SAOBRAĆAJ

Pripremio: Msc. Jozef Baruhović

Električna vozila

Visoko ubrzanje sa 5-6 delova

Električno vozilo (EV) je svako vozilo koje za kretanje koristi elektro-motor. Može se prihvatiti i definicija koja odredjuje kako se EV snabdeva električnom energijom (električne železnice, tramvaji, trolejbusi) ili se snabdeva preko autonomnog izvora smeštenog na samom vozilu. Uža klasifikacija podrazumeva da li se vozilo pokreće pomoću baterija ili ima i motor sa unutrašnjim sagorevanjem? Uloga motora sa unutrašnjim sagorevanjem može biti dvojaka: da pokreće generator ili da preko generatora puni baterije, tj. da energiju dobijenu iz generatora direktno koristi za pokretanje EV (dizel-električne lokomotive).

EV nije proizvod današnjice. Pojavilo se krajem 19. veka i doživelo procvat početkom 20. veka kada se 28% gradskog i međugradskog saobraćaja u SAD obavljao EV. Poboljšana i razgranata međugradska mreža puteva, velika nalazišta nafte u Teksasu, serijska proizvodnja vozila sa benzinskom motorima (“Ford” je 1912. uveo sistem proizvodnje na beskonačnoj traci), uz sve niže troškove i cene vozila uticali su da je primat prešao na vozila sa benzinskim motorima.

Zbog energetske krize, posebno u sektoru proizvodnje nafte (1970 -1980) i pojave efekta staklene baste (zbog neumerenog ispuštanja CO2 u atmosferu) stvoreni su uslovi za pojačani interes za EV. Za očekivati je da će električna vozila u 21. veku doziveti svoj drugi procvat. To podrazumeva serijsku proizvodnju tih vozila i postepeno preuzimanje primata od vozila sa unutrašnjim sagorevanjem u svetskim razmerama.

Zasad EV nisu konkurentna vozilima sa unutrašnjim sagorevanjem. Cene “citroen C-zero”, sa četiri sedišta, dometa 150 km (sa jednim punjenjem) iznosi 29.000 evra. Cena “mercedesa” sa 4+ 1sedište, dometa 200 km, sa jednim punjenjem, iznosi 41.450 evra. Cene vozila “Tesla Motors” su iznad 65.000 evra.

Srce EV - električna baterija još uvek nije konkurentna automobilu sa rezervoarom napunjenim do vrha, ni po ceni ni po pređenoj kilometraži. Sa jednim punjenjem rezervoara, vozilo sa unutrašnjim sagorevanjem može preći, zavisno od vrste vozila i puta, 500-600 km. Sa jednim punjenjem elektro-baterije u najboljem slučaju može se preći 350-400 km. Cene baterija, posebno jonsko-litijumskih, kojima je opremljena većina savremenih EV, čini do 40% cene EV.

Nove jonsko-litijumske baterije (JLB) su lakše, manjih su gabarita, akumuliraju sve veće količine električne energije u odnosu na klasične olovne i čelične tako da je i pređena kilometraža EV sa jednim punjenjem sve veća.

Kada je cena struje niža…

Uvođenje EV u redovnu upotrebu ima brojne prednosti: vozilo nema izduvnu cev-auspuh, ne ispušta nikakve otrovne gasove, baterija se može puniti i na kućnom priključku, izbegnuta je potreba odlaska na benzinsku pumpu… Punjenje baterije u kućnim uslovima traje 6-7 sati, sa monofaznim priključkom, i nešto kraće sa trofaznim, može se obavljati noću kada je cena struje niža.

Monofazni priključak ima snagu od 220Vx16A= 3520 W ili 3.520 kW tako da JLB snage 10 kWh može da se napuni za oko tri sata. Nešto veća baterija od recimo 24 kWh, na monofaznom priključku može da se napuni za 7-8 sati. Sa trofaznim priključkom ista baterija puni se znatno brže. Limitirajući faktori punjenja JLB su jačina struje i način punjenja baterije, što određuje proizvođač.

Masovna upotreba EV dovodi do manjeg zagađenja velikih gradskih sredina .Većina vozila u gradskoj vožnji, do 90% , prelazi dnevno u proseku 60-70 km. Taj domet moguće je postići sa jednim punjenjem baterije.

U čemu je prednost EV koja troši električnu energiju a za čiju se proizvodnju koriste i fosilna goriva? Odgovor bi mogao da bude da se za električna vozila koriste i obnovljivi izvori energije (vetar, sunce i voda) pa se smanjuje udeo uglja u proizvodnji električne energije. Druga prednost je što se smanjuje količina izduvnih gasovi koji u velikoj meri zagađuju gradske sredine.

