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.