Энергетическая эффективность автотранспорта
Побудительной причиной к пересмотру предыдущей статьи «Энергетическая эффективность электромобилей» послужила переписка с некоторыми активными поборниками альтернативных видов транспорта. Мне было справедливо указано на то, что простой перевод GGE (Gas Gallon Equivalent) для автомобилей на природном газе в эквивалент литра бензина может привести к заблуждению читателей. Также было много критики о том, что сравниваются несравнимые по мощности двигателя автомобили. Постараюсь исправиться и на этот раз привести новые данные. Итак, приступим.
Давайте на время отвлечемся от такого эфемерного понятия, как экологическая чистота и бесшумность электромобиля. Попробуем подступить к проблеме с чисто меркантильным интересом — возьмем и сравним параметры расхода энергии различных типов автомобилей на единицу пройденного пути. Для оценки будем использовать не только затраты энергии на передвижение (в этом случае электромобиль, благодаря своему крайне высокому КПД будет многогратно превосходить другие типы автомобилей), но и затраты энергии, необходимые для переработки исходного сырья, доставки энергоносителя и заправки автомобиля.
Методика расчетов.
Для сравнения возьмем автомобили Honda различных типов двигательных установок, один из самых экономичных дизелей — VW Jetta Diesel, и спортивный(!) электромобиль Tesla Roadster. Для сравнения выбраны малолитражные автомобили не сильно различающиеся по весу со спортивным электромобилем. Почему выбран именно спортивный вариант электромобиля? — Потому что мы все знаем «прожорливость» спортивных автомобилей и, таким образом, выбрав Tesla Roadster для сравнения, даем фору другим участникам нашего исследования.
Поскольку электромобиль в настоящее время является, в основном, средством внутригородской коммуникации, сравнивать будем расход энергии на передвижение в смешанном цикле. Для всех автомобилей были выбраны минимальные цифры расхода топлива (таким образом в нашем исследовании участвуют самые экономичные двигателя из имеющихся в данной линейке версий автомобиля).
Суммарная эффективность переработки, доставки и заправки взята из статьи: «The 21st Century Electric Car» by Martin Eberhard and Marc Tarpenning, Tesla Motors Inc. Wednesday, July 19, 2006.
Теплота сгорания различных видов топлива взята из книги: «А.С. Енохович. Справочник по физике и технике. Москва, 1989». Для бензина теплота сгорания принята 30.8 Мдж/л, для дизтоплива — 36,3 МДж/л, водород 120 МДж/кг, природный газ — 45 МДж/кг.
Для водородных топливных элементов получение водорода принято, исходя из наиболее недорогой технологии производства — путем окисления метана природного газа парами воды эффективность данного метода около 61% (на весь процесс от добычи природного газа до заправки в бак автомобиля). Хочу отметить, что в современных установках по электролизу воды КПД процесса составляет чуть более 60%, так что критиков предыдущего метода получения водорода прошу не беспокоиться.
Электроэнергию для зарядки электромобиля можно получить на атомных электростанциях или из возобновляемых источников (при помощи солнечных батарей, гидро- или ветроэлектростанций). Однако трудно рассчитать эффективность этих методов получения электроэнергии, поэтому для рассчетов взята электроэнергия, производимая на ТЭЦ при сжигании природного газа.
Результаты сравнения
Данные расчетов объединены в следующую таблицу:
| Технология | Автомобиль | Исходный источник энергии | Эффективность переработки, доставки и заправки (суммарно) | Расстояние, проходимое на единицу топлива | Энергетическая эффективность автомобиля | Полная энергетическая эффективность |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Двигатель на природном газе | Honda CNG | Природный газ | 86,0% | 17,5 км/кг | 0,39 км/МДж | 0,32 км/МДж |
| Водородные топливные элементы | Honda FCX | Природный газ | 61,0% | 84 км/кг | 0,7 км/МДж | 0,43 км/МДж |
| Дизельный двигатель | VW Jetta Diesel | Нефть | 90,1% | 17,2 км/л | 0,47 км/МДж | 0,42 км/МДж |
| Бензиновый двигатель | Honda Civic VX | Нефть | 81,7% | 14,2 км/л | 0,46 км/МДж | 0,38 км/МДж |
| Гибридный автомобиль (Бензин/Электро) | Honda Civic Hybrid | Нефть | 81,7% | 17,3 км/л | 0,56 км/МДж | 0,46 км/МДж |
| Электро | Tesla Roadster | Природный газ | 52,5% | 151 Вт*ч/км | 1,84 км/МДж | 0,97 км/МДж |
Выводы
Уфф. После длительных и нудных объяснений методики расчетов, и приведения результатов, можно переходить к самому интересному — извлечению выводов из имеющейся информации.
