Jak nízkoenergetická vozidla fungují

Nízká spotřeba energie, ano ... ale to není to, o čem mluvíme. Chcete se dozvědět více? Podívejte se na tyto obrázky elektrických vozidel. MECKY / Fotograf's Choice / Getty Images

Nízkoenergetické vozidlo je auto nebo nákladní vozidlo, které spotřebovává méně energie než konvenční benzínové vozidlo. Nízkoenergetická vozidla (nebo LEV) mají nejčastěji podobu benzínových elektrických hybridů nebo plug-in elektriky, ale existuje několik méně obvyklých alternativ.

Fanoušci LEV zahrnují zastánce čisté technologie a obnovitelných zdrojů, řidiče, kteří jsou rádi, že utratí méně za čerpadlo, a životní prostředí. LEV byly navrženy tak, aby snížily závislost na neobnovitelných fosilních palivech, která jsou zpracovávána na výrobu benzínu. Protože spalují výrazně méně tradiční palivo (nebo vůbec žádné), LEV nepřinášejí škodlivé chemikálie do vzduchu tolik jako běžná auta na benzín. Jsou tedy lepší pro dlouhodobě udržitelné energetické hospodářství a jsou lepší pro vzduch, který dýcháme.

V tomto okamžiku bychom váhali nazvat LEVs trendem, což je dobrá věc. Nejsou již nijak zvlášť noví, přestože se technologie stále zlepšuje, pokud jde o efektivnější, dostupnější a snadnější použití a spíš jako normální auto, které by průměrný člověk chtěl koupit a řídit. Ačkoli motory alternativního paliva byly kdysi nalezeny pouze v aerodynamických kompaktních automobilech, které byly často vysmívány jako příliš nepříjemné, aby vydělaly masovou přitažlivost, stigma je většinou zastaralá. Nakupující kamionů, SUV a luxusních automobilů mají LEV možnosti ... a kdysi praštěný vzhled Prius, nyní každodenní pohled, stále vyznačuje své úhly jako čestný odznak.

Už se na LEV nebudeme dívat jako na odlehlé věci; hladce se integrovali do toku provozu. Základní rozdíly však stále nejsou všeobecně známy. Vyplatí se blíže podívat. A to vše vyvolává otázku: Jsou LEVs novou normou ... a jak to bude fungovat?

Obsah

1. Dvakrát moc, napůl hořet
2. Dva miliony a počítání: Jsou hybridy novou normou?
3. Vzácné doplňky
4. Elektrika někdy dodá správný náboj?
5. A když hybridy a elektrika nejsou dost nervózní ...
6. Poznámka autora

Úředníci města v únoru 2012 oznámili, že 92 procent flotily taxislužby v San Franciscu se skládá z hybridních nebo CNG vozidel, díky čemuž je San Francisco nejzelenějším taxikářem v zemi. Justin Sullivan / Getty Images

Hybridy, jedna z prvních a nejznámějších LEV, jsou obvykle benzínové elektrické konfigurace. Obecně platí, že benzínový motor pohání auto a elektrický motor nastartuje, aby pomohl při zrychlení nebo při těžkém zatížení. Každý výrobce si pohrával s přesným poměrem benzínu a elektrické energie, aby vyhovoval jejich cílovému trhu, s některými, kteří se více spoléhají na elektrickou energii, zatímco jiní se přikláněli k benzínu. Z velké části však pracují téměř stejně. Toto uspořádání výrazně snižuje množství spáleného paliva, protože auta mohou svou práci zvládnout s mnohem menšími motory. Některé hybridní modely dokonce používají elektrický motor pro jízdu nízkými nebo nízkými náklady.

Hybridy mají řadu dalších funkcí, které přispívají k jejich energetické pověsti. Regenerativní brzdění bylo jednou z nejinovativnějších raných hybridních funkcí a stále se používá. Když řidič sešlápne brzdový pedál, elektromotor působí jako brzda a vysílá signál přes hnací ústrojí, aby řekl kolům, aby zpomalily. Kola stále v sobě mají energii, takže místo toho, aby byla tato energie ztracena (jako by tomu bylo při pravidelném mechanickém brzdění), je tlačena zpět přes hnací ústrojí směrem k motoru, kde je uložena, dokud ji auto znovu nepotřebuje pro zrychlení. Mnoho hybridů také snižuje nebo vylučuje palivo zbytečné při volnoběhu vypnutím motoru, když se vůz zastaví, a jeho opětovným spuštěním, když řidič udeří do plynu.

