Moja książka

Góry Kaczawskie słowem malowane

250619 Miałem okazję poznać świętokrzyskie drogi i tatrzańskie szlaki, przemierzałem łęczyńskie bagna i podlubelskie lasy, spędziłem ki...

piątek, 28 grudnia 2018

Samochody elektryczne

271218
Prąd elektryczny. Energia, z której korzystamy wszędzie, na każdym kroku, i od tak dawna, że właściwie przestajemy dostrzegać ją i jej właściwości. Ot, po prostu jest i już. Tak, jest, ale jeśli na tym poprzestaniemy, to chyba tylko dlatego, że wyobraźni nam brakuje, albo przyzwyczajenie odebrało nam zdolność dziwienia się. Nie będę się tutaj rozpisywać, mimo iż temat jest mi znany i fascynuje mnie, zwrócę tylko uwagę na parę aspektów, które razem wzięte czynią energię elektryczną tajemniczą i magiczną, mimo wszystkich wzorów i definicji. Wszak ta energia nic nie waży, nie wydziela aromatu ani dźwięku, nie jest widoczna nawet pod lupą. Przewody, którymi płynie prąd, wyglądają dokładnie tak samo, jak te bez prądu. To energia, którą łatwo przekształcić w światło równe słonecznemu i w ciepło mogące topić skałę i stal; to energia, którą można przesyłać na wielkie odległości, a do tego nie są potrzebne skomplikowane rurociągi, jak przy przesyłaniu gazu czy ropy, tylko metalowy przewód, zwykły drut. Używana energia elektryczna nie pozostawia żadnych spalin, żadnych odpadów czy popiołów.
To najdoskonalsza znana nam energia.