Несмотря на довольно жесткую методику рассчетов можно видеть, что суммарная энергоэффективность электромобиля в 2 раза выше ближайших конкурентов — гибридных автомобилей и автомобилей на водородных топливных элементах.
Автомобили с водородными топливными элементами оказались далеко не так хороши, как их рекламируют и активно продвигают. Эффективность самого водородомобиля достаточно высока (0,7 км/МДж — второй результат после электромобиля). Однако ущербность данной технологии показывает суммарная энергоэффективность, сравнимая с эффективностью дизеля при несоизмеримо большей стоимости и сложности.
Энергетическая эффективность самого электромобиля недостижимо высока (1,84 км/МДж) — в этом виноват высокий коэффициент полезного действия электроустановки. Расчеты навевают сомнения в заявленом КПД автомобилей с двигателями внутреннего сгорания — мне неоднократно встречались заявления, что КПД дизельного двигателя достигает 40%, что позволяет говорить о безперспективности электромобилей. Безперспективности из-за того, что суммарная мощность автомобилей превышает суммарную мощность электростанций, и при замене авто- на электро электроэнергии просто не хватит. Возможно, на оптимальных оборотах дизель и имеет 40% КПД, однако, если брать реальные условия, КПД дизеля не дотягивает до 20% (иначе у электромобиля получилось бы КПД 160% — вечный двигатель, однако). Так что для питания электромобилей потребуется в 4 раза меньше энергии при полном замене современного парка автомобилей. Поскольку массовый современный электромобиль — средство внутригородской коммуникации, то об увеличении количества электростанций говорить не приходится. Наоборот, электромобили могут стать важным элементом энергосистемы мира, сглаживая ночное падение потребления электроэнергии.
Надеюсь, читатель почерпнул немного полезных сведений о современном мире транспорта. В публикации затронуто много спорных моментов, методика сравнения достаточно приблизительна. Через пару недель я наконец-то выхожу в долгожданный отпуск. Надеюсь, у меня появится несколько свободных часов, чтобы написать калькулятор эффективности различных видов транспорта. Тогда любой желающий сможет путем собственных расчетов подтвердить (или опровергнуть:) вышеизложенные выводы.
Источник статьи: http://sdisle.com/ev/efficient/energy2.html
Большая энциклопедия мощности: самые-самые машины каждого автобренда. Часть 1
В машине может быть сколько угодно кожи, дерева, экранов и систем безопасности, но если в её моторе не слишком много лошадиных сил, то впечатление будет непременно смазано. И напротив: если сил много, то совсем неважно, сколько в машине кожи, дерева и экранов. Поэтому мы решили составить большой гид по самым мощным автомобилям всех популярных брендов. В первой части рассказываем о 10 марках, названия которых начинаются с латинских букв от A до C.
Имя Alfa Romeo неразрывно связано с автоспортом, поэтому мощные автомобили в линейке итальянской марки начали появляться давным-давно. Вспомнить хотя бы болид Bimotore 1935 года, две рядные «восьмёрки» которого давали 540 лошадиных сил. Но самое удивительное, что рекорд мощности Alfa Romeo по сей день не переписан!
