كيف تحصل السيارات الكهربائية على طاقتها؟

كفاءة الطاقة

من أهم مزايا السيارات الكهربائية كفاءة الطاقة، والتي تُشير إلى مقدار الطاقة المُدخلة إلى قوة دفع فعلية. في السيارات الكهربائية، قد تصل هذه النسبة إلى 80%.

من المثير للدهشة أن كفاءة سيارات محرك الاحتراق الداخلي التقليدية عادةً ما تكون أقل من ٢٠٪. يبدو هذا مُريعًا. ماذا يحدث لباقي الطاقة من الوقود؟

يتسرب جزء كبير من الطاقة عبر الحرارة الصادرة من نظام العادم، والتي تنبعث من كتلة المحرك نفسها. كما تُفقد الطاقة نتيجة احتكاك الأجزاء المتحركة داخل السيارة. كما أن ترك السيارة في وضع الخمول دون حركة فعلية، كما هو الحال عند التوقف عند إشارات المرور، يزيد من الهدر. وأخيرًا، لا يعمل المحرك دائمًا بكفاءته المثلى، خاصةً عند التسارع أو القيادة بسرعات عالية على الطرق السريعة.

في الواقع، تصل نسبة صغيرة فقط من الطاقة المخزنة في الوقود إلى العجلات عندما يتعلق الأمر بسيارات الاحتراق الداخلي.

ومن ناحية أخرى، فإن العكس صحيح بالنسبة للسيارات الكهربائية، التي يمكنها تحويل ما يصل إلى 80% من الطاقة إلى حركة مباشرة.

تتمتع المحركات الكهربائية بقدرة أفضل على نقل الطاقة إلى العجلات المتحركة، كما أنها لا تهدر الطاقة عند الانتظار عند إشارات المرور، على الرغم من كونها "قيد التشغيل" من الناحية الفنية، ولا يتم استخدام أي طاقة حتى تتحرك السيارة.

كما تم تصميم وتطوير السيارات الكهربائية الحديثة خصيصًا لتحقيق الكفاءة؛ بدءًا من التصميم الخارجي الانسيابي الذي يقلل من مقاومة الهواء، وإطارات مقاومة التدحرج المنخفضة، إلى استخدام مواد أخف وزنًا في البناء (للتعويض عن وزن البطارية الإضافي).

وأخيرًا، من التقنيات الذكية التي تستخدمها السيارات الكهربائية استعادة الطاقة أثناء التباطؤ والتوقف، بفضل "الكبح المتجدد". يمكن للكبح الجزئي أو الكلي استخدام المحرك الكهربائي نفسه لإبطاء السيارة، بدلًا من الكبح التقليدي المطبق على العجلات. هذا لا يقلل بشكل كبير من الطاقة المفقودة نتيجة احتكاك الكبح فحسب، بل يقلل أيضًا من انبعاثات غبار الفرامل الجسيمي.

أثناء الكبح التجديدي، يعمل المحرك الكهربائي كمولد أثناء التباطؤ، ويستطيع تحويل الطاقة الحركية إلى طاقة كهربائية تُخزن في البطارية. نعم، فهمت ذلك بشكل صحيح. إن إبطاء السيارة الكهربائية وكبحها يُعيد شحن البطاريات!

كيف تقوم البطاريات بتخزين الطاقة؟

تستخدم البطاريات نفسها سلسلة من التفاعلات الكيميائية لتخزين الطاقة. تتكون من مجموعة خلايا، تحتوي كل منها على قطب موجب وقطب سالب ومحلول إلكتروليتي. أثناء الشحن، تنتقل أيونات الليثيوم من القطب الموجب إلى القطب السالب، حيث تُخزن. وعند استنزاف الطاقة من البطارية، تنعكس العملية.

ترتبط كمية الطاقة التي يمكن تخزينها في البطارية بسعتها والمواد المستخدمة فيها. وتشهد تكنولوجيا البطاريات تطورًا مستمرًا، إذ يسعى المصنعون إلى معالجة مشكلة المسافة المقطوعة وتحسين سرعة شحن المركبات الكهربائية.

من أين تأتي الطاقة؟

يُزعم كثيرًا أن السيارات الكهربائية لا تحل تمامًا مشكلة تلويث الغلاف الجوي وانبعاثات الكربون، بل تنقلها ببساطة إلى محطات الطاقة. وبالمثل، يمكن القول إن كفاءة الطاقة في محطات الطاقة نفسها يجب أن تُؤخذ في الاعتبار.

بشكل عام، تتمتع معظم محطات الطاقة بمعدل كفاءة تحويل الطاقة ما بين 33% و50%.

إن محطات الطاقة التي تستخدم الوقود الأحفوري (الفحم والغاز الطبيعي والنفط) هي الأقل كفاءة بسبب حرق الوقود وفقدان الحرارة والبنية الأساسية المادية والآلات المشاركة.

ومع ذلك، فإنّ مصادر الطاقة المتجددة، كالطاقة الشمسية وطاقة الرياح والطاقة الكهرومائية، تميل إلى أن تكون أكثر كفاءة. في الواقع، وُجد أن محطات الطاقة الكهرومائية تصل كفاءتها إلى 90%.

ومن الجدير بالذكر أن محطات الطاقة التي تعمل بتوربينات الغاز ذات الدورة المشتركة يمكن أن تحقق كفاءة تصل إلى 60%، في حين أن محطات الطاقة النووية تحقق كفاءة تبلغ حوالي 40%.

في دولة الإمارات العربية المتحدة، يشهد توليد الكهرباء تحولاً من محطات توليد الطاقة التي تعمل بالغاز إلى مصادر الطاقة المتجددة والطاقة النووية. وبحلول عام 2050، تهدف الإمارات إلى توليد 50% من كهربائها من مصادر متجددة (44%) والطاقة النووية (6%). وتُشغّل الإمارات حالياً ثلاثة مفاعلات نووية، وتفخر بثلاث من أكبر محطات الطاقة الشمسية في العالم.

على سبيل المثال، من المتوقع أن تولد منشأة للطاقة الشمسية تبلغ مساحتها 4000 فدان في دبي، وهي الأكبر في الشرق الأوسط، ما يكفي من الطاقة لتشغيل 800,000 ألف منزل بحلول عام 2030.

إضافةً إلى ذلك، تُشيّد دولة الإمارات العربية المتحدة محطةً ضخمةً لتوليد الطاقة الكهرومائية عند سد حتا، وهي الأولى من نوعها في منطقة دول مجلس التعاون الخليