Auta elektryczne

Samochody elektryczne – rewolucja czy powtórka z historii?

Wszyscy słyszeliśmy hasła o nadchodzącej rewolucji w motoryzacji – szybkim zastąpieniu samochodów z napędem spalinowym przez samochody elektryczne. Jednak konfrontacja tych doniesień z rzeczywistością – w 2016 samochody elektryczne i hybrydowe stanowiły jedynie 1,1% wszystkich sprzedanych na świecie samochodów osobowych – nie napawa optymizmem.

Historia

Dla wielu niespodzianką może być fakt, że początek rozwoju motoryzacji to właśnie samochody elektryczne. Już w latach 30-tych XIX wieku – tak, to nie pomyłka – zaczęły powstawać pierwsze samochody elektryczne. Pierwszym z nich był zbudowany przez szkockiego biznesmena Roberta Andersona powóz elektryczny. Brakowało wówczas jednak odpowiedniej technologii, która sprawiłaby, że warto byłoby w nie inwestować. Niezbędne technologie pojawiły się dopiero w latach 1859 – akumulator kwasowo-ołowiowy oraz w 1871 – silnik napędzany prądem stałym. Dzięki tym wynalazkom w roku 1884 do produkcji wszedł w pełni elektryczny pojazd: Flocken Electrowagen.

Przełom XIX i XX wieku był w Stanach Zjednoczonych złotym okresem dla samochodów elektrycznych – poruszało się ich po drogach więcej niż samochodów z silnikami spalinowymi. Podstawową ich zaletą było łatwe uruchomienie – nie wymagały korby do odpalenia, jak w przypadku samochodów spalinowych czy długotrwałych przygotowań jak pojazdy z silnikami parowymi. Łatwiej było też je obsługiwać i były ciche i czystsze. Wadą natomiast była ich cena i mały zasięg. Mimo tych wad na początku XX wieku w Nowym Jorku jeździło ok. 2000 elektrycznych taksówek, autobusów i ciężarówek produkowanych przez firmę Electric Vehicle Company. Pojazdy te konkurowały z konnymi zaprzęgami.

Modele samochodów elektrycznych dostępne w USA na początku XX wieku
(lowtechmagazine.com)

Już wtedy pojawiały się pomysły zwiększenia zasięgu pojazdów elektrycznych. Jednym z nich był pomysł wymiany całego pakietu rozładowanych akumulatorów na naładowane. Pomysł ten próbowała wcielić w życie nowojorska firma taksówkowa czy firma Hartford Electric Company. W tym systemie klient kupował samochód bez akumulatora a płacił każdorazowo za wymianę rozładowanego akumulatora na naładowany. Jednak klienci nie byli zbytnio zainteresowani taką formą zakupu pojazdów elektrycznych.

Warto także wiedzieć, że pierwszym pojazdem, który przekroczył prędkość 100 km/h był samochód elektryczny – dokonał tego 29 kwietnia 1899 roku Camille Jenatzy, belgijski kierowca wyścigowy, w pojeździe La Jamais Contente (maksymalna zmierzona prędkość wyniosła 105,88 km/h). Na początku XX wieku udało się także przebyć pojazdem elektrycznym bez dodatkowego ładowania 300 km.

La Jamais Contente
(https://pl.wikipedia.org/wiki/La_Jamais_Contente)

Samochody elektryczne, choć bardzo popularne, nie mogły się jednak poszczycić największym udziałem w rynku. W 1900 roku w Stanach Zjednoczonych 40% pojazdów napędzane było parą, 38% energią elektryczną, a 22% silnikiem spalinowym.