Dwieście lat temu pewien wynalazca zauważył powstawanie tajemnej energii w przewodzie poruszającym się w pobliżu magnesu. Nie wiedział wtedy, że odkrywa prawa fizyki, których praktyczne zastosowania wkrótce zaowocują mnóstwem wynalazków i zmienią codzienność ludzi na świecie.
W toku badań, które wtedy zapewne uznawane były na ciekawostki nie mogące mieć żadnego praktycznego zastosowania, odkryto także, że przewód którym płynie prąd, jest wypychany z pobliża magnesu. To odkrycie legło u podstaw działania silników elektrycznych. Zauważono, że pole magnetyczne można wytworzyć prądem, że łatwo spowodować wirowanie biegunów tego pola, że w jego centrum można wstawić ośkę z przewodami, która będzie się kręcić ciągniona przez kręcące się pola magnetyczne. To tak, jakby bawiąc się magnesami, tak kręcić jednym, żeby ciągnął za sobą drugi magnes, zamknąć kręcenie w pętlę, ale nie pozwolić zetknąć się obu magnesom.
Dwieście lat temu powstało nieprześcignięte do tej pory inżynierskie cudo: silnik indukcyjny. To maszyna zdolna napędzać inne maszyny, pracująca niemal bezgłośnie, nie wytwarzająca zanieczyszczeń ani wibracji, bajecznie prosta, ponieważ złożona z kilku ledwie elementów, maszyna, w której następuje bezpośrednia zamiana jednej energii w drugą, bez czynników pośredniczących, jak para czy spaliny w silnikach parowych i spalinowych, a więc maszyna przekształcająca niemal bez strat energię elektryczną w energię mechaniczną. Ot, po prostu przewód z prądem wypychany jest z pola magnetycznego...
Silniki te są niewielkie w stosunku do swojej mocy, a za to wielkiej trwałości. Prawidłowo zbudowany i eksploatowany silnik elektryczny, a zwłaszcza indukcyjny silnik elektryczny, może pracować dziesiątki lat, co w przełożeniu na przebieg samochodu oznacza przejechanie setek tysięcy i milionów kilometrów, ponieważ jest bajecznie prosty; dość powiedzieć, że ma tylko dwa łożyska i żadnych zębatek. Silnik elektryczny ma duży moment obrotowy od startu, czyli od zerowej prędkości obrotowej, podczas gdy silnik spalinowy musi mieć określone obroty żeby ciągnął, a to oznacza, że silnik elektryczny może pracować bez skrzyni biegów i bez sprzęgła. Przy tej okazji wyjaśnię, że moment obrotowy to parametr właściwie ważniejszy od mocy, a określa on zdolność obracania się silnika pod obciążeniem. Bezpośrednio od tego parametru zależy zdolność przyśpieszania pojazdu. Silnik indukcyjny zbudowany jest z metalowej rury będącej jego obudową, we wnętrzu której są zamocowane cewki, czyli zwoje drutu miedzianego. Wirnikiem, czyli elementem obrotowym, jest oś z pakietem specjalnych blach z wmontowanymi w nie drutami. Do kompletu dochodzą wspominane łożyska umożliwiające skręcenie się wirnika. I to wszystko. Nie ma systemów chłodzenia z wieloma rurkami, czujnikami, pompą, chłodnicą, zbiornikami, itd. Nie ma rozrządu z krzywkami, popychaczami, zaworami i ich gniazdami, nie ma dziesiątków zębatek, wałów korbowych z ciężarami wyrównującymi obroty i gaszącymi drgania, nie ma tłoków, pierścieni, wtrysków, pomp olejowych i bardzo skomplikowanego systemu kanałów doprowadzających ten olej do wszystkich mechanizmów silnika. Nie ma układu wydechowego, czyli rur wyrzucających spaliny w atmosferę. Raz użytych i wyrzuconych jako już niepotrzebnych pozostałości po paliwie uzyskiwanym z bardzo cennej substancji, jaką jest ropa naftowa. Siniki elektryczne ważą kilkakrotnie mniej niż spalinowe tej samej mocy, nie zużywają olejów ani nie wymagają użycia tak często wymienianych materiałów jak filtry.
Obroty silnika indukcyjnego można regulować zmieniając napięcie zasilania, ale to prymitywny sposób prowadzący do strat momentu obrotowego. Od zawsze wiedziano jak to dobrze robić: wirnik w takim silniku jest ciągniony przez obracające się pole magnetyczne tworzone przez stojan, czyli przez cewki zamontowane w obudowie, a to zależy od częstotliwości prądu.
Tutaj uwaga.
Prąd w sieci zmienia się: narasta, maleje, zmienia biegunowość, czyli z plusa robi się minus. Częstość tych zmian określa się mianem częstotliwości, jednostką jest Hertz, skrót Hz. 1 Hz to jedna zmiana prądu, jedno pełne jego zafalowanie, na jedną sekundę. U nas w sieci częstotliwość wynosi 50Hz i tak jest w całej Europie, w USA jest 60Hz.
Więc pole magnetyczne stojana kręci się w taki sposób, jakbyśmy magnesem szybciutko kręcili kółka, ciągnąc za sobą wirnik, który umocowany na łożyskach nie może przywrzeć do cewek stojana, a może jedynie kręcić się wkoło próbując dogonić pole stojana. Żeby zwolnić wirnik, wystarczy zwolnić tempo wirowania pola magnetycznego, a więc zmniejszyć częstotliwość zasilającego prądu. Jednak do obecnych czasów nie potrafiono zbudować prostych i tanich urządzeń elektronicznych potrafiących zmieniać częstotliwość prądu. Jeszcze kilkanaście lat temu falowniki, bo tak się nazywają te urządzenia, były koszmarnie drogie, teraz stosowane są powszechnie, także w systemach napędowych karuzel.
W samochodach elektrycznych falowniki przekształcają prąd stały, czyli taki, jaki uzyskuje się z akumulatorów, prąd ze źródła zawsze mającego plus tutaj, a minus tam, bez sinusoidalnych przemian (ciekawskich proszę o zapytanie googli albo mnie o sinusoidę), na prąd przemienny o żądanej częstotliwości, a zmieniając ją, w rezultacie zmienia się szybkość jazdy. Gdy samochód rusza, sinik kręci się powoli, czyli zasilany jest prądem o małej częstotliwości, a im większe obroty są potrzebne, tym większej częstotliwości dostarczany jest prąd. Dzięki niemu szybciej wiruje pole magnetyczne, a tym samym szybciej kręci się wirnik silnika, czyli szybciej jedzie samochód. Zmiana obrotów następuje płynnie, bez start mocy, i w bardzo szerokim zakresie. Bez sprzęgła i bez skrzyń biegów, czyli bez dziesiątków zębatek, olejów, filtrów, pedałów bądź siłowników.
* * *
Pojazdy elektryczne istniały od zarania dziejów motoryzacji, ale od zawsze miały, i w znacznej mierze mają nadal, piętę Achillesa: kłopoty z magazynowaniem energii elektrycznej.
Mówi się o zmowach producentów paliw, o niedopuszczaniu do rozwoju konstrukcji akumulatorów. Nie wiem co o tym myśleć, ponieważ bardzo ostrożnie podchodzę do wszelkich teorii spiskowych, jednakże pewne fakty są bardzo dziwne. Na przykład akumulator ołowiowo-kwasowy, czyli powszechnie stosowany w samochodach. Od stu lat nic się nie zmieniło w jego konstrukcji i nie wprowadzono do produkcji nic zasadniczo odmiennego. Przez sto lat!, a przecież w tym czasie w każdej innej dziedzinie techniki nastąpiły kolosalne zmiany. Niezmienionym został prymitywny w zasadach swojej pracy silnik spalinowy i stary akumulator ołowiowy, gdy świat wokół zmienił się częstokroć nie do poznania. Czy to znaczy, że zaprojektowanie wydajnych akumulatorów jest tak trudne? Odnoszę wrażenie, że nie tutaj tkwi trudność. Raczej w niechętnej postawie wielkich i majętnych koncernów paliwowych i motoryzacyjnych.
Słyszałem twierdzenia o niewielkiej użyteczności ekologicznej samochodów elektrycznych w kraju, w którym większość energii elektrycznej pochodzi z elektrowni opalanych węglem. Jest to poważny argument, ale aktualny teraz, w przyszłości stopniowo coraz mniej. Poza tym jego zwolennicy nie biorą pod uwagę różnic w sprawności silników. Otóż silnik spalinowy ma sprawność na poziomie 40%, co oznacza, że tyle energii zawartej z paliwie zamienia na ruch obrotowy, na kręcenie się. Reszta jest tracona. Zamieniona w ciepło, poprzez chłodnicę ogrzewa atmosferę. Natomiast silnik elektryczny ma sprawność na poziomie 90%, czyli dla wytworzenia takiej samej mocy mechanicznej potrzebuje ponad dwukrotnie mniej energii.
Nie bez powodu amerykańska firma Tesla reklamuje swoje samochody na tle paneli słonecznych lub wiatraków, czyli odnawialnych źródeł energii: korzyści dla przyrody są wtedy zdwojone, ponieważ zanika emisja zanieczyszczeń w samym samochodzie, oraz przy procesie wytwarzania energii.
Dobrze, może dość, bo czuję, że wchodzę w obszar bardzo rozległy i nieco spekulacyjny. Na zakończenie powiem tylko, że samochody elektryczne są przyszłością. Dopiero zaczynają się pojawiać, ale szybko będzie ich przybywać, i za kilka lat będą powszechnie używane. Za parę dziesiątków lat pojawią się przepisy zakazujące rejestrowania nowych samochodów z silnikami spalinowymi i w końcu ten wyrafinowany prymityw trafi tam, gdzie jego miejsce: na złomowisko.
Jesteśmy na początku wielkich zmian w komunikacji i w całej gospodarce. Zmian na lepsze nie tylko z powodu zmniejszenia emisji zanieczyszczeń, ale i wielkich wymaganych inwestycji. W miarę przybywania samochodów elektrycznych, trzeba będzie nie tylko budować stacje ładowania, ale i nowe linie przesyłania energii i nowe elektrownie. Zmieni się skala zużycia energii elektrycznej i to bardzo. Aby nie rozwijać i tak obszernego już tekstu, zwrócę uwagę tylko na jeden aspekt: obecnie praktycznie w każdym domu jest samochód, a dom zużywa mniej energii niż samochód. Oznacza to konieczność wielkich zmian i inwestycji. To dobrze, bo nasza gospodarka ma to do siebie, że wymaga corocznego przyrostu dla uniknięcia kryzysu.
* * *
Szukając informacji o samochodach elektrycznych, zauważyłem wiele błędów technicznych wynikłych z niezrozumienia podstawowych jednostek elektrycznych i ich wzajemnej zależności, także na stronach, gdzie należałoby spodziewać się rzetelności w informowaniu i fachowości. Może więc parę zdań o podstawach elektryki, a myślę, że wobec coraz większej popularności samochodów z napędem na prąd, warto wiedzieć o czym się czyta i co oznaczają te dziwne symbole.
Zacznę od podstawowych jednostek. Obiecuję wyjaśnienia proste i krótkie, może więc warto byłoby nie klikać na krzyżyk w prawym górnym rogu ekranu.

– Amper, skrót A. To jednostka prądu, mówi się o natężeniu prądu. Określa, ile tych tajemniczych elektronów płynie przewodami. Im większy prąd, tym silniejszy efekt jego użycia: silniejsze świecenie żarówki, mocniejsze grzanie czajnika, itd.
– Volt, skrót V, jest jednostką napięcia, siły zwanej elektromotoryczną. To właśnie napięcie zmusza elektrony do płynięcia. Im większe napięcie, tym łatwiej prądowi płynąć i może on być większy. Dlatego dotknięcie zacisków akumulatora 12V nie spowoduje kopnięcia prądem, chyba że dotkniemy językiem, a włożenie palców w gniazdko owszem, ponieważ 230V wymusi przepływ większego prądu przez nasze ciało niż 12V.
– Moc to jakby siła mechanizmów, najczęściej silników. Używa się dwóch jednostek: koni mechanicznych i watów (bądź kilowatów). Konie oznaczone są symbolem KM (ważne jest używanie wielkich liter, ponieważ symbol km oznacza kilometry), natomiast waty oznaczane są literą W. Ponieważ krotność tysiąc to kilo i ma oznaczenie k (jak w kilogramach), kilowaty oznacza się symbolem kW. Kilowat jest większy od konia mechanicznego: 1kW = 1,36 KM, czyli w przybliżeniu 104 kW = 140 KM.

Waty jako jednostka mocy pochodzi z elektryki, i jest iloczynem napięcia i prądu. Jeśli przez żarówkę będzie płynął prąd 1A przy napięciu 1V, to rozświetli ją moc 1 W. Ważne jest, aby pamiętać o tym mnożeniu, ponieważ dzięki niemu czasami wychodzą dziwne zmiany. Na przykład wystarczy prąd 0,1A, czyli dziesięć razy mniejszy, ale przy napięciu 10V, aby w dalszym ciągu uzyskiwać moc 1 W, ponieważ 0,1 pomnożone przez 10 da jeden.
Na co dzień używa się zarówno watów, jak i tysiąc razy większych kilowatów. Żarówka ledowa ma moc 5 albo 10 W, silnik w samochodzie 50 albo 100kW. Pisać o małej żarówce, że ma moc 0,005 kW, a o silniku, że rozwija moc 100000 W, błędem nie będzie, ale utrudni odczytanie i przeliczanie.
Liczniki prądu w domach nie liczą mocy, a zużytą energię. Podstawową jednostką jest kilowatogodzina, skrót kWh, i za nią płacimy. Cóż to takiego? To po prostu moc pobierana przez określony czas. Moc pomnożona przez czas jej pobierania z sieci, czyli kWh jest wynikiem mnożenia kilowatów przez godziny. Na przykład: w domu mamy włączony grzejnik o mocy 1kW, i jeśli będzie on ogrzewał mieszkanie przez jedną godzinę, to zużyje jedną kilowatogodzinę energii elektrycznej. Jeśli grzejnik będzie włączony przez 5 godzin, zużyje 1kW razy 5h = 5kWh energii.
Ile kilowatów mocy ma pięciowatowa żarówka ledowa? Pięć podzielić przez tysiąc = 0,005 kW. Drugi sposób przeliczania, to przesunięcie przecinka przy watach w lewo o trzy miejsca: 20W… Gdzie przecinek? Po zerze, czyli 20,0W. Po przesunięciu o trzy miejsca wychodzi nam 0,020kW. Ponieważ końcowe zera po przecinku nie mają znaczenia, zostanie nam 0,02kW.
Teraz łatwo policzyć koszt godzinnego świecenia naszej pięciowatowej żarówki: pomnożyć moc przez czas, czyli 0,005 razy 1 = 0,005 kWh. Zajrzałem do googli, podają tam cenę jednej kilowatogodziny na poziomie 55 groszy. Więc koszt wyniesie 0,005kWh razy 55 groszy = 0,275 grosza, czyli mniej niż trzecią część grosza. Ta sama żarówka świecąca przez cały grudniowy wieczór, przez 10 godzin, zużyje energii za 2,75 grosza. Dwie takie żarówki świecące przez pięć godzin zużyją tyle samo, ponieważ czas dwakroć jest krótszy, ale moc tyleż większa, więc iloczyn wyjdzie taki sam: 0,005 kW razy 5 h razy 2 żarówki razy 55 groszy = 2,75 grosza.
Że coś to mało? Grosze jakieś? To proszę, policzmy duży grzejnik elektryczny. Mój w kampingu ma 1,5kW mocy, czyli przez godzinę zużywa 1,5kWh, co daje koszt 82 grosze, a przez wieczór i noc rachunek wyniesie: moc 1,5kW razy 10 h, czyli ilość godzin grzania, razy koszt jednostkowy 0,55zł = 8,25 zł. Dziennie! Przez cały miesiąc takiego używania koszt wyniósłby prawie 250 zł! Dla uproszczenia założyłem tutaj, że termostat nie wyłącza grzejnika, czyli że ten włączony jest non stop.
Inne przykładowe wyliczenia? Proszę bardzo. Czajnik elektryczny ma moc około 2kW. Jeśli założymy, że zagotowanie szklanki wody zajmie mu 1 minutę, to w tym czasie zużyje energii według wzoru: moc razy czas, czyli jedną sześćdziesiątą godziny. Oto dane: 2kW razy 0,0166h = 0,033kWh energii. Żeby policzyć ile za nią zapłacimy, pomnożymy wynik przez cenę jednostkową, czyli 55 groszy. Koszt wyniesie 1,8 grosza. Mało? Mało, ponieważ co prawda moc była brana z sieci spora, ale króciutko.
Telewizory? Moce pobierają różne, zależą one głównie od wielkości ekranu, powiedzmy, że od 50 do 200 watów, załóżmy, że średnio trzeba im sto watów, czyli 100W, czyli 0,1kW. W ciągu godziny zużyje więc 0,1kWh energii, ponieważ 0,1kW razy 1h = 0,1kWh. Jaki koszt? Powinno być proste: 0,1kWh razy 55 gorszy = 5,5 gorsza. Jeśli średnio oglądamy telewizor trzy godziny dziennie, przez miesiąc zużyje on tyle energii: 0,1kW razy 3h razy 30 dni = 9kWh, co kosztować nas będzie: 9kWh razy 0,55 zł = prawie pięć złotych.

Teraz o akumulatorach. Te w samochodach spalinowych mają napięcie 12V, a ich wielkość określana jest jako pojemność i podawana w amperogodzinach, skrót Ah. W przybliżeniu można to sobie tak wyobrazić: naładowany akumulator o pojemności 50Ah jest w stanie dać 1A prądu przez czas 50 godzin, ponieważ pojemność jest iloczynem prądu i czasu: 1A razy 50h = 50Ah. Tutaj także ważny jest skutek istnienia iloczynu. Oto przykład: ten sam akumulator do pełnego rozładowania może dawać 10A prądu, ale tylko przez 5 godzin, ponieważ 10A razy 5h = 50Ah. Rozrusznikiem w samochodzie jest silnik elektryczny pobierający z akumulatora bardzo dużo prądu. Dwieście amper na przykład, a bywa, że i więcej. Jak długo będzie się taki silnik kręcić zasilany z akumulatora o pojemności 50Ah? Łatwo policzyć: pojemność podzielić przez prąd, a uzyska się czas, czyli 50Ah podzielić przez 200A = 0,25h, czyli przez kwadrans. W praktyce chyba wcześniej zagotujemy rozrusznik albo akumulator…
Dlaczego tak bardzo duży prąd jest brany w czasie rozruchu silnika samochodu? Ponieważ do pokręcenia silnikiem spalinowym potrzebna jest duża siła, moc rozruszników wynosi kilka kilowatów. Powiedzmy, że 2kW. Aby uzyskać taką moc przy napięciu 12V, potrzebny jest duży prąd, ponieważ moc, jak pisałem, jest iloczynem napięcia i prądu. Więc jeśli moc podzielimy przez napięcie, dowiemy się, jaki prąd musi płynąć, czyli 2kW = 2000W podzielić przez 12V = 167A. Jeśli silnik elektryczny rozrusznika ma moc 4kW, wtedy pobierać będzie z akumulatora 12 V prąd 333A. Dlatego przy wielkich silnikach spalinowych, na przykład w ciężarówkach, stosuje się rozruszniki na 24V, ponieważ dwukrotne zwiększenie napięcia powoduje dwukrotny spadek prądu przy tej samej mocy i w efekcie akumulatory mają łagodniejsze warunki pracy.
Z powodu udziału napięcia w obliczaniu mocy, podawanie pojemności akumulatorów w amperogodzinach niewiele powie nam o ich zdolności do zasilania siników elektrycznych. Oto przykład: mam akumulatory 50Ah o napięciu 12V i silnik 2kW. Więc liczymy: 2000W podzielić przez 12V = 167A. Przy takim napięciu potrzebujemy tyle prądu. Jak długo akumulatory dadzą taki prąd?: 50Ah podzielić przez 167A = 0,3h, czyli przez 18 minut. A co byłoby, gdybyśmy mieli akumulator o pojemności 50Ah, ale o napięciu 120V? Prąd pobierany zmniejszyłby się 10 razy, ponieważ tyleż razy podnieśliśmy napięcie: 2000W podzielić przez 120V = 16,7A. Akumulator zasilałby silnik przez trzy godziny (50Ah podzielić przez 16,7A = 3h)
Widzimy więc, że sama pojemność wyrażona w Ah to za mało, żeby określić, ile naprawdę energii gromadzi akumulator. Zmieniono więc jednostkę, posługując się znaną nam jednostką energii elektrycznej, kilowatogodziną. Stosując tę jednostkę, nie musimy nawet wiedzieć, jakie napięcie mają akumulatory, ponieważ jednostka określa nam od razu moc i czas jej pobierania. Jaką więc pojemność w tych jednostkach ma nasz przykładowy akumulator? Jeśli będziemy pamiętać, że moc jest iloczynem napięcia i prądu, okaże się, że wystarczy pomnożyć pojemność w Ah przez napięcie, aby otrzymać watogodziny, czyli 50Ah razy 12V = 600Wh, czyli 0,6kWh.
Cóż to znaczy, że w samochodzie elektrycznym jest akumulator o pojemności 70kWh? Ano tyle, że można brać z niego moc 70kW (czyli blisko 100KM) przez godzinę, albo moc 7kW przez 10 godzin, a to tylko przykładowe i najprostsze wyliczenia.
Teraz jeszcze uwaga o mocach silników, zarówno spalinowych, jak i elektrycznych. W samochodach podawana jest maksymalna moc silnika, a rzadko takiej używamy. Pełna moc potrzebna jest przy bardzo szybkim przyśpieszaniu, a żeby ją uzyskać, w samochodach spalinowych oprócz wciśnięciu gazu w podłogę potrzebujemy jeszcze odpowiednio wysokich obrotów. To się rzadko zdarza. Mając silnik 100KM, jak w mojej vectrze, tak naprawdę używam może połowę tej mocy, a to przy rozpędzaniu się. Mało kiedy więcej, a zwykle piątą albo czwartą jej część, gdy chodzi o podtrzymanie uzyskanej prędkości. Tak samo jest w pojazdach napędzanych silnikami elektrycznymi.
Pora na ostatni temat: ładowanie akumulatorów samochodów elektrycznych.
Każdy samochód Tesli jest sprzedawany z ładowarką działającą z sieci domowej, ale jak długo będzie trwać ładowanie i ile kosztować? Mamy już wszystkie dane do obliczeń, ale skoro bawię się tutaj w belfra, obliczenia powtórzę, zaznaczając, że stosuję niewielkie uproszczenia i skróty dla przejrzystości, ale te pominięte aspekty niewiele zmieniają wyniki końcowe.
Żeby w pełni naładować całkowicie rozładowany akumulator, trzeba załadować w niego tyle energii, ile jest w stanie pomieścić, a zmieści tyle, ile wynosi jego pojemność. Powiedzmy, że chodzi o akumulator pojemności 70kWh. W rachubach wystarczy pamiętać o tym, że energia jest iloczynem mocy i czasu, a moc iloczynem napięcia i prądu. No więc jeśli taki akumulator będziemy ładować mocą 7kW przez 10 godzin, „wpompujemy” w niego 70kWh. Czy to możliwe w sieci domowej? Tak, aczkolwiek nie zawsze. Ze zwykłego gniazdka 230V możemy pobierać prąd w granicach 10 do 20A, a zależy to od budowy domowej instalacji. 10 amper z każdego gniazdka, 20 z gniazdka mocnej, nowej instalacji o odpowiednich bezpiecznikach i przewodach. Zostańmy przy 10A. Ponieważ w gniazdu mamy 230V, moc wyniesie 10 razy 230 = 2300W, czyli 2,3kW. To moc mniej więcej taka, jaką pobiera czajnik bezprzewodowy. Ładowarka pobierająca z gniazdka taką moc, załaduje do akumulatora 2,3kWh w ciągu godziny, i 23kWh w ciągu 10 godzin. W sumie niewiele, ale ilość jest już znacząca. Jeśli natomiast korzystamy z instalacji siłowej, czyli używanej do dużych silników elektrycznych, czas ładowania skraca się radykalnie. Nawet jeśli wykorzystywać się będzie jedną fazę (muszę tutaj skrócić informacje bo wyjdzie mi elaborat), to ponieważ z gniazdka siłowego można brać spore prądy, czasy ładowania będą krótsze. Powiedzmy, że 30A. No i proszę, policzmy: 30A razy 230V = 6900W = 6,9kW. W ciągu dziesięciu godzin akumulator przyjmie więc 69 kWh, czyli praktycznie będzie naładowany.
Dlaczego w takim razie mówi się o 20 czy 30 minutach ładowania w szybkich ładowarkach? Ładują szybko, ponieważ mają wielkie moce. Żeby naładować w 80% (a tak się często ładuje) akumulator 70kWh, trzeba „nakarmić” go energią 56 kWh. Żeby to zrobić w pół godziny, należy mieć ładowarkę o mocy… policzmy: 56kWh podzielić przez pół godziny = 112kW. To moc wystarczająca do zasilenia domków na całej uliczce osiedlowej.
Koszta? Pełne naładowanie akumulatora w domu będzie kosztować 70kWh razy 0,55 zł = 38,5 zł. W praktyce wyniki będą nieco inne, jak wspomniałem, ale tylko nieco. W samochodach Tesli można podłączyć ładowarkę i nakazać komputerowi ładowanie akumulatora w określonych godzinach. W jakich? W godzinach tańszej taryfy, tak po prostu.
Na ile wystarczy takie ładowanie? Można mówić tylko o przybliżeniach, wynik zależy od stylu jazdy, temperatury na dworze, modelu samochodu, itd. Powiedzmy, że jakieś 350km. Koszt przejechanego kilometra wyniesie więc 38,5 podzielić przez 350km = 11 groszy przy taryfie wynoszącej 55 groszy za 1kWh. Tesle pokazują zużycie energii w przeliczeniu na przejechany kilometr. Ilość zużywanej energii mieści się najczęściej w okolicach 200 Wh, oczywiście ze znacznymi odchyleniami. Koszt tak policzonego kilometra jazdy zgodny jest z poprzednim szacunkiem: 55 groszy razy 0,2kWh = 11 groszy.
Przy obecnych cenach gazu kilometr jazdy moją vectrą kosztuje około 22 grosze, a przy jeździe na benzynie dwakroć tyle.
No i nie dość, że dymi z rury (niewiele, ale jednak), to i spala substancje, z których można zrobić tysiące produktów z plastiku i górę ubrań z dziesiątek rodzajów tworzyw sztucznych. Że to sztuczne? Cóż zamiast ocieplacza w tworzywa sztucznego można założyć gruby sweter z wełny owczej, tylko czy tych owiec wystarczy dla wszystkich? Zamiast plastikowego pojemnika, można użyć drewnianego albo metalowego. Na drewniany dobrze się nadaje zdrowa i rosła lipa, a blachę na pojemnik wystarczy wytopić w martenie i przewalcować parę razy.
Nie uciekniemy ani przed sztucznymi tworzywami, ani przed pojazdami elektrycznymi i totalną przebudową naszych systemów energetycznych.
* * *
Że inny ten tekst? Nie ma w nim o górach, książkach, ewolucji ani nawet o filozofii? To prawda, ale tamte teksty i ten są moje, tyle że teraz pisał inny Krzysztof – elektryk i fascynat techniki.
Następny tekst raczej będzie typowy: nostalgiczny i górski.

9 komentarzy:

  1. Wreszcie wiem, a raczej mogę dojść dlaczego silnik mojego samochodu staje się coraz słabszy przy krótkich jazdach, uruchomieniu ogrzewania przy mrozie.
    Akumulatory - to podaje się jako jeden z głównych powodów przeciwko ekologiczności samochodów elektrycznych.
    Serdeczne życzenia dobrego Nowego Roku!

    OdpowiedzUsuń
    Odpowiedzi
    1. Chomiku, zaniedbano, może celowo, takie też chodzą głosy, sprawę akumulatorów i ich utylizacji, ale to nie znaczy, że się nie da opracować technologii odzyskiwania z starych akumulatorów użytych tam materiałów. Pierwiastki są wieczne, nie ulegają przemianom, chyba że w procesach jądrowych. Można wymusić odpowiedni postęp przepisami, jak jest w przypadku emisji zanieczyszczeń w spalinach: ogłasza się z wyprzedzeniem normy, jakie mają być spełnione za 2 czy 5 lat, dając czas producentom na opracowanie technologii.
      Poza tym żywotność obecnie używanych akumulatorów litowych jest zaskakująco duża, na przykład Tesla daje gwarancję na osiem lat. To dużo, a będzie jeszcze więcej.

      Dziękuję za życzenia. Przyjmij moje, równie serdeczne.
      Jeszcze jestem w domu, ale już jutro rano wyjeżdżam do Leszna, pojutrze zaczynam pracę.

      Usuń
  2. Prąd elektryczny to jest taka siła,
    która człowieka kopnie
    i której nie można oddać.

    Krzysiek, poczytaj o autobusie Solaris Urbino

    OdpowiedzUsuń
    Odpowiedzi
    1. Zawsze można kopnąć skrzynkę elektryczną… :-)
      Janku, zajrzałem na podany adres, czytałem. Nie wiedziałem, że w Polsce robi się takie autobusy. Nieco zdziwiony byłem wielkością akumulatorów. Skoro tesla stosuje tego typu akumulatory o pojemności do 100kWh w samochodach osobowych, spodziewałbym się dużo większych w autobusie ważącym zapewne z osiem razy więcej, ale widocznie tyle wystarczy na dzienny przebieg. Tak, cały czas akumulatory są największym problemem. Gdyby tak wymyślić inne, o pojemności 10 razy większej…
      Wiesz co? Musimy się spotkać na „panelowej” dyskusji, najlepiej przy lampce koniaku. Coś wymyślimy! :-)

      Usuń
    2. Przy lampce koniaku, powiadasz??? Whau!!!
      Kawa też będzie? I trzecie k również?

      Usuń
    3. Komunikacja miejska w Legnicy jeszcze nie posiada autobusów o napędzie elektrycznym. Krzysiek, powiem Ci, że po Legnicy jeżdżą Autobusy Solaris Urbino, w tym 4 o napędzie hybrydowym. Więcej informacji o taborze naszego MPK znajdziesz tutaj

      Usuń
    4. Janku, mielibyśmy spotkać się dla dokonania wiekopomnego wynalazku, więc raczej bez towarzystwa rozpraszającego uwagę. Ale nie martw się: gdy już dokonamy wynalazku… :-)
      Czytałem. Najtańszy model autobusu Solaris kosztuje milionik, najdroższy, elektryczny, dwa i pół. Cholera, złocone czy co?

      Usuń
    5. Eeee, nie będę przepłacać, nie kupię...

      Usuń
    6. Masz rację! Kto to widział jeździć autobusem? Duże to, wolne i w garażu się nie mieści. :-)
      Janku, pewien mój znajomy powiedział mi kiedyś, że miał problem z zakupem samochodu.
      – Kupię mercedesa, no i kto się za mną obejrzy? – zadał retoryczne pytanie głosem człowieka zgnębionego problemem.
      No i kupił oryginalnego, wojskowego hammera. Musiał zrobić prawo jazdy na ciężarówki, żeby nim jeździć.
      Oglądali się za nim.
      To nie dowcip.
      Wniosek? Pewnym ludziom nadmiar pieniędzy najwyraźniej szkodzi.

      Usuń