Ведь самой мощной Alfa Romeo для дорог общего пользования сегодня является Giulia GTAm, 2,9-литровый V6 которой развивает всё те же 540 лошадиных сил. Суперседан был представлен в начале 2020 года и, помимо возросшей мощности, отличается новым аэродинамическим обвесом, уменьшившейся до 1520 килограммов массой, перенастроенной подвеской и закатанным в алькантару интерьером. До 100 километров в час лимитированная версия разгоняется за 3,6 секунды, а её максимальная скорость превышает отметку в 300 километров в час. В вопросе динамики старикан Bimotore с молодняком тягаться не может.
Пока гиперкар Valkyrie решает свои проблемы с надёжностью и откладывается на неопределённый срок, корона Aston Martin принадлежит трековому снаряду Vulcan. Да, это автомобиль, которому запрещено выезжать на дороги общего пользования, но, во-первых, он в некоторой степени серийный (изготовлено 24 автомобиля), а во-вторых, если очень захотеть, то и на нём можно ездить за пределами автодромов. Для этого, правда, придётся обратиться к компании RML Group, которая адаптирует Вулкан для пробок, светофоров и круговых перекрёстков.
Атмосферный 12-цилиндровый мотор Vulcan объёмом семь литров развивает 831 лошадиную силу при 7750 оборотах в минуту и 780 Н·м при 6500 оборотах. Поскольку карбоновый кузов машины весит чуть больше пёрышка, гиперкар разгоняется до 100 километров в час за близкие к феноменальным для заднеприводных автомобилей 2,9 секунды, а его максимальная скорость составляет 360 километров в час. Трековый Aston мог быть ещё быстрее, но агрессивный аэродинамический обвес, генерирующий 1362 килограмма прижимного усилия на максимальной скорости, немного сдерживает его прыть.
Если же говорить о сугубо дорожных машинах Aston Martin, то здесь чемпион не меняется с 2009 года: именно тогда был готов суперкар с 760-сильным V12 от Cosworth. Более современный DBS Superleggera c 725 дотянуться до рекорда не смог.
В 1980-х годы раллийные гении Audi умудрялись снимать по 600 лошадиных сил с пяти цилиндров и чуть более двух литров рабочего объёма. А уж версии для гонки Pikes Peak и вовсе выдавали под тысячу «лошадей»! Дорожные автомобили немецкой компании, конечно, не настолько безумны, но тоже радуют недюжинными способностями.
Нетрудно догадаться, что лидером по энерговооружённости является суперкар R8, а именно модификация V10 performance. Его ревущий десятицилиндровый атмосферник развивает 620 лошадиных сил. Выдающаяся во всех отношениях мощность дополнена полным приводом, роботизированной коробкой передач. Такой Audi R8 способен набирать 330 километров в час, а также достигать первой сотни спустя 3,1 секунды.
Скорее всего, нынешнее поколение R8 станет последним в истории Audi. Но не стоит думать, что рекордов больше не будет: на подходе спортивный электрокар мощность которого в топовом исполнении, по слухам, даже больше, чем у флагманской R8, — в районе 650 лошадиных сил.
Выявить самый мощный BMW в наши дни невозможно. Потому что на это звание претендуют минимум четыре модели: M5 Competition, M8 Competition, X5 M Competition и X6 M Competition. Все они оснащены битурбированным 4,4-литровым V8, который развивает 625 лошадиных сил. Так как же быть?
А очень просто – выберем из этой компании самого лёгкого. Ведь чем меньше килограммов, тем эффективнее реализуются лошадиные силы. Пухляши-кроссоверы массой под две с половиной тонны отваливаются сразу. Остаются М5 и М8. И… победителем выходит «пятёрка»! Согласно официальным релизам, масса обновлённой М5 Competition на 5 килограммов меньше, чем у купе M8 Competition: 1970 килограммов против 1975.
М5 Competition в принципе является одним из быстрейших четырёхдверных автомобилей на планете. До 100 километров в час она выстреливает за 3,3 секунды, а максималка с пакетом M Driver’s составляет 305 километров в час. Для справки: самая первая М5 ехала до 100 километров в час 6,1 секунды.
Хотя нынешний Continental GT производится уже не первый год, компания Bentley не спешит выводить его скоростные версии вроде Speed или Supersports. Поэтому знамя мощнейшего Bentley уже четвёртый год удерживает Continental GT Supersports предыдущего поколения.