Mimo wielu zalet samochodów elektrycznych, w kolejnych latach popyt na nie zaczął drastycznie spadać. Wiązało się to z rozwojem techniki: w 1913 roku Cadillac wprowadził do samochodów spalinowych rozrusznik elektryczny, który znakomicie ułatwił codzienną eksploatację tych pojazdów. Zastosowanie chłodnicy, opracowanej w 1895 roku przez Panharda & Levassora, umożliwiło zwiększenie czasu pracy silnika co przełożyło się na większy zasięg pojazdów z silnikiem spalinowym. Kolejnym przyczynkiem do zaprzestania budowy samochodów elektrycznych był gwałtowny rozwój sieci dróg i jednoczesny rozwój koncernów paliwowych, a co za tym idzie stacji benzynowych, co przełożyło się wprost na nieograniczony zasięg samochodów z silnikiem spalinowym. Brak odpowiednich technologii oraz rozwijające się lobby naftowe doprowadziły do prawie całkowitego upadku koncepcji samochodów z napędem elektrycznym.

Powrót do koncepcji samochodów elektrycznych nastąpił w latach 80. XX wieku w USA. California Air Resources Board uznał samochody z napędem elektrycznym za nieemitujące zanieczyszczeń, i wprowadził wymóg produkowania corocznie określonej minimalnej liczby takich pojazdów. Niestety, rozporządzenie zostało dosyć szybko zawieszone. Mimo tego producenci zdążyli wprowadzić na rynek kilka tego typu samochodów, m.in.: GM EV1, Honda EV Plus, czy Toyota RAV4 EV.Sposób ich dystrybucji budził jednak bardzo wiele zastrzeżeń: samochody nie mogły być kupione a jedynie leasingowane. Dodatkowo GM usunął w roku 2003 z rynku wszystkie istniejące egzemplarze modelu EV1 (ok. 1000 sztuk). Szkoda, bo jak na ówczesne czasy model ten oferował bardzo dobre parametry eksploatacyjne: zasięg do 240 km, a ładowanie do 80% pojemności akumulatora zajmowało nie więcej niż 90 minut. GM argumentował wówczas, że samochody elektryczne to nisza, w którą nie warto inwestować, zwolennicy samochodów elektrycznych uważali natomiast, że w przypadku pojazdów tego typu koncern nie zarobi tyle na serwisie co w przypadku samochodów spalinowych.

W późniejszych latach wielokrotnie wracał temat samochodów elektrycznych. Jednak najbardziej przełomowym wydarzeniem było wprowadzenie na rynek w roku 2012 Modelu S Tesli. Po raz pierwszy producentowi udało się połączyć dwa, niezwykle ważne z punktu widzenia użytkownika, elementy: duży zasięg z wyglądem samochodu.

Teraźniejszość

Przez sześć miesięcy 2016 r. w 27 państwach Unii Europejskiej (dane dla Malty są niedostępne) i trzech krajach EFTA (Szwajcaria, Norwegia, Islandia) zarejestrowano łącznie 8.090.870 nowych samochodów osobowych. Z tej liczby 44.381 to auta elektryczne (0,55%), a 50.855 szt. to hybrydy plug-in, czyli z możliwością ładowania akumulatorów z gniazdka, oraz auta zasilane wodorem (0,63%). Kolejne 1,8% rynku należy do hybryd, których zarejestrowano w pół roku blisko 145.000 sztuk. W Polsce trendy są odmienne. Z racji wysokich cen i kiepskiej infrastruktury pozwalającej na ładowanie akumulatorów, auta elektryczne praktycznie się nie sprzedają. W pierwszym półroczu 2016 r. zarejestrowano ich jedynie 33 sztuki, a hybrydy typu plug-in znalazły 170 nabywców. Popularność zyskały za to hybrydy – rejestracja 4.510 sztuk stawia nas na 9. miejscu w Europie w kategorii hybryd.

Z uwagi na wykorzystaną technologię, samochody elektryczne cechuje wiele zalet:

  • pojazdy elektryczne w trakcie eksploatacji praktycznie nie emitują CO2,
  • stosunkowo niski koszt eksploatacji w porównaniu do samochodów spalinowych, wynikający z niższych cen energii elektrycznej niż paliw płynnych oraz większej sprawności silników elektrycznych,
  • silnik elektryczny jest łatwo sterowalny, posiada najwyższą efektywność konwersji energii na ruch oraz jest o wiele prostszy w konstrukcji,
  • silnik elektryczny posiada wysoki moment obrotowy w całym zakresie obrotów, co umożliwia wyeliminowanie niezbędnej w tradycyjnych pojazdach skrzyni biegów,
  • 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), co pozwala na zwiększenie wydajności pojazdu,
  • w przypadku sytuacji ekstremalnych (wypadek, zderzenie) zmniejszają ryzyko eksplozji lub pożaru pojazdu,
  • koszt energii elektrycznej jest bardziej przewidywalny w stosunku do ceny paliw płynnych,
  • istnieje, przynajmniej teoretycznie, możliwość współpracy samochodów elektrycznych z systemem elektroenergetycznym w celu zmniejszenia kosztów eksploatacji tego ostatniego, co może przynieść wiele korzyści dla gospodarki (ładowanie samochodów w dolinie nocnej, wykorzystanie prądu z baterii w szczytach zapotrzebowania na moc).

Jak każdy produkt zaawansowany technologicznie, posiadają też sporo wad, wynikających głównie z zastosowanej technologii:

  • niewielki zasięg,
  • długi czas potrzebny do naładowania baterii (w porównaniu z tankowaniem samochodu spalinowego),
  • komplet akumulatorów starcza na około 200 tys. km lub 10 lat eksploatacji,
  • wysoki koszt zakupu nowych akumulatorów,
  • bardzo duża utrata wartości samochodu po 6-7 latach eksploatacji,
  • skracanie się zasięgu wraz z zużywaniem się akumulatorów,
  • po włączeniu ogrzewania lub klimatyzacji zasięg samochodu elektrycznego drastycznie spada,
  • zależność pojemności baterii od temperatury (przy -20°C pojemność akumulatorów spada do 50%),
  • samochody elektryczne są bardzo ciche i przez to łatwiej o kolizję z pieszym lub rowerzystą,
  • mniejszy bagażnik i ładowność (miejsce zajmują ciężkie akumulatory).
  • wysoka cena zakupu samochodu elektrycznego.

Powszechnie lansowana teza, że samochody elektryczne są zero emisyjne, jest bardzo kontrowersyjna. 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 Polsce jest to ok. 88% produkcji energii) 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 znacznie mniej CO2 niż samochód spalinowy.

Wszystkie te uwarunkowania powodują, że przy zastosowaniu dzisiejszej technologii i modelu biznesowego, era pojazdów elektrycznych może się odwlec w czasie. Jednak i tutaj z pomocą może przyjść historia.

Przyszłość

Aktualnie samochody elektryczne są, generalnie, zintegrowane z baterią. Wydaje się, iż przyczyną takiego stanu rzeczy jest przede wszystkim to, iż bateria stanowi największą część kosztów produkcji samochodu elektrycznego, i koncerny motoryzacyjne nie są szczególnie zainteresowane oddzieleniem od siebie tych dwóch elementów, co wiązałoby się ze zmniejszeniem ich potencjalnych zysków. Na pewno kolejnym powodem jest problem standaryzacji: jak powinna być zbudowana standardowa bateria, jakie mieć parametry eksploatacyjne, jak dokonać jej wymiany w różnych markach samochodów?

Te wszystkie pytania i możliwość utraty części dochodów powodują, że temat ten, mimo że znany od początku XX wieku, nie jest specjalnie głośny w mediach. A wydaje się, że oddzielenie od siebie tych dwóch elementów mogłoby znakomicie wpłynąć na rozwój samochodów elektrycznych. Oczywiście nie mówimy tu o samochodach elektrycznych klasy Premium czy sportowych, gdzie bateria jest często integralnym elementem konstrukcji takich samochodów: zmiana jej parametrów, wymiarów, umiejscowienia, wpływałaby na pewno na właściwości jezdne tych pojazdów a zapewne także i na bezpieczeństwo. Jednak w tym asortymencie pojazdów cena nie gra istotnej roli, więc zawsze znajdą się na nie nabywcy. Wydaje się, iż wymienna bateria miałaby zastosowanie w dużo powszechniejszych samochodach wykorzystywanych codziennie, dla których nabywców najistotniejsze są dwa parametry: koszt zakupu i eksploatacji samochodu.

