Разве электромобиль не должен быть термодинамически невыгодным по сравнению с автомобилем с двигателем внутреннего сгорания?

Я с большим уважением отношусь к работе Института Скалистых гор, но этот недавний пост в блоге вызвал у меня общий скептицизм по отношению к электромобилям, а точнее к их топливной экономичности. Вот как RMI рассчитывает окупаемость Nissan LEAF:

Сравнение электронных автомобилей RMI

Я предполагаю, что их цифры для миль на галлон и кВтч / миль, а также соответствующие цены на топливо верны. Кроме того, почти 75-процентная экономия топлива указывает на значительно более высокую топливную экономичность электромобиля. Это кажется мне очень нелогичным, так как я думаю, что производство электроэнергии, ее транспортировка и хранение, а затем использование ее для привода колес теряет много энергии по пути по сравнению с переходом от тепловой непосредственно к кинетической энергии.

Теперь, если бы мы использовали один и тот же вид топлива для привода вала электростанции и двигателя автомобиля, я думаю, большой двигатель электростанции мог бы быть построен более эффективно, но мне трудно представить, что это перевешивает все потери при распределении энергии электростанции по проводам и батареям.

И наоборот, если мы возьмем электромобиль и заменим только его двигатель самым эффективным двигателем внутреннего сгорания, который у нас есть, покажет ли это такое же превосходство над обычными автомобилями, то есть преимущество электромобиля не в технологии двигателя, а в том, что он в целом более эффективен?

Интуитивно я думаю, что распределение топлива и выработка энергии в машине имеет больше термодинамического смысла.

Обратите внимание, что я хорошо осведомлен о том, что могут быть и другие причины для электромобилей (меньше загрязнения на местном уровне, возможность использовать такие вещи, как ветряные турбины, в качестве источника энергии и т. д.). Но если просто сосредоточиться на анализе расхода топлива на движение, разве электромобили не менее эффективны?

Поскольку сравнение является финансовым, то каковы могут быть причины большой разницы в цене, если электричество действительно менее эффективно с термодинамической точки зрения?

Это действительно больше похоже на то, что здесь есть вопрос к Physics.se, чем к скептикам.
"...если бы мы использовали одно и то же топливо для привода вала силовой установки и двигателя автомобиля..." Я думаю, что в этом суть вопроса. Стоимость производства определенного количества энергии на (обычно) угольной электростанции намного ниже, чем стоимость энергии из бензина, который был очищен, доставлен на станцию ​​и продан потребителю.
Топливо редко бывает одинаковым, и внутреннее сгорание не использует тепло для своих махинаций. Он использует перепады давления, вызванные взрывами. Если бы ДВС был значительно эффективнее, чем сейчас, вы были бы правы. Как есть, он теряет много энергии на преобразование бензина в кинетическую энергию.
По крайней мере, здесь, в Германии, около 55% стоимости бензина приходится на налоги, по сравнению с примерно 25% на электроэнергию. Это был бы довольно большой фактор в этом сравнении и совершенно не связанный с «реальной» эффективностью.
Утверждается, что расход топлива Nissan Leaf эквивалентен 99 милям на галлон – Fueleconomy.gov/feg/noframes/32154.shtml
См. также мою публикацию об устойчивости.SE , в которой также рассматривается так называемая проблема эффективности полного цикла.
Сравнивать эти автомобили сложно, потому что электромобили и гибридные автомобили сильно субсидируются на федеральном уровне и уровне штатов. Кроме того, мы не знаем, какую маржу производитель принимает на эти автомобили, электромобили могут продаваться с низкой прибылью или убытком, чтобы повысить свою «зеленую» репутацию или избежать штрафа CAFE за топливо для марки. Также имеет значение источник электроэнергии, питающий сеть, к которой подключается EV/Hybrid.
@geoO Хотя в последнем вопросе можно утверждать, что для улучшения производства электроэнергии требуется только строительство (относительно) нескольких новых крупных электростанций, и все существующие электромобили выиграют задним числом; даже если бы был обнаружен радикально новый способ повышения эффективности использования бензина, все существующие автомобили, вероятно, все равно нуждались бы в модернизации своих двигателей, чтобы воспользоваться этим преимуществом...

Ответы (2)

Короткий ответ: нет, электромобили определенно не находятся в термодинамическом невыгодном положении по сравнению с двигателем внутреннего сгорания . Наоборот, у них есть преимущество.

