Мощност, енергия и консумация; МОБИЛНО УЧИЛИЩЕ; устойчиво мобилни
КАКВО МОЖЕТЕ ДА НАУЧИТЕ
Производителност, енергия и консумация
Колко ефективно или разточително различните видове превозни средства използват енергия? Кой е най-ефективният начин да стигнете от А до Б, без да се напрягате? Повечето хора могат да се свържат с PS. Но какво означават киловат часове и киловати в електрическа кола?
Главата "Основи на електромобилността" дава преглед на агрегатите, свързани с електрическите автомобили. Мощността на двигателя е дадена в киловати (kW). Капацитетът за съхранение на батерията и консумацията обикновено имат единица киловатчас (kWh). При зареждане се прави разлика между променлив ток (AC) и постоянен ток (DC). Мощността на зарядна станция също се дава в киловати.
Електродвигателят няма работен обем. Няма цилиндри, нито налягане на маслото, нито впръскване. Изводът е, че електрическата кола е много по-лесна за разбиране, дори ако ключовите цифри и единици все още са непознати.
мощност
"Моят нов 3-сериен BMW има шест цилиндъра и 200 к.с.!" Когато правят това изявление, повечето хора ще имат представа какво прави колата. Въпреки че много малко хора казват "Моят нов Nissan Leaf има 110 кВт и 40 кВтч батерия!" може да започне нещо.
BMW звучи някак по-мощно и въпреки това вероятно ще дръпне късата сламка срещу Nissan, когато светофарът започне. Защото при електрическите задвижвания числата придобиват ново значение.
Отдолу малко тънък
В случай на двигател с вътрешно горене, мощността се дава в HP или в kW. В проспекта до него винаги има нещо като „при 3000 оборота в минута“. Защото двигателят с вътрешно горене - независимо дали е бензинов, дизелов или газов - има проблем. Тя се нуждае от определена скорост, за да развие своята сила. Ако се върти твърде бавно, едва ли развива някаква сила. Следователно той се нуждае от ръчна или автоматична скоростна кутия. Ако не обърнете внимание при стартиране, ще спрете двигателя. Мощността, разработена от двигателя, не е достатъчна за движение на превозното средство. Вместо да се търкаля, двигателят спира и угасва.
Докато дизелът развива мощността си при относително ниски скорости, бензиновите двигатели обикновено се нуждаят от по-висока скорост. Електрическият мотор не го интересува. Тъй като може да развие пълната си мощност в почти целия диапазон на скоростта и дори от място. Ето защо електрическите автомобили нямат нито съединител, нито ръчна или автоматична скоростна кутия.
И затова уж по-слабият Nissan оставя BMW на светофара. Тъй като докато двигателят на BMW за пръв път набира скорост и трябва да докара мощността на пътя чрез съединител или автоматична скоростна кутия, електрическият мотор задвижва оста директно с цялата си мощност.
Защо няма двутактови отвертки?
Силата, която двигателят може да упражни върху оста, се нарича въртящ момент. Въртящият момент е даден в нютонови метри (Нм). И това е ключовата стойност тук. Това е така, защото двигателят с вътрешно горене достига пълния си въртящ момент при относително малък прозорец за скорост. Много изследвания и усилия са положени, за да се направи този прозорец възможно най-голям за двигателя с вътрешно горене. Електродвигателят има пълен въртящ момент от нула оборота в минута в почти целия си диапазон на скоростта - просто защото може. Ето защо можете да използвате добра акумулаторна отвертка, за да завъртате много бавно твърдите винтове.
Ако отвертката имаше двигател с вътрешно горене, първо трябваше да се ускори, за да може след това да се върне на необходимата скорост със съединител и скоростна кутия. Ето защо има акумулаторни отвертки и няма двутактови отвертки.
енергия
За да се обърне нещо, е необходима енергия. Тази енергия може да дойде от кон, който тегли количка. Можем да прехвърлим енергията към колелото на велосипед чрез педали и верига. Конят и хората черпят енергия от храната си. По много груб начин може да се каже, че тялото изгаря захар и кислород в мускулите, за да образува въглероден диоксид и енергия. Ефективността при хората е около 25 процента. Това означава, че 25 процента от използваната енергия - например под формата на захар - всъщност се превръща в движение. Останалото се губи като топлина. Ако положим усилия, охладителят ни се включва и ние започваме да се потим.
Ако тялото вече не се снабдява с енергия чрез храната и всички запаси се изгарят, човешката машина спира. Докато дихателните мускули и сърдечният мускул останат без гориво.
Човекът се е научил да използва друга енергия освен мускулната сила. От хилядолетия вятърът и водата задвижват мелниците и помпите като естествени източници на енергия.
Огън за движение
С изобретяването на парната машина в началото на 18 век хората успяват да преобразуват енергията на огъня в движение. Това изобретение промени всичко и беше началото на индустриалната революция. В парната машина огън на дърва или въглища загрява чайник. Водната пара на врящата вода се разширява, така че парата може да задвижи бутало. Клапаните в буталото създават движение напред и назад. След това планетарно зъбно колело превръща това движение във въртеливо движение.
Ефективността на парната машина е катастрофа. Парната машина на Watt постигна само три процента. Следователно 97 процента от енергията, използвана под формата на дърва или въглища, се "губи" като топлина.
Енергията си остава енергия
Защо се "губи" в кавички? Защото когато се вгледате внимателно, енергията не се губи. Енергията се преобразува само. Съхранената в захарта химическа енергия се трансформира в кинетична енергия и топлинна енергия. Химичната енергия, съхранявана в дърва и въглища, превръща парната машина в малко движение и много топлина. Тъй като парната машина е свързана с движение, топлинната енергия е до голяма степен безполезна и затова на всекидневен език се казва, че енергията се "губи".
Ото и Дизел
В края на 19-ти век Николай Август Ото, наред с други, излезе с идеята да използва силата на огъня директно за генериране на движение. Така че без да минава през парата. Вместо бавно горене, той се нуждае от експлозия. Горивото трябва само да се разшири достатъчно внезапно в камера, за да задейства буталото. За дърва и въглища не можеше да става и дума. Ако обаче смесите светещ газ с въздух и го запалите с искра, той изведнъж ще изгори при експлозия. Алкохолът, керосинът и бензинът също изгарят по този начин.
Подвижни нагреватели
Тези двигатели с вътрешно горене са били не само по-мощни от парните машини, но и могат да бъдат направени много по-малки, по-надеждни и много по-гъвкави и по-лесни за работа. По улиците вече имаше превозни средства с пара. Но влизането и карането не беше възможно. В крайна сметка в котела първо трябваше да се генерира пара. Така че трябваше да разпалите огън под чайника часове преди да си тръгнете. Тогава през 1886 г. Готлиб Даймлер има брилянтната идея да инсталира експлозивен двигател в пътно превозно средство - раждането на колата.
Експлозивният двигател също беше много по-ефективен от парния. Но все пак над 90 процента от енергията се губи като топлина. Освен това експлозионният двигател първоначално имаше проблем със захранването. Тъй като ранните двигатели не можеха да генерират почти толкова мощност - тоест мощност - като парната машина. Следователно океанските кораби и локомотиви първоначално продължават да се движат със силата на парата.
Повече от 130 години изследвания и разработки вече са влезли в двигателя с вътрешно горене. Това направи горенето по-чисто и по-ефективно. Един литър бензин, дизел или газ ви дава много повече упражнения днес, отколкото тогава. Въпреки това двигателите с вътрешно горене все още произвеждат основно топлина. Някои двигатели постигат ефективност от 40 процента на тестовия стенд - но в ежедневието тя е само 20 процента средно. Следователно автомобилите с двигатели с вътрешно горене са предимно нагреватели.
Движение от електричество
В началото на 19 век датският физик Ханс Кристиан Ерстед открил магнитния ефект на електрическия ток. Когато ток тече през проводник, се създава магнитно поле. Това магнитно поле привлича или отблъсква други магнитни полета или магнитни материали като желязо. Все пак бяха необходими малко експерименти и изследвания, но само няколко години по-късно през 1832 г. първият електрически мотор управляваше превозно средство. Тогава това се случи в бърза последователност. Изобретателите и майсторите непрекъснато усъвършенстват електрическия мотор и използват нови функционални принципи. През 1888 г., само две години след патентния автомобил номер 1 на Benz, фабриката за машини в Кобург А. Флокен построява първата добре позната немска електрическа кола.
Но какво е предимството на електродвигателя пред двигателя с вътрешно горене? Отговорът е, че той превъзхожда двигателя на вътрешното горене в много отношения. Както вече научихме по-горе, електрическият мотор може да развие мощността си много по-добре и по-лесно. Той е сравнително компактен и лесен за изграждане. Вместо стотици движещи се части, всъщност в двигателя има само една движеща се част. Но това показва най-голямото си предимство в своята ефективност. Тъй като за разлика от парната машина или двигателя с вътрешно горене, електродвигателят има ефективност от над 90 процента. Двигателят преобразува използваната енергия почти изцяло в движение и има малко отпадъчна топлина.
И проблемът със съхранението на енергия също се решава все по-добре. Сега има електрически автомобили като Tesla Model S 100D, които могат да изминат 450 километра в ежедневието и благодарение на собствената си мрежа за бързо зареждане ‘, могат да презареждат достатъчно електричество за 270 километра за 30 минути. Дори по-малки коли като Renault ZOE могат да изминат 300 километра всеки ден. Автомобилите се нуждаят само от част от енергията, от която се нуждае автомобил с двигател с вътрешно горене.
Как изглежда това в цифри?
Бензинът има калоричност около 8,5 kWh на литър. При дизела калоричността е около 9,8 kWh на литър. Един Golf се нуждае от 7,3 литра бензин или 5,6 литра дизел на 100 километра. EGolf със сравнима производителност се нуждае от 16,6 киловат часа за 100 километра (източник: Spritmonitor).
- Консумация на енергия Golf Diesel за 100 км: 5,6 * 9,8 kWh = 54,88 kWh
- Консумация на енергия Голф бензинов двигател за 100 км: 7,3 * 8,5 = 62,05 kWh
- Консумация на енергия Golf Elektro за 100 км: 16,6 kWh
Следователно електрическото задвижване е много по-енергийно ефективно от двигателя с вътрешно горене.
А какво да кажем за водорода?
Често се чува, че горивната клетка, която превръща водорода и кислорода във вода и електричество, може да бъде алтернатива на акумулаторната електрическа кола. Но наистина ли има смисъл да инсталирате горивна клетка в автомобил, когато технологията на батериите вече дава възможност за все повече и повече гами, подходящи за ежедневна употреба? За целта искаме да разгледаме енергийния баланс на горивната клетка.
Една горивна клетка в автомобила има ефективност от 60 процента. Така че само 60 процента от енергията, съхранявана във водород, всъщност се превръща в електричество. Останалото е топлина и тук.
На практика Toyota Mirai се нуждае от около един килограм водород за 100 километра. Водородът има калоричност 33,33 kWh.
Всички цифри отчитат само консумацията от резервоара или батерията. За производството на бензин или дизел е необходима допълнителна енергия. Трудно е да се намерят точни цифри за това колко енергия се нуждае от изкопаеми горива от сондажа до резервоара. ADAC дава CO2 еквивалент от 425 грама на литър за бензин и 525 грама на литър за дизел за един литър бензин.
Био и електронни горива
Бензинът и дизелът също могат да се получат като така наречените биогорива или е-горива. В случай на биогорива, бензин или дизел обикновено се получават от растения с високо съдържание на нишесте, като царевица. От една страна, производството на гориво, разбира се, е в конкуренция с производството на храни. От друга страна, интензивното земеделие отделя CO2 и азотни оксиди и използва ценна почва.
Опитите за получаване на гориво с помощта на бактерии все още са на експериментален етап днес.
В случай на електрически горива или еГорива, горивото се произвежда от електричество, вода и въглероден диоксид от въздуха. Използвайки електролиза, водата се разделя на елементарните си компоненти, водород и кислород. След това водородът реагира с въглеродния диоксид от въздуха, за да се получи бензин. Процесът се нарича още Power to Liquid (P2G, PtL).
Този процес е много енергоемък. Понастоящем производството на течни горива за автомобили няма нито икономическо, нито енергийно значение. В Германия не можахме да произведем достатъчно електроенергия, за да задоволим търсенето на течни горива. Така че тук отново бихме били зависими от вноса.
Откъде идва електричеството?
Разбира се, ако сменим мобилността си от изкопаеми горива на електричество, не трябва просто да изместваме отработените газове от автомобила към електроцентралата. Затова е важно откъде идва електричеството.
В Германия, както и в много страни, електричеството идва от различни източници. В Германия най-важните източници са изкопаеми горива като твърди въглища и лигнитни въглища или природен газ, ядрена енергия и възобновяеми енергийни източници.
В Баден-Вюртемберг електрическата смес се състои предимно от каменни въглища, ядрена енергия и възобновяеми енергийни източници. Както в Баден-Вюртемберг, така и в Германия може да се наблюдава, че делът на възобновяемите енергийни източници в електрическата смес се увеличава.
Все повече и повече електричество е зелено
През 2007 г. само 14 процента от електричеството в Германия е от възобновяеми източници като слънчева, вятърна и водна енергия, а през 2015 г. е 30 процента. Преди всичко е намалял делът на каменните въглища и ядрената енергия в електрическата смес.
По исторически причини делът на възобновяемите енергии в Баден-Вюртемберг е малко по-нисък. Докато през 2007 г. югозападът все още беше на същото ниво като федералното правителство с 14 процента, делът се увеличи до малко под 24 процента през 2015 г. Това се дължи и на факта, че Баден-Вюртемберг започна да развива вятърна енергия много късно.
Направете свой собствен енергиен преход
С либерализацията на пазара на електроенергия всеки може да направи своя принос за енергийния преход. Всеки може свободно да избере своя доставчик на електроенергия. Има почти неуправляема гама от различни тарифи. Това включва и много зелени тарифи за електроенергия. Тук обаче не цялата зелена електроенергия е същата като зелената.
Истинско зелено електричество се предлага само от доставчици, които, от една страна, генерират сами възобновяема електроенергия, а от друга страна активно разширяват възобновяемите енергии. Най-известните представители са Energiewerke Schönau (EWS), Lichtblick, Naturstrom, Greenpeace Energy и Bürgerwerke. Независимо дали имате електрическа кола или не - всеки, който иска да управлява енергийния преход, трябва да премине към един от тези доставчици.
Разбира се, енергийният преход е още по-директен от вашия собствен покрив със собствената ви слънчева система. Тези, които нямат собствен покрив, могат да участват във вятърни електроцентрали или слънчеви паркове чрез гражданска кооперация. По този начин инвестирате устойчиво в енергийния преход и се възползвате от споделянето на печалба.