Итак, продолжим. Теперь нужно понять, как так, что потребление падает почти в 2.5-3 раза сходу, а вес авто кратно не снижается. Очевидно, что инженер стрындел и здесь. Покажем, что его положение
Цитата:
В случае с батареями это просто фокус с расчетами - потери в смысле КПД трансформации органического топлива в механическую энергию выносятся на электростанцию и делается вид что их нет.
галиматья галиматьей.
То о чем он говорит, это часть так называемого life-cycle assesment, то есть анализ жизненного цикла чего-либо. Для оценки энергоэффективности автомобилей используют его разновидность well-to-wheels, то бишь как используется энергия, которую выковыривают из месторождения (в обычном случае это нефть), чтобы двигать автомобиль. Для традиционных источников обычно цикл делят на два меньших: well-to-tank или well-to-pump (то бишь от месторождения до бака авто или автозаправки, полагается, что перекачка топлива из емкостей заправки в бак авто проходит при несущественных потерях) и tank-to-wheels, то бишь это уже КПД самого автомобиля и его компонент.
Текущей технологией, как это не сложно видеть из баланса потребления транспорта, является ДВС. То есть качают из земли/импортируют нефть, перегоняют ее в дизель/бензин, доставляют на заправки (WTT цикл), после чего авто сжигают этот бензин в ДВС чтобы ехать (TTW цикл). Соответственно, чтобы оценить полную (WTW) эффективность авто, нужно перемножить КПД WWT на КПД TTW.
Эффективность перегонки в нефть сравнительно неплохая. В среднем 98% выковыривания нефти из земли и 85% перегонка на нефтезаводе для бензина и 87% для дизеля. Tesla дает суммарную для США 83%, что с учетом тотального доминирования бензина, видимо, правда (0.98 x 0.85 = 0.83). Есть, конечно, еще расходы по доставке топлива на заправки, ну да черт с ним. Итак КПД WTT = 0.83.
Теперь покажем КПД TTW для авто с ДВС. Конечно же, конкретная цифра зависит от технологического уровня авто. Мы будем брать современный бензиновый авто, таким образом тот факт, что его параметры хорошо если достает треть автопарка США компенсируем тем фактом, что часть автопарка на дизеле, который имеет немного лучшую эффективность преобразования в двигателе.
Итак, топливо, пока конвертируется во вращение колес и приведение авто в движение, теряется сразу на нескольких стадиях. В первую очередь, это сам двигатель (63%), далее трансмиссия (6%), а также холостой ход двигателя, когда автомобиль прогревается, на светофоре, в пробке, при стоянке (потери по разным оценкам 10-17%, то есть еще 83-90%, возьмем среднее 13%), ну и есть бортовые потребители электроэнергии, в первую очередь кондиционер и лампы света, которые в авто меняют массово на LED (2% потерь), их считать не будем. Цифры в данном случае пропорционально к исходным 100%. Итого TTW = (100 - 63 - 6 - 13) = 18%. Суммарная эффективность WTW = 0.83 x 0.18 = 15%.
Отдельные исследования дают такие цифры WTW как 12% (исследования MIT), 15% (GM), поэтому можно было просто привести их, но я хочу, чтобы было понятно, откуда это все берется и почему эффективность электрокара в разы выше. На самом деле и это неплохо, еще 20 лет назад этот параметр был всего 7-8%, то есть инженеры свой хлеб едят не зря.
Итак, только примерно 15% энергии, которая лежит в нефти в месторождении в итоге уйдет на то, чтобы автомобиль преодолевал трение колес, сопротивление воздуха и некоторые менее значительные помехи внутри самого автомобиля.
Теперь посмотрим WTW для электрокара. Сначала посчитаем TTW. Сами электродвигатели жутко эффективные, 85%-95%, трансмиссия, так как в электрокарах нет коробки передач и сцепления, очень эффективна. В итоге двигатель с трансмиссией работают с КПД 90%. Далее, электрокар едет, если крутиться мотор. И наоборот - если электрокар не едет - мотор не крутится. Иначе говоря, вращение электродвигателя прямо зависит от скорости. В итоге нет дополнительного сжигания топливо при разгонах тапком в пол и, главное, расходах энергии при простоях. Кроме того, есть потери при инверсиях в постоянный, а затем в переменный ток (КПД по 95%), и утечка электричества при зарядке и хранении (остается 90%). То есть TTW = 0.9 x 0.95 x 0.95 x 0.9 = 73%. Tesla декларирует 75%, при допиливании технологии будет больше, но пусть пока 73%. То есть это то, что мы используем по отношению к тому, что забираем из электросети, включая потери на зарядке, которая в отличии от обычных авто, существует. Как видно, TTW электрокара больше в 73/18 = 4 раза, то есть без учета затрат на производство топлива электрокары просто уничтожают обычный ДВС тачки.
