Почему вы будете ездить на электромобилях (и заряжать их от солнечных панелей)
Предисловие
Для начала разберемся сколько энергии потребляют электромобили. Многие люди не доверяют "официальным" данным автопроизводителей, поэтому проведем эксперимент.
1. Берем электромобиль с официальным запасом хода в 238 миль (383 км), и с официальным расходом 28 кВт*ч на 100 миль (17.4 кВт*ч на 100 км).
2. Ездим на нем 2 недели без подзарядки, в нормальном режиме, в жарком климате, с кондиционером работающим на полную. Что имеем в итоге?
Проехали 178.1 миль (286.6 км) потратив 46.1 кВт*ч. Это 160 Вт/км или 16 кВт*ч на 100 км.
После 178 миль, у нас еще осталось около 25% батареи и около 56 миль запаса хода. При этом, 22% всей энергии было потрачено на кондиционер.
Итак, производитель не врет насчет потребления энергии и запаса хода. Но, нам надо также проверить, сколько энергии уходит для зарядки электромобиля. Ведь заряд в батерее берется из розетки, и в процессе заряда есть потери энергии.
3. Подкючаем электромобиль к обычной розетке (120 вольт/15 ампер) через устройство для измерения мощности (Kill-a-watt). Оно показывает зарядку с мощностью 1.34 кВт и ток 11.85 ампер. С такой мощностью зарядка должна занять где-то 40 часов. Можно было заряжаться от более мощной розетки, в 240В/32А, и это было бы раз в 6 быстрее, но у меня нет устройства для измерения мощности, которое работало бы с 240/32. Поэтому, для этого эксперимента придеться немного подождать.
Тут у меня случилась небольшая конфузия. Вообще при зарядке не рекомендуется использовать удлиннитель. Мне он понадобился так как Kill-a-Watt своей формой не входил в корпус розетки, которая была в защищенном от влаги корпусе. Через несколько часов я вышел проверить как там этот удлиннитель себя чувствует, и он был очень горячим. И я решил что лучше сходить купить нормальный новый удлиннитель вместо этого старого китайского. В магазине нашел удлиннитель сделанный аж в самом USA, расчитанный на 1875 Вт.
После этого кстати мощность зарядки подскочила на 50 Ватт. Значит старый удлиннитель потреблял 50 Ватт на свой обогрев.
И вот 40 часов спустя, имеем результаты. Так как я два раза отключал счетчик для преключения удлиннителя, и каждый раз при отключении от розетки он обнуляется, то нам надо сложить 3 цифры. 5.16 + 1.74 + 48.51 = 55.41. Итого, если считать с потерями при зарядке, то наш электромобиль кушает 193 Вт на километр пробега. При зарядке от переменного тока мы теряем около 17% энергии (инвертер, сопротивление батареи, и другое)
Расчет Экономической Эффективности Электротранспорта
А теперь от предисловия перейдем к расчету эффективности. Итак, расход около 200 Вт на км. Тут в США средняя цена за кВт, без учета всяких льготных ночных тарифов, около 12 центов за кВт*ч. Итого, стоимость топлива около 2.32 центов за километр пробега. Стоимость бензина для среднего американского ДВС автомобиля сегодня составляет около 7 центов за км (22 миль/галлон, $2.50/галлон), и около 4.5 центов для экономичного автомобиля с ДВС (35 миль/галлон, $2.50/галлон).
В местах с более дешевым электричеством, и ночными льготными тарифами, стоимость пробега будет еще меньше. Например, в Ленинградской области, ночной тариф 2.06 рубля за кВт*ч. Это означает что пробег стоит 39 копеек (0.6 цента) за км. 20 тысяч километров пробега в год обойдутся всего в 8000 рублей ($132 доллара). В настройках электромобиля можно установить расписание зарядки, в зависимости от стоимости электричества и вашего времени отьезда.
Помимо экономии на пробеге, мы также экономим на обслуживании электромобиля. Вот сравните например расписание техобслуживания для электромобиля, с расписанием обслуживания аналогичного ДВС автомобиля. В электромобилях просто намного меньше движущихся частей. Нет коробки передач, нет сложной системы охлаждения двигателя (есть упрощенная), тормоза упрощенные и почти не изнашиваются (автомобиль управляется одной педалью газа, тормоз нужен только в экстренных случаях), нет кучи ремней которые изнашиваются, нет машинного масла.
Вы мне можете тут возразить что батареи в электромобилях дорогие. Да, пока дорогие, но это просто вопрос времени когда их стоимость упадет. В 2010 году
батареи стоили около $1000 за кВт*ч. Сегодя крупные автопроизводители покупают их почти в 10 раз дешевле. При достижении $100 за кВт*ч, электромобили становяся дешевле автомобилей с ДВС.
Audi claims to be buying batteries at ~$114/kWh
LITHIUM ION BATTERIES ARE NOW SELLING FOR UNDER $140/KWH
Ресурс батареи превышает ресурс автомобиля. После 10-15 лет работы остается 70% емкости. Так что люди теперь думают что делать со всеми подержанными батареями из электромобилей после того как автомобили пойдут на металлалом. BMW собирается подержанные батареи использовать для стационарного хранения энергии.