Czy możliwe jest wyobrażenie sobie sytuacji, gdy koncerny motoryzacyjne odpowiadają za produkcję samochodów i ich standaryzację pod kątem wykorzystania dostępnych na rynku modeli baterii, a produkcją, utylizacją i dzierżawą akumulatorów zajmują się np. koncerny paliwowe? Jeśli rewolucja w wykorzystaniu samochodów elektrycznych nadejdzie, to koncerny naftowe będą pierwszymi, które utracą znaczną część swoich dochodów. Czy nie byłoby mądrze spróbować zdywersyfikować swoje przychody pod tym kątem?

Wyobraźmy sobie sytuację, gdy na każdej stacji benzynowej czy pętli autobusowej, znajduje się nie stacja ładowania (o dużych mocach, z koniecznością zbudowania kosztownej stacji transformatorowej SN/nn lub WN/nn, z dużym negatywnym wpływem na funkcjonowanie sieci energetycznej, której koszt budowy nigdy się nie zwróci) a jedynie niewielkie pomieszczenie, w którym przechowywane jest kilka standardowych baterii podlegających ładowaniu w parametrach optymalnych pod kątem żywotności baterii (dużo mniejsza moc ładowania, możliwość natychmiastowego wykorzystania naładowanych baterii, bezpieczeństwo systemu elektroenergetycznego). Takie rozwiązanie niesie ze sobą dużo zalet:

  • drastycznie spada koszt zakupu samochodu elektrycznego (akumulator jest najdroższym elementem takiego samochodu),
  • spadek wartości samochodu następuje dużo wolniej niż samochodu z zabudowanym akumulatorem, a nawet wolniej niż samochodu spalinowego z uwagi na jego dużo mniejsze zużycie (silnik elektryczny jest bardzo trwały),
  • nie ma problemu z bardzo kosztownym zakupem nowych akumulatorów, gdyż płacimy nie za akumulatory, a jedynie za prąd wykorzystany do ich naładowania oraz fakt ich „wypożyczenia”,
  • nie tracimy czasu na naładowanie „pustej” baterii bo wymieniamy ją na już naładowaną,
  • nie ma problemu związanego ze zmniejszeniem zasięgu, gdyż akumulatory o małej pojemności są automatycznie utylizowane,
  • z uwagi na optymalne warunki ładowania baterii zmniejsza się koszt dla środowiska z uwagi na ich większą żywotność i mniejsze koszty utylizacji,
  • nie trzeba ponosić wysokich kosztów budowy stacji ładowania pojazdów elektrycznych o dużych mocach, wymagających inwestycji w stacje i sieć energetyczną (kto ma te nakłady ponosić?),
  • dużo łatwiej „zaprząc” takie samochody do współpracy z systemem elektroenergetycznym: skoro to nie właściciel pojazdu jest właścicielem baterii to nie on musi się przejmować jej utratą pojemności przy ewentualnym wykorzystaniem do regulacji systemu elektroenergetycznego, co także przekłada się na korzyści dla środowiska naturalnego.

Oczywiście pojawią się także problemy, jak choćby ten, gdy ktoś ładuje swój samochód z gniazdka w domu – jak wtedy pobrać opłatę za „wypożyczenie” baterii? I oczywiście koszty eksploatacji takiego samochodu wzrastają – do kosztu energii elektrycznej dochodzi koszt baterii – jednak rozłożony w czasie.

Problemów zapewne byłoby znacznie więcej – pytanie, czy korzyści z tego tytułu nie wywołałyby rzeczywiście szybszego rozwoju rynku samochodów elektrycznych? Wydaje się jednak, iż pomysł rozdzielenia samochodu elektrycznego od baterii znalazłby sporo zwolenników, pytanie brzmi, jak przekonać do tego odpowiednio duży kapitał? Ale jeśli nabywcy chcą kupować nawet drogie samochody elektryczne, to czy nie chętniej kupią je za dużo niższą cenę?

Click to comment

Leave a Reply

Twój adres email nie zostanie opublikowany. Pola, których wypełnienie jest wymagane, są oznaczone symbolem *

To Top