Откуда берётся электричество или КПД электромобилей

Всё больше мировых производителей обещают нам выпустить новые модели электромобилей, даже консервативный Porsche обещает нам Mission E в 2018 году:

Часто при обсуждении электромобилей возникают комментарии, что КПД электродвигателя 95%, а у ДВС КПД всего 55%, но электричество у нас не из розетки же берётся.

Это действительно всё так, но бензин/дизель в двигатель не сам из мирового эфира попадает.

Раз уж мы решили рассматривать потери на полном цикле превращения полезных ископаемых в движение самобеглых повозок, то начнём с самого начала: добычи нефти и газа.

Это сообщение отредактировал FredW - 30.07.2017 - 04:59

Допущения:

ДВС: рассмотрим дизельный и бензиновый вариант, хотя дизельного транспорта в России в год продаётся не более 7% от общего числа автомобилей, т.к. основной проблемой для владельцев дизельных автомобилей остается плохое качество дизтоплива на российских АЗС. Действительно, примеси в солярке могут вывести из строя дорогостоящую топливную аппаратуру. Из-за этого в России вцелом не более 2-3% дизельных автомобилей (Москва и Питер — привет!), что можно считать статистической погрешностью. Зато у дизеля теоритический КПД выше.
КПД ДВС: заявленные в документации КПД в реальности почти не достигаются из-за узкого диапазона «рабочих» оборотов, и при толкании в городских пробках КПД падает в разы. Но будем оптимистами и применим к идеальным условиям коэффициент 0,5 (Хотя стоило бы взять 0,3).
КПД турбированного дизеля (которых ничтожно мало на наших дорогах) составляет 55% в идеальных условиях.
КПД бензинового ДВС скромнее и составляет 30% в идеальных условиях.

КПД современного электродвигателя достигает 95%. Не плохо, да? Но его ещё зарядить надо, мы это посчитаем.

Топливо:
Для ДВС надо добыть нефть, доставить на НПЗ, переработать, доставить бензин на базу, потом доставить на АЗС, потом наконец продать.

Подробнее тут...

Это сообщение отредактировал FredW - 30.07.2017 - 04:46

Для электромобиля надо добыть газ, закачать в газопровод, закачать в ТЭЦ, выработанное электричество передать по сети в точку зарядки.

Почему именно газ и газовые ТЭС?

Мы не в Сингапуре живём, а в России, и тут их больше всего:

доля ТЭС – 67%, ГЭС – 21%, АЭС – 11%.

Я бы мог взять АЭС и ГЭС (фактически 1/3 от генерации) — там выбросов вообще 0 экологично и практично, можно принимать КПД аж за 100%, но пожалеем ДВС, будем считать сжигание углеводородов на газовых ЭС.

Теплоэнергетика. В России насчитывается 358 тепловых электростанций большой и средней электрической мощностью более 25 МВт. Их общая установленная мощность равна 158,6 ГВт.

Список тепловых электростанций России

Структура по топливу. Структура по топливу на ТЭС следующая: природный газ 71%, уголь 27,5%, жидкое топлива 1%, прочее 0,5%.

http://nnhpe.spbstu.ru/struktura-elektroenergetiki-v-rossii/

Природный газ, как топливо для электростанций доступен практически во всех промышленных зонах городов России.

Электрический КПД современной газовой электростанции достигает 55–60%. При этом капитальные затраты на 1 МВт/час установленной мощности газовой ТЭЦ составляют всего 50% от угольной, 20% от атомной, 15% от ветровой электростанции.

Строительство тепловых электростанций, работающих на природном газе, требует относительно малых инвестиций — в сравнении с электростанциями, работающих на других видах топлива, таких, как уголь, уран, водород.

Строительство газовой электростанции занимает всего 14–18 месяцев.

Газ экономически эффективнее других видов топлива и альтернативных источников энергии.

Потери:

Добыча ископаемых — нефть надо качать, газ чуть проще.
Транспортировка: Газ по сети газопроводов до электростанции. Нефть по нефтепроводам, транспортом, иногда даже кораблями. Пусть при перекачке теряется пара процентов.
Переработка нефти в бензин отнимает процентов 20 энергии конечного продукта, что весьма оптимистично.
Потери в ЛЭП на дальние расстояния, возьмём значения из нормативной документации: ЛЭП на 750 КВольт длинной 2200 км имеет КПД 0,9 (см. доки...)

Для электромобиля учтём все возможные потери транспортировки электричества:

• Повышающая подстанция
• КПД линии электропередачи 750 КВольт длинной 2200 км
• Понижающая подстанция
• Потери в городе до зарядного устройства
• Потери в зарядном устройстве
• Зарядка батареи с учётом потерь

В трансмиссиях идёт потеря энергии, для АКПП ДВС это коэффициент 0,85.
На электромобилях иногда обходятся без редукторов и прямо подключают двигатель к колёсам, в нашем случае возьмём двухступенчатый редуктор зубчатого зацепления коэффициент 0,95.

