SAOBRAćAJ

Pripremio: Jozef Baruhović

Elektroautomobil

Vožnja bez buke i CO 2

Ideja o prevoznom sredstvu koje bi se kretalo pokretano elektromotorom i bilo napajano iz električnih akumulatora nije nova. Rođena je onog trenutka kada su se pojavili komercijalno upotrebljiv električni motor i električna baterija, tj. akumulator električne energije koji je omogućavao autonomiju kretanja vozila.

Prvo prevozno sredstvo na struju bilo je mali brod. Kretao se po reci Nevi, u Rusiji, pomoću elektromotora povezanog sistemom poluga na vesla. Motor su pokretale električne baterije koje se nisu mogle puniti. Taj mali brod izgrađen je 1839. godine i bio je više atrakcija nego komercijalno prevozno sredstvo koje je moglo da obavlja redovni prevoz putnika.

A prva akumulatorska baterija koja se mogla više puta puniti i prazniti pojavila se 1859. godine. Izradio ju je francuski fizičar Plant Gaston.

U periodu 1839-1897. bilo je dosta pronalazača koji su nastojali da usavrše vozila na elekterični pogon. Prvi ozbiljniji pokušaji učinjeni su 1897. kada je napravljen elektroautomobil snage motora 3 kW. Imao je 40 akumulatorskih ćelija i domet od 64 km, sa jednim punjenjem baterije. Tvorac je bio Englez Volter Bersi. Iste godine londonska firma “ London Electric Cab Company “ otvorila je redovnu liniju za prevoz putnika takvin vozilom. Iste godine uvedena je i prva komercijalna taksi služba u Njujorku sa električnim vozilima. Na prelazu iz 19. u 20. vek, od ukupnog broja automobila registrovanih u SAD, 40 % je bilo pokretano na paru, 38% na električnu energiju a 22% na benzin. U to vreme, oko 34.000 elektrovozila kretalo se gradovima i drumovima SAD.

I do 100 km / h !

Nemci Porše i Lohner napravili su 1903. prvi hibridni električni automobil. Kretao se pomoću elektromotora smestenih u točkovima vozila. Energiju su dobijali iz akumulatorske baterije koja se punila preko benzinskog motora, koji je preko osovine pokretao elektrogenerator.

Početkom 20. veka električno vozilo ostvarilo je brzinu od 100 km / h. U to vreme putna mreža je bila slabo razvijena a međugradski saobraćaj se odvijao pretežno železnicom. Motor sa unutrašnjim sagorevanjem bio je nedovoljno razvijen tako da je dnevno pređena kilometraža benzinskih vozila bila skoro izjednačena sa vozilima na električni pogon. Glavni nedostatak električnog vozila - ograničeni domet - nije toliko dolazio do izražaja. A samo vozilo imalo je očiglednih prednosti u odnosu na benzinskog konkurenta : lako se pokretalo, bilo je sigurno u radu, kretalo se tiho, bez vibracija i ispuštanja otrovnih gasova, nije zagađivalo atmosferu velikih gradova. I u konstruktivnom pogledu imalo je očiglednih prednosti : bez kvačila, menjačke kutije, diferencijala prenosnih kardanskih osovina, bez obavezne kurble za pokretanje motora, sa samo 5 pokretnih delova ( za razliku od benzinskog motora sa oko 100 pokretnih delova ).

Neprimenjive prednosti

Elektro vozilo iz Detroita, 1912.

