Диссертация (781805), страница 6
Текст из файла (страница 6)
Применение WTW-анализа (well-towheel, «от скважины до колеса»)позволяет комплексно охватить полнуюоценку экобаланса при превращении и трансформации топлива изпервичного ресурса в полезную энергию движения. И включает фазу WTT(well-to-tank, «от скважины до бака»): производства, переработки и доставкитоплива — и фазу TTW (англ. tank-to-wheel, «от бака до колеса»),учитывающуюэнергоэффективностьдвигателяиприводакрутящегомомента на колёса автомобиля. В работе [3] анализировались заявленныепроизводителями показатели расхода топлива и выбросов оксида углеродадля гибридных автомобилей, которые имеют такие высокие показатели,благодаря применяемой методике тестирования.
По Правилам ЕЭК ООН №101,вработе[4]анализироваласьреальнаяэнергоэффективностьэлектромобилей применительно к российскому рынку с учётом среднихзначений эффективности производства и транспортировки электроэнергии вРФ.Во многих современных автомобильных изданиях, где приводятсяоценки, производимых и продаваемых моделей автомобилей, в техническойлитературе, на сайтах автомобильных компаний часто утверждается, чтоэлектромобилиимеютзначительные экологические и экономическиепреимущества по сравнению с традиционными АТС.35Электромобиль имеет следующие преимущества:- высокие экологические показатели из-за отсутствия применениянефтяных топлив, антифризов, трансмиссионных и моторных масел,фильтров для этих жидкостей, а также отсутствие вредных выхлопов;- простота и надёжность конструкции (надёжность электродвигателя итрансмиссии,отсутствиенеобходимостивпереключениипередач),приводящие к простоте в техобслуживании;- дешевизна при эксплуатации за счёт применения дешевой (посравнению с бензином) электроэнергии, вырабатываемой АЭС, ГЭС иэлектростанциями других типов.Однако имеются и не менее бесспорные недостатки, которые тожеможно оценивать с разных точек зрения.Недостатками электромобилейявляется высокая цена, небольшой пробег без подзарядки, необходимостьчасто заряжать аккумуляторы, небольшой срок службы аккумуляторов ипроблемысихутилизацией.Крометого,дляпроизводстваитранспортировки необходимой электроэнергии приходится расходоватьресурсы, сжигать кислород и загрязнять атмосферу [4].
Электрическиетранспортныесредствамогутсчитатьсяболееэффективнымидляэксплуатации по сравнению с традиционными автомобилями, только еслибудут обеспечены низкий уровень вредного экологического воздействия навсех этапах топливно-энергетической цепи и общее сокращение выбросовоксида углерода и других парниковых газов в полном жизненном цикле.Значительные выбросы оксидов углерода могут быть созданы впроцессах производства энергии, поэтому источник электроэнергии, которыйбудет применяться для зарядки электрических транспортных средств, имеетрешающеезначениеприоценкеэффективностииэкологичностиэлектромобилей.Все виды топлива могут быть сравнены по их удельной энергии(количеству энергии на единицу массы), например в мегаджоулях накилограмм (МДж/кг). А конечную энергетическую эффективность можно36оценить в количестве километров пробега автомобиля на единицу начальнойэнергии исходного топлива, то есть в км/МДж.
Теоретический анализпоказывает, что лучшие легковые электромобили, доступные на рынке ЕЭС в2016 году, расходуют 0,12–0,15 кВт·ч электроэнергии от аккумуляторнойбатареи на каждый километр пути.Далее проведена оценка реальной энергетической эффективностиэлектромобилей, с учётом имеющихся в литературе данных о КПДфактических процессов, входящих в полный жизненный цикл производства ипотребления электроэнергии в РФ.КПД тягового электродвигателясоставляет 88–90 %. Энергетический цикл литий-ионных батарей составляетоколо 86 % (доля снимаемого электричества к полной зарядке) [6], хотяданное значение относится к оптимальным температурным и климатическимрежимам и имеет тенденцию к снижению с увеличением срока эксплуатациибатарей.
Энергетические и тепловые потери на работу трансмиссии дляэлектромобилей и АТС традиционной структуры одинаковы, поэтому мыможем не принимать их во внимание, оценивая КПД транспортного средствапо энергии на выходе двигателя. Также не будем принимать во внимание иразницу в массе электромобиля и АТС традиционной структуры, хотя, какправило, для электромобиля онабольше на 200–300 кгза счёт массытяговых батарей. Поэтому на каждые 100 МДж (1 кВт·ч = 3,6 МДж)электроэнергии, потребляемой от сети из электрической розетки при зарядкебатарей электромобиля, реально используется для движения колёс только 76МДж.Электроэнергия, вырабатываемая атомными электростанциями (АЭС)и гидроэлектростанциями (ГЭС) не превышает 32 % от общего количестваэлектроэнергии,производимойвРоссии.Суммарноепроизводствоэлектроэнергии из других возобновляемых источников энергии, таких,например, как солнечные батареи, ветряные, приливные, геотермальныеэлектростанции, пренебрежимо мало.
