Szukaj na tym blogu

piątek, 11 grudnia 2009

Czy polska energetyka jest przygotowana na elektryczne pojazdy ?

Zainspirowany pytaniem czytelnika w poście o ekologicznym aspekcie EV, postanowiłem zrobić prosty szacunek odpowiadający na pytanie: O ile więcej energii elektrycznej byłoby potrzebne, gdyby w Polsce 10% pojazdów stanowiły samochody elektryczne.

Metodyka obliczeń
  • dane o zużyciu paliw płynnych w Polsce
  • przeliczenie wartości opałowej 10% zużywanego paliwa na energię elektryczną
  • skorygowanie otrzymanych wartości uwzględniając różnicę w sprawnościach pojazdów elektrycznych i spalinowych

Zgodnie z danymi GUS w Polsce zużycie benzyn oscyluje wokół 3 957 tyś ton a zużycie oleju napędowego to 7 500 tyś ton

wyliczenia dla benzyny
wartość energetyczna benzyny ~ 12.33 kWh / kg
10 % zużycia = 395 700 tony - wartość energetyczna = 4878981000 kWh = 4.879 TWh
wskaźnik zmniejszenia wynikający z większej efektywności samochodów elektrycznych przyjęty na poziomie 25%. 4.879 TWh*0.25=1.2197 TWh


wyliczenia dla oleju napędowego
wartość energetyczna diesla ~ 12.61 kWh / kg
10% zużycia = 750000 ton - wartość energetyczna = 9457500000 kWh = 9.458 TWh
wskaźnik zmniejszenia wynikający z większej efektywności samochodów elektrycznych przyjęty na poziomie 35%. 9.458 TWh*0.35 = 2.365 TWh

Podsumowując: Zastąpienie 10% samochodów spalinowych 10% udziałem samochodów elektrycznych wymagałby rocznie dodatkowo 3.5847 TWh energii elektrycznej. Zestawiając tą wartość z ilością produkowanej w Polsce energii ok 160 TWh nie jest ilością dużą, która wymagałaby specjalnych inwestycji w energetyce. 10-cio procentowy udział EV na polskich drogach wymagałoby zaledwie ok 2.24% obecnie zużywanej energii elektrycznej taką wartość można bez problemu uzyskać poprawiając efektywność pracy elektrowni np. poprzez zwiększenie poboru energii nocą. Należy przy tej okazji dodać że samochody elektryczne są idealnym urządzeniem do wykorzystania nocnej taryfy powodując pozytywne sprzężenie zwrotne dla działania systemu energetycznego.


18 komentarzy:

szczepan czarny pisze...

Tak z ciekawości ile km kwadratowych powierzni paneli fotowoltanicznych zastąpiło by naszą atomówkę?

jako pisze...

Dziękuję za przeprowadzenie wyliczeń.

Nawet jeśli uwzględniać pewne pominięte niekorzystne czynniki (np. samorozładowanie akumaulatorów w samochodach rzadko używanych) to nie zmieni to znacząco wyniku.

Gdyby samochody elektryczne miały inteligentne sterowanie ładowaniem, możnaby zaprogramować godziny taryfy nocnej, dzięki czemu pojazd sam wybierałby optymalne godziny ładowania.

Samochód elektryczny odpowiednio sprzęgnięty z instalacjami w domu mógłby też stanowić dodatkowe zapasowe źródło energii, np na wypadek awarii sieci.

Anonimowy pisze...

Najprostszym sposobem na stworzenie "inteligentnego" systemu ładowania samochodu jest zakup zegarowego wyłącznika czasowego do gniazdka. Po włączeniu go do gniazdka i podpięcia zasilacza samochodu wystarczy ustawić na godziny taryfy nocnej. Kosztuje pare złotych, więc powinien się szybko zwrócić.

Juriii

jako pisze...

W teorii tak, ale w praktyce nie byłoby tak dobrze.
Prądy podczas ładowania są duże, niewykluczone, że należałoby używać instalacji trójfazowej, a do takiej włączniki czasowe są droższe i mniej popularne.
Inteligentny system ładowania zna pojemność akumulatorów, ich stopień naładowania, wie ile czasu potrwa ładowanie standardowe/przyspieszone, itp. W końcu o baterię akumulatorów wartą kilkadziesiąt tysięcy (często więcej niż pozostała część samochodu) trzeba dbać, więc bez inteligentnego układu kontroli/ładowania się nie obędzie.

Bogdan Szymański pisze...

Z tego co wiem to stacje do ładownia EV w domu mają możliwość ustawiania czasu rozpoczęcia i zakończenia ładowania

tmk767 pisze...

Wielkie dzięki za wyliczenia

Nawet nie przypuszczałem, że auta mogą mieć aż tak NISKĄ sprawność... po prostu nad tym się nigdy nie zastanawiałem - 25%. Z przezwyczajenia doszukuję się wysokich kosztów transportu w podatkach a tu się okazuje, że większość energi idzie w powietrze...

Co nie zmienia mojego stosunku do wysokich podatków tj. akcyza na paliwa płynne ale dzięki temu mam pełniejszy obraz sytuacji.

Ciekawi mnie też sprawa ilości surowców niezbędnych do wyprodukowania samochodu z silnikiem elektrycznym... stal, i szczególnie miedź. Z tego co pamiętam z lekcji fizyki (jak prze mgłę) a szczególnie z dzieciństwa ("naprawianie" zabawek produkcji CCCP) - to budowa silnika elektrycznego jest tylko trochę bardziej skomplikowana niż konstrukcja cepa... Budując własne "zabawki" zawsze miałem problem gdzie schować wielką baterię... - tak - już ćwierć wieku temu osobiście spotkałem się z trudnościami magazynowania energii. ;)

Konstrukcja silników spalinowych jest dużo bardziej skomplikowana i również narzuca konstruktorom ograniczenia. Być może zamiana silnika na elektryczny to nie tylko pozbycie się baku, chłodnicy, systemów smarowania, sprawdzania stanu oleju, cały wydech i katalizatory stałyby się bezsensowne. A może jeden silnik to też ograniczenie - czemu nie dwa albo 4 - każde koło mogłoby mieć swój - a zamiast skomplikowanej budowy skrzyni biegów - jeden potencjometr... być może auta elektryczne bez całego tego balastu byłyby lżejsze (mniej surowców) i bardziej niezawodne (mniej części ruchomych).

jako pisze...

IMHO 'fabryczne' samochody elektryczne bedą jeszcze przez wiele lat zbyt drogie i mało dostępne, zanim zaczną się jakoś liczyć w globalnej (a już zwłaszcza polskiej) motoryzacji.

Wg mnie kluczem jest przerabianie używanych małych samochodów spalinowych na elektryczne.

Dzięki temu można maksymalnie wykorzystać sprawne elementy samochodu, zamiast wyrzucać istniejące auto na śmietnik i zużywać ostatki zasobów na produkcję auta 'od zera'.

Np. chiński producent sprzętu rolniczego przerabia samochody spalinowe na elektryczne:
http://moto.onet.pl/5767445,32,4,filmy.html?node=32
Miesięczne koszty prądu to 4 dolary (co niewiele tak naprawdę mówi), a przeróbka samochodu kosztuje około 3000 dolarów.

W Polsce też są już fachowcy, którzy takie przeróbki wykonują, choć ciągle jeszcze koszty tego są zbyt wysokie. Gdy ilość mechaników potrafiących wykonać takie zmiany znacząco wzrośnie, pojawią się gotowe zestawy do przerabiania, i nastąpi 'oddolna' elektryfikacja. Dopiero gdy skala przeróbek będzie masowa, producenci samochodów zostaną zmuszeni do wprowadzenia tanich modeli do masowej produkcji.

Obstawiam ten model również z tego powodu, że Polacy są otwarci na takie przeróbki, gdy ma to uzasadnienie ekonomiczne: np. przerabianie na LPG. Bardzo niewielu Polaków kupuje nowe samochody, sprowadzamy dużo używanych i mamy zdolnych mechaników :)

Mechanicy ci na coś się będą musieli przestawić, gdyż bariery na sprowadzanie używanych aut ciagle rosną.

Pamiętajmy, że w wielu wypadkach (tam gdzie wystarcza mały zasięg i nie przeszkadza zmniejszenie przestrzeni w aucie) można z powodzeniem zamontować akumulatory ołowiowe, nawet używane/regenerowane co dramatycznie obniża koszty przeróbki.

Bogdan Szymański pisze...

@TMK

Auta elektryczne mają znacznie prostszą konstrukcję a zwłaszcza znacznie mniejszą liczbę ruchomych części co powinno przełożyć się na niższe koszty eksploatacyjne.
Silniki elektryczne są znacznie łatwiejsze i tańsze w budowie oraz lżejsze w przeliczeniu na moc.

@ jako
Tu naprawdę trudno wyrokować czy EV będą w przeciągu kilku lat nadal drogie czy w porównywalnej cienie do samochodów spalinowych. Kluczową sprawą jest rozwój technologii gromadzenia energii. Wiele dzieje się na tym polu pojawia się wielu nowych graczy a to dobrze wróży dla EV i spadku ich cen. Osobiście obserwując ten rynek wydaj mi się że cena EV powinna w przeciągu kilku lat zejść do poziomu cen obecnych aut hybrydowych.

Antey pisze...

@jako

Fajny pomysł, szkoda że utopijny. Jesteśmy w UE, która forsuje zakaz używania starszych samochodów i nakaz serwisowania nowych wyłącznie u producentów, którzy na to z pewnoscią nie pozwolą.
Do tego, taka przeróbka musiałaby przejść cykl badań związanych z bezpieczeństwem, a zaklady realizujące uzyskać stosowne autoryzacje... do tego liczba producentów takich elektrycznych "power-packów" dla róznych samochodów spowodowałaby taki sam bałagan jaki mamy w kwestii akcesoriów do komórek: każdy ma inną wtyczkę...

Bogdan Szymański pisze...

Antey
nie masz racji w tym co piszesz to właśnie UE forsuje przepisy zabraniające praktyk monopolistycznych serwisowania samochodów u dealera danej marki. Poz tym po dwuletniej gwarancji każdy może zrobić z samochodem co chce a wg przepisów UE silnik jest częścią samochodu ktory można wymienić. Formalnie nie widzę żadnych przeszkód. Jak samochód dostanie badania techniczne (a czemu miał by nie dostać) to z silnikiem elektrycznym może jeździć w UE

Anonimowy pisze...

Pozwolę sobie nieco skorygować szacunki szanownego autora na przykładzie roku 2007, w którym wyglądało to dokładnie tak:
- zużycie paliw w Polsce: 4,146 mln Mg benzyn (12,5 MWh/Mg); 9,544 mln Mg oleju napędowego (11,8 MWh/Mg); 1,828 mln Mg LPG (9,55 MWh/Mg);
- moc zainstalowana w elektrowniach: 35,85 GW,
- produkcja energii elektrycznej: 159,5 TWh.
Ilość energii zużytej przez pojazdy w 2007 r. wyniosła więc 655 073 TJ, czyli 182,0 TWh. Gdybyśmy 10 % tej energii chcieli zastąpić elektryczną, przy założeniu że sprawność silnika spalinowego wynosi około 33 %, a łączna sprawność układu akumulator + silnik elektryczny to około 50 %, zapotrzebowanie na energię do ładowania akumulatorów wyniosłoby 12,0 TWh, czyli 7,5 % ilości energii wyprodukowanej w 2007 r. Gdyby proces ładowania rozłożyć w czasie równomiernie, niezbędna minimalna moc potrzebna do zasilenia ładowarek akumulatorów wyniosłaby 1,4 GW, czyli 3,8 % mocy zainstalowanej. Jak widać, z 10-30 % udziałem EV system pewnie da sobie radę, potem zaczną się schody.
Pozdrawiam,
Anonimowy

Bogdan Szymański pisze...