Loner porše elektroautomobil

Prednost električnog vozila leži u elektromotoru. Elektromotor na jednosmernu struju, koji se koristi u električnim vozilima, pri najmanjem broju obrtaja, razvija najjači obrtni momenat. Njegov obrtni momenat raste proporcionalno sa otpornim momentom vozila, upravo kako je kod polaska vozila i potrebno, tj. da motor ima najjači momenat u startu. Sa porastom brzine, obrtni momenat elektromotora opada. Za razliku od električnog, benzinski motor ima konstantni obrtni momenat tako da je pri polasku vozila potrebno smanjiti broj obrtaja i povećati obrtni momenat motora, što se postiže preko menjačke kutije. Kod hibridnog i čisto električnog vozila, otpada potreba za promenom brzina i za menjačkom kutijom. Sve do 1920. pronalazači su razvijali i ugrađivali nove ideje u hibridni i čisto električni automobil. Ali, stalna tehnološka usavršavanje motora sa unutrašnjim sagorevanjem, jeftino gorivo, brzo punjenje rezervoara, veća autonomija kretanja, izgradnja autoputeva i serijska proizvodnja, imali su za posledicu da su vozila sa unutrašnjim sagorevanjem postala konkurentna elektrovozilu. Zato hibridna i elektrovozila više nisu doživela širu primenu. Glavni razlozi bili su akumulatorska baterija malog kapaciteta u odnosu na svoju težinu i visoke proizvodne cene.

Elektrovozila radila su samo za potrebe gradskih službi, za raznošenje namirnica i poštanske usluge. Jednim delom, ovakva vozila našla su primenu u vojnoj industriji, za pokretanje podmornica.

Tek od 1960. ponovo narasta interes za elektroautomobilima, i to uglavnom zato da bi se sprečilo dalje zagađenje životne sredine i promena klime zbog neumerenog ispuštanja CO 2. Dodatno, porasla je i cena sirove nafte a izvestan uticaj imale su i procene stručnjaka da će rezerve sirove nafte nestati u narednih 20-30 godina.

Skladištenje energije, težina, cena

Jedan od glavnih razloga sporog uvođenja elektrovozila u drumski saobraćaj jeste akumulatorska baterija, pre svega njena visoka cena, relativno skromne mogućnosti skladištenja energije i velika težina. Odnedavno, baterije na bazi litijuma, metala koji se do sada koristio pretežno u manjim aparatima ( telefoni, računari ) osvajaju i elektrovozila. Kapacitet skladištenja električne energije u najnovijim litijumskim baterijama ide od 0,073 kWh / kg do 0,13 kWh / kg. Poređenja radi, kapacitet standardna olovne akumulatorske baterije kreće se u granicama od 0,03 kWh / kg do 0,05 kWh / kg.

Karakteristična potrošnja za 100 milja pređenog puta, zavisno od veličine vozila, puta i prosečne brzine, iznosi 16 kWh -37 kWh ( put od 100 milja usvojen je kao standard koje elektrovozilo treba da pređe sa jednim punjenjem baterije ). Za put dug 100 km potrošnja se kreće u granicama 10 kWh - 23 kWh (100 milja odgovara 160 km ). Cena akumulatorske baterije iznosi 11.200-26.000 dolara tako da je udeo baterije u ceni vozila znatan.

Težina baterije, odgovarajućeg kapaciteta i sa ugrađenim litijumskim elementima, zasad iznosi 213-493 kg. U upotrebi su i olovne akumulatorske baterije, pre svega zbog troškova proizvodnje koji su niži u odnosu na litijumske baterije, i nikl - hibridne baterije NiMH.

Baterija je još uvek najskuplji deo elektrovozila, što od kupovine odvraća većinu kupaca. Rešenje koje ohrabruje je prodaja vozila bez baterije. Primer je firma “ Reno fluenca Z. E.” koja prodaje luksuzna porodična elektrovozila sa pet vrata za manje od 20.000 dolara - ali bez baterije. Logika je kao i pri kupovini benzinskog vozila, koje se kupuje sa praznim rezervoarom : vlasnik vozila nije i vlasnik baterije već je ugovorom obavezan da bateriju unajmi kod određene firme. U ovom primeru, to je firma “ Better place “. Na osnovu pređene kilometraže, vlasnik vozila otplaćuje glavne stavke - bateriju i struju. Ideja koja se već ostvaruje u nekim zemljama je izgradnja mreže električnih stanica duž najprometnijih saobraćajnica, gde se vrše zamena i dopuna istrošenih baterija. Tako se problem visoke cene baterije i relativno skromnog dometa elektrovozila može rešiti izgradnjom elektrostanica i otplatom baterija po pređenoj kilometrazi. Zamena ispražnjenih baterija može se obaviti za manje od 60 sec.

