Szanuj energie

NEWSLETTER

Jeśli chcesz otrzymywać informacje
wpisz swój adres email:

FORUM

Zapraszamy na nasze forum
na którym można dowiedzieć się
wielu interesujacych rzeczy

Wejdź
drukuj
19.01.2011 / Andrzej Sławinski

Samochody elektryczne - historia

Historia pojazdów z napędem elektrycznym (EV – Electric Vehicle) sięga lat 30-tych XIX wieku, około 50 lat wcześniej niż samochodów z napędem spalinowym. Samochody te cieszyły się dużym zainteresowaniem, ale ze względu na ograniczenia technologiczne zostały wyparte na początku XX wieku przez szybko rozwijającą się produkcję samochodów z napędem spalinowym.

Renesans zainteresowania samochodami elektrycznymi wystąpił na początku lat 70-tych XX wieku i był związany z kryzysem paliwowym spowodowanym embargiem krajów OPEC na ropę naftową oraz z rosnącą rolą zagadnień ochrony środowiska i przeciwdziałania emisji szkodliwych zanieczyszczeń. W latach 90-tych ubiegłego wieku utworzono wiele programów i instytucji wspierających rozwój samochodów elektrycznych między innymi Programy Komisji Europejskiej JOULE I i JOULE II.

Samochody elektryczne są bardzo wygodnym i bezpiecznym środkiem transportu zwłaszcza w obszarach miejskich. Wywołują mniej hałasu i wibracji, a z uwagi na brak emisji gazów spalinowych przynoszą istotne korzyści dla ochrony środowiska. Dodatkowo charakteryzują się ok. 3-krotnie wyższą sprawnością niż samochody spalinowe.

Pojazdy z napędem elektrycznym są obecnie obiecującą opcją ekologicznego transportu drogowego. W 2008 roku głownie w USA i Japonii rozpoczęto seryjną produkcję pierwszych modeli samochodów elektrycznych z akumulatorami litowo-jonowymi. Akumulatory litowo-jonowe, wprowadzone na rynek w 1991 r. przez firmę Sony, są obecnie technologią dominującą, wykorzystującą do ładowania ogniw zwykłe gniazda sieciowe.

Samochody z napędem elektrycznym nadal mają zbyt krótki zasięg w relacji do potrzeb przeciętnego użytkownika. Ponieważ zasięg samochodów z napędem elektrycznym jest zależny przede wszystkim od pojemności akumulatora, obecne badania są skupione na rozwijaniu najnowszej generacji ogniw litowo-jonowych pozwalających na zwiększenie zasięgu pojazdu z około 160 km do 350 km na jednym ładowaniu akumulatora.

Wielkość światowej produkcji samochodów z napędem elektrycznym od roku 2008 z każdym rokiem wzrasta kilkukrotnie (w roku 2008 wyprodukowano 500 samochodów, w roku 2009 – 2500, przewidywana produkcja w roku 2010 to 15 tys., w roku 2011 – 75 tys. w tym 25 tys. pojazdów Nissan Leaf, 15 tysięcy Mitsubishi iMiEV, 14 tysięcy Coda EV i w mniejszych ilościach takich marek jak BMW, Mercedes-Benz, Ford, Volkswagen, Tesla Roadstar, Think City, Smart Ed, w 2012 – 150 tys.)[5]. Według scenariusza optymistycznego przewiduje się, że w 2030 r. sprzedaż samochodów z napędem elektrycznym osiągnie 30%, a w 2050 r. 60% globalnej sprzedaży nowych pojazdów, stanowiąc tym samym około 25% światowej floty samochodowej. [3]. Jednocześnie prognozy mniej optymistyczne zaprezentowane w [1] wskazują, że osiągnięcie tego poziomu sprzedaży samochodów w 2050 roku jest mało prawdopodobne. Większość ekspertów zaznacza, że w krótkim okresie czasu sprzedaż samochodów z napędem hybrydowym będzie zdecydowanie wyższa niż pojazdów z napędem wyłącznie elektrycznym. Wynika to z historycznie występujących trendów towarzyszących wprowadzaniu nowych technologii w transporcie, wskazujących na osiąganie celów sprzedażowych na przeciętnym poziomie 5 % w okresie 10-20 lat od wprowadzania nowego rozwiązania technologicznego na rynek. Jednak już w 2030 r. prognozowana sprzedaż samochodów z napędem elektrycznym będzie wyższa niż samochodów hybrydowych i wyniesie 54 milionów, a hybrydowych 37,8 milionów samochodów.[4]

Do największych producentów samochodów elektrycznych należą firmy Mitsubishi, BMW, Tesla Motors, Renault-Nissan i General Motors. W 2010 r. Renault-Nissan zapowiedział masową produkcję w zakładach w Oppama (Japonia) modelu LEAF, z silnikiem o mocy 80 kW, zasięgiem 160 km (100 mil – wg normy US-LA 4 mode), maksymalną prędkością ponad 140 km/h i ładowaniu akumulatora do 80% pojemności w niespełna 30 minut. Od 2012 roku samochód będzie produkowany także w Smyrna (Tennessee, USA), a od 2013 r. ruszy produkcja w Sunderland w Wielkiej Brytanii. Obecna cena tego modelu na rynku amerykańskim jest znacznie wyższa od cen porównywalnych samochodów z napędem spalinowym.

