть недавней статьи, опубликованной в журнале «Качество воздуха и изменение климата».

Электрические транспортные средства складываются лучше всего

Основываясь на широком исследовании исследований по всему миру, мы обнаружили, что аккумуляторные электромобили имеют значительно меньшие потери энергии по сравнению с другими технологиями транспортных средств. Интересно, однако, что оказалось, что потери на колесах транспортных средств с водородными топливными элементами были почти такими же высокими, как у автомобилей на ископаемом топливе.

Сначала это существенное различие в эффективности может показаться удивительным, учитывая недавнее внимание к использованию водорода для транспорта.

В то время как большая часть водорода сегодня (и в обозримом будущем) производится из ископаемого топлива, возможен путь нулевого выброса, если возобновляемая энергия используется для:

  • добычи и обработки воды
  • «Взлома» воды в водород
  • сжижения или сжима водорода до экономичного объема (1 кг водорода занимает 12 кубических метров при стандартном атмосферном давлении; 1 кг водорода = примерно 100 км пробега)
  • транспортного водород для распределения
  • и, наконец, доставки водорода в транспортных средствах на топливных элементах.

В этом и заключается одна из значительных проблем использования водорода для транспорта: в процессе жизненного цикла энергии гораздо больше шагов по сравнению с более простым прямым использованием электричества в аккумуляторных электромобилях.

Каждый шаг процесса влечет за собой потерю энергии и, следовательно, потерю эффективности. Сумма этих потерь в конечном итоге объясняет, почему транспортным средствам на водородных топливных элементах в среднем требуется в три-четыре раза больше энергии, чем электромобилям на батарейках на километр пути.

Удары по электросети

Будущее значение низкой энергоэффективности становится более ясным после изучения потенциальных воздействий электросетей. Если бы в Австралии существовало 14 миллионов легких автомобилей, то им потребовалось бы около 37 тераватт-часов (ТВт-час) электроэнергии в год, что на 15% увеличило бы производство электроэнергии в стране (примерно эквивалентно существующему годовому ежегодному производству электроэнергии из возобновляемых источников в Австралии).

Средние потери энергии от колеса к колесу от различных технологий трансмиссии транспортного средства

Средние потери энергии от колеса к колесу от различных технологий трансмиссии транспортного средства, показывающие типичные значения и диапазоны. Примечание: эти цифры учитывают производство, транспорт и тягу, но не учитывают потребности в энергии для производства, которые в настоящее время незначительно выше для транспортных средств с электрическими и водородными топливными элементами по сравнению с транспортными средствами, работающими на ископаемом топливе.

Но если бы этот же парк был переоборудован для работы на водороде, ему потребовалось бы более чем в четыре раза больше электроэнергии: примерно 157 ТВтч в год. Это повлечет за собой увеличение выработки электроэнергии на 63%.

Недавний отчет Infrastructure Victoria пришел к аналогичному выводу. Он подсчитал, что для полного перехода на водород в 2046 году — как для легких, так и для тяжелых транспортных средств — потребуется 64 ТВт-ч электроэнергии, что эквивалентно увеличению на 147% годового потребления электроэнергии в штате Виктория. Аккумуляторные электромобили, тем временем, потребовали бы примерно одну треть этого количества (22 ТВтч).

Некоторые могут утверждать, что энергоэффективность больше не будет важна в будущем, учитывая некоторые прогнозы, предполагающие, что Австралия может достичь 100% возобновляемых источников энергии уже к 2030-м годам. Несмотря на то, что нынешний политический климат предполагает, что это будет непросто, даже несмотря на переход, между секторами будут возникать конкурирующие потребности в возобновляемых источниках энергии, что подчеркивает сохраняющуюся важность энергоэффективности.

Следует также признать, что более высокие потребности в энергии означают более высокие цены на энергию. Даже если в будущем водород достигнет паритета цен на бензин или дизельное топливо, электромобили останутся на 70-90% дешевле в управлении из-за их более высокой энергоэффективности. Это позволит сэкономить среднестатистическому австралийскому домашнему хозяйству более 2000 австралийских долларов в год.

Прагматичный план на будущее

Несмотря на явные преимущества энергоэффективности электромобилей перед водородными, правда в том, что серебряной пули нет. Обе технологии сталкиваются с различными проблемами с точки зрения инфраструктуры, приемлемости для потребителей, влияния энергосистем, зрелости и надежности технологий, а также дальности движения (объем, необходимый для достаточного количества водорода по сравнению с плотностью энергии аккумулятора для электромобилей).

Аккумуляторные электромобили пока не являются подходящей заменой для каждого автомобиля на наших дорогах. Но, исходя из технологии, доступной сегодня, становится ясно, что значительная часть нынешнего парка может перейти на аккумуляторные батареи, в том числе на множество легковых автомобилей, автобусов и грузовых автомобилей малой дальности.

Такой переход представляет собой разумный, надежный и экономически эффективный подход для обеспечения значительного сокращения транспортных выбросов, требуемого в короткие сроки, изложенные в недавнем докладе Межправительственной группы экспертов по изменению климата об ограничении глобального потепления до 1,5 ℃, при одновременном снижении транспортных расходов.

Вместе с другими энергоэффективными технологиями, такими как прямой экспорт возобновляемой электроэнергии за границу, аккумуляторные электромобили обеспечат, чтобы возобновляемая энергия, которую мы производим в течение ближайших десятилетий, использовалась для максимально быстрого сокращения наибольшего количества выбросов.

Между тем следует продолжить исследования в области энергоэффективных вариантов для дальнобойщиков, морских и воздушных судов, а также более широкой роли как водорода, так и электрификации в сокращении выбросов в других секторах экономики.

С учетом того, что Федеральный комитет по делам электромобилей при Сенате США намерен представить свой окончательный отчет 4 декабря, будем надеяться, что сохраняющаяся важность повышения энергоэффективности на транспорте не была забыта.

По материалам phys.org