Докинем для электромобиля ещё потерь:

• Нагрев салона/батареи тэном и от охлаждения двигателя и батарей
• Потери при извлечении энергии из батареи

Будем считать что в ДВС этих потерь нет.

Так вот если учесть все потери, получаем таблицу с коэффициентами:

Итог:

КПД электромобиля: 26,65%
КПД дизеля: 13,79%
КПД бензинового 7,52%

Бензиновые двигатели просто расточительны с точки зрения эффективности использования природных ископаемых.
Турбодизели в 1,83 раза эффективнее бензиновых двигателей, но их мало и они очень чувствительны к качеству топлива.
Электричесткие двигатели в 3,54 раза эффективнее бензиновых ДВС и в 1,93 раза эффективнее турбодизелей.

Даже если предположить, что Нефть сама телепортируется из недр на НПЗ, а затем телепортируется сразу на АЗС без потерь, то КПД дизеля будет всего 18,70%, а бензинового ДВС 10,20%

Так будет выглядеть расчёт:

То есть даже при таких послаблениях для ДВС, догнать по эффективности электромобили не получается.

Пока электромобили остаются дорогой и экологичной игрушкой для городских пробок и любителей максимального ускорения в любой момент.

Надеюсь было интересно и если есть мотивированные уточнения по формулам или коэффициентам — с удовольствием рассмотрю варианты.

Всё.

С главным тезисом согласен. Приведённые цифры - спорны.

начнем теслосрач

ты подсчитал всю транспортировку для бензина, но не подсчитал затраты на производство лития и аккумуляторов из него, если все кто на бензине сядет на электрокары, то говорят что лития уже лет через 50 не будет, а перед этим он в цене вырастит в разы, а потом будут из моря добывать... но это дорого.

ТС, это ты всё сам посчитал??

Всё как бы постепенно сползает к электромобилям. Надеюсь на своём веку успеть купить и поездить на внедорожнике с батарейками.
Но..

Это сообщение отредактировал афтаслезарь - 30.07.2017 - 05:08

и утилизацию этих батарей до кучи

хотя - Внушительных финансовых затрат переработка литий-ионных аккумуляторов не потребует. Большинство из них содержит малые количества карбоната лития, который относительно дешев по сравнению с другими материалами. Но, как говорят эксперты, наличие инфраструктуры такого цикла уменьшит опасения, что повышение количества электрических транспортных средств приведет к нехватке карбоната лития и зависимости от таких стран, как Китай, Россия и Боливия, которые контролируют огромную часть мировых запасов лития. (отсель - https://3dnews.ru/578276)

Это сообщение отредактировал афтаслезарь - 30.07.2017 - 05:13

когда нибудь по свободной земле будут ходить свободные люди...и кони!© из старого фильма про Гражданскую войну


Все красиво. Но самый лучший способ - когда от источника энергии до конечной работы меньше посредников. Чего не наблюдается в электромобилях. И расстояния нашей необъятной плюс климат ну никак не способствуют езде на электромобилях. Так что ждем холодный термоядерный синтез и уж тогда вперед! ну или лошадок разводить
а графики и картинки - красиво

ага, а что не так?

афтаслезарь, а куды этот литий из ушатанных батарей денется-то? там ХЯС не происходит, химия одна. можно переработать в новые батареи.

вопрос ТСу:
вот есть автомобиль общего назначения КАМАЗ-4310.
он грузовик. мусоровоз. кран. ППУ. насосный агрегат. тягач. платформа для военных машин. короч, на все руки мастер, как тот лысый мужик.
предложи, ТС, ему замену на батарейках

а, да. он еще и дизель-генератор!

Это сообщение отредактировал 42EHOTA - 30.07.2017 - 05:19

Да просто прикинул, что это времени заняло немало.
Респект за такое умение и упорство.

Давайте ещё выплавку головок блоков цилиндров посчитаем и выращивание коров для обтяжки сидений кожей.

Автомобиль - это продукт, который продаётся как есть за ту цену, которую видит потребитель.

Ну-да. Нам требуется стоимость пользования. А пользование тепловым двигателем, коим является ДВС, подразумевает его ТО - масло, фильтра, ОЖ.
А в nissan Leaf - 300 гр. масла на 100К км.

Напомню КПД первых тепловозов, было значительно меньше паровозов. Да и угль ни куда не делся.
Переход на электромобили наметился.
А второго третьего Ирака где можно завоевать тонны халявной нефти, у нас нет.

ну тут тоже не все так однозначно, электрокары уже дороже, а они сейчас без пошлин и вроде даже без налогов в США на теслу наоборот денег подкидывают.
а когда равные условия будут? конечно массовость и отлаженный процесс сделает электрокары значительно дешевле, но тут и все поблажки заберут для них, так что цена сильно вниз и не пойдет.

Еще бы сравнить стоимость эксплуатации электромобилей и бензиновых. Аккумуляторы не вечные и менять их придется каждые 3-5 лет.