Ô tô điện thế kỷ 21 - xedien.info · Ô tô điện thế kỷ 21 Với những người chú ý đến vấn đề ô nhiễm môi trường khi sử ô tô điện họ

Ô tô điện thế kỷ 21

Với những người chú ý đến vấn đề ô nhiễm môi trường khi sử ô tô điện họ thường đặt câu hỏiliệu ô tô điện có phải là một giải pháp giao thông không gây ô nhiễm môi trường hay không?Câu trả lời trong thực tế là có bởi điện năng mà ô tô điện sử dụng để chạy là được cung cấp từcác nguồn khác nhau chủ yếu từ các nhà máy điện, mà những nhà máy này thường gây ônhiễm nhất định đến môi trường. Một câu hỏi đặt ra tiếp đó là ô tô điện gây ra lượng ô nhiễmbao nhiêu trên mỗi km đi được ( toàn bộ ô nhiễm này được tính từ các nguồn nhiên liệu chiếtxuất đến tiêu thụ điện cuối cùng bởi các động cơ điện). Khi tìm hiểu cụ thể với các con số thì tathấy rằng ô tô điện có hiệu suất sử dụng năng lượng cao hơn và ít gây ô nhiễm hơn so với cácloại ô tô chạy bằng nhiêu liệu khác.

Ở trong bài viết này, chúng ta sẽ tìm hiểu ô tô điện Tesla Roadster™. Đây là chiếc ô tô sử dụngcác ắc quy Lithium-ion thay vì các ắc quy chì-axit mà nhiều xe khác trước đây có sử dụng. Ắcquy Lithium-ion có hiệu suất chuyển đổi năng lượng cực cao và gây ô nhiễm ở mức rất thấp, nóđồng thời có khả năng hoạt động bền bỉ và rất tiện lợi.

1 / 22


1. Hiệu suất năng lượng

Để ước lượng hiệu suất tổng của bất kỳ ô tô nào, chúng ta sẽ sẽ bắt đầu với phần năng lượngcó trong nguồn nhiên liệu hóa thạch(như than đá, dầu mỏ hoặc khí ga). Sau đó phải trừ đi phầnnăng lượng cần thiết để chuyển đổi (thành các dạng năng lượng như xăng hoặc điện), phầnnăng lượng cần thiết để vận chuyển và phần năng lượng tiêu hao khi sử dụng nhiên liệu của ôtô. Cuối cùng ta sẽ có được hiệu suất sử dụng nhiên liệu của ô tô.

Năng lượng có chứa trong tất cả các loại nhiên liệu đều có thể được mô tả dưới dạng năng lượngtrên một đơn vị khối lượng. Trong bài viết này năng lượng nhiên liệu được mô tả dưới dạngmega jun/kilogram (MJ/kg). Khi đó hiệu suất tổng sẽ được thể hiện qua thông số số km đi đượctrên mỗi mega jun (km/MJ) của nguồn nhiên liệu. Điều này có nghĩa là số km đi được càng lớnthì hiệu suất của ô tô càng lớn.

2. Ô tô chạy xăng

ở trong phần này, chúng ta sẽ tính hiệu suất tổng của ô tô chạy xăng. Đầu tiên thấy rằng nănglượng có trong 1kg xăng là 46,7MJ (46,7MJ/kg) hay tương đương là 34,3 MJ/1 lít xăng(34,3MJ/l). Điều thứ 2: hiệu suất để sản xuất ra xăng và vận chuyển là 81,7% điều này cũng cónghĩa rằng tổn thất năng lượng cho quá trình chiết xuất và vận chuyển 18,3%. Từ đó thấy rằngcần phải có 42MJ (34,3/81,7%) của dầu thô để tạo ra 1 lít xăng ở các trạm bơm xăng.

Ô tô xăng Honda Civic đời 1993 có hiệu suất tốt nhất với chỉ số 21,7km trên 1 lít xăng. Do đó,hiệu suất của xe là 21,7km/l / 42MJ/l = 0,52km/MJ. Con số này gấp 2 lần đối với các dòng xethông thường khoảng 0,28km/MJ.

2 / 22


3. Ô tô điện lai

Hiện nay hầu hết các dòng ô tô điện lai sử dụng động cơ xăng để xạc điện cho các bình ắcquy, khi đó các vấn đề về ô nhiễm và hiệu suất của xe hầu như không được cải thiện so với xe ôtô chạy xăng truyền thống. Những chỉ tiêu này được cải thiện ở dòng xe điện lai có thể kết nốivới lưới điện để nạp điện cho các bình ắc quy.

Tính đến 2006, ô tô điện lai có hiệu suất tốt nhất thuộc về Honda Insight 2005. Chiếc xe đạtđược hệ số 26,8km/lit (63mpg) gồm cả chạy trong thành phố và trên đường cao tốc. Áp dụngcông thức tương tự trên có hiệu suất tổng của xe đạt 0,64km/MJ. Trong khi đối thì chỉ với xeToyota Prius con số này là 0,56km/MJ (23,4km/lit).

4. Ô tô điện thuần

Với lốp xe và hệ thống truyền động bánh răng được tối ưu cho quá trình hoạt động, thì chiếc xeTesla Roadster chỉ có tiêu thụ khoảng 110Wh (0.4MJ) cho mỗi km đi được hay có thể hiểu xeđi được 2,53km/MJ.

Hiệu suất năng lượng của ắc quy lithium-ion (gồm quá trình phóng và nạp) trên xe TeslaRoadster vào khoảng 86%. Điều này có nghĩa rằng với mỗi 100MJ điện được sử dụng để nạpcho ắc quy có 86MJ được sử dụng cho động cơ của ô tô. Do đó hiệu suất từ nguồn điện đếnbánh xe của Tesla Roadster chỉ còn 2,53x86% = 2,18km/MJ.

Hiện nay, cách thức có hiệu suất tốt nhất để sản xuất điện là với máy phát điện khí gas kết hợp. Máy phát kết hợp sử dụng đồng thời 2 tuabin phát điện. Tuabin thứ 1hiệu suất cao đốt khi gasvà nhiệt tỏa ra từ quá trình này được sử dụng để tạo ra hơi nước chạy tuabin khí thứ 2. Hệ thốngmáy phát kết hợp tốt nhất hiện nay thuộc về máy phát hệ thống H của General Electric, nó chophép đạt hiệu suất lên tới 60% và điều này cũng đồng nghĩa với 40% năng lượng của khí gas bịtổn thất trong quá trình phát điện.

Quá trình lấy khí gas tự nhiên đạt được với hiệu suất 97,5% và hiệu suất của quá trình xử lýcũng khoảng 97,5%. Điện năng được tạo ra bởi máy phát điện được di chuyển qua hệ thống

3 / 22


đường dây của lưới điện với hiệu suất trung bình 92%. Vì vậy, hiệu suất tổng của xe TeslaRoadster là: 60%x92%x97,5%x97,5 = 52,5%.

Khi đó, xe Tesla Roadster đạt được hiệu suất 2,18km/MJ x 52,5% = 1,14km/MJ và con số nàylà gấp đôi đối với xe Toyota Prius.

5. Ô tô nhiên liệu Hydro

Hyđrô không tồn tại tự do trong tự nhiên mà tồn tại dưới các dạng phức hợp như khí gas tự nhiên(CH4) hoặc nước (H2O). Các thức tốt nhất để sản xuất hydro sản lượng lớn từ khí gas tự nhiên.Trong các nhà máy sản xuất khí hydro, hiệu suất sản xuất khí hydro từ khí tự nhiên là vàokhoảng 52%÷62% bao gồm cả quá trình tạo khí, vận chuyển và nén khí.

Giới hạn hiệu suất trên của pin nhiên liệu là cỡ khoảng 50%. Đầu ra của pin nhiên liệu là điệnnăng sử dụng để quay động cơ điện. Và chúng ta giả sử hiệu suất xe tương tự xe điện với2,53km/MJ. Từ đây có thể thấy hiệu suất tổng của xe chạy pin nhiên liệu hydro: 2,53 km/MJ x50% x 61% = 0,77 km/MJ

Đây có thể coi là con số ấn tượng khi so sánh với ô tô điện truyền thống, mặc dù vẫn còn thấphơn khoảng 32% so với hiệu suất của ô tô điện thuần. Tuy nhiên ô tô chay bằng pin nhiên liệuthực khó đạt tới con số trên và ô tô sử dụng pin nhiên liệu có hiệu suất tốt nhất là Honda FCX.Xe đi được quãng đường gần 80,5 km trên mỗi kg hydro

Mà chúng ta biết rằng năng lượng có chứa trong Hydro là vào khoảng 141.9 MJ/kg, do đó hiệusuất của xe vào khoảng 80,5km/kg / 141,9MJ/kg = 0,57km/MJ. Khi tính hiệu suất tổng của xe tacó 0,57 km/MJ x 61% = 0,35 km/MJ và con số này thậm chí còn không cao bằng chiếc xe chạydầu diesel Volkswagen Jetta, xe chạy xăng Honda Civic VX hay chiếc xe điện lai Honda Insight.

Mặc dù, một số nhà đề xướng ra công nghệ pin nhiêu liệu hydro nói rằng hydro có thể đượcchiết suất tốt hơn đi ly nước, nhưng có thể thấy rằng với công nghệ hiện nay hiệu suất cho quátrình này chỉ đạt 22% . Con số này là khá thấp so với cách trước đó cỡ hơn 50%. Mặc dù chínhphủ Mỹ đã chi ra khoảng 1,2 tỷ đô la cho nghiên cứu pin nhiên liệu hydro để giảm sự phụ thuộccủa nguồn năng lượng vào dầu mỏ, nhưng các kết quả nghiên cứu đã chỉ ra rằng cần phải mất

4 / 22


nhiều thập kỷ tới thì mới có thể tiếp cận được công nghệ sản xuất pin nhiên liệu hydro hiệu suấtcao. Trong khi nguồn dầu mỏ sẻ suy giảm trong vòng 25 năm tới đây.

6. So sánh hiệu suất của các ô tô

Bảng và biểu đồ dưới đưa ra các tham số đánh giá một số loại ô tô có hiệu suất sử dụng nănglượng cao.

Công nghệ

Nhãn hiệu

Nguồn nhiên liệu

Hiệu suất đến trạm nạp nhiên liệu

Quãng đường/lit nhiên liệu

Hiệu suất của xe

Hiệu suất tổng

Động cơ khí ga tự nhiên

5 / 22


Honda CNG

Khí tự nhiên

86%

15km/l

0,37km/MJ

0,318km/MJ

Pin nhiên liệu hydro

Honda FCX

Khí tự nhiên

61%

103 km/kg

0,57km/MJ

6 / 22


0,348km/MJ

Động cơ dầu diesel

VW Jetta

Dầu thô

91%

21,3km/l

0,53km/MJ

0,478km/MJ

Động cơ xăng

Honda Civic VX

Dầu thô

7 / 22


81,7%

21,7km/l

0,63km/MJ

0,515km/MJ

Động cơ lai

Toyota Prius

Dầu thô

81,7%

23,4km/l

0,68km/MJ

0,556km/MJ

8 / 22


Động cơ điện

Tesla Roadster

Khí tự nhiên

52,5%

110Wh/km

2,18km/MJ

1,145km/MJ

Hiệu suất của một số mẫu xe ô tô

8. So sánh khí thải

9 / 22


Việc đốt nhiên liệu tạo ra rất nhiều loại khí thải khác nhau gồm có khí sunphua, chì, CO2, vànước. Qua nhiều năm, thì chúng ta đã tạo ra được công nghệ cho phép tạo ra động cơ đốt trongvà nhà máy lý tưởng chỉ tạo ra khí các bon CO2và nước. Nước thì không thành vấn đề, nhưng khí CO2lại là khí nhà kính.

Tương tự như cách tính hiệu suất tổng như ở trên, chúng ta có tính ra hàm lượng khí thải CO2được tạo ra bởi từng loại xe ô tô từ các nguồn nhiên liệu khác nhau. Giả sử động cơ đốt trong làlý tưởng thì toàn bộ các bon có trong nguồn nhiên liệu sẽ được chuyển hóa thành CO2trong khí thải. Dầu thô có hàm lượng các bon là 19,9g/MJ và khí tự nhiên (CH4) có hàm lượng 14,4g/MJ. Cứ 1g Cacbon sẽ chuyển thành 3,67g CO2. Do đó, hàm lượng CO2có thể tạo ra từ dầu thô là 73g/MJ và của khí tự nhiên là 52,8g/MJ.

Với những con số trên, chúng ta có thể tính ra lượng khí thải của các loại xe khác nhau dựa trênhàm lượng cacbon chứa trong nhiên liệu và hiệu suất chuyển đổi năng lượng.

Công nghệ

Nhãn hiệu

Nguồn nhiên liệu

Hàm lượng CO2

10 / 22



Khí thải CO 2

Động cơ khí ga tự nhiên

Honda CNG

Khí tự nhiên

52,8g/MJ

0,318km/MJ

166g/km


Honda FCX

Khí tự nhiên

11 / 22


52,8g/MJ

0,348km/MJ

151,7g/km

Động cơ dầu diesel

VW Jetta

Dầu thô

73g/MJ

0,478km/MJ

152,7 g/km

Động cơ xăng

Honda Civic VX

12 / 22


Dầu thô

73g/MJ

0,515km/MJ

141,7 g/km

Động cơ lai

Toyota Prius

Dầu thô

73g/MJ

0,556km/MJ

130,4 g/km

Động cơ điện

13 / 22


Tesla Roadster

Khí tự nhiên

52,8g/MJ

1,145km/MJ

46,1 g/km

Khí thải của một số mẫu ô tô

8. Quá trình thực hiện

Viễn cảnh về việc thay thế một số lượng lớn các ô tô hiện nay bằng các ô tô điện sạch giá rẻđược đưa ra bởi các nhà sản xuất ô tô điên. Nhưng ngay cả khi luận điểm cho rằng ô tô điệncuối cùng cũng sẽ rẻ hơn các ô tô xăng truyền thống tương đương, thì những chiếc xe điện hiểnnhiên chưa thể rẻ hơn cho đến chừng nào doanh số bán ra của chúng đạt được mức doanh sốtương đương của ô tô xăng.