Электромобили примерно в 4 раза эффективнее двигателей внутреннего сгорания, работающих на ископаемом топливе, при этом эффективность двигателей с ДВС составляет около 20%. Электрические двигатели, как правило, составляют около 80-90% . А цены на топливо в статье это цены на баки, так что мерка бак-колесо в данном случае правильная. Если бы вас интересовала эффективность использования энергии в течение всего цикла (а это не то, к чему относится ваше связанное утверждение), то эффективность, которую вы стремились получить, была бы эффективной, и тогда она была бы очень чувствительна к тому, как будет потребляться ваше электричество. сгенерировано.

Подробную информацию об энергопотреблении автомобилей на электричестве, топливе и водороде см. в статье Джорджа Уоллиса из Claverton Energy Group (pdf, 317 КБ).

Обратите внимание, что почти все электромобили выигрывают от рекуперативного торможения, и очень немногие ископаемые автомобили делают это.

Эффективность действительно зависит от ездового цикла: и в то время как ДВС, как правило, оптимизированы для скоростей около 85 км/ч, эффективность электромобилей снижается с увеличением скорости, как и следует ожидать из основной физики:

введите описание изображения здесь

(источник)

Для получения дополнительной информации об эффективности от электростанции до колеса электромобилей, о которой вы спрашиваете, но которая не относится к заявлению, которое вы процитировали, см . сайт экономии топлива правительства США .

И, пожалуйста, приходите на новую биржу Sustainability Stack Exchange , где мы тоже отвечаем на подобные вопросы.

Полезный ответ - и спасибо, что указали мне на устойчивость SE!
Спасибо, эффективность двух типов двигателей была недостающим звеном в моей картине. Кроме того, да, устойчивость SE мне будет полезна.
Разве короткий ответ не будет «нет», а не «да», учитывая вашу информацию? Вопрос в том, находятся ли электромобили в невыгодном положении по эффективности.
Также стоит отметить, что производство бензина также потребляет энергию в виде электричества и природного газа. В таких штатах, как Калифорния, которые используют природный газ для производства электроэнергии, почти верно, что экономия на производстве бензина могла бы питать их электромобили.
Почему в ответе здесь не говорится о том, что плотность энергии бензина в 100 раз выше, чем у батареи. Это делает вашу запасенную энергию в электромобиле намного тяжелее, дизайнеры компромисса обычно выбирают расстояние на «бак». en.wikipedia.org/wiki/Energy_density
@daniel, потому что это совершенно не имеет отношения к заданному конкретному вопросу. Мы не ведем здесь общих бессмысленных дискуссий — для этого попробуйте Reddit. Мы даем конкретные ответы на конкретные вопросы, касающиеся конкретных заявлений.
@EnergyNumberse вы слепы к недостаткам таскания большой батареи в машине, совершенно новая Tesla весит довольно много и проезжает примерно половину расстояния, как обычная машина, работающая на бензине, на одном баке. С точки зрения термодинамики я выбираю между 40 кг бензина и 40 кг аккумуляторов, которые нужно ввести в мою систему, чтобы решить проблему путешествия, и бензин позволяет мне путешествовать гораздо дальше.
@EnergyNumbers Я даже допускаю, что гибрид может быть в 1,5 раза эффективнее обычного автомобиля в хороший день, но вы говорите об электромобилях. Электродвигатели хороши там, где мы видим их подержанными, в трамваях, на заводах по производству кондиционеров. Но все они имеют преимущество постоянного подключения к сети, чего нет у автомобиля.
@daniel: Электромобилю нигде не нужна такая плотность энергии, как бензиновому автомобилю, поскольку электромобиль не тратит почти всю накопленную энергию на выдувание горячего воздуха из радиатора и выхлопной трубы.

Я вхожу в эту дискуссию с опозданием на несколько лет, но я хотел решить проблему, которой не было у других:

Вы говорите о термодинамике бензинового двигателя по сравнению с электродвигателем. Вот физика того, почему электродвигатели более эффективны, чем газовые двигатели:

Проще говоря, бензиновый двигатель использует химическую энергию (бензин), преобразует ее в тепло путем его сжигания, а затем преобразует это тепло в механическую энергию. В общем, каждый раз, когда вы выполняете преобразование между формами энергии, вы теряете часть этой энергии в виде энтропии. В частности, тепловая энергия является очень неорганизованной формой энергии, и ее очень трудно преобразовать напрямую в другие формы энергии. Вы также не можете потреблять всю энергию тепла, преобразовывая ее в механическую энергию, и в результате большая часть тепла теряется. Это наиболее очевидно из-за того, что бензиновому двигателю нужен радиатор - именно здесь отработанное тепло выбрасывается в воздух.

