Kodėl benzininiai automobiliai yra taupesni greitkelyje, o elektromobiliai – mieste?

Kalbėdami apie degalų sąnaudas automobilių gamintojai dažnai pateikia tris rodiklius – kiek degalų sudeginama važiuojant mieste, greitkelyje (užmiesčio keliuose) ir mišriomis sąlygomis. Ir, jei esate bent kiek patyręs vairuotojas, jūs žinote, kad mažiausiai degalų automobilis sunaudoja ramiai važiuodamas greitkeliu, daugiausiai – mieste. Tuo tarpu elektromobiliai yra kitokie – mažiau energijos jie dažnai sunaudoja mieste. Kodėl taip yra?

Nesuprantate, apie ką kalbame? Pilnai įkrautas elektrinis furgonas Nissan e-NV200 iki kito įkrovimo vidutiniškai gali nuvažiuoti 200 km (WLTP ciklas). Tačiau, jei tas pats automobilis bus naudojamas tik mieste, tarp įkrovimų jis gali įveikti net 301 km – tai yra didžiulis skirtumas! Tuo tarpu dyzelinis NV200 važiuodamas mišriu režimu sunaudoja 4,9 litrus 100 kilometrų, o mieste šis rodiklis jau siekia 5,5 l/100 km. Kitaip tariant, elektromobilis efektyviau darbuojasi mieste nei užmiestyje, o dyzelinis automobilis – atvirkščiai.

Ir Nissan NV200 čia tik pavyzdys – daugelis (bet ne visi) šiuo metu parduodamų elektromobilių efektyviau važiuoja gatvėmis ar užmiesčio keliukais nei greitkeliais. Tuo tarpu visi automobiliai su vidaus degimo varikliais degalus saikingiau naudoja greitkeliuose. Kodėl? Tai yra susiję su šių automobilių efektyvumu.

Nelabai efektyvus vidaus degimo variklis

Baterijos ir degalai – tai tik būdas saugoti ir laikyti energiją. Varikliai tą energiją turi paimti ir paversti judėjimu. Jei mokykloje gerai mokėtės fiziką, žinote, kad jokia sistema nėra 100 % efektyvi – dalis energijos neišvengimai visada yra iššvaistoma.

Vidaus degimo varikliai efektyvumo požiūriu yra labai nuodėmingi. Tiksliau, karšti – automobiliai su burzgiančiais varikliais daugiau nei 60 % degalų energijos visada paverčia karščiu. Daug to nereikalingo karščio sukuriama po variklio gaubtu. Kaip radiatorius po palange šildo jūsų namų orą, taip jūsų automobilio radiatorius šildo orą lauke. Jūs sumokate ir už tą, ir už tą šilumą, tačiau šildydami namus jūs ir norite pirkti šilumą, o pildami degalus tikitės kilometrų, o ne laipsnių Celsijaus.

Bet variklis net nėra vienintelė karšta vieta jūsų automobilyje – energija švaistoma ir transmisijoje, ir net stabdžiuose. Kaskart kai nuspaudžiate stabdžių pedalą kinetinę energiją, kurią sukūrėte degindami benziną ar dyzeliną, paverčiate karščiu. Kitaip tariant, kad ir kaip keistai tai skambėtų, stabdydami švaistote degalus.

Yra ir daugiau blogų žinių – tie 60 % energijos nuostoliai iš tikrųjų yra optimistinis rodiklis. Daugelio automobilių su vidaus degimo varikliais efektyvumas yra tik 12-30 %. Variklių efektyvumas kinta ir nuo sūkių, nes skirtingi varikliai maksimalią galią ir sukimo momentą pasiekia tik prie tam tikrų apsukų. Tai reiškia, kad vidaus degimo varikliai dažnai yra dar mažiau efektyvūs nei čia perskaitėte. Todėl nieko nenustebins faktas, kad elektromobiliai yra nepalyginamai efektyvesni.

Elektrinis efektyvumas

Minėjome, kad 100 % efektyvių sistemų tiesiog nebūna – jos pažeistų fizikos dėsnius. Tačiau elektromobiliai iš tikrųjų pasižymi labai aukštu efektyvumu.

Modernūs elektromobiliai net  85-90 % sunaudojamos energijos skiria ratams sukti. Tai yra, kai daugiau nei pusė jūsų perkamų degalų yra naudojama laukui šildyti, elektromobilių vairuotojai tam skiria tik 10-15 % į bateriją įkraunamos energijos.

Tikriausiai kam nors jau kilo klausimas, kodėl tuomet pilnas bakas benzino leidžia nuvažiuoti toliau nei pilnai įkrauta daug didesnė ir sunkesnė baterija. Atsakymas paprastas – vienas litras benzino (ar dyzelino) saugo daug daugiau energijos nei tą patį tūrį užimanti ličio jonų baterija. Taigi, dabar atėjo laikas atsakyti į pavadinime iškeltą klausimą.