Akumulatorska električna baterija danas

Baterije za EV predviđene su za dugotrajni rad i konstruktivno se razlikuju od olovnih akumulatorskih baterija. I uloge su im različite. Prve služe za kretanje EV a druge za startovanje motornih vozila sa unutrašnjim sagorevanjem. Obzirom na funkciju, baterije za EV treba da su projektovane za veliku gustinu električne energije, da su što lakše, da imaju dobar odnos akumulirane elektriučne energije i težine i da su što manjih gabarita. Te zahteve dobrim delom ispunjavaju jonsko-litijumske baterije (JLB). Kod njih je katoda od litijum-kobalta a anoda od grafita. Gustina električne energije kod JLB iznosi preko 200Wh/kg (kod olovnih baterija iznosi 30-40 Wh/kg). Kod JLB visok je i odnos punjenja i pražnjenja što se penje na 80-90%. Nedostaci JLB su relativno kratak vek i ograničen broj punjenja i pražnjenja. Procene su da jedan komplet JLB traje približno10 godina i može da izdrži 7000 punjenja i pražnjenja.

Nove JLB su otpornije na požar, ekološki su prihvatljive, skraćeno je vreme punjenja, duži im je radni vek. Početna cena baterije je visoka ali, ako se raspodeli na 10 godina rada, cena postaje prihvatljiva .

Od 2008. do danas cene baterija su pale za trećinu. Trenutno, okvirna cene JLB iznosi 500 dolara/kWh-700 dolara/kWh. Jednim paketom baterija moguće je preći 160.000 km. Cena jednog paketa baterija za deset EV iznosi oko 5000 dolara. Sa baterijom od 10 kWh, sa jednim punjenjem baterije, može se preći približno 35 km. Prema proceni, cena JLB treba da padne na 100 dolara /kWh a da kapacit bude dvostruko veći. Tada će EV postati konkurentno vozilu sa unutrašnjim sagorevanjem.

Proizvođjač “Tesla motors” koristi baterije iz lap-top računara čime smanjuje troškove baterije 2-3 puta u odnosu na postojeće cene. Visoke cene baterija navele su kompanije i prodavce da predlože i delimično realizuju nekoliko projekata. Izraelska kompanija “Better Place” ponudila je tržištu EV - bez baterija! Korisnik EV na stanici za zamenu baterija preuzima napunjenu bateriju i plaća za bateriju i količinu električne energije u napunjenoj bateriju. Pri tehnologiji zamene baterija zadržavanje na stanici skratilo bi se na 1-2 minuta. Prednost je u tome da briga o punjenju baterije, njenom održavanju i doradi prelazi na vlasnika stanice.

Gorivo u prikolici

Zanimljiv je predlog “BMW”-a koji za duža putovanja predlaže da EV vuče prikolicu sa rezervnom baterijom. Druga ideja je da se uz elektro-motor ugradi manji motor sa unutrašnjim sagorevanjem (hibridno EV) čija bi uloga bila da poveća domet EV i dovede ga do prve stanice za punjenje u slučaju da se baterija isprazni. Rešenje je i da se duž puteva izgradi mreža stanice za punjenje i zamenu baterija, na rastojanju od 40-50 km (Danska, Litvanija, SAD i još neke države planiraju izgradnju takvih stanica a Holandija predviđa skoru izgradnju 200 takvih stanica).

Najveci izdatak za EV je zamena JLB. Trošak za punjenje baterije je zanemarljiv u odnosu na cenu JLB tako da su za EV, i pored lošijih karakteristika, olovne aku-baterije ipak aktuelne (takva baterija jednim punjenjem omogućava domet od 30-35 km, cena je niža od JLB i postoji dugodišnje iskustvo u proizvodnji takvih baterija). Poređenja radi, cena olovne baterije iznosi oko 260 dolara /kWh .U EV, olovna baterija čini 20-50% težine celokupnog vozila. Klasična olovna baterija, kapaciteta 45 Ah, može da akumulira približno 0,5 kWh a teška je 20-30 kg.

Na tržištu su prisutne i čelične baterije iako je njihov kapacitet niži za 60-70% u odnosu na olovne baterija. One su dugotrajnije a jednim paketom čeličnih baterija EV može da pređe 160.000 km.

Trka sa klasičnim motorima

Cilj EV je dostići mogućnosti SUS vozila, posebno kilometražu. Vozila sa SUS motorom u proseku, jednim punjenjem rezervoara, prelaze 500 km. EV dostižu nešto manju kilometražu. Nešto manji domet zahteva bateriju snage 48 kWh ili više, što znatno povećava cenu vozila. Danas su EV i hibridna EV znatno skuplja od odgovarajućeg vozila sa SUS motorima. Glavni razlog je JLB. Procene su da će i cene baterija opadati za sva tri tipa baterija od interesa za EV (olovne, čelične i jonsko-litijumske). Tokom 2013. cena za JLB 2007. iznosila je 1300 dolara/kWh, a 2012. 500 dolara/kWh. Cilj je da se 2015. dostigne cena od 300 dolara/kWh, a 2022. 125 dolara/kWh. Ankete pokazuju da 65% Amerikanaca i 76% Engleza ne žele da plate za EV više od cene za odgovarajuće vozilo sa SUS motorom. Briga oko EV svodi se na održavanje baterije. Jer, EV ima 5-6 pokretnih delova, za razliku od vozila sa SUS motorima koje imaju preko stotinu pokretnih delova. Druge prednosti EV su: nemaju menjačku kutiju, nemaju kardansku osovinu, pogonske motore moguće je postaviti na same točkove.