Honda Insight a Toyota Prius, které byly uvedeny na trh v roce 2000, byly prvními hybridními automobily na trhu dostupnými ve Spojených státech. Přijali je malý, ale nadšený segment kupujících automobilů, pro jejich neortodoxní aerodynamický design stejně jako pro jejich pověst přátelskou vůči Zemi. Většina spotřebitelů však váhala ... vypnutá úhlovými šikmými hatchbacky, náklady na vstup dopředu a samolibým pocitem nadřazenosti, který vypadal, že obklopuje hybridy jako mrak. Nyní jsou k dispozici prakticky od každého výrobce v téměř každé formě. Jak tedy hybridy nakonec dokázaly masy okouzlit?

Průměrný spotřebitel, který čelí úkolu koupit nové auto nebo SUV, nemá žádný přesvědčivý praktický důvod, proč zvážit hybridní variantu. Vstupní cena je jedinou překážkou vstupu a výrobci automobilů se tento rozdíl podařilo zredukovat, takže je při novém nákupu prakticky zanedbatelný.

Za předpokladu, že všechny ostatní věci budou stejné (což ve skutečnosti nikdy nejsou). Nákupy automobilů mohou být tak emocionální, jak jsou logické, a je to pochopitelné, pokud někdo umírá na modelu nebo trimu, který nepřichází v hybridu ... nebo pokud vrčení V8 je prostě příliš špatné, než aby ho ignorovalo.

Ale pro průměrného člověka na těchto věcech nezáleží a hybrid bude vyhovovat jejich potřebám v pohodě. To samo o sobě je úspěchem automobilového průmyslu. Jen pár minut procházení poskytuje některé přesvědčivé ilustrace. Například Toyota, jeden z prvních lídrů v prosazování běžných hybridů, má od léta 2012 k dispozici šest hybridních modelů - mrtvých i s řadou aut a dodávek.

Od roku 2012 se prodalo dva miliony hybridů, přičemž tržby dosáhly vrcholu těsně před recesí a díky poklesu upadly poměrně stabilně [zdroj: Essex a Holland]. Takže i když hybrid nemusí být pro většinu nakupujících automobilů výchozí volbou, stále získávají nové konvertenty.

Elektrická vozidla (nazýváme je EV) jsou v adolescentní fázi, přinejmenším ve srovnání s hybridy. Elektromobily jezdí na elektromotory poháněné bateriemi. Když je baterie vybitá, lze ji odšťavnit na veřejné nabíjecí stanici nebo pomocí speciálního adaptéru, který vypíná proud v domácnosti. Ačkoli se baterie EV podstatně zlepšily, jsou stále slabým článkem v ekonomice vlastnictví EV. Náklady na výměnu a dopad na likvidaci mohou způsobit, že si někteří lidé podávají ruce úzkostlivě. A v prvních dnech elektrických automobilů kritici zdůrazňovali, že řidiči musí být obzvláště opatrní, aby se příliš nezdržovali příliš daleko od místa nabíjení. Dosah baterií se zvýšil a energetická infrastruktura se zlepšila, ale potřeba nabíjení po každém dojíždění může být stále nepříjemná.

Klíčovým tématem v EV je udržitelnost. Například výrobci automobilů hledají alternativy k tradičním elektrickým vysoce výkonným motorům na bázi permanentních magnetů, které se spoléhají na kovy vzácných zemin. Hledají také účinnější způsoby zapnutí automobilů - i když běží čistě, elektřina, kterou používají, může pocházet ze špinavých zdrojů (jako jsou uhelné elektrárny nebo fosilní paliva)..

První pokusy integrovat solární panely přímo do automobilů nefungovaly, ale společnost v New Jersey odhalila nabíjecí stanici EV, která využívá sluneční energii k napájení baterií automobilů. Tyto stanice SunStations jsou mnohem všestrannější než stávající infrastruktura EV, protože se nemusí nutně napojit na rozvodnou síť.

