Pojazd elektryczny

Z Wikipedii, wolnej encyklopedii
Skocz do: nawigacja, szukaj

Pojazd elektrycznypojazd (np. rower elektryczny, samochód elektryczny, tramwaj, autobus elektryczny, trolejbus, pociąg elektryczny) posiadający jako napęd jeden lub więcej silników elektrycznych. W szczególnym przypadku pojazd elektryczny sam w sobie może być elementem silnika elektrycznego.

Historia[edytuj | edytuj kod]

Samochód elektryczny Edisona z 1914
Eliica - elektryczny samochód zasilany akumulatorem litowo-jonowym
Prototyp elektrycznej Toyoty Starlet drugiej generacji zbudowany przez poznańskich studentów na TTM 2009 w Poznaniu

Pojazdy elektryczne były jednymi z pierwszych samochodów wykorzystywanych do przemieszczania się ludzi. Pomiędzy 1832 a 1839 szkocki biznesmen Robert Anderson wymyślił pierwszy prymitywny powóz elektryczny[potrzebne źródło]. W roku 1835 w Holandii profesor Sibrandus Stratingh Groningen zaprojektował elektryczny samochód[1], którego model w skali wykonał jego asystent Christopher Becker[potrzebne źródło]. Jako źródło napędu zastosowano tam ogniwo Volty[1]. W podobnym czasie, w latach 1834-36, prototyp pojazdu napędzanego energią elektryczną skonstruował amerykański kowal Thomas Davenport[1]. W roku 1837 w Szkocji samochód elektryczny zaprezentował R. Davidson, w kolejnym roku Niemiec Moritz Jacobi skonstruował łódź napędzaną przez ogniowo Volty[1]. Łatwiejsze konstruowanie pojazdów elektrycznych stało się kiedy to Francuz Gaston Planté w roku 1859 wynalazł w Belgii akumulator kwasowo-ołowiowy[2]. Dziesięć lat później (w roku 1869) belgijski elektrotechniki Zénobe Gramme wynalazł komutator, a w 1871 roku powstał pierwszy elektryczny silnik napędzany prądem stałym[2]. Ci dwaj panowie utorowali drogę dla rozwoju pojazdów elektrycznych. Francja i Wielka Brytania były pierwszymi państwami, które popierały powszechny rozwój pojazdów elektrycznych.

Do roku 1900, przed wielkim rozkwitem silników spalinowych zanieczyszczających środowisko, pojazdy elektryczne biły wiele rekordów prędkości i długości przebytych tras. Jednym z najbardziej godnych uwagi wydarzeń tamtych czasów było przekroczenie bariery prędkości 100 km/h przez Camille Jenatzy 29 kwietnia 1899. Natomiast pojazd elektryczny La Jamais Contente osiągnął maksymalną szybkość 105,88 km/h.

Pojazdy z napędem elektrycznym wyprodukowane przez Anthony'ego, Bakera, Detroita, Edisona, Studebakera, z początkiem XX wieku zostały wyparte z rynku przez pojazdy z silnikami spalinowymi. Główną przyczyną tego zjawiska były ograniczenia technologiczne ówczesnej techniki elektroenergetycznej, co powodowało, że pojazdy te nie rozwijały zawrotnych szybkości (tylko około 32 km/h). Oferta producentów pojazdów elektrycznych w tamtych czasach skierowana była przede wszystkim do mieszkańców miast - szczególnie zamożnych ludzi. Oferowano je również jako pojazdy odpowiednie dla kobiet ze względu na łatwość obsługi, niski poziom emitowanego hałasu (brak "strzelającego" gaźnika) oraz czystość. Napęd elektryczny nie wymagał dużej siły fizycznej potrzebnej w przypadku rozruchu silnika spalinowego korbą i nie było też ryzyka połamania kończyn (również podczas rozruchu korbą). Dopiero w 1913 roku wprowadzenie rozruszników elektrycznych przez Cadillaca uprościło proces zapłonu silników spalinowych, eliminując wszelkie zagrożenia dla obsługującego pojazd. Ta innowacja bezpośrednio przyczyniła się do spadku popularności pojazdów elektrycznych, podobnie jak zastosowanie do silników spalinowych chłodnicy, opracowanej w 1895 roku przez Panharda & Levassora. Zastosowanie chłodnicy umożliwiło zwiększenie czasu pracy silnika, co jednocześnie przełożyło się na zwiększenie zasięgu pojazdów z napędem spalinowym.

