Putere, energie și consum; SCOALA DE MOBILITATE; mobil durabil
CE POTI ÎNVĂȚA
Performanță, energie și consum
Cât de eficient sau risipă folosesc energia diferite tipuri de vehicule? Care este cel mai eficient mod de a ajunge de la A la B fără a vă exercita? Majoritatea oamenilor se pot lega de PS. Dar ce înseamnă kilowata oră și kilowatt într-o mașină electrică?
Capitolul „Noțiuni de bază despre electromobilitate” oferă o prezentare generală a unităților relevante pentru mașinile electrice. Puterea motorului este dată în kilowați (kW). Capacitatea de stocare a bateriei și consumul au de obicei unitatea de kilowatt-oră (kWh). La încărcare, se face distincția între curent alternativ (AC) și curent continuu (DC). Puterea unei stații de încărcare este, de asemenea, dată în kilowați.
Un motor electric nu are deplasare. Nu există cilindri, nici presiunea uleiului și nici un raport de injecție. Concluzia este că o mașină electrică este mult mai ușor de înțeles, chiar dacă cifrele și unitățile cheie sunt încă necunoscute.
putere
"Noul meu BMW serie 3 are șase cilindri și 200 CP!" Când fac această afirmație, cei mai mulți dintre ei au o idee în minte despre ceea ce face mașina. Deși foarte puțini oameni spun „Noul meu Nissan Leaf are 110 kW și o baterie de 40 kWh!” poate începe ceva.
BMW sună într-un fel mai puternic și, totuși, va trage probabil paiul scurt pe Nissan când va începe semaforul. Deoarece cu acționările electrice, numerele capătă un nou sens.
Un pic subțire în partea de jos
În cazul unui motor cu ardere internă, puterea este dată în CP sau în kW. În prospect există întotdeauna ceva de genul „la 3.000 rpm” alături. Deoarece motorul cu ardere - indiferent dacă este benzină, motorină sau gaz - are o problemă. Are nevoie de o anumită viteză pentru a-și dezvolta puterea. Dacă se întoarce prea încet, cu greu își dezvoltă puterea. Prin urmare, are nevoie de o transmisie manuală sau automată. Dacă nu acordați atenție la pornire, veți opri motorul. Puterea dezvoltată de motor nu este suficientă pentru deplasarea vehiculului. În loc să se rostogolească, motorul se oprește și se stinge.
În timp ce motorina își dezvoltă puterea chiar și la turații relativ mici, motoarele pe benzină au de obicei nevoie de o turație mai mare. Motorului electric nu îi pasă cu adevărat. Deoarece își poate dezvolta puterea maximă pe aproape întreaga gamă de viteze și chiar din punct de plecare. De aceea, mașinile electrice nu au nici ambreiaj, nici transmisie manuală sau automată.
Și de aceea presupusul Nissan mai slab lasă BMW la semafor. Pentru că, în timp ce motorul BMW trebuie să vină mai întâi la viteză și să aducă puterea pe șosea printr-un ambreiaj sau o transmisie automată, motorul electric acționează axa direct cu toată puterea sa.
De ce nu există șurubelnițe în doi timpi?
Forța pe care un motor o poate exercita asupra axei se numește cuplu. Cuplul este dat în Newton metri (Nm). Și aceasta este valoarea cheie aici. Acest lucru se datorează faptului că un motor cu ardere internă atinge cuplul maxim într-o fereastră de viteză relativ mică. S-au depus o mulțime de cercetări și eforturi pentru ca această fereastră să fie cât mai mare pentru motorul cu combustie. Motorul electric are un cuplu maxim de la zero rotații pe minut pe aproape toată gama sa de viteză - pur și simplu pentru că poate. De aceea, puteți utiliza o șurubelniță bună fără fir pentru a întoarce și a scoate șuruburile rigide foarte încet.
Dacă șurubelnița ar avea un motor cu ardere internă, ar trebui mai întâi să fie pus la viteză pentru a reveni apoi la viteza necesară cu un ambreiaj și o cutie de viteze. De aceea există șurubelnițe fără fir și nu există șurubelnițe în doi timpi.
energie
Este nevoie de energie pentru ca ceva să se transforme. Această energie poate proveni dintr-un cal care trage o căruță. Putem transfera energia la roata unei biciclete prin pedale și un lanț. Calul și omul își obțin energia de la mâncare. Într-un mod foarte brut, se poate spune că organismul arde zahăr și oxigen în mușchi pentru a forma dioxid de carbon și energie. Eficiența la om este de aproximativ 25%. Aceasta înseamnă că 25% din energia utilizată - de exemplu sub formă de zahăr - este de fapt transformată în mișcare. Restul se pierde ca căldură. Dacă facem un efort, răcitorul nostru pornește și începem să transpirăm.
Dacă corpul nu mai este alimentat cu energie prin alimente și toate rezervele sunt arse, mașina umană se oprește. Până când mușchii respiratori și mușchiul inimii rămân fără combustibil.
Omul a învățat să folosească altă energie decât puterea musculară. De milenii, vântul și apa au condus morile și pompele ca surse naturale de energie.
Foc la mișcare
Odată cu invenția mașinii cu aburi la începutul secolului al XVIII-lea, oamenii au reușit să transforme energia unui foc în mișcare. Această invenție a schimbat totul și a fost începutul revoluției industriale. În motorul cu aburi, un foc cu lemne sau cărbune încălzește un ceainic. Vaporii de apă din apa clocotită se extind, astfel încât aburul poate pune în mișcare un piston. Supapele din piston creează o mișcare înainte și înapoi. Un angrenaj planetar transformă apoi această mișcare într-o mișcare rotativă.
Eficiența unui motor cu aburi este un dezastru. Motorul cu aburi al lui Watt a atins doar trei procente. 97 la sută din energia utilizată sub formă de lemn sau cărbune este, prin urmare, „pierdută” ca căldură.
Energia rămâne energie
De ce se „pierde” între ghilimele? Pentru că atunci când privești cu atenție, energia nu se pierde. Energia este convertită doar. Energia chimică stocată în zahăr este transformată în energie cinetică și energie termică. Energia chimică stocată în lemn și cărbune transformă motorul cu aburi într-o mică mișcare și multă căldură. Deoarece motorul cu aburi este în legătură cu mișcarea, energia termică este în mare măsură inutilă și, prin urmare, se spune în limbajul cotidian că energia este „pierdută”.
Otto și Diesel
La sfârșitul secolului al XIX-lea, Nicolaus August Otto, printre altele, a venit cu ideea de a folosi puterea focului direct pentru a genera mișcare. Deci fără a trece prin aburi. În loc de combustie lentă, are nevoie de o explozie. Combustibilul trebuie să se extindă suficient de brusc într-o cameră pentru a pune în mișcare un piston. Lemnul și cărbunele erau excluse. Cu toate acestea, dacă amestecați gazul luminos cu aerul și îl aprindeți cu o scânteie, acesta va arde brusc într-o explozie. Alcoolul, kerosenul și benzina, de asemenea, ard în acest fel.
Incalzitoare cu role
Aceste motoare cu ardere internă nu erau doar mai puternice decât un motor cu aburi, dar puteau fi construite și mult mai mici, erau mai fiabile și mult mai flexibile și mai ușor de operat. Pe străzi erau deja vehicule cu abur. Dar a intra și a pleca nu a fost posibil. La urma urmei, mai întâi trebuia generat abur în cazan. Așa că a trebuit să faci un foc sub ceainic cu câteva ore înainte de a pleca. Apoi, în 1886, Gottlieb Daimler a avut ideea strălucită de a instala un motor exploziv într-un vehicul rutier - nașterea mașinii.
Motorul exploziv a fost, de asemenea, mult mai eficient decât cel cu abur. Dar totuși peste 90% din energie s-a pierdut ca căldură. În plus, motorul exploziv a avut inițial o problemă de putere. Deoarece primele motoare nu puteau genera aproape la fel de multă putere - adică putere - ca un motor cu abur. Prin urmare, navele maritime și locomotivele au continuat inițial să funcționeze cu puterea aburului.
Peste 130 de ani de cercetare și dezvoltare au intrat acum în motorul cu combustie. Acest lucru a făcut ca combustia să fie mai curată și mai eficientă. Un litru de benzină, motorină sau gaz vă oferă mult mai mult exercițiu astăzi decât ați făcut-o atunci. Chiar și așa, motoarele cu combustie încă produc în principal căldură. Unele motoare ating o eficiență de 40% pe bancul de testare - dar în viața de zi cu zi este de doar 20% în medie. Autovehiculele cu motoare cu ardere internă sunt, prin urmare, în principal încălzitoare cu role.
Mișcarea de la electricitate
La începutul secolului al XIX-lea, fizicianul danez Hans Christian Ørsted a descoperit efectul magnetic al curentului electric. Când un curent curge printr-un conductor, se creează un câmp magnetic. Acest câmp magnetic atrage sau respinge alte câmpuri magnetice sau materiale magnetice precum fierul. A fost nevoie de un pic de experimentare și cercetare, dar doar câțiva ani mai târziu, în 1832, primul motor electric conducea un vehicul. Apoi s-a întâmplat în succesiune rapidă. Inventatorii și jucătorii au îmbunătățit în mod constant motorul electric și au folosit noi principii funcționale. În 1888, la doar doi ani de la autovehiculul cu brevet Benz numărul 1, fabrica de mașini Coburg A. Flocken a construit prima bine-cunoscută mașină electrică germană.
Dar care este avantajul motorului electric față de motorul cu ardere? Răspunsul este că este superior motorului cu ardere internă în multe feluri. După cum am aflat deja mai sus, motorul electric își poate dezvolta puterea mult mai bine și mai ușor. Este relativ compact și ușor de construit. În loc de sute de piese în mișcare, există de fapt o singură parte în mișcare în motor. Dar își arată cel mai mare avantaj în eficiența sa. Pentru că spre deosebire de motorul cu aburi sau cel cu combustie, motorul electric are o eficiență de peste 90%. Motorul convertește energia utilizată aproape complet în mișcare și există puțină căldură reziduală.
Și problema stocării energiei se rezolvă tot mai bine. Acum există mașini electrice precum Tesla Model S 100D care pot parcurge 450 de kilometri în viața de zi cu zi și, datorită propriei rețele de încărcare rapidă, pot reîncărca suficient electricitate pentru 270 de kilometri în 30 de minute. Chiar și mașinile mai mici, precum Renault ZOE, pot parcurge 300 de kilometri în fiecare zi. Mașinile au nevoie doar de o fracțiune din energia de care are nevoie o mașină cu motor cu combustie.
Cum arată asta în cifre?
Benzina are o putere calorică de aproximativ 8,5 kWh pe litru. Cu motorina, puterea calorică este de aproximativ 9,8 kWh pe litru. Un Golf are nevoie de 7,3 litri de benzină sau 5,6 litri de motorină la 100 de kilometri. Un eGolf cu performanțe comparabile are nevoie de 16,6 kilowatti oră pentru 100 de kilometri (sursă: Spritmonitor).
- Consum de energie Golf Diesel pentru 100 km: 5,6 * 9,8 kWh = 54,88 kWh
- Consum de energie Motor pe benzină Golf pentru 100 km: 7,3 * 8,5 = 62,05 kWh
- Consum de energie Golf Elektro pentru 100 km: 16,6 kWh
Prin urmare, acționarea electrică este mult mai eficientă din punct de vedere energetic decât motorul cu combustie.
Și ce zici de hidrogen?
Se aude adesea că celula de combustibil, care transformă hidrogenul și oxigenul în apă și electricitate, poate fi o alternativă la mașina electrică a bateriei. Dar are cu adevărat sens să instalați o celulă de combustibil într-o mașină atunci când tehnologia bateriei permite acum din ce în ce mai multe game potrivite pentru utilizarea de zi cu zi? Pentru a face acest lucru, vrem să aruncăm o privire asupra bilanțului energetic al celulei de combustibil.
O celulă de combustibil dintr-o mașină are o eficiență de 60%. Deci, doar 60% din energia stocată în hidrogen este de fapt transformată în electricitate. Restul este căldură și aici.
În practică, Toyota Mirai are nevoie de aproximativ un kilogram de hidrogen pentru 100 de kilometri. Hidrogenul are o putere calorică de 33,33 kWh.