Zahvaljujući tome da elektro-motor ima obrtni momenat nezavisan od brzine vozila, EV može da postigne visoko ubrzanje. “Teslin” model “roadster 2,5”, postiže 97 km/sat za 3,7 sec. sa motorom snage 215 kW. I stepen iskorišćenja je daleko bolji kod EV zahvaljujući elektro-motoru čiji je stepen iskorišćenja preko 80% dok kod vozila sa SUS motorima iznosi 15- 20%, zavisno od toga da li je motor benzinski ili dizel.

Eksploatacije EV zavisi i od cene električne energije, koja zavisi od lokacije distributivnog preduzeća i vremena kada se baterije pune (pri nižoj ili višoj tarifi). Približno se može uzeti da EV, zavisno od vrste i uslova vožnje na 100 km troši 11-22 kWh. Pri dosta realnoj ceni od 0,1 evro za kWh, trošak bi iznosio 1,1 -2,2 evra. Za isti put, vozilo sa SUS motorom potrosi oko 6 l benzina, sto iznosi 6 evra tako da je vožnja sa EV 3-6 puta jeftinija.

Američki proizvođač “Tesla Motors” ponudio je tržištu EV “roadster” koje jednim punjenjem baterija postiže domet od 400 km. Roadster-baterija može da se napuni sa priključka 240V/70A za 3-4 sata. Sa standardnog kućnog priključka za 240V/16 A potrebno je 15 sati. Kapacitet JLB “roadstera” je 68 kWh . Postupkom “brzog punjenja” sa trofaznim priključkom moguće je smanjiti vreme punjenja ispod jednog sata.

Estonija je 2013. izgradila lanac stanica za brzo punjenje. Postavljene su na putevima na rastojanju od 40-60 km i u gradskim naseljima. U Japanu i SAD planira se izgradnja mreže stanica za” brzo punjenje” koje bi pokrivale celu državnu teritoriju.

Posebno mesto u razvoju EV zauzimaju oni koji pokušavaju (i uspevaju) da svoje vozili sa SUS motorim konvertuju u EV. Rezultat takvih pokušaja je konvertovano EV vozilo sa olovnom baterijom, brzine 60-80 km/h, koje ima nešto manji domet kretanja (40-50 km) ali sa osobinama koje dozvoljavaju uključenje u javni saobraćaj.

Na tržištu zaključno sa oktobrom 2014. postoji tridesetak modela EV koji se proizvode u većem broju. Svi veliki svetski proizvođači vozila sa SUS motorima uključeni su i u proizvodnju EV. Procene su da je 2008-2014. proizvedeno i isporučeno 330.000 EV. Najpoznatiji proizvođači EV u svetu su “Nissan Leaf” (oko 140.000 isporučenih EV). “Tesla Model S (oko 47.000), “Mitsubishi-MiEV family” (oko 32.000), “Renault Kangoo Z.E” (oko 15.400), i BMW i3, koji se na tržištu pojavio 2013. i dosad isporučio oko 11.700 EV. Prema podacima iz 2013. Najviše je prodato u Norveškoj - 5,8%, Holandiji - 0,83%, Francuskoj - 0,79%, Estoniji 0 - 7,3%, Irskoj - 0,69%, Japanu - 0,51% ... U apsolutnim iznosima na prvom mestu su SAD sa 250.000 EV, pretežno sa kućnim priključkom. Neke države daju dotacije i nagrade i oslobađaju kupce od kupoprodajnih taksi u cilju stimulisana prodaje EV. SAD daje garancije u visini od 2,4 milijarde dolara, a Velika Britanija daje 5.000 UK funti pomoći kupcu EV.

Dalji razvoj i usavršavanja EV

Većina savremenih EV koristi JLB pa se očekuje dalji porast tražnje za litijumom i retkim metalima. Glavne rezerve litijuma nalaze se u državama Južne Amerike gde se predviđa “rudarski bum” u eksploataciji ovog dragocenog metala. Procene su da do sada otkrivene rezerve obezbedjuju litijum za izradu 4 milijarde EV.

Dalji trend masovnije primene EV ide u pravcu smanjivanja vremena punjenja baterija na 20-30 minuta. Predstavnik BMW tvrdi da su uspeli da napune bateriju postupkom ” brzog punjenja” - do 80% punog kapaciteta - za 30 min! “Tesla Motors” tvrdi da je uspeo da puni bateriju do 50% kapaciteta snagom od 120 kW za 20 min.Ovako velike snage punjenja zahtevaju velike snage izvora, tj. distributivnih i priključnih mesta, reda veličine 600 V/600A i snage izvora 240 kW. Za sada su ekstremne vrednosti prihvatljive samo za posebne vrste EV. Za standardnu upotrebu EV, snage baterije od 24 kWh i dometa od 70 km, dovoljni su standardni monofazni priključci snage 3.5 kW.

Msc. Jozef Baruhović

.

Kompletni tekstove sa slikama i prilozima potražite u magazinu
"PLANETA" - štampano izdanje ili u ON LINE prodaji Elektronskog izdanja
"Novinarnica"