V okolí jsou návrhy, které by mohly ještě více zefektivnit EV a zvýšit efektivitu nákladů pro jejich vlastníky. Tým vědců z University of Delaware navrhuje, že by se EV mohly primárně zapnout v době mimo špičku, když je energie levnější. Poté, pokud je auto zaparkováno a připojeno k nabíječce, když dojde k neočekávanému prudkému nárůstu poptávky po energii, bylo by možné poklepat na automobily, aby přiváděly jeho uloženou energii zpět do rozvodné sítě, a společnost poskytující energetické služby zašle slevovou kontrolu nebo kredity za elektřinu majitel.

Na seznamu nejlepších výkonných agentů EPA jsou spodní dva hodnoceny na kombinovaném městě / dálnici 50 mil na galon (21,3 km na litr) (oba členové sestavy Toyota Prius, jeden okraj mimo druhý na základě mírně vyššího počtu najetých kilometrů ve městě). ). Nejúčinnějším vozidlem na seznamu (a proto nejúčinnějším dostupným vozidlem) je elektrický Mitsubishi i-MiEV, který dosahuje ekvivalentu 112 mil na galon (47,6 km na litr).

Nepředpokládejte, že výrobci automobilů dělají tyto investice z dobrého srdce. Podle zákona jsou dodržovány emisní normy, které jsou obvykle vynucovány průměry. Například BMW může vykompenzovat neefektivní počet najetých kilometrů svých výkonných vozů tím, že bude vyrábět luxusní hybridy a elektriku, která osloví cílové publikum BMW. Materiály jako uhlíkové vlákno a další silné, ale lehké kompozity zlepšují účinnost a pomáhají ospravedlnit prémiovou cenu, což zvyšuje pověst značky na ulici.

Dalším luxusním příkladem je, že Tesla Roadster (což je v podstatě elektrický pohon plněný do karoserie Lotus Elise), by byl podle většiny standardů výkonným malým autem a pro EV je mimořádně působivý. Jeho elektrický motor produkuje 288 koňských sil a přenáší 88 procent energie baterie na kola [zdroj: The Economist]. (Průměrný vůz dosahuje účinnosti 30 až 40 procent hnacího ústrojí.) Elektrický sportovní vůz, jako je tento, by mohl být bohatým krizovým vozem v polovině života, ale stále ukazuje, co je možné.

Elektrická vozidla dosáhnou akceptování hlavního proudu, pouze pokud si kupující automobilů užijí pohodlí s vlastnostmi a vlastnostmi, které je činí nevhodnými. Výrobci a obchodníci tvrdě pracují na tom, aby se některé vnímané nevýhody zdály být výhodami (například, budete muset zapojit svůj EV, aby se dobil, když nakupujete ... ale možná byste mohli získat prioritní parkovací místo u nabíjecí stanice - přátelský obchod s potravinami). Vymyslet terminologii je výzvou s podobným cílem. V zájmu uvedení elektrických vozidel do kontextu tedy budou zákazníci, kteří nakupují, rozumět, jsou hodnoceni v mílích za galon, aby umožnili srovnání s vozidly poháněnými plyny. V baterii EV samozřejmě nejsou žádné galony, takže standardem je, že 33,7 kilowatthodin se rovná galonu benzínu (oba produkují stejné množství energie).

Dosud však prodeje EV jsou pro některé zklamáním, ale pro ostatní inspirující. Společnosti Nissan Leaf a Chevy Volt, první dvě možnosti Spojených států, prodaly v roce 2011 dohromady 17 345 kusů. Tyto prodeje nesplňují očekávání společnosti Nissan a GM, ale jsou více než dvojnásobkem celkových prodejních součtů Honda Insight a Toyota Prius hybridy z 9350 - a podívejte se, jak daleko tito dosáhli od roku 2000 [zdroj: Szczesny].

Stále trpí rostoucími bolestmi - v roce 2012 si Chevy vzpomněl na Volty, aby studoval skutečné požáry baterií, a krátce po spuštění Fisker vzpomněl na všechny své karmy, aby vyhodnotil riziko potenciálních požárů. Tyto problémy jsou však charakteristické pro všechna vozidla - jakékoli auto může zažít mechanické potíže.

Existují nějaké důkazy, které naznačují, že EV splňují očekávání jejich vlastníků ... ale není to úplně jednoduché. Studie plug-in elektriky v Kalifornii ukazuje, že auta, která tam jezdí, jezdí průměrně 41 mil (41,8 km) denně, což je značně méně, než si Američané myslí. Zde je úlovek (nebo alespoň jeden z úlovků): Tyto vozy bývají vlastněny lidmi s nepřiměřeně vysokými příjmy, například šesti a více. To nemusí být kvalifikováno jako vážně bohatí, ale to znamená, že kalifornští řidiči EV nepředstavují přesně obecnou populaci. Stejně tak mají sklon vlastnit elektrická auta a dokážou to bez přílišných křečí na životní styl.

Do poloviny roku 2012 byl prodej EV před tempem roku 2011, kdy se k modelům Leaf a Volt připojilo více modelů. Průmysloví analytici předpovídají nárůst, který bude pravděpodobně napodobovat desetiletý vzestup plynových elektrických hybridů, i když pokračující zlepšování tradičních benzínových vozidel zpomaluje růst.

Koncepční vůz Honda FCX je zobrazen na 100. výročním autosalonu v Los Angeles 30. listopadu 2006 v Los Angeles v Kalifornii David McNew / Getty Images

… Na obzoru vždycky existuje alternativní záblesk. Jako voda. Nebo kukuřičná pole.

Dvě technologie, které prokázaly mnoho prvních příslibů, vycházely z předpokladu biopaliv: vodíku a ethanolu. A ačkoli stále probíhá řada výzkumů s cílem vyvinout účinné, nákladově efektivní metody sběru této energie a určit dlouhodobou udržitelnost, dřívější pokusy o hromadné uvádění těchto palivových zdrojů na trh nedosáhly svého potenciálu.

Vodíkové automobily běží na palivový článek, který funguje podobně jako baterie způsobem, jakým ukládá a dodává energii - rozdíl je v tom, že se palivový článek vyčerpává a je třeba jej doplňovat. Palivový článek funguje tak, že vodík rozdělí na základní části - elektron a proton. Elektrony se spojí a vytvoří elektřinu, která pohání auto, které zanechává ionizovaný vodík. Rychlé setkání s trochou kyslíku na cestě z výfukového potrubí, a to je vše - emise tohoto vozidla se skládají z vody.

Vodík je nejhojnějším přírodním prvkem na planetě, ale to neznamená, že je snadné ho využít jako palivo. Vodík může být vyráběn z vody a zemního plynu, ale procesy jsou bolestivé. Je na vědcích, aby zjistili, jak zmírnit bolest - účinnější a levnější - než vyrábět benzín na bázi ropy z fosilních paliv. Je zde také lepkavá otázka hromadného sběru vodíku způsobem šetrným k životnímu prostředí. Vodík je také hořlavý, což ztěžuje skladování a přepravu, zejména v plynné formě.

Přesto je na trhu několik vodíkových automobilů, ale samotný trh je poměrně omezený. Přesněji řečeno, obyvatelé Kalifornie si za mohutnou měsíční částku mohou najmout vodíkový vůz (Honda FCX Clarity je nejvýznamnější, s nějakou konkurencí od Mercedesu) - náklady zahrnují údržbu, pojištění a vodík. Společnosti Toyota a Hyundai doufají, že v roce 2015 zahájí prodej vodíkových automobilů (cílová prodejní cena společnosti Toyota je asi 50 000 USD), i když infrastruktura bude pro většinu Američanů stále problémem vlastnictví. GM a Toyota říkají, že dokážou postavit auta pro 10 procent toho, co zvykli (i když náklady na výrobu jsou stále nízké za šestimístný kus) [zdroj: Valdes-Dapena]. Ale nebuď příliš nadšený. Nebudou k dispozici ke koupi v Kalifornii ani kdekoli jinde, dokud nebude dosaženo významného pokroku, pokud jde o cenovou dostupnost (výrobci musí prokázat, že mohou vyrábět automobily na vodíkový pohon za cenu, což znamená, že budou cenově dostupné pro větší segment. obyvatelstva) a infrastruktury (vodíkové palivo je přiměřeně dostupné).

Přestože vodík není biopalivo, přísně vzato, vědci ve Velké Británii nedávno objevili způsob, jak vyrobit čistý biohydrogen z potravinového odpadu, bez emisí. Tento proces by mohl být dokonce použit k výrobě vodíku z vedlejších produktů výroby etanolu [zdroj: Hill].

To nás samozřejmě vede k ethanolu, dalšímu hlavnímu biopalivu s potenciálem, který také utrpěl značné překážky. Jeden takový příklad E85 je palivo, které je směsí 85% ethanolu (palivo na bázi kukuřice) a 15% benzínu. (Naproti tomu běžný benzín obsahuje asi 10 procent ethanolu.) Zředěním benzínu se používá méně fosilních paliv a vůz vyplivne menší koncentraci škodlivých uhlovodíků způsobujících smog. Někteří odborníci v oboru doufali, že E85 pomůže vyřešit naše energetické trápení, ale celé úsilí bylo od začátku nepořádkem.

Společnost General Motors investovala značné prostředky do vývoje a prodeje flexibilních palivových vozidel šetrných k E85, která by mohla běžet na biopalivech i na benzín (skeptici říkají, že to mělo pomoci dosáhnout standardních průměrů federálních paliv v celé sestavě GM). Mezitím vládní dotace povzbuzovaly zemědělce, aby pěstovali kukuřici spíše na výrobu etanolu než na jídlo. Ceny byly udržovány nižší než běžný benzín díky federálním daňovým úvěrům ve výši 38 centů za galon. Navzdory tomuto úsilí malé procento lidí, kteří využili skok víry při koupi nového vozidla E85, mělo potíže s hledáním dodávek paliv - čerpací stanice, které prodávaly E85, bylo obtížné najít a umístit pouze v určitých regionech (odhadováno 2 procenta čerpacích stanic). Vypršení platnosti těchto úlev kukuřice znamená, že existuje mnohem menší motivace k výrobě E85, a daňové úlevy, které vypršely na začátku roku 2012, znamenají, že ceny jsou výrazně vyšší. Ceny jsou zvláště nestálé pro E85, protože trh závisí na cenách pohonných hmot a cenách kukuřice.

Pokud vodík a biopaliva dokážou překonat svou poškozenou pověst, mohou v budoucnu LEV ještě hrát roli. Je optimistické si myslet, že můžeme pohánět naše auta obnovitelnými zdroji, ale víme alespoň, že to opravdu není možné.

Je těžké odvodit, zda důvěryhodnost elektriky plug-in je zvýšena nebo snížena kalifornskou buržoazií. Podle CleanTechnica, polovina všech EV v Kalifornii je ve vlastnictví domácností s příjmem přes 150 000 $ [zdroj: Shahan].

Je pravda, že to v Kalifornii nejde daleko ... takže slyším. (Ale určitě by mi nevadilo obchodování v místě a životním stylu.)

Statistiky opravdu nepřekvapí. To dává smysl, že kalifornská poměrně unikátní situace byla studována pro tento článek, protože stát investoval tak velké prostředky do technologie a infrastruktury na podporu elektrických vozidel. Je to proto, že Kaliforňané stereotypně přijímají nové technologické inovace a mají stereotypní zájem o ekologicky šetrné pronásledování. Kalifornie musí tyto iniciativy prosazovat. Je to obrovské, lidé hodně jezdí a v některých částech státu (tady se na tebe díváme, L.A.) je vzduch špinavý.

Zdá se však trochu pokrytecké, že tyto šestimístné domácnosti pravděpodobně nepoužívají EV jako své jediné auto (na základě náznaků učiněných výše uvedeným zdrojovým článkem ... a podporovaných mým možná omezeným chápáním lidské povahy). Je samozřejmě lepší použít EV na cestu v mezích rozsahu, ale když jsou všechny ty dobré vibrační míle vyrovnány joyridy v mobilních telefonech s krizí středního věku, co má smysl? (Pokud samozřejmě nemluvíme o Tesle.)

Možná, že toto odpojení je výsledkem myšlenky, že vyhýbání se konzumu by mělo být přirozeným vedlejším účinkem na ekologičnost…, ale ani to nejsou rysy spojené s automobilovým průmyslem. Jak se EV šíří na východ, pravděpodobně uvidíme posun jejich role.

Související články

• 5 Levné biopaliva
• Hybridní baterie se 5 způsoby vylepšují
• Kvíz: Dokáže to biopalivo?
• Jak elektrická auta fungují
• Jak fungují vodíková auta
• Jak funguje ekonomika vodíku
• Jaké jsou různé typy hybridních automobilů?

Prameny

• Ekonom. "Horsepower v Cash Cows." 17. května 2011. (27. srpna 2012) http://www.economist.com/blogs/babbage/2011/05/electric_cars
• Ekonom. "Pomsta Nikola Tesly." 2. června 2011. (27. srpna 2012) http://www.economist.com/node/18750574
• Ekonom. "Pomsta Petrolheadů." 11. prosince 2011. (27. srpna 2012) http://www.economist.com/node/21541443
• Ekonom. "IBeamer." 14. června 2012. (27. srpna 2012) http://www.economist.com/blogs/schumpeter/2012/06/electric-cars
• Eisenstein, Paul A. "Zmizí E85 z trhu?" Detroitský úřad. 17. června 2011. (27. srpna 2012) http://www.thedetroitbureau.com/2011/06/will-e85-vanish-from-the-market/
• Essex, Randy a Holland, Ben. "Proč tolik kritiků po 17 000 prodejích EV v prvním roce?" Rocky Mountain Institute. 5. ledna 2012. (29. srpna 2012) http://blog.rmi.org/why_so_many_critics_after_17000_ev_sales_in_first_year
• Hill, Joshua. "Vodík - zítřejší biopalivo?" CleanTechnica. 17. května 2012. (28. srpna 2012) http://cleantechnica.com/2012/05/17/hydrogen-tomorrows-biofuel/
• Meyers, Glenn. "Co se stalo s ekonomikou metanolu?" Otázka." CleanTechnica. 15. března 2012. (27. srpna 2012) http://cleantechnica.com/2012/03/15/the-what-happened-to-the-methanol-economy-question/
• Richardson, Jake. "Odhalena nabíječka elektrických vozidel poháněná solárním systémem." CleanTechnica. 26. srpna 2012. (27. srpna 2012) http://cleantechnica.com/2012/08/26/solar-powered-electric-vehicle-charger-launched/
• Shaffer, Davide. "Cesta pro palivo E85 se právě zdrsnila." Star Tribune. 7. ledna 2012. (28. srpna 2012) http://www.startribune.com/business/136838948.html
• Shahan, Zachary. „Majitelé automobilů v Kalifornii, kteří používají plug-in, méně a šetří vážné peníze.“ CleanTechnica. 26. srpna 2012. (27. srpna 2012) http://cleantechnica.com/2012/08/26/california-plug-in-car-owners-driving-less-saving-serious-money/
• Szczesny, Joseph. "Prodej elektrických vozidel před loňským tempem." NBC News. 6. března 2012. (29. srpna 2012) http://bottomline.nbcnews.com/_news/2012/03/06/10585430-electric-vehicle-sales-ahead-of-last-years-pace?lite
• Toyota Motor Sales, USA „Výběr modelu“. 2012. (27. srpna 2012) http://www.toyota.com/modelselector/index.html
• Ministerstvo energetiky USA. "Elektrická vozidla." 2012. (27. srpna 2012) http://www.fueleconomy.gov/feg/evsbs.shtml
• Ministerstvo energetiky USA. "Fueleconomy.gov je Top Ten EPA-hodnocené palivo Sippers (2012)." (27. srpna 2012) http://www.fueleconomy.gov/feg/topten.jsp
• Ministerstvo energetiky USA. "Jak funguje hybridní." 2012. (29. srpna 2012) http://www.fueleconomy.gov/feg/hybridtech.shtml
• Valdes-Dapena, Peter. "Vozíky na vodík: longshot s nulovými emisemi." Peníze CNN. 19. března 2012. (28. srpna 2012) http://money.cnn.com/2012/03/15/autos/hydrogen-fuel-cell-cars/index.htm