В линейке Bentley в принципе нет «овощей», но Supersports особенно могуч: его шестилитровый W12 с двумя турбинами раскочегарили до 710 лошадиных сил и 1017 Н·м, благодаря чему эта ультралюксовая баржа массой 2,3 тонны научилась набирать сотню за 3,5 секунды и разгоняться до 337 километров в час. Вообще любые цифровые показатели этой модели впечатляют. Взять хотя бы тормозные диски: диаметр передних — 420 миллиметров, задних — 356 миллиметров. Проще говоря, размер передних «блинов» тут больше, чем колёса твоей ласточки!
Построили лишь 710 подобных машин в кузове купе и кабриолет. Опционально для Supersports предлагался пакет X Specification, который добавлял элементы из карбона, титановую выхлопную систему и чёрные 21-дюймовые диски.
Забудьте про всё, что читали до этого. На сцену поднимается его величество Bugatti! 1600 лошадиных сил! Столько же лошадиных сил одновременно можно встретить разве что в большом шоуруме какого-нибудь массового бренда, а тут они упакованы в один автомобиль!
Точнее, по 1600 сил досталось 30 экземплярам Bugatti Chiron Super Sport 300+, которые совсем скоро начнут поступать к заказчикам. Как и все гиперкары Bugatti последних 15 лет, Chiron Super Sport 300+ оснащён восьмилитровым двигателем W16 с четырьмя турбинами. Но из серийных моделей Bugatti 1600 «лошадей» достались лишь ему, да совсем уж штучному Centodieci, вдохновлённому моделью EB 110.
Ещё впечатляющих цифр? Прототип Chiron Super Sport на испытательном полигоне Volkswagen показал скорость в 490 километров в час, став первым дорожным автомобилем, который развил более 300 миль в час (304,8, если быть точным), однако скорость товарных Супер Спортов будет ограничена на 440 километрах в час. Потому что безопасность и здоровье клиентов — превыше всего! Ждём зрелищные видеоролики с немецких автострад от первого лица. А ещё серийное воплощение Bugatti Bolide, которому обещают 1850 сил.
Доведи компания Cadillac концепты Cien или Sixteen до серийного производства – и тут были бы совершенно другие цифры. А так — пальму первенства удерживает спортивный седан. Речь о Cadillac третьего поколения.
В Cadillac решили не делать-сами-знаете-чего против ветра и воспользовались классическим американским рецептом: большой рабочий объём плюс приводной нагнетатель. Под капот седана установили 6,2-литровый V8 LT4 с компрессором, который ранее был замечен на Corvette Z06 C7. Однако предварительно мотор дефорсировали на 10 лошадиных сил, до 649, чтобы сохранить субординацию.
Но даже без дополнительных 10 сил мощнейший Cadillac получился очень быстрым: разгон до 97 километров в час занимает 3,6 секунды, а максимальная скорость составляет суперкаровские 322 километра в час. Однако статус мощнейшего и быстрейшего представителя бренда скоро может утратить: на подходе седан Blackwing, который, по слухам, будет опережать своего предшественника по всем показателям.
Кстати, о Chevrolet. Уже не первый год ходят слухи о том, что на базе Corvette C8 концерн General Motors построит супергибрид мощностью около тысячи лошадиных сил. Возможно, когда-нибудь это и случится. Но пока у General Motors есть только тысячесильный электрический Hummer. А звание мощнейшего Chevrolet удерживает предыдущий Corvette с традиционной бензиновой «коптилкой».
Chevrolet Corvette ZR1 в кузове C7 дебютировал в 2017 году на автосалоне в Дубае и представлял собой глубоко модифицированный вариант Z06 с новым обвесом, который помогала разрабатывать гоночная команда Pratt & Miller Engineering — та самая, что строит боевые Корветы для Однако главной особенностью машины стал не кузов, в котором обильно использовалось углеволокно, а двигатель.
Источник статьи: http://mag.auto.ru/article/hipowercarspt1/