Toate cifrele iau în considerare doar consumul din rezervor sau baterie. Pentru a produce benzină sau motorină, este necesară energie suplimentară. Numărul exact al cantității de energie necesară combustibililor fosili de la foraj la rezervor este greu de găsit. ADAC oferă un echivalent CO2 de 425 grame pe litru pentru benzină și 525 grame pe litru pentru motorină pentru un litru de benzină.
Biocombustibili și e-combustibili
Benzina și motorina pot fi obținute și ca așa-numiți biocombustibili sau e-combustibili. În cazul biocombustibililor, benzina sau motorina sunt acum obținute de obicei din plante cu un conținut ridicat de amidon, cum ar fi porumbul. Pe de o parte, producția de combustibil concurează în mod natural cu producția de alimente. Pe de altă parte, agricultura intensivă eliberează oxizi de CO2 și azot și consumă sol valoros.
Încercările de a obține combustibil cu ajutorul bacteriilor sunt încă în faza experimentală astăzi.
În cazul combustibililor electrici sau eFuel, combustibilul este fabricat din electricitate, apă și dioxid de carbon din aer. Folosind electroliza, apa este împărțită în componentele sale elementare, hidrogen și oxigen. Hidrogenul reacționează apoi cu dioxidul de carbon din aer pentru a produce benzină. Procesul se mai numește Power to Liquid (P2G, PtL).
Acest proces este foarte consumator de energie. În prezent, producția de combustibili lichizi pentru mașini nu are nici un sens economic, nici energetic. În Germania, nu am putut produce suficientă energie electrică pentru a satisface cererea de combustibili lichizi. Așadar, vom depinde din nou de importuri aici.
De unde vine electricitatea?
Desigur, dacă ne schimbăm mobilitatea de la combustibili fosili la electricitate, nu ar trebui să mutăm doar evacuarea de la mașină la centrală. Deci, este important de unde provine electricitatea.
În Germania, la fel ca în multe țări, electricitatea provine din surse diferite. În Germania, cele mai importante surse sunt combustibilii fosili precum cărbunele tare și lignitul sau gazul natural, energia nucleară și energiile regenerabile.
În Baden-Württemberg, mixul de electricitate constă în principal din cărbune tare, energie nucleară și energii regenerabile. Se poate observa atât în Baden-Württemberg, cât și în Germania, că ponderea energiilor regenerabile în mixul electric este în creștere.
Din ce în ce mai multă energie electrică este verde
În 2007, doar 14% din energia electrică din Germania provenea din surse regenerabile precum energia solară, eoliană și de apă, în 2015 era de 30%. Mai presus de toate, ponderea cărbunelui dur și a energiei nucleare în mixul de electricitate a scăzut.
În Baden-Württemberg, din motive istorice, ponderea energiilor regenerabile este ceva mai mică. În timp ce în 2007 sud-vestul era încă la același nivel cu guvernul federal la 14%, proporția a crescut la puțin sub 24% în 2015. Acest lucru se datorează și faptului că Baden-Württemberg a început să dezvolte energia eoliană foarte târziu.
Faceți-vă propria tranziție energetică
Odată cu liberalizarea pieței energiei electrice, fiecare își poate aduce propria contribuție la tranziția energetică. Toată lumea își poate alege în mod liber furnizorul de energie electrică. Există o gamă aproape imposibil de gestionat de tarife diferite. Aceasta include, de asemenea, multe tarife pentru energia electrică ecologică. Aici, însă, nu toată energia electrică verde este la fel.
Electricitatea verde reală este disponibilă numai de la furnizorii care, pe de o parte, își generează propria energie electrică regenerabilă și, pe de altă parte, extind activ energiile regenerabile. Cei mai renumiți reprezentanți sunt Energiewerke Schönau (EWS), Lichtblick, Naturstrom, Greenpeace Energy și Bürgerwerke. Indiferent dacă aveți sau nu o mașină electrică - oricine dorește să conducă tranziția energetică ar trebui să treacă la unul dintre acești furnizori.
Desigur, tranziția energetică este și mai directă de la propriul acoperiș cu propriul sistem solar. Cei care nu au propriul acoperiș pot participa la centrale eoliene sau parcuri solare printr-o cooperativă cetățenească. Astfel investiți în mod durabil în tranziția energetică și beneficiați de partajarea profitului.