بطارية السيارة الكهربائية في أسطول المركبات في جامعة كوينزلاند. CC BY-ND
يمثل انخفاض كفاءة استخدام الطاقة مشكلة كبيرة بالفعل بالنسبة لمركبات البنزين والديزل. عادة ، فقط 20 ٪ من المجموع جيد إلى عجلة يتم استخدام الطاقة في الواقع لتشغيل هذه المركبات. يتم فقد 80٪ الآخر من خلال استخراج الزيت وتحسينه ونقله وتبخره وحرارة المحرك. هذه الكفاءة في استخدام الطاقة المنخفضة هي السبب الرئيسي لكون مركبات الوقود الأحفوري كثيفة الانبعاثات ، ومكلفة التشغيل نسبيًا.
مع وضع هذا في الاعتبار ، لقد انطلقنا لفهم كفاءة استخدام الطاقة في المركبات الكهربائية والهيدروجينية كجزء من ورقة الزوار نشرت في مجلة جودة الهواء وتغير المناخ.
المركبات الكهربائية تكدس أفضل
بناءً على مسح واسع النطاق للدراسات على مستوى العالم ، وجدنا أن السيارات الكهربائية التي تعمل بالبطاريات لديها خسائر طاقة أقل بكثير مقارنة بتقنيات المركبات الأخرى. ومن المثير للاهتمام ، ومع ذلك ، فإن الخسائر إلى عجلة القيادة من مركبات خلايا وقود الهيدروجين تم العثور على ما يقرب من ارتفاع مثل مركبات الوقود الأحفوري.
متوسط خسائر الطاقة من عجلة إلى أخرى من تقنيات دفع المركبات المختلفة ، والتي تظهر القيم والنطاقات النموذجية. ملحوظة: تمثل هذه الأرقام الإنتاج والنقل والدفع ، ولكنها لا تستوعب متطلبات الطاقة التصنيعية ، والتي تعد حاليًا أعلى بشكل هامشي بالنسبة لمركبات خلايا الوقود الكهربائية والهيدروجينية مقارنة بمركبات الوقود الأحفوري.
في البداية ، قد يبدو هذا الاختلاف الكبير في الكفاءة مفاجئًا ، بالنظر إلى الاهتمام الأخير باستخدام الهيدروجين للنقل.
بينما معظم الهيدروجين اليوم (وبالنسبة للمستقبل المنظور) ينتج من الوقود الحفري، يكون مسار انبعاثات صفرية ممكنًا إذا تم استخدام الطاقة المتجددة من أجل:
تسييل أو ضغط الهيدروجين إلى حجم اقتصادي (1 كجم من الهيدروجين يشغل 12 متر مكعب @ الضغط الجوي القياسي ؛ 1 كجم من الهيدروجين = تقريبًا 100 km نطاق القيادة)
وأخيرا تسليم الهيدروجين إلى سيارة خلية الوقود.
هنا يكمن أحد التحديات الكبيرة في تسخير الهيدروجين للنقل: هناك العديد من الخطوات في عملية دورة حياة الطاقة ، مقارنة بالاستخدام الأبسط والمباشر للكهرباء في المركبات التي تعمل بالبطاريات.
كل خطوة في العملية تفرض عقوبة طاقة ، وبالتالي خسارة كفاءة. يفسر مجموع هذه الخسائر في النهاية سبب حاجة مركبات خلايا الوقود الهيدروجينية ، في المتوسط ، إلى طاقة بثلاثة إلى أربعة أضعاف طاقة المركبات الكهربائية التي تعمل بالبطاريات لكل كيلومتر يتم قطعه.
تأثيرات شبكة الكهرباء
يتم توضيح الأهمية المستقبلية لفعالية الطاقة المنخفضة عند فحص تأثيرات شبكة الكهرباء المحتملة. إذا كانت 14 مليون مركبة خفيفة في أستراليا تعمل بالكهرباء ، فستحتاج إلى حوالي 37 terawatt-hour (TWh) من الكهرباء سنويًا - بزيادة 15٪ في توليد الكهرباء الوطني (أي ما يعادل تقريبًا جيل أستراليا المتجدد السنوي الحالي).
ولكن إذا تم تحويل هذا الأسطول نفسه ليتم تشغيله على الهيدروجين ، فستحتاج إلى أكثر من أربعة أضعاف الطاقة الكهربائية: 157 تقريبًا سنويًا. وهذا يستلزم زيادة بنسبة 63٪ في توليد الكهرباء على المستوى الوطني.
A الأخيرة تقرير البنية التحتية فيكتوريا وصلت إلى استنتاج مماثل. حسبت أن الانتقال الكامل إلى الهيدروجين في 2046 - لكل من المركبات الخفيفة والثقيلة - سيتطلب 64 TWh من الكهرباء ، أي ما يعادل زيادة 147٪ في استهلاك فيكتوريا السنوي للكهرباء. وفي الوقت نفسه ، تتطلب المركبات الكهربائية التي تعمل بالبطاريات حوالي ثلث الكمية (22 TWh).
قد يجادل البعض بأن كفاءة استخدام الطاقة لن تكون مهمة في المستقبل بالنظر إلى أن بعض التوقعات تشير إلى أن أستراليا قد تصل 100٪ الطاقة المتجددة بمجرد 2030s. في حين أن المناخ السياسي الحالي يشير إلى أن هذا سيكون تحديًا ، حتى مع حدوث الانتقال ، ستكون هناك مطالب متنافسة على الطاقة المتجددة بين القطاعات ، مما يؤكد على الأهمية المستمرة لكفاءة الطاقة.
يجب أيضًا إدراك أن متطلبات الطاقة المرتفعة تترجم إلى ارتفاع أسعار الطاقة. حتى لو وصل الهيدروجين إلى السعر مع البنزين أو الديزل في المستقبل ، فإن المركبات الكهربائية ستبقى 70-90٪ أرخص للتشغيل ، بسبب كفاءتها العالية في استخدام الطاقة. هذا من شأنه أن ينقذ الأسرة الأسترالية المتوسطة أكثر من $ 2,000 كل عام.
خطة عملية للمستقبل
على الرغم من مزايا كفاءة الطاقة الواضحة للسيارات الكهربائية على المركبات الهيدروجينية ، فإن الحقيقة هي أنه لا توجد رصاصة فضية. تواجه كلتا التقنيتين تحديات مختلفة من حيث البنية التحتية ، وقبول المستهلك ، وتأثيرات الشبكة ، نضج التكنولوجيا والموثوقية، ومجموعة القيادة ( حجم اللازمة للهيدروجين كافية مقارنة مع كثافة طاقة البطارية للسيارات الكهربائية).
لم تعد المركبات الكهربائية التي تعمل بالبطاريات بديلاً مناسبًا لكل مركبة على طرقاتنا. ولكن استنادًا إلى التكنولوجيا المتاحة اليوم ، من الواضح أن نسبة كبيرة من الأسطول الحالي يمكن أن تتحول إلى بطارية تعمل بالكهرباء ، بما في ذلك العديد من السيارات ، الحافلاتو شاحنات قصيرة المدى.
مثل هذا الانتقال يمثل نهجا معقولا وقويا وفعال من حيث التكلفة لتقديم تخفيضات كبيرة في انبعاثات النقل المطلوبة خلال الأطر الزمنية القصيرة التي حددها الفريق الحكومي الدولي المعني بتغير المناخ مؤخرا تقرير عن تقييد الاحتباس الحراري إلى 1.5 ℃، مع تقليل تكاليف النقل.
جنبا إلى جنب مع غيرها من التقنيات الموفرة للطاقة ، مثل التصدير المباشر للكهرباء المتجددة في الخارج، ستضمن المركبات الكهربائية التي تعمل بالبطاريات استخدام الطاقة المتجددة التي نولدها على مدار العقود القادمة لتقليل أكبر قدر من الانبعاثات في أسرع وقت ممكن.
وفي الوقت نفسه ، ينبغي أن يستمر البحث في خيارات موفرة للطاقة للشاحنات بعيدة المدى والشحن والطائرات ، وكذلك الدور الأوسع للهيدروجين والكهرباء في الحد من الانبعاثات. عبر قطاعات أخرى من الاقتصاد.
مع ال لجنة اختيار مجلس الشيوخ الفيدرالي للسيارات الكهربائية من المقرر تقديم تقريرها النهائي في ديسمبر 4 ، فلنأمل في أن الأهمية المستمرة لكفاءة الطاقة في النقل لم يتم نسيانها.
نبذة عن الكاتب
جيك وايتهيد ، زميل أبحاث ، جامعة كوينزلاند. روبن سميت ، أستاذ مساعد ، جامعة كوينزلاند، وسيمون واشنطن ، أستاذ ورئيس كلية الهندسة المدنية ، جامعة كوينزلاند
يتم إعادة نشر هذه المقالة من المحادثة تحت رخصة المشاع الإبداعي. إقرأ ال المقال الأصلي.
books_technology