Samochody z napędem elektrycznym są relatywnie proste w konstrukcji, ale z uwagi na ograniczoną skalę produkcji w dalszym ciągu są droższe od samochodów z napędem spalinowym. Jednak oszczędności społeczne związane z ich eksploatacją, a zwłaszcza oszczędność na poziomie ok. 100 Euro na każdą tonę CO2, która nie zostanie wyemitowana do atmosfery w pełni uzasadniają zakup samochodu z takim napędem nawet w najdroższej opcji.

Wprowadzenie samochodów elektrycznych na rynek jest zależne od wielu czynników, oprócz kosztów akumulatorów bardzo ważna jest ich niezawodność, trwałość i bezpieczeństwo, oraz dostęp do sieci stacji umożliwiających ładowanie akumulatorów, serwisu itd.. Należy zaznaczyć, że wysokie koszty związane z akumulatorem stanowią nawet do 75% dodatkowych kosztów związanych z wytworzeniem pojazdu z napędem elektrycznym. Nie mniej istotna jest sama akceptacja konsumentów dla nowych typów samochodów i odmiennego stylu jazdy.

Wiele krajów europejskich, a także USA, Japonia, Chiny podjęło szereg inicjatyw mających na celu wsparcie rozwoju samochodów z napędem elektrycznym wprowadzając ulgi podatkowe, ulgi dla klientów przy zakupie pojazdów z napędem elektrycznym, formy leasingu oraz dotacje na badania i rozwój niezbędnej infrastruktury

Pojazdy o napędzie elektrycznym posiadają trzy zasadnicze komponenty: silnik elektryczny, zasilające ten silnik akumulatory (obecnie litowo-jonowe) oraz moduły kontrolujące przepływ energii.

Konstrukcja i wdrożenie do masowej produkcji akumulatora, który gromadziłby oczekiwane ilości energii, a jednocześnie byłby w stanie szybko ją uwolnić i ponownie zmagazynować jest obecnie największym technicznym wyzwaniem.

Można wyróżnić następujące rodzaje akumulatorów:

ołowiano-kwasowe – akumulatory wynalezione w 1859 r , używane w prototypach samochodów z napędem elektrycznym, w zapasowych systemach zasilania oraz powszechnie w akumulatorach wielokrotnego ładowania. Zakłada się, że istniejące ograniczenia w rozwoju tej technologii spowodują, że nie będzie ona stosowana w najnowszych samochodach z silnikami elektrycznymi i hybrydowymi.
niklowo-kadmowe – od 1990 r. używane powszechnie jako awaryjne zapasowe źródła zasilania w samolotach i pociągach oraz w bateriach wielokrotnego ładowania. Z uwagi na wysoką toksyczność kadmu oraz za niskie parametry gromadzonej energii w relacji do wielkości i wagi akumulatora, potencjał tej technologii jest ograniczony.
sodwo-niklowe (ZEBRA) – stosowane w pojazdach o dużej ładowności i specjalistycznych, charakteryzują się wysokim poziomem trwałości oraz wydajności jednakże nie spełniają wymogów odnośnie uzyskiwania wymaganych parametrów mocy w zakresie samochodów z napędem elektrycznym i hybrydowym.
niklowo wodorowe – wydajne akumulatory stosowane w samochodach i przystosowane do tysięcy operacji ładowania i rozładowywania, między innymi odbierając energię podczas hamowania oraz podczas rozruchu silnika. Koszt produkcji tego typu akumulatora jest relatywnie wysoki z uwagi na koszty surowca niklu (wymagane do 10 kilogramów niklu na 1 kWh). Ponadto praca akumulatora związana jest z tzw. „reakcją egzotermiczną”, co wymaga dodatkowych kosztownych zabezpieczeń systemu w zakresie utrzymania właściwej temperatury pracy. Ostatecznie ten rodzaj ogniwa pomimo wysokich parametrów w relacji do ciężaru z uwagi na powyższe ograniczenia ma ograniczony potencjał wzrostu.
litowo-jonowe (Li-Ion) – ten rodzaj akumulatora jest szeroko stosowany w urządzeniach przenośnych, i w 2008 roku stanowił 70% rynku akumulatorów do wielokrotnego ładowania. Akumulatory te mają najlepsze parametry w relacji możliwości gromadzenia energii i są relatywnie lekkie. Z kolei do wad można zaliczyć wysoką wrażliwość na przegrzanie i uszkodzenie mechaniczne.Pomimo relatywnie korzystnych parametrów zastosowanie tego rodzaju ogniwa w samochodzie nadal wiąże się z wysoką wagą w relacji do uzysku energii. Dalsze prace nad akumulatorem wiążą się również z zastosowaniem związku LiFePO4, który umożliwia pełne naładowanie akumulatora w czasie poniżej 30 minut, co jest kluczowym zagadnieniem podczas eksploatacji pojazdu o napędzie elektrycznym.
Powyższe rozwiązanie jest rozwiązaniem przyszłościowym wymagającym dalszych wysokich nakładów w rozwój technologii między innymi w celu miniaturyzacji i obniżenia wagi ogniw oraz rozwoju samej infrastruktury w tym zagwarantowaniu wymaganych parametrów prądu do ładowania ogniw w bardzo krótkim czasie (co obecnie technicznie nie jest zabezpieczone).

Ponieważ ogniwa litowo-jonowe są uznawane obecnie za najbardziej obiecujący kierunek rozwoju ogniw wielokrotnie ładowanych istotnym elementem jest dostęp do podstawowego surowca litu, jak też innych cennych surowców jak kobalt, nikiel, miedź, aluminium, które są wykorzystywane w produkcji samochodów z silnikiem elektrycznym.

Aktualne szacunki US Geological Survey określają światowe zasoby litu na poziomie 4,1 milionów ton, a rezerwy na ok. 11 milionów ton. Największe pokłady litu znajdują się w Boliwii na poziomie ok. 5.4 milionów ton. Światowym liderem w wydobyciu w 2008 r. było Chile z produkcją około 12 tysięcy ton.

Wykorzystanie technologii opartej na licie jest aktualnie rozwijane w samochodach Citroen, Mitsubishi, Opel i kolejnej wersji Toyota Prius oraz jest już stosowana w sportowym samochodzie Tesla Roadstar.

Należy wspomnieć, że „kamieniami milowymi” w rozwoju samochodów z napędem elektrycznym na świecie były [1]:

1884: Thomas Parker – angielski konstruktor zaprezentował samochód na baterie, 1897: Pierwszy samochód z napędem elektrycznym na ulicach Nowego Jorku, 1899: Belgijski kierowca rajdowy Camile Jenatzy, przekroczył samochodem z napędem elektrycznym granicę 100 km/h,
1917: Pierwsze samochody hybrydowe zostały zaprezentowane przez Woods Motor Vehicle Company w Chicago,
1970 - 1980: kryzys energetyczny spowodował ponowne zainteresowanie samochodami z napędem elektrycznym,
1996: rozpoczęto sprzedaż w leasingu samochodów z napędem elektrycznym General Motors,
1999: Toyota wprowadziła do sprzedaży model z napędem elektrycznym – Prius,
2008: Komisja Europejska przeznaczyła 5 mld Euro dla Inicjatywy Przyjaznych Środowisku Samochodów – Green Car Initiative, w tym również samochodów z napędem elektrycznym,
2010: General Motors rozpoczął produkcję Chevroleta Volt ( wyposażonego również w mały silnik spalinowy),
2010 - 2012: Renault-Nissan rozpoczyna masową produkcję samochodów z napędem elektrycznym.

 

Literatura:

1. How to avoid an electric shock, Electric cars: from hype to reality. November 2009, European Federation for Transport and Environment AISBL

2. Electric cars: On the road to greener transport?

http://www.euractiv.com/en/innovation/electric-cars-road-greener-transport/article-184705

3. The electric car — a green transport revolution in the making?

http://www.eea.europa.eu/articles/the-electric-car-2014-a-green-transport-revolution-in-the-making

4. McKinsey (2009): Roads towards a low-carbon future: Reducing CO2 emissions from passenger vehicles in the global road transportation system

http://www.mckinsey.com/clientservice/ccsi/pdf/roads_toward_low_carbon_future.pdf

5. Samochody elektryczne org:

http://www.samochodyelektryczne.org/produkcja_samochodow_elektrycznych_w_latach_2008-2012.htm


 

< powrót
pn wt śr cz pt so nd
   1234
567891011
12131415161718
19202122232425
2627282930  

Budowa serwisu dofinansowana przez Wojewódzki Fundusz Ochrony
Środowiska i Gospodarki Wodnej w Warszawie
www.wfosigw.pl

2010-2011 Szanuj-Energie.pl

StudioGraficzne.com: Projektowanie stron internetowych