Tai kodėl elektromobiliai daugiau energijos sunaudoja greitkelyje nei mieste?

Daugiausiai degalų vidaus degimo varikliai sudegina automobiliui judant iš vietos ir bėgėjantis – tuomet jų efektyvumas yra labai prastas. O mieste mes nieko daugiau ir neveikiame, tik stabdome (degalus verčiame karščiu stabdžių diskuose), bėgėjamės ir junginėjame pavaras. Be to, daugelis automobilių su vidaus degimo varikliais stovėdami ir toliau degina degalus. Net jei automobilis turi Stop-Start sistemą, kuri sustojus išjungia variklį, stovint prie šviesoforo naudojama akumuliatoriaus energiją, kurią užsikūrusiam varikliui teks sugrąžinti.

Tuo tarpu greitkelyje važiuojama pastoviu greičiu, palaikant pastovius variklio sūkius. Stabdžiai yra beveik nenaudojami, variklis tiesiog padeda palaikyti mašinos judėjimą pirmyn ir nėra apkraunamas nuolat pasikartojančia akceleracija.

Ir elektromobiliai daugiau energijos sunaudoja bėgėdamiesi iš vietos, tačiau jie ir taip yra labai efektyvūs, todėl tie papildomi su akceleracija susiję nuostoliai nėra didelė problema. Be to, elektriniai varikliai neturi tokios kalnuotos sukimo momento kreivės – maksimalus sukimo momentas pasiekiamas vos paspaudus akseleratoriaus pedalą. Taigi, norėdamas neatsilikti nuo eismo elektromobilio vairuotojas turi tik šiek tiek labai švelniai darbuotis dešine pėda.

Ta dešinė pėda daugiau ilsisi ir stabdant. Daugelis šiuolaikinių elektromobilių turi regeneracinę stabdžių sistemą, kuri automobiliui lėtėjant šiek tiek įkrauna baterijas. Tai leidžia vairuotojams važiuoti daugiausiai naudojant tik vieną pedalą – norint bėgėtis spaudžiamas akseleratorius, o stabdant jis tiesiog paleidžiamas. Stabdžių kaladėlės naudojamos tik norint sustoti visiškai. Taigi, mieste elektromobilis veikia beveik optimaliomis sąlygomis, džiaugdamasis tiesia sukimo momento kreive, kinetinės energijos regeneracija ir labai efektyviais elektriniais varikliais.

Tiesa, visiškai ideali aplinka elektromobiliui tikriausiai būtų lygus kelias be šviesoforų, perėjų ir kalnų. Pavyzdžiui, užmiesčio keliukas, kuriame greitis būtų ribojamas iki 80-90 km/val. Čia stabdžių kaladėlių naudoti apskritai netektų, neliktų ir tų bėgėjimosi-stabdymo ciklų.

Tačiau greitkelyje, kur pasiekiamas daug didesnis greitis, elektromobiliui tenka kovoti su nauju priešininku – oro pasipriešinimu. Elektriniai varikliai išlaiko daugmaž tą patį 85-90 % efektyvumą, tačiau tarp įkrovimų nuvažiuojamą atstumą jau ima karpyti naujas sistemos dėmuo – vėjas. Būtent dėl to elektromobilių gamintojai tiek daug dėmesio skiria aerodinamikai. Daug šiuolaikinių elektromobilių turi aerodinamiškus ratlankius, o štai įprastiems automobiliams jie tiesiog nepadėtų.

Aišku, išaugęs oro pasipriešinimas veikia ir automobilius su vidaus degimo varikliais, tačiau greitkelyje variklis dirba arčiau sau optimalaus režimo, todėl jo efektyvumas stipriai išauga ir visiškai kompensuoja aerodinamikos nuostolius. Būtent dėl to automobiliai su vidaus degimo varikliais greitkeliuose sunaudoja mažiau degalų nei mieste, o daugelis elektromobilių yra efektyvesni mieste nei greitkelyje.

Įsivaizduokite, kad jūsų įmonei taikomas 80 % karščio mokestis. Persikėlus į kitą šalį jums tenka mokėti papildomą 10 % oro mokestį, tačiau karščio mokestis sumažėja iki 60 % – rezultate mokesčių sumokate daugiau. Tuo tarpu kita įmonė moka 15 % karščio mokestį, o persikėlusi į kitą šalį sumoka dar 10 % oro mokestį – rezultate mokesčių sumoka daugiau. Bet, pabrėžkime, vis tiek mažiau nei jūs.

Bet visos taisyklės turi išimčių. Gamintojai į elektromobiliu diegia išmanias technologijas ir net dviejų bėgių transmisijas, kurios leidžia automobiliams geriau prisitaikyti prie važiavimo skirtingu greičiu. Tai ir kai kurios kitos unikalios tų modelių savybės reiškia, kad jie mažiau baterijų energijos sunaudoja važiuodami greitkeliu.