Теперь посчитаем WTT. Основная прелесть электрокаров, что больше мы не привязаны к нефти. Что выгодно, из того и генерируем электроэнергию. Сейчас в США выгоден газ. Современные станции имеют 60% эффективность, на добычу и доставку уходит 10%. Также есть потери в электросетях (7%). Итого 0.9 x 0.6 x 0.93 = 50%. Гораздо хуже, чем 83% бензина, но не в разы.
Тогда WTW электрокаров = 0.5 x 0.73 = 36% или 2.4 раза лучше. Как видно, расчеты в первом посте оказались не от балды и 675 TWh на все авто - реальная цифра.
Собственно, это давно известно всем, кроме русских специалистов по теплообмену. Еще 10 лет назад американцы придумали параметр mpgge - miles per gallon gasoline equivalent. Это пересчитанный по принципу WTW расход топлива разных топливных систем. Получилось вот так:
Но с учетом, например, гидроэнергии, которая генерируется с КПД больше 90%, результат уже будет под 4-4.5, то есть это даже не топливное превосходство, а полное доминирование в WTW цикле. Таким образом, прелесть в том, что адаптация энергосистемы даст еще больший выигрыш, чем он будет только из-за электрокаров. Для этого есть разные пути.
Газ уже хорошо, США после разработки сланцев начали тихой сапой слазить с угля на газовые станции. Уголь это грязно и неэффективно (КПД до 30%), его держали только цены на уголь. Газ теперь сжигать стало выгодно и эффективно (до 60% на современных станциях) при падении цены с $500 до $130 за тыщу кубов. Чтобы понять масштаб сдвига за кризисные годы, которые некоторые страны ровно просиживают на заднице, нужно сказать что в 2007 году уголь генерировал почти половину электроэнергии США. В 2012 из него получилось уже только чуть больше трети. То есть было из угля сгенерировано 2 PWh, стало 1.5 PWh. И это сланцы только заработали. Каждый год газ наращивает долю на >20%, уголь теряет >12% (
http://www.eia.gov/electricity/annual/h ... 01_01.html). При этом возобновляемые источники демонстрируют мощный рост: ветер 17%, солнце - 138% (!!!).
Маск не дурак, и не зря третьей фирмой после электрокаров и космоса стали солнечные батареи. Если сделать доступную батарейку, каждое себя уважающее домовладение в солнечных штатах США (а их немало) со своим личным домом будет тупо ставить солнечную батарею и заправлять после этих расходов авто дома бесплатно. Superchargers теслы в Калифорнии в комплекте с такой батареей уже объявлены. Не нужно ничего сжигать и терять на передаче - на месте сгенерировали и тут же зарядили авто. Еще раз, цены падают, технологически допиливается, за прошлый год это рынок вырос на 138%, за последних 4 года - в 10 раз. Пока доля маленькая (4 TWh), но такими темпами за 5 лет будет генерироваться уже больше 100 TWh. А еще есть рост ветрогенерации.
Ну окончательной подлостью производителям нефти будет тот факт, что батарейку допиливают. Ее емкость все время повышается, следовательно с некоторого момента можно будет ставить батареи меньшей емкости, но и меньшей массы. А вес батареи в электрокаре основное. Так что тачки меньше тонны станут обычным делом с пропорциональным уменьшением расхода.
Итого, к 300 TWh экономии на лампочках и 250 TWh свободных быстро появится столько, сколько нужно за счет перехода с неэффективных угольных станций на дешевый газ, а также роста возобновляемой энергетики (ветер и солнце). А электрокар сходу предлагает экономию в 4 раза по голому топливу и в 2.5-3 раза WTW даже без адаптации инфраструктуры.