Drugo rešenje je da se ispražnjene baterije, uz intenzivni režim punjenja, napune za oko 40 minuta. Jedan preduzimač podigao je 2008. godine takvu električnu stanicu u Jerusalimu, a uskoro sledi podizanje mreže elektrostanica u Holandiji i Danskoj. Drugi primer je japansko vozilo “ nisan leaf ”, čija puna cena iznosi 32.780 dolara. Ukidanjem federalne i lokalne takse u SAD, cena mu je se pala na 20.280 dolara.

Sve manji izdaci

Cena održavanja elektrovozila niža je od cene održavanja benzinskog vozila pošto su svi troškovi vezani za akumulatorsku bateriju. Mehanički deo elektrovozila vrlo je jednostavan i ne zahteva posebno održavanje jer ima mnogo manje pokretnih delova.

Baterija nije jedna celina već je sastavljena iz pojedinih elemenata - ćelija koje ne propadaju istovremeno. Baterija sportskih kola “ roadstar tesla “ sastavljena je od 6400 pojedinačnih ćelija ( kapacitet jedne baterije iznosi 54 kWh ). Vek baterije procenjuje se na 5-7 godina i može se produžiti zamenom pojedinih oštećenih ćelija. Pomenuti “ roadstar tesla “, prema proračunima isporučilaca, troši na održavanje 0,08 dolara a po km - 0.12 dolara pri dnevno pređenoj kilometraži od 64 km. Procenjeni vek jedne baterije iznosi 7 godina. Po manje optimističkoj proceni, uz bateriju čija je cena oko 33.000 dolara, troškovi održavanja vozila u periodu od 7 godina iznose 0,2 dolara / km.

I izdaci za gorivo su niži. Ako za primer uzmemo pomenuto električno vozilo, koje troši 11,2 kWh na 64 km, onda za istu pređenu kilometražu prosečno vozilo na benzinski motor potroši 3-4 puta više ( procena prema prosečnoj ceni struje kod nas od 8 din / kWh i cene goriva na benzinskim pumpama od 104 din / litar ).

Domet i potrošnja

Duga putovanja su slabija strana elektrovozila. Prosečno, sa jednim punjenjem baterije, može da pređe 160 km dok benzinsko vozilo sa jednim punjenjem rezervoara može da pređe 400 km.

Auto na solarne ćelije

Statistike pokazuju da većina vozača pređe dnevno do 64 km u gradskoj vožnji, što je najrasprostranjeniji vid korišćenja vozila. Pri dnevnoj kilometrazi od oko 64 km, akumulatorska baterija se može dopunjavati u noćnim satima sa postojećeg domaćeg priključka od 120/220 V, snage 16 A. Izuzetak je sportsko elektrovozilo “ tesla ” koje sa jednim punjenjem prelazi oko 400 km i može da se puni sa domaćeg priključka nešto veće instalisane snage. Vozilo “ tesla ” može da napuni svoje baterije za 3,5 časa, sa domaceg priključka od 220 V i 70 A.

Električno vozilo, u proseku, troši 10-23 kWh na 100 km. Proizvođač “ Tesla Motors ” tvrdi da će njihovo vozilo sa litijumskim baterijama trositi 12,7 kWh na 100 km.

Kod ovog vozila koristi se i ” rekuperativno kočenje ”, pri kome se 20% kinetičke energije vozila, koja bi se inače potrošila, može vratiti u bateriju !