А теперь взглянем на это в масштабах страны. Пробег пассажирского транспорта в США около 2.2 триллионов миль. со средним расходом бензина 22 миль/галлона. Общий расход на бензин (при сегодняшних низких ценах) - $250 миллиардов долларов. Если перевести на электротранспорт, то экономия будет минимум $160 миллиардов в год. A если заряжать вне пиков потребления (ночью), то еще больше.
Annual Passenger Vehicle Mileage 2,200,000,000,000 Miles
Average MPG 22
Gasoline in Gallons 100,000,000,000 Gallons
Gasoline in Dollars $250,000,000,000.00 $
Electricity Required (0.31 kWh/mile) 725,394,722,066.26 kWh
Current Cost of Electricity $87,047,366,647.95
Total U.S. Electricity Production (2016) 4,096,000,000,000 kWh
Percent Increase (+6% transmission loss) 18.77%
А сколько понадобится электрчества для этого? Если весь пассжирский транспорт перевести на электричество, то понадобится всего 19% больше электроэнергии (учтем что средняя потеря при передачи э-энергии 6% в США). Этого можно достичь даже не строя никаких новых генерирующих мощностей, так как даже сегодня генерирующие мощности имеют средний коэффицент использования не более 50%.
Где Взять Электричество?
Но допустим нам поставленна задача установить новые мощности для генерации 19% энергии (769 ГВт*ч). Какие источники энергии мы выберем для этого?
Для этого, обратимся к Lazard's latest annual Levelized Cost of Energy Analysis (LCOE 11.0).
Рассмотрим четыре варианта новой генерации. КИУМ солнца 21%, ветра 45%, атомной 90%, угля 90%, газовой 70%.
Вариант 1 - 30% солнечных электростанции/70% ветроэнергетика.
Вариант 2 - атомная энергетика.
Вариант 3 - угольная тепловая станция.
Вариант 4 - газовая тепловая станция комбинированного цикла.
Исходя из расчетов, самые дешевые методы генерации это газ, солнце, и ветер. Газ дешевый сегодня потому что стоимость газа низкая, но в будущем газ может быть дороже. Атомная и угольная генерация самые дорогие.Вариант 1 - 30% солнечных электростанции/70% ветроэнергетика.
Solar Capacity Installed 125,394,391 kW
Wind Capacity Installed 136,400,422 kW
Solar Capital Price per kW $1,200
Wind Capital Price per kW $1,500
Solar Annual Cost per kWh $10
Wind Annual Cost per KWh $35
Total Initial Capital Cost: $355,073,901,601.64
Total Recurring Annual Cost: $6,027,958,666.69
Cost Over 30 Years: $535,912,661,602.32
Вариант 2 - атомная энергетика.
Nuclear Capacity Installed 97,528,971 kW
Nuclear Capital Price per kW $6,500
Nuclear Fixed O&M Cost per kW $135
Nuclear Variable + Fuel Cost per kWh $0.0096
Total Initial Capital Cost: $633,938,309,872.72
Total Recurring Annual Cost: $13,173,817,657.74
Cost Over 30 Years: $1,029,152,839,604.99
Вариант 3 - угольная тепловая станция.
Coal Capacity Installed 97,528,971 kW
Coal Capital Price per kW $3,000
Coal Fixed O&M Cost (kW*year) $60
Coal Variable + Fuel Cost per kWh $0.0189
Total Initial Capital Cost: $292,586,912,248.95
Total Recurring Annual Cost: $20,354,692,748.25
Cost Over 30 Years: $903,227,694,696.35
Вариант 4 - газовая тепловая станция комбинированного цикла.
Gas CC Capacity Installed 125,394,390.96 kW
Gas CC Capital Price per kW $1,300
Gas CC Fixed O&M Cost (kW*year) $6
Gas CC Variable + Fuel Cost per kWh $0.0262
Total Initial Capital Cost: $163,012,708,252.98
Total Recurring Annual Cost: $9,974,851,677.18
Cost Over 30 Years: $462,258,258,568.50
Стоит ли удивляться что если посмотреть на ввод в строй новых мощностей в США, то вы там увидите газ, солнце и ветер.
В Китае кстати тоже, почти весь прирост ожидается за счет ветра и солнца. Китайцы установили для себя план - достигнуть 110 ГВт солнечных станций к 2020 году. Но, уже в этом 2017 году, они перевыполнили свой план (сдадим пятилетку за два года!).
Кстати, совершенно не случайно то, что Китай также лидирует по внедрению электротранспорта. 20% всех автобусов проданных в Китае в этом году - электрические (более 115 тысяч в 2016 году). Китайская BYD продает электрические мусоровозы в Калифорнии. В октябре 2017 года, в Китае произвели 91 тысячи электрифицированных автомобилей (рост 86% за год).
Заключение
Даже если отбросить все довольно важные экологические аргументы (чистый воздух, глобальное потепление, и ограниченность ископаемых ресурсов), то у электротранспорта остается один неоспоримый аргумент в его пользу - он более экономически выгоден. Страны которые первыми перейдут на массовое использования электротранспорта, получат значительное экономическое преимущество перед странами в которых будут продолжать использовать устаревшие транспортные средства.