Pojazdy elektryczne popadły w niełaskę również z powodu masowej produkcji Forda T od 1908 do 1912 roku. Ciągły rozwój pojazdów z silnikami spalinowymi spowodował, iż stały się one bardziej praktyczne niż ich elektryczni konkurenci. Wpływ na utratę popularności pojazdów elektrycznych miała też konkurencja pomiędzy zwolennikami prądu zmiennego i stałego - Edisona. Ówczesne pojazdy z napędem elektrycznym do swojego działania wymagały zastosowania prądu stałego. Wytwarzanie prądu stałego wymaga użycia prostowników, które w ówczesnej fazie były na etapie wczesnego rozwoju. Braki technologiczne oraz rozwijające się lobby naftowe doprowadziły do prawie zupełnego upadku koncepcji pojazdów z napędem elektrycznym, ograniczając się do nielicznych konstrukcji stosowanych w przemyśle.

Rok 1947 okazał się punktem zwrotnym w historii pojazdów elektrycznych. Przyczyniło się do tego skonstruowanie pierwszego tranzystora w laboratoriach firmy Bell Telephone Laboratories. Wynalazcami byli John Bardeen, Walter Houser Brattain oraz William Bradford Shockley, za co otrzymali Nagrodę Nobla z fizyki w 1956.

Samochód elektryczny GM EV

Następnie połączenie sił Henney Motor Company coachwork division z National Union Electric Company, producenta baterii Exide, doprowadziło do powstania pierwszego nowoczesnego samochodu elektrycznego opartego na technologii tranzystora. Henney Kilowatt zajął się produkcją tych pojazdów w dwóch konfiguracjach z obwodami 36 i 72 woltowymi. Modele z 72 woltami miały większą szybkość dochodzącą do 96 km/h i mogły poruszać się prawie godzinę na pojedynczym ładowaniu. Pomimo wprowadzeniu ulepszonych rozwiązań przez Henney Kilowatt produkcja pojazdów z napędem elektrycznym była zbyt droga, co doprowadziło do przerwania tego projektu w 1961 roku. Łączna liczba wyprodukowanych aut w latach 1958-1961 wyniosła poniżej 100 sztuk. Chociaż Henney Kilowatt nigdy nie osiągnął masowej produkcji, technologia oparta na bazie tranzystora przetarła szlak dla nowoczesnych pojazdów z napędem elektrycznym.

W latach 80. XX wieku nastąpiło ponowne odrodzenie pojazdów elektrycznych w USA dzięki preferencyjnej polityce podatkowej w tej sprawie. Pojazdy z napędem elektrycznym zostały uznane przez California Air Resources Board (CARB) za pojazdy nieemitujące zanieczyszczeń (ang. ZEV-zero emission vehicle). CARB ustawił roczną minimalną liczbę pojazdów z napędem elektrycznym, jakie mają być produkowane. Jednak rozporządzenie to zostało zawieszone ze względu na skargi producentów aut, iż ograniczenia tego typu są nieuzasadnione ekonomicznie ze względu na zapotrzebowania konsumentów. Producenci zdążyli jednak wyprodukować kilka samochodów dostosowanych do nowych przepisów, jak GM EV1, Honda EV Plus, czy Toyota RAV4 EV. Większość tych pojazdów była wynajmowana, a po zakończeniu umowy, kiedy CARB zdążył już zmienić rozporządzenie, samochody zostały zebrane i zniszczone.

Zgodnie z opinią Electric Drive Transportation Association w Stanach Zjednoczonych występuje ciągły wzrost liczby pojazdów napędzanych z baterii od ok. 56 000 w roku 2004 do ok. 76 000 w lipcu 2006 roku.

W Polsce[edytuj | edytuj kod]

W 2008 roku w Gdyni przy udziale Akademii Morskiej w Gdyni oraz miłośników i użytkowników pojazdów elektrycznych z całej Polski odbył się I Zlot Pojazdów Elektrycznych i Hybrydowych pod hasłem "Pożegnanie ropy". Rok później w tym samym miejscu odbył się II Zlot Pojazdów Elektrycznych i Hybrydowych pod hasłem "Nowa era w motoryzacji". Kolejne spotkania użytkowników pojazdów elektrycznych miały miejsce w 2011 i w 2012 w Żyrardowie. Podczas wszystkich spotkań prezentowane były osiągnięcia polskich konstruktorów i nie tylko.

W 2012 roku polska firma Arkus & Romet Group wprowadziła na rynek miejski samochód elektryczny Romet 4E o zasięgu ok. 120 km[3][4].

W miastach w Polsce (m.in. w Krakowie, Gdańsku, Jaworznie i Warszawie) testowane są autobusy elektryczne, których eksploatacja ma rozpocząć się w najbliższym czasie[5]. O pojazdach elektrycznych (także w kontekście możliwości wykorzystania ich do magazynowania energii odnawialnej, można przeczytać w publikacji "Demokracja energetyczna" fundacji Zielony Instytut[6].

Źródło energii[edytuj | edytuj kod]

Trolejbus zasilany z trakcji

Energia używana w pojeździe do napędu silnika elektrycznego może być:

Zalety napędu elektrycznego[edytuj | edytuj kod]

Zespół trakcyjny zasilany przez trzecią szynę
Lokomotywa elektryczna
Tramwaj elektryczny
  • Stosunkowo niski koszt eksploatacji w porównaniu do paliw płynnych ze względu na wysoki podatek akcyzowy na te ostatnie. Szacowany koszt przejechania 100 km polskim samochodem Romet 4E to ok. 5 zł[7].
  • Silniki elektryczne nie posiadają obiegu oleju, dodatkowo często chłodzone są powietrzem, co dodatkowo obniża koszty eksploatacji (o 0,01-0,015 zł/km)
  • Koszty energii elektrycznej są bardziej przewidywalne niż ceny gazu albo ropy, mniej uzależnione od wydarzeń międzynarodowych. Rozwój komunikacji elektrycznej zmniejsza zależność kraju od ropy naftowej, a tym samym zależność kraju od manipulacji cenami na rynkach naftowych, oznacza spadek zużycia energii przez pojazd nawet o 90%, a to dlatego, że sprawność pojazdów z napędem elektrycznym wynosi ok. 75-80%, podczas gdy pojazdów spalinowych ledwie ok. 35-40%. Silniki elektryczne są tańsze w eksploatacji (koszt przejechania 100 km samochodem osobowym zamyka się w kwocie 2-5 zł, w zależności od prędkości pojazdu i kosztów 1 kWh). Ładowanie akumulatorów w nocy może przyczynić się do redukcji kosztów eksploatacji (koszty związane z utrzymaniem sieci w przypadku, gdy ilość przesyłanej przez nią energii elektrycznej jest znikoma) i wyrównywania obciążenia sieci energetycznej. Nawet, gdy są zasilane energią elektryczną wytwarzaną na drodze spalania węgla, to i tak są o bardziej efektywne i mniej zanieczyszczają środowisko niż pojazdy z silnikami spalinowymi.
  • Zastosowanie silnika elektrycznego sprawia, że jest łatwo sterowalny, posiada najwyższą efektywność konwersji energii na ruch (ponad 90% a niektóre modele nawet 98%) oraz jest o wiele prostszy w konstrukcji. Silnik elektryczny posiada wysoki moment obrotowy już od pierwszych obrotów do maksymalnych, a dzięki płynnej regulacji obrotów możemy wyeliminować niezbędną w tradycyjnych pojazdach skrzynię biegów.
  • Bardzo ważną, zwłaszcza w komunikacji miejskiej, zaletą jest to, że są to pojazdy cichsze i czyste ekologicznie, a przez to nawet w dużej liczbie bardziej znośne dla otoczenia.
  • Silnik elektryczny jest w stanie odzyskiwać prąd w czasie hamowania (zachowując się wówczas jako prądnica. Zastosowanie hamowania regeneracyjnego zwiększa, w zależności od stylu jazdy, o około 5-20% wydajność pojazdu.
  • Jednak niekoniecznie trzeba ładować akumulatory z gniazdka sieciowego, znacznie szybciej można wymienić rozładowaną baterię akumulatorów na automatycznej stacji, która zajmie się regeneracją oddanych ogniw. (Electric Car Battery Swap Station)
  • W sytuacji wypadku drogowego zmniejszają ryzyko detonacji pojazdu oraz poparzenia lub spalenia się osób podróżujących. Zmniejszone jest również ryzyko detonacji pojazdu podczas tankowania (baterie litowo-polimerowe mogą spowodować pożar ale nie wybuch).

Wady napędu elektrycznego[edytuj | edytuj kod]

Wśród wad samego napędu elektrycznego można wymienić:

  • samochody elektryczne są bardzo ciche (nie robią hałasu) i przez to łatwiej o kolizję z pieszym (podobnie jak przy wypadkach z udziałem rowerzystów}.

W związku z napędem elektrycznym często przytaczane przez przeciwników są wady teraźniejszych samochodów zasilanych z baterii:

  • Zasięg:
    • do 2010 r. – poniżej 200 km
    • Od 2011 r. – zasięg zwiększył się do 500 km na jednym ładowaniu.
    • Od 2012 r. – zasięg zwiększył się do 700 km na jednym ładowaniu.
  • po włączeniu ogrzewania lub klimatyzacji zasięg samochodu elektrycznego drastycznie spada (przy czym klimatyzacja zmniejsza tez zasięg samochodu spalinowego, a ogrzewanie - nie)
  • Ładowanie
    • Do 2010 r. Długi okres ładowania akumulatorów 10–16 godzin. Ewentualne stacje wymiany akumulatorów podnoszą znacznie koszt eksploatacji.
    • Od 2011 r. Ładowanie trwa 45 minut. Zasięg samochodu 500 kilometrów.
  • przy -20 °C pojemność akumulatorów spada do 50%, co po włączeniu ogrzewania może oznaczać że zasięg nie przekroczy 50 km.
  • cena zakupu samochodu elektrycznego jest o około 30-40% wyższa niż odpowiednika spalinowego
  • mniejszy bagażnik i ładowność (miejsce zajmują ciężkie akumulatory).
  • komplet akumulatorów starcza na około 200 tys km lub 10 lat.
  • wysoki koszt zakupu nowych akumulatorów 10-12 tys $
  • bardzo duża utrata wartości samochodu po 6-7 latach eksploatacji.
  • skracanie się zasięgu wraz z zużywaniem się akumulatorów.

Z punktu widzenia ochrony środowiska pojazdy elektryczne nie emitują zanieczyszczeń w trakcie eksploatacji ale ze względu na wciąż stosunkowo młodą technologię oraz duże wykorzystanie metali ziem rzadkich proces produkcji emituje znacznie więcej zanieczyszczeń niż w przypadku samochodów spalinowych. Samochód elektryczny w momencie wypuszczenia na rynek jest odpowiedzialny za emisję ok. 14 ton CO2, samochód spalinowy – 6 ton. W krajach, w których większość elektryczności pochodzi z węgla w całym okresie użytkowania samochód elektryczny będzie odpowiedzialny za emisję porównywalnej ilości CO2 jak samochód benzynowy. W krajach korzystających w większości z energii jądrowej lub odnawialnej samochód elektryczny wyemituje 24% mniej CO2[8].

Inne cechy[edytuj | edytuj kod]

Samochód dostawczy zasilany energią elektryczną
  • Do produkcji energii elektrycznej używa się takich metod jak spalanie węgla (0,58 kg CO2/kWh), spalanie gazu. Dlatego pojazdy elektryczne nie są pojazdami nie emitującymi zanieczyszczeń chyba, że energia przez nie zużywana pochodzi ze źródeł odnawialnych (energia słoneczna, wiatrowa, energia z falowania, energia z pływów, energia geotermiczna lub energia ze spadającej wody). W Polsce ok. 88% produkowanej energii elektrycznej pochodzi ze spalania węgla.
  • Przy instalacjach wysokonapięciowych istnieje ryzyko porażenia prądem (napięcie powyżej 120V DC stanowi zagrożenie).

Kontrowersyjne stwierdzenia[edytuj | edytuj kod]

Zróżnicowane oczekiwania użytkowników, jak i trudność w ocenie sumarycznego wpływu na środowisko, wygodę i otoczenie, powodują burzliwą dyskusję wśród zwolenników i przeciwników napędów elektrycznych. Dyskusja ta, gdy dotyczy samochodów, jest bardzo emocjonalna.

  • Pojazd elektryczny jest znacznie wygodniejszym środkiem komunikacji niż jakikolwiek inny środek transportu - przeciwnicy twierdzą, że niczym się nie różni użytkowanie samochodu elektrycznego i spalinowego w warunkach miejskich. Zwolennicy twierdzą, że brak hałasu, wibracji, a także dużo większe możliwości manewrowe przy małych prędkościach (miejskich) są nieporównywalne z samochodem spalinowym.
  • Podróż pojazdem elektrycznym zapewnia większy komfort i bogatsze wrażenia podczas jazdy - przeciwnicy zwracają uwagę na to, że samochód elektryczny jest tak samo wyposażony jak spalinowy. Zwolennicy zauważają, że nawet przy tym samym wyposażeniu, cisza i brak wibracji zwiększają komfort. Dla przykładu, można swobodnie rozmawiać, słuchać muzyki.
  • Użycie elektryczności jest całkowicie ekologiczne: nie powiększa globalnego ocieplenia, nie powoduje emisji szkodliwych toksyn - fabryki i elektrownie zanieczyszczają środowisko, a są one niezbędne do działania samochodów elektrycznych. Ocena całkowitego wpływu na środowisko samochodów spalinowych i elektrycznych jest bardzo trudna i niejednoznaczna. Dla przykładu, kilometr przejechany samochodem elektrycznym w Niemczech i we Francji powoduje inną emisję CO2 (Ponieważ w Niemczech większość energii jest z paliw kopalnych, a we Francji z elektrowni atomowych).

Przypisy

  1. 1,0 1,1 1,2 1,3 Chronologia wydarzeń w upowszechnianiu samochodu elektrycznego. W: Grażyna Jastrzębska: Odnawialne źródła energii i pojazdy proekologiczne. Warszawa: Wydawnictwa Naukowo-Techniczne, 2007, s. 155. ISBN 978-83-204-3250-3.
  2. 2,0 2,1 Jastrzębska: Odnawialne źródła energii.... s. 156.
  3. Romet E4 - najnowszy produkt polskiej motoryzacji. Forsal, 2010.
  4. Romet 4E.
  5. Polskie miasta testują elektryczne autobusy
  6. Demokracja energetyczna
  7. 5 zł za przejechanie 100 km z Rometem E4. AutoLand.
  8. Bjørn Lomborg: Zielone samochody ukrywają mały, brudny sekret. 2013.

Zobacz też[edytuj | edytuj kod]

Linki zewnętrzne[edytuj | edytuj kod]

Wikimedia Commons