Savremena elektrovozila imaju dobre karakteristike pri početnom ubrzanju, i to zahvaljujući prirodi električnog motora. Obrtni momenat kod ovog motora raste sa otpornim momentom vozila pri pokretanju. Pri polasku, elektrovozilo postiže brzinu od 80-100 km / h za 6-10 sekundi ( sportsko elektrovozilo “ tesla ” dostize brzinu od 100 km / h za 5,6 sec ).

Efekti masovnog korišćenja

Masovni prelazak na vozila sa elektropogonom biće veliki izazov za većinu država u svetu a posebno za njihove elektroprivrede. Uvođenje milion ovakvih vozila zahteva nove elektrokapacitete i pojačanu prenosnu mrežu. Može se očekivati da će se i postojeća autoindustrija opirati bržem uvođenju vozila na električni pogon mada je većina svetskih proizvođača počela proizvodnju takvih vozila. Razlog je jasan : velika finansijska sredstva uložena su u postojeću autoindustriju koja zapošljava veliki broj izvršilaca. A nova tehnologija uvek nailazi na otpor postojeće. Ipak može se očekivati da će se i prelazak sa benzinskog na elektromotor u drumskom saobraćaju uspešno izvesti.

Merenja koja su vršena u SAD pokazuju da, kod vozila sa benzinskim motorom, emisija CO 2 iznosi 250 gr / km. Elektrovozila ne povećavaju emisiju CO 2 ali elektroprivrede koje zasnivaju proizvodnju električne energije na uglju, uvođenjem elektrovozila, neće smanjiti emisiju CO 2. Prema istom izvoru, pokazuje se da elektroprivreda koja proizvodnju energije zasniva na 44% uglja, 23 % gasa, 20% nuklearnog goriva, 7% hidroenergije i 3,.5% obnovljivih izvora smanjuje emisiju CO 2 na 115 gr / km.

Efekti uvođenja električnog vozila biće daleko povoljniji u zemljama koje proizvodnju struje zasnivaju na hidroenergiji, nuklearnim elektranama, gasu i energiji vetra i sunca. Za primer može da posluži Danska koja pretežni deo svojih potreba u elektroenergiji pokriva iz farmi vetrogeneratora. Prelazak oko dva miliona vozila sa benzinskog na električni pogon, elektroprivreda Danske skoro da ne bi osetila, posebno zato što se akumulatorske baterije za elektrovozila mogu puniti noću, kada duvaju najjači vetrovi i kada je opšta potrošnja energije smanjena.

U uslovima masovnog uvođenja elektrovozila, emisija štetnih gasova smanjila bi se u Velikoj Britaniji za 40%, u Kini za 19%, a u Nemačkoj za samo 1%. Uvođenje električnog vozila pokrenuće potražnju za novim materijalima za izradu akumulatorskih baterija. Procene o rezervama litijuma su dobre. Zasad se zna da ga ima za opremanje četiri milijarde vozila na električni pogon. U SAD će se, do kraja 2012. po drumovima kretati milion vozila na električni pogon. Da bi ohrabrile uvođenje ovog vozila, pojedine vlade daju olakšice u vidu smanjenja takse, kredite na takse i dotacija ( u SAD 2.4 milijardi dolara, u Kini 15 milijardi ). Većina velikih firmi već najavljuju serijsku proizvodnju. Među prvima su japanski proizvođači i poneki američki i evropski. Brzina uvođenja elektrovozila zavisiće i od tehnološkog usavršavanja akumulatorske baterije, od njenih karakteristika, cene, kapaciteta, težine po jedinici uskladištene energije, brzine punjenja i radnog veka. Istraživanja se vrše i u pravcu usavršavanja postojećih litijumskih baterija “ lit - ion ” i novih vrsta kao što su baterije na bazi cinka i vazduha, baterije sa topljenim solima i baterije gde bi se istrošeni elektrolit zamenio novim, bez klasičnog punjenja.

Jozef Baruhović