◄ استفاده از منابع تجدید پذیر؛ مهمترین شرط بکارگیری خودروهای برقی

چرا در کشورهایی که برق مورد نیاز شارژ باتری های خودروهای برقی از منابع تجدید پذیر به دست نمی آید، خودروی برقی مناسب نیست؟

در این نوشتار کوتاه می خواهیم نشان دهیم استفاده از خودروی برقی در صورتی آلودگی های ناشی از سوختن مواد نفتی یا همان سوخت های فسیلی را کاهش می دهد که برق مورد نیاز شارژ باتری این گونه خودروها از انرژی های تجدید پذیر، مانند خورشید، باد، زمین گرمایی، زیس توده (Biomass)، حاصل شود و اگر برق مورد نیاز از سوخت های فسیلی، مانند ذغال سنگ، گازوییل، نفت کوره یا گاز باشد اوضاع بدترهم می شود.                                      

در هر گونه تبدیل انرژی درصدی افت انرژی وجود دارد، که از قانون دوم ترمودینامیک پیروی می کند. برای نمونه در تبدیل انرژی شیمیایی بنزین به انرژی مکانیکی در خودروهای بنزینی نسبت تبدیل حدود 35 درصد است یعنی از هر 100 واحد انرژی شیمیایی موجود در بنزین فقط 35 واحد آن به انرژی مفید مکانیکی پیشران در خودرو تبدیل می شود و 65 واحد آن به صورت گرما و صوت تلف می شود. این تلفات در مبدل هایی که گونه انرژی تغییر نمی کند و فقط، به دلایل فنی، لازم است بعضی پارامترهای فیزیکی تغییر کنند نیز وجود دارد، مانند تلفات در ترانسفورماتورهای برق که ولتاژ و جریان برق را تغییر می دهند.

شکل زنجیره انتقال انرژی از یک نیروگاه برق حرارتی با سوخت نفتی تا خروجی مکانیکی یک خودرو به صورت زیر است.

ضریب تبدیل هر بخش در شکل مشخص شده است. ضریب ها میانگین یا بیشینه (T1, T3) مقادیر شناخته شده هستند، یعنی محاسبات به نفع استفاده از خودروی برقی انجام یافته است. ضریب تبدیل خط انتقال (T3) فقط یک بار اعمال شده و در مورد  باتری  نیز برای شار و دشارژ فقط یک ضریب تبدیل (T7) در نظر گرفته شده است. 

ضریب تبدیل کلی

  = t = T1 ( T2 ( T3 ( T4 ( T5 ( T6 ( T7 ( T8 ( T9 ( 0.21

ضریب تبدیل کلی یا بازده یا راندمان برابر 21 درصد است. یعنی از یک صد واحد انرژی سوخت فسیلی فقط 21 واحد به کار مفید مکانیکی در خودرو برقی تبدیل می شود. 

بازده عملی خودروهای بنزینی 35 درصد و بازده عملی خودروهای گازوئیلی بیش از 40 درصد است. لذا دیده می شود اگر انرژی الکتریکی در نیروگاه های حرارتی  با سوخت فسیلی تولید شود در صورت استفاده از خودروهای برقی مصرف این گونه سوخت ها افزایش می یابد. در واقع معادل کاهش دست کم 15 درصدی بازده خودروها است. 

چند پرسش وابسته به این موضوع وجود دارد که، همراه با پاسخ، عبارتند از:

انرژی لازم برای ترابرد سوخت های فسیلی به پمپ بنزین ها چه اثری دارد؟

پاسخ: خودروهای برقی نیز مصرف انرژی الکتریکی را بالا برده و لذا ترابرد سوخت به نیروگاه های برق فسیلی نیز بیشتر می شود.

می دانیم خودروهای بنزینی و گازوییلی در بزرگراه ها بازده بیشتری نسبت به کار در شهرها دارند ولی در خودروهای برقی برعکس این است، این واقعیت در سنجش انجام شده چه اثری دارد؟

پاسخ: چون خودروی برقی در حالت ایستاده انرژی مصرف نمی کند، به دلیل وجود راه بندان ها و ایست مربوط به چراغ های راهنمایی و مانند آن بازده کلی خودروی برقی در شهرها کمی افزایش می یابد. ولی این بهبودی جبران کننده دست کم 15 درصد کمتر بودن بازده خودروهای برقی نسبت به خودروهای فسیلی در حالت کلی، مانند کار در بزرگراه ها، نیست.

خودروهای برقی امکان بازگرداندن انرژی جنبشی مکانیکی خودرو به باتری را در زمان ترمزگیری دارند، آیا این بازده آنها را افزایش نمی دهد و بر نتیجه گیری اثر نمی گذارد؟ پاسخ: تاثیر این موضوع بسیار کمتر از 15 درصد است. بسته به نوع جاده، رفتار راننده و محدودیت های فنی در سیستم های تبدیل کننده انرژی جنبشی به الکتریکی و شارژ باتری، این اثر بیش از یکی دو درصد نیست.

آیا انرژی هسته ای تجدیدپذیر است؟

پاسخ: انرژی هسته ای تجدید پذیر نیست ولی آلودگی های مشابه سوخت های فسیلی بوجود نمی آورد. آلودگی ها و خطرات نیروگاه های هسته ای از گونه رادیواکتیو هستند که پرداختن به آن در حوصله این نوشتار نیست.

پس چرا کشورهای اروپایی با شتاب زیاد به سمت استفاده از خودروهای برقی می روند؟ پاسخ: چون این کشورها با شتاب بیشتری وابستگی شبکه برق سراسری را از سوخت های فسیلی کاهش داده و به سمت استفاده از انرژی های تجدیدپذیر می روند. برای نمونه کشور آلمان در سال 2023 حدود 70 درصد از انرژی الکتریکی روی شبکه برق سراسری را از انرژی های تجدیدپذیر تهیه کرده است.

مراجع: داده های استفاده شده در این نوشتار از داده های شناخته شده در مهندسی برق و مکانیک می باشند و با جستجوی ساده در اینترنت یا منابع و مراجع مربوطه به سادگی یافت می شوند.