Поэтому основным источникомэлектроэнергиивРФявляютсятепловыеэлектростанции(ТЭС),37производящие 68 % электроэнергии, вырабатываемой в стране. Среднеезначение КПД ТЭС в РФ составляет 33 % [7, 8].Кроме того,электроэнергиюне удаётсязапасатьв большихколичествах, поэтому возникает необходимость в передаче её на большиерасстояния. Передача энергии на большие расстояния является довольносложной проблемой и связана с заметными потерями, так как электрическийток нагревает провода линий электропередачи.
Генераторы, устанавливаемыена электростанциях, рассчитаны на напряжение 10–20 кВ, поэтому припередаче энергии от мощных электростанций для уменьшения тепловыхпотерь напряжение повышают до 500–750 кВ на трансформаторныхповышающих подстанциях, а затем после транспортировки и для питанияотдельных потребителей напряжение должно быть понижено.
Поэтому передпотребителями ставят ряд понижающих подстанций (обычно три-четыре) спонижением напряжения в несколько этапов, пока в жилом секторе величинанапряжения не достигнет 220–380В. Это делается для уменьшения общихпотерь при транспортировке электроэнергии. С учётом коэффициентовпотерь на транспортировку и преобразование электроэнергии итоговый КПДтепловых электростанций России, учитывающий потери при передаче,составляет всего 20–26 %.
Эти значения коррелируются и с даннымиАмериканского совета по энергоэффективной экономике (American Councilfor an Energy-Efficient Economy ACEEE). Группа исследователей ACEEEпровела и опубликовала в 2014 году широкомасштабный анализ ведущихэкономик мира с точки зрения рациональности использования энергии.Россия в этом исследовании заняла последнее место по энергетическойэффективности,аустановленныйсреднийуровеньКПДтепловыхэлектростанций России с учётом полных потерь при передаче оказалсякрайне низким 21 % [10].
Поэтому КПД электромобилей для well-to-tankсоставляет всего 20–26 %, а с учётом данных для этапа tank-to-wheelитоговый КПД well-to-wheel составляет 15–20 %, что не превышает КПД длябензиновых и дизельных автомобилей.38Полученные ранее значения для стадии tankto-wheel со среднимпробегом электромобилей в 1,5–2,0 км на каждый МДж энергии,потреблённыйотэлектросети,теперьнеобходимоумножитьнакоэффициенты, рассчитанные для well-to-tank для электроэнергии. Врезультате получаем значения от 0,3 до 0,5 км на каждый МДж начальнойэнергии исходного топлива. То есть полный well-to-wheel анализ показывает,что лучшие по энергетической эффективности легковые электромобили2014–2017 годов выпуска могут проехать около 0,5 км на одном МДжэнергии топлива, использованного на электростанции.Сравним аналогичные данные для бензиновых автомобилей.
Естьопределённые трудности со сбором данных для оценки энергетическойэффективности производства бензина и его транспортировки к АЗС натерритории РФ. Возьмём для расчётов имеющиеся средние значения дляпроизводства бензина из нефти и его транспортировки к АЗС для США иКанады, где территориальные расстояния для логистики примерно схожи сРоссией и составляют 81,7 %.
Это означает, что 18,3 % из энергетическогосодержания сырой нефти в среднем теряется при производстве итранспортировке бензина [6].Учитывая, что удельная энергия бензина 31,2 МДж/л, получаем, чтопримерно 38 МДж нефти необходимы для производства одного литрабензина и транспортировки его до места заправки. По приводимым вавтомобильных каталогах таблицам среднего расхода топлива на 100 км путиили по эмиссии окиси углерода (в г/км) можно легко рассчитать для каждогоавтомобиля его показатели пробега на литр топлива.Уже сегодня многие современныезначенияэмиссииокисиуглерода100легковые автомобили имеютг/кмидажеменееприсертификационных испытаниях в условиях смешанной езды по городу ишоссе по специальному установленному ездовому циклу (NEDC, такназываемый европейский цикл).
В основном это автомобили с дизельнымидвигателями и гибриды, тем не менее, в новых автомобильных каталогах39появляется всё больше бензиновых автомобилей от различных фирмпроизводителей с заявленными значениями эмиссии окиси углерода менее100 г/км. Далее приведены примеры легковых автомобилей с бензиновымидвигателями с заявленными характеристиками эмиссии окиси углеродаменее 100 г/км [5]: Toyota AYGO 1.0, Suzuki Alto 1.0, Smart fortwo mhd coupe52 kW,Skoda Citigo 1.0 MPI Green tec, Volkswagen up 1.0 BlueMotionTechnology, Peugeot 208 68 VTi, Nissan Pixo 1.0, Fiat Punto 0.9 8V TwinAirStart&Stop, Kia Picanto 1.0, Ford Fiesta 1.0 EcoBoost, Citroёn C3 PureTech VTi68.С учётом КПД производства и транспортировки бензина, лучшие поэнергетической эффективности электромобили со значением 0,5 км/МДжначальной энергии исходного топлива сопоставимы с традиционнымилегковыми автомобилями с бензиновым ДВС.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