14 / 22


Cho đến một lúc nào đó các nhà sản xuất ô tô điện đạt được doanh số bán ra đủ lớn để đạt giátrị như những nhà sản xuất ô tô chạy xăng, những chiếc ô tô điện cần phải vượt qua các khíacạnh khác nữa bên cạnh vấn đề về giá cả. Ngoài ưu điểm về khí thải, ô tô điện cũng còn vượttrội ô tô xăng ở khả năng hoạt động. Có thể thấy động cơ xăng có mômen T khá nhỏ ở tốc độthấp và chỉ tạo ra được công suất cao trong một dải tốc độ hẹp. Trong khi đó, động cơ điện cómô men khá cao ngay cả tốc độ bằng 0 và tạo ra mô men không đổi tới tốc độ 6000 vòng/phútvà còn có thể tạo ra công suất cao tới tốc độ 13.500 vòng/phút. Điều này có nghĩa rằng hoạtđộng của động cơ điện là rất nhanh mà không có bất kỳ sự truyền và khớp nối ly hợp nào. Điềunày cũng tạo ra thuận lợi cho người sử dụng khi không phải yêu cầu một kỹ năng đặc biệt nàotrong quá trình điều khiển xe.

Đối với động cơ xăng, quá trình hoạt động đi kèm với nhiều vấn đề và nếu bạn muốn chiếc ô tôtăng tốc nhanh thì đòi hỏi phải sử dụng động cơ có công suất cao và khi đó quãng đường điđược sẽ ít hơn. Trong khi đó, với ô tô điện bạn có thể dễ dàng xây dựng được chiếc xe vừa cóhiệu suất cao và khả năng tăng tốc nhanh.

Một điều chắc chắn rằng ô tô điện có hiệu suất cao hơn và khí thải thấp hơn những chiếc xe ôtô chạy xăng hiệu suất cao nhất. Ô tô điện có khả năng tăng tốc ít nhất cũng bằng những chiếcxe thể thao tốt nhất mà lại có hiệu suất cao gấp 6 lần và tạo ra khí thải chỉ bằng 1/10. Bảng vàbiểu đồ dưới đây so sánh Tesla Roadster với một vài mẫu xe có hiệu suất cao.

Công nghệ

Nhãn hiệu

Quãng đường/lit nhiên liệu


15 / 22


Khí thải CO 2

Gia tốc từ 0÷100km/h

(giây)

Động cơ điện

Tesla Roadster

100Wh/km

1,145 km/MJ

46,1 g/km

3,9

Động cơ xăng (V6-turbo)

Porsche Turbo

16 / 22


9,36 km/l

0,22 km/MJ

328,2g/km

4,2

Động cơ xăng (V12)

Ferrari 550 Maranello

5 km/l

0,12 km/MJ

617,1

4,7

Động cơ xăng (V8)

17 / 22


Chevrolet Corvette

10,6 km/l

0,25km/MJ

288,8g/km

4,8

Động cơ xăng (VTEC 4 xilanh)

Honda Civic VX

21,7 km/l

0,52 km/MJ

141,6 g/km

9,4

18 / 22


Động cơ dầu (4 xilanh)

VW Jetta Diesel

21,3 km/l

0,48 km/MJ

152,1 g/km

11

Động cơ khí tự nhiên

Honda CNG

15 km/l

0,318km/MJ

166g/km

19 / 22


12

Động cơ lai

Toyota Prius

23,4 km/l

0,556km/MJ

130,4 g/km

10,3


Honda FCX

103 km/kg

0,348km/MJ

20 / 22


151,7g/km

15,8

Khả năng gia tốc của các mẫu ô tô

Hiệu suất năng lượng toàn phần của một số xe ô tô

Khí thải CO2 của một số xe ô tô

21 / 22


Từ khóa: Xe điện, Ô tô điện Việt Nam

22 / 22

http://www.xedien.info/

Documents

Ô tô điện thế kỷ 21 - xedien.info · Ô tô điện thế kỷ 21 Với những người chú ý đến vấn đề ô nhiễm môi trường khi sử ô tô điện họ