جنرال موتورز لأول مرة في البطارية الكهربائية بولت ، الذي يعد ل
لديك نطاق 200-mile وتكلفته حوالي $ 30,000. جنرال موتورز ، CC BY

ن محاولة لتحريك اعتماد السيارات الكهربائية التي تعمل بخلايا الوقود، تويوتا موتورز تقدم في وقت سابق من هذا الشهر أكثر من 5,600 براءات الاختراع متاحة لصانعي السيارات الآخرين. بعد بضعة أيام ، قدم جنرال موتورز الترباس الكهربائية، سيارة كهربائية مصممة لتشغيل 200 ميلا على البطاريات.

في هذه الأثناء ، يواصل صناع السيارات تطوير أنواع أخرى من السيارات الكهربائية: الهجينة الموصلة بالكهرباء والهجينة الكهربائية.

السيارات الكهربائية هي البديل الأكثر واعدة للسيارات التقليدية التي تعمل بالبنزين والديزل. لكن كيف تختلف كل تقنية؟ وما هي الفوائد النسبية والتحديات التجارية لكل منهما؟

كيف وصلنا إلى هنا

دعونا نبدأ مع أوجه التشابه. تعد المركبات الكهربائية التي تعمل بالبطاريات (BEVs) والمركبات الكهربائية الهجينة (HEVs) والمركبات الكهربائية الهجينة (PHEVs) والمركبات الكهربائية لخلية وقود الهيدروجين (FCEVs) كلها مركبات كهربائية. انهم جميعا مدفوعين بمحرك كهربائي ولديهم بطاريات لتخزين أو توفير الكهرباء حسب الحاجة وامتصاص الطاقة عند كبح المركبة.

يمكن لبعض هذه المركبات أيضا توليد الكهرباء على متن الطائرة ، إما من خلال محرك احتراق يعمل بالبنزين أو خلية وقود تعمل بالهيدروجين.

إنها تمثل استراحة أساسية من مركبات احتراق البنزين التي نقودها اليوم بثلاث طرق: نظام نقل الحركة بالكهرباء ، وليس ميكانيكيًا. المحرك تحت غطاء المحرك هو الكهروكيميائية بدلا من الاحتراق. والوقود هو الكهرباء والهيدروجين ، وليس البنزين.

بدأت القوى المحركة لهذه التحولات التكنولوجية في أواخر 1980s مع اعتراف صانعي السيارات بأن توافر البترول على المدى الطويل محدود وأن هناك حاجة إلى منصة بديلة للمركبات ووقود لضمان نموذج عمل مستقبلي قابل للتطبيق. تم اختيار الهيدروجين كوقود وتم إنشاء مسار 25-year لتسويق المركبات بخلايا الوقود.

منذ ظهور 1990 ، ظهرت ثلاث قوى إضافية لتؤكد بشكل أكبر قرار استهداف سيارة خلية وقود الهيدروجين باعتبارها نتاجًا للمستقبل ، بما في ذلك تغير المناخ ، والسياسات التي تفضل استقلال الوقود ، ولوائح جودة الهواء ، لا سيما في ولاية كاليفورنيا.

المركبات الكهربائية للبطارية (BEV)

في السنوات الخمس الماضية ، كان هناك عودة من السيارات الكهربائية البطارية ، والتي تعتمد فقط على طاقة البطارية. ومن الأمثلة على ذلك نيسان ليف ، جنرال موتورز سبارك وكيا سول. بعد 40 إلى 60 miles ، تنفد البطاريات وتحتاج إلى إعادة شحنها عن طريق توصيلها بدائرة سكنية أو شاحن 220-volt ، المبني لغرض محدد في مركز تجاري أو مكان عمل. يعتمد وقت الشحن على الجهد ، وتقنية الشاحن ، و "حالة الشحن" للبطارية (أي مقدار استهلاك البطارية) ولكن عادة ما يتطلب من ساعة إلى ست ساعات شحن السيارة بالكامل.

تتميز سيارة BEV بأنها جذابة نظرًا لأن نطاقها يلبي غالبية الرحلات التي يتم التقاطها من قبل الجمهور ، كما أن عملية إعادة الشحن في المنزل مريحة ، كما أن القيادة خالية من الاهتزاز والهدوء. حجم السيارة صغير نسبياً ، مما يوفر قدرة جيدة على المناورة ومواقف سهلة نسبياً ، ولا توجد ملوثات للهواء أثناء القيادة. كما تمتلك BEVs القدرة على موازنة الشبكة الكهربائية عن طريق الشحن بين عشية وضحاها عندما تكون موارد الشبكة قليلة الاستخدام.

العمل ضد BEVs هو الوقت المطلوب لإعادة شحن السيارة وقلق المدى - أي القلق على مدى قيادة محدود - من قبل السائقين ، مما يقلل بشكل فعال من المدى المفيد للمركبة. أيضا ، يمكن شحن التشديد على الشبكة الكهربائية ، وهناك حالات حيث لا توجد بنية تحتية الشحن المتاحة ، وخاصة بالنسبة للأشخاص الذين يعيشون في الشقق.
بعد ولاية كاليفورنيا لانبعاثات مركبات بدون انبعاثات ، تم تسويق BEVs لأول مرة في 1990s لكن السوق تضاءل في 2000s. مع وجود عدد من سيارات الركوب المتاحة للبيع أو الإيجار ، يتم اختبار السوق اليوم لتقييم الطلب العام على هذه السيارة المحدودة المدى ، ولكنها مريحة. التقدم في تكنولوجيا البطارية لديها القدرة على زيادة المدى.

السيارات الكهربائية الهجينة (HEV)

السيارات الكهربائية الهجينة هي BEV مع محرك احتراق بنزين على متنها لتوليد الكهرباء وتحريك السيارة بالتزامن مع المحرك الكهربائي. ويمكنهم توفير نفس نطاق 300-mile الذي يتوقعه الناس باستخدام مركبة بنزين تقليدية. وبفضل عناصر التحكم المتقدمة في البرامج ، يتفاعل محرك الاحتراق مع البطاريات لتحقيق كفاءة عالية وانخفاض انبعاث الملوثات.

تم عرض HEVs للبيع في الولايات المتحدة منذ 2000 ، مع Prius ، الذي قدمته تويوتا للمرة الأولى في اليابان في 1997 ، وهو مثال بارز. في 2012 و 2013 ، كانت Prius السيارة الأفضل مبيعاً في كاليفورنيا حيث بيعت أكثر من سبعة ملايين مركبة ، مما يعكس قبول المستهلكين الإيجابي بشكل ملحوظ للمركبة.

المكونات في السيارات الكهربائية المختلطة (PHEV)

PHEVs هي اتش اى مع سعة البطارية وأضاف التي يمكن أن توفر مجموعة ومحرك كهربائي ما بين عشرة و60 ميل. تشيفي فولت، على سبيل المثال، يمكن أن تدفع ما يقرب من 40 ميلا على طاقة البطارية قبل مولد البنزين في ركلات. وهذا يسمح للراحة من إعادة شحن البطاريات بين عشية وضحاها في الداخل ومجموعة الكهربائي اليومي الذي لا يتجاوز غالبية الرأي العام الأمريكي. ويوفر PHEV مجموعة 300 ميل الذي اعتاد الجمهور القيادة ل. تشتمل أداة Prius الإضافية على بطارية أكبر حجمًا وتحتوي على بطارية كهربائية بالكامل
نطاق 10 من الأميال قبل الانتقال إلى الوضع المختلط. تويوتا 

مركبات خلايا الوقود الهيدروجينية (FCEV)

المركبات التي تعمل بخلايا الوقود هي مركبات كهربائية هجينة ذات اختلافين رئيسيين. تقوم خلية الوقود ، وهي جهاز كهروكيميائي يأخذ الوقود ، مثل الهيدروجين والأكسجين من الهواء لتوليد الكهرباء ، باستبدال محرك البنزين تحت غطاء المحرك. تتمتع خلية الوقود بكفاءة عالية بشكل ملحوظ (ثلاثة أضعاف كفاءة السيارات التقليدية للبنزين) وانبعاث صفر من ملوثات الهواء عند القيادة. ناتج التفاعل هو الماء ، الذي يتم استنفاده من خلال عادم الدخان مع النيتروجين وبعض الأكسجين المتبقي من الهواء. وبدلاً من خزان البنزين ، توجد صهاريج لتخزين الهيدروجين. إن وقت إعادة التزود بالوقود في سيارة تعمل بخلية الوقود يمكن مقارنته بسيارة بنزين تقليدية ويمكن الحصول على الوقود محليًا.

بعض التحديات المرتبطة بمركبات خلايا الوقود هي العدد المحدود لمحطات تزويد الهيدروجين بالوقود على المستوى الوطني. تتمتع كاليفورنيا بأكبر محطات وقود الهيدروجين في الولايات المتحدة ، حيث من المتوقع أن تعمل 51 بحلول نهاية 2015 ، عبر 70 بحلول نهاية 2017 ، و 100 بواسطة 2020. وتعتبر ثماني وستون محطة الحد الأدنى الأولي لدعم قبول مركبات خلايا الوقود في الدولة.

للمضي قدما

يكتشف السوق أن سيارة BEV هي مكمل جذاب (وليس بديلاً) لمركبة البنزين التقليدية. إن محركات HEV التي تعمل بالبنزين و PHEV آخذة في الظهور للوفاء بالأنظمة البيئية مع الحفاظ على تجربة القيادة الشاملة للمدى والحجم الذي اعتاد عليه السوق.

تكلفة المركبات وتكلفة قيادة المركبات هي ، لجميع الأغراض العملية ، تنافسية وجذابة. اعتمادا على تكلفة الكهرباء وتكلفة البنزين ، يمكن أن التكلفة لكل ميل لصالح واحد أو آخر. توفر PHEV للعميل خيار استخدام الكهرباء أو البنزين.

تظهر السيارة الكهربائية التي تعمل بخلايا الوقود كتطور طبيعي للهجينة الكهربائية المهجنة والهجينة. ونتيجة لذلك ، يمكن للمرء أن يتنبأ بأن BEV و FCEV يمثلان بدائل الجيل التالي لمركبة البنزين التقليدية والمهجنة لتلبية احتياجات النقل الخفيفة. يوفر نظام BEV الراحة والقدرة على المناورة ، ويوفر نظام FCEV نطاقًا ومرونة في حجم السيارة والتزود السريع بالوقود. تحقق كلتا السيارات استقلال الوقود ، وفصلًا عن السياسة الجغرافية ، وجاذبية الصفات البيئية.

تكلفة الشراء والتكلفة التشغيلية للبطارية الكهربائية ومركبات خلايا الوقود قابلة للمقارنة اليوم. من المرجح أن تنخفض تكلفة الهيدروجين في المستقبل بسبب المنافسة في السوق والتقدم في التكنولوجيا وأن تكلفة الكهرباء ستزداد. وهذا يعني أن تكلفة الميل الواحد لتشغيل سيارة كهربائية تعمل بخلايا الوقود ، مقارنةً بالبطارية الكهربائية ، ستصبح على الأرجح أقل.

تم نشر هذه المقالة في الأصل المحادثة
قراءة المقال الأصلي.

نبذة عن الكاتب

الدكتور سكوت سامويلسن هو أستاذ الهندسة الميكانيكية والفضائية والهندسة البيئية في جامعة كاليفورنيا ، إرفين (UCI). وهو مدير برنامج الطاقة المتقدمة والطاقة ، ومختبر الاحتراق UCI ، ومركز أبحاث خلايا الوقود الوطني التابع لوزارة الطاقة الأمريكية ولجنة كاليفورنيا للطاقة. يشترك البروفيسور سامويلسن في رئاسة كاليفورنيا كفلتر خلية الوقود التعاونية ، وهو تحالف فريد بين القطاعين العام والخاص يعالج التكنولوجيا الحرجة والعوائق السوقية لتسريع عملية تسويق أنظمة توليد الطاقة المتقدمة.