Электрическая энергия, напротив, очень организована. Легко преобразовать электричество непосредственно в механическую энергию с помощью электромагнита, прижимающегося к другому электромагниту, и очень мало энергии тратится впустую в виде тепла в процессе. Существует только одно преобразование энергии - из электричества в механическую энергию, а не два, как в бензиновом двигателе, и процесс не предполагает преднамеренной выработки тепла (которое нужно будет отводить с помощью радиатора) для использования во втором преобразовании в механическая энергия.

В результате этих различий электродвигатели имеют эффективность преобразования электрической энергии в механическую примерно на 85-95% , в то время как газовые двигатели имеют эффективность только (максимум) 35% , а дизельные двигатели имеют эффективность около 45% , с термодинамической точки зрения.

Если вы хотите взглянуть на остальную часть цепочки энергоснабжения, то очевидно, что здесь действуют и другие факторы, но даже в этом случае производство как электроэнергии, так и бензина высокоэффективно, хотя и с собственными потерями. Тем не менее, любой, кто хочет привести доводы в пользу максимальной эффективности любого ископаемого топлива, будет немедленно сбит с толку эффективностью прямого преобразования солнечных лучей в электричество с солнечными панелями практически с любой эффективностью, а не путем преобразования солнечные лучи проникают в растительную материю, позволяя большей ее части гнить и высвобождая свою энергию обратно в почву, добавляя несколько сотен миллионов лет к оставшемуся 1% и бережно храня ее под землей на все это время.

Конечная эффективность производства ископаемого топлива ужасна и требует много времени.

Вопрос на самом деле не в эффективности электродвигателя по сравнению с бензиновым двигателем. Речь идет о производстве, передаче, хранении и использовании электричества в сравнении с бензином в автомобиле. По большей части, где-то в этой цепочке на электрической стороне мы все еще сжигаем ископаемое топливо для выработки электроэнергии, но это на электростанции коммунального масштаба, которая гораздо более эффективна и использует гораздо более дешевое топливо, чем бензиновый двигатель.
Пожалуйста , предоставьте несколько ссылок в поддержку ваших утверждений. Твоего опыта здесь недостаточно, чтобы быть убедительным.
В вопросе спрашивается, почему более эффективно перейти от ископаемого топлива -> электричество -> трансмиссия -> аккумуляторная батарея -> электродвигатель -> колесо, чем ископаемое топливо -> транспорт -> хранение топливных баков -> внутреннее сгорание. двигатель -> колесо. Вы обращаетесь только к последней конверсии в ответе.
Тепло не имеет ничего общего с тем, как работает двигатель внутреннего сгорания. Экспансивный газ делает; тепло - побочный продукт. На самом деле перегрев является серьезной проблемой, поэтому часть механической энергии уходит на прокачку охлаждающей жидкости, а не на вращение колес. Вот почему машина по-прежнему работает, как только вы ее заводите. Вам не нужно ждать, пока что-то сначала нагреется, прежде чем вы сможете получить от него кинетическую энергию.
@fredsbend: Объединение одного моля C7H16 с одиннадцатью молями O2 даст семь молей CO2 и восемь молей H2O. Таким образом, произошло бы 20-процентное увеличение продукта PV из-за изменения молекулярного состава, но это меркнет по сравнению с разницей в температуре между газом в поршне в каждой точке такта сжатия и его температурой в соответствующей точке. в рабочем ходе.
@supercat Я не понимаю, о чем ты говоришь. ДВС, конечно, выделяют много тепла, но это побочный продукт такта сжатия. ДВС предназначен для использования рабочего хода, то есть расширения.
@fredsbend: Если бы реакции, которые превращают C7H16 и 11O2 в 7CO2 и 8H20, не производили никакого тепла, а происходили бы мгновенно в верхней части такта сжатия, максимальная энергия, которая могла бы быть извлечена из системы во время рабочий ход будет только на 20% больше, чем количество, которое было вложено в такт сжатия. Большая часть энергии, вырабатываемой в рабочем такте, вырабатывается в результате того, что при сгорании топлива выделяется тепло. Менее половины тепловой энергии превращается в механическую энергию, но большая часть механической энергии...
... преобразуется в тепловую энергию. Причина, по которой автомобили запускаются быстро, заключается в том, что при сгорании непосредственно нагревается рабочая жидкость без предварительного нагрева стенок теплообменника. Если бы механическая энергия не была результатом тепловой условности, то каким образом она могла бы производиться?
Разве электромобиль не должен быть термодинамически невыгодным по сравнению с автомобилем с двигателем внутреннего сгорания?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v