@ anonimowy
Różnica w sprawnościach samochodów elektrycznych i spalinowych jest znacznie większa stąd ta różnica w wynikach. 50 % sprawność układu akumulator - silnik jest sporo zaniżona silnik elektryczny ma sprawność 90-95% akumulatory li lon - 80- 99% w zależności od typu co da średnio sprawność układu ok 80%. Sprawność silnika spalinowego to ok 30% ale sprawność samochodu spalinowego jest poniżej 20%

Anonimowy pisze...

Hm... te sprawności, to pewnie z ulotek reklamowych. Owszem, silniki elektryczne osiągają w optymalnych warunkach pracy sprawności do 95 %. Jednak w "realu", z uwagi na straty w układzie zasilania silnika i wpływ zmiennych warunków pracy, sprawność zamiany energii na odcinku wyjście z akumulatora - wał silnika wyniesie pewnie gdzieś pomiędzy 75, a 80 %. Podobnie jest w przypadku sprawności akumulatorów - w warunkach faktycznego użytkowania sprawność energetyczna, nawet litowo-jonowych, oscylowała będzie w zakresie 75-90 %. Do tego "dodać" należy straty przesyłowe w sieci (~10 %) i straty w instalacji ładowania (przyjmijmy 5 %). Na odcinku "płot" elektrowni - wał silnika spodziewać się więc można transferu energii ze sprawnością w granicach 48 - 62 % - średnio 55 %. Co do sprawności silnika spalinowego, nie będę się upierał, może być 30 %.
Pozdrawiam, Anonimowy

Bogdan Szymański pisze...

Powiem szczerze że irytują mnie takie komentarze typu. "Hm... te sprawności, to pewnie z ulotek reklamowych." Sarkazm i ironie proszę zachować dla siebie a jeżeli podważasz moje dane podaj źródło.

Robiąc porównanie trzeba być obiektywnym. Nie będę się przekrzykiwał jaką to sprawność mają ogniwa li-lon czy silniki elektryczne każdy ma prawo twierdzić ze producenci kłamią w swoich danych.

Ale nie można manipulować wyliczeniami. Jak można doliczać straty przesyłowe sieci, straty w instalacji ładowania w przypadku EV a nie doliczać strat dowozu paliwa do stacji czy straty na destylacji ?? - tak właśnie tworzy się manipulacje!

Fakty są takie kompakt EV zużywa na 100 km 15kWh kompakt dieslowy 5 l on * 10.2kWh/l = 51kWh łatwo policzyć ze samochód elektryczny jest średnio 3.4 raza bardziej efektywny W przypadku benzyny bezie to jeszcze większa równica.

Możesz twierdzić do woli że samochód elektryczny ma sprawność 50
% 40% - nieważne fakty mówią co innego.

Anonimowy pisze...

1. "Jak można doliczać straty przesyłowe, straty w instalacji ładowania..."
Przepraszam bardzo, jeśli się nie mylę, tematem postu był potencjalny wpływ EV na polską energetykę, w domyśle: o ile więcej prądu trzeba będzie wyprodukować. Jak dobrze wiesz, prąd nie powstaje w gniazdku, tylko w elektrowni. Dodatkowej energii nie będziesz woził cysternami, a świstak nie będzie jej zawijał w papierki. Trzeba będzie ją przesłać siecią i przed podaniem do akumulatora przygotować, co ewidentnie wygeneruje straty, które trzeba będzie pokryć zwiększoną produkcją energii w elektrowni. Straty "przesyłowe" podczas przewozu paliwa cysternami są pomijalne, rzędu kilku dziesiątych % transportowanej "energii".
2. "...czy straty na destylacji ??"
Jeśli sobie życzysz, nie ma sprawy, a po stronie EV uwzględnimy 36 % sprawność elektrowni. Tyle że wtedy, to już będzie nie na temat, bo nie chodziło o oszacowanie wzrostu zużycia węgla.
3. "...każdy ma prawo twierdzić ze producenci kłamią w swoich danych."
A kto tu mówi o kłamstwie ? Producenci podają najprawdziwszą prawdę, tyle że prawda ta obowiązuje w określonych warunkach testowych, zwykle optymalnych i uregulowanych odpowiednią normą. Nie śmiałbym np. zarzucić kłamstwa producentowi mojego auta, który podał zużycie paliwa na poziomie 8,7 l/100km, a mnie nie udaje się zejść poniżej 10,4, bo wiem, że jest to zużycie w standaryzowanych warunkach, służące wyłącznie porównaniu poszczególnych modeli, a nie gwarantowane średnie zużycie podczas eksploatacji. Ulotki nie są złe, ale zawartych tam danych nie można bezkrytycznie uogólniać. Jeśli chcesz ocenić faktyczne parametry pracy, to obejrzyj wykresy charakterystyk, i nie zakładaj, że akumulatory będziesz stale ładował/rozładowywał zalecanym prądem, a silnik będzie pracował stale przy obciążeniu znamionowym.
4. "...samochód elektryczny jest średnio 3.4 raza bardziej efektywny. (...) Możesz twierdzić do woli że samochód elektryczny ma sprawność 50% 40% - nieważne fakty mówią co innego"
Prawdę mówiąc, nie rozumiem o co Ci chodzi ? Czy czytałeś może mój komentarz, czy może op...sz tak dla zasady ? A pamiętasz jeszcze temat swojego postu ? Przedmiotem rozważań było, o ile wzrośnie obciążenie elektrowni. Aby wzrost ten ocenić, oszacować trzeba jaka część energii wyprodukowanej w elektrowni zostanie efektywnie wykorzystana przez EV. Na pytanie o średnią sprawność ogólną EV odpowiedziałeś sobie sam. Jeśli, jak napisałeś, średnia sprawność ogólna samochodu spalinowego wynosi poniżej 20 %, a sprawność EV jest od niej średnio 3,4 razy większa, to sprawność EV oszacowałeś na <20*3,4 = <68 %. Nie zamierzam w tym względzie z Tobą polemizować, bo trudno dyskutować o szczegółowych parametrach czegoś, czego tak na prawdę jeszcze nie ma (czyli EV, który byłby w stanie zdobyć 10 % rynku). Można ją będzie ocenić, gdy pojawią się dostępne (cena) EV o funkcjonalności porównywalnej z samochodami spalinowymi - za dostępność i funkcjonalność płaci się między innymi sprawnością. Wtedy wystarczy rzut oka na licznik (elektryczny), i wszystko będzie jasne.
Przy okazji, czy podane przez Ciebie zużycie 15kWh/100km, to wartość teoretyczna, czy zmierzona ? Jeśli zmierzona, to gdzie zmierzona - przed instalacją ładowania, dostarczana do akumulatora, opuszczająca akumulator, czy może docierająca do silnika(ów)?. Czy podczas testów uwzględniono fakt, że średnioroczna temperatura wynosi u nas od 2 do 4 oC, a czasami spada nawet do -20 oC ? (problem ogrzewania).
No i są jeszcze oczywiście straty spowodowane samorozładowaniem akumulatora, ale to już na prawdę szczegół.
Mimo wszystko pozdrawiam, Anonimowy

Bogdan Szymański pisze...

Dalsze prowadzenie konwersacji uwłaczałoby mojej inteligencji. Proponuje abyś policzył sprawność samochodów elektrycznych od węgla w złożu. Na pewno uzyskasz satysfakcjonującą cię sprawność

Alan Komiściuk pisze...

:)

tomasz.gertrudow pisze...

Jeśli już mowa o elektryce, to czy moglibyście polecić mi jakiś dobry sklep dla elektryków? Zauważyłem, ze spory wybór narzędzi i materiałów posiada w swojej ofercie https://interblue.pl/liczniki-energii-elektrycznej,c,45/ - czy powinienem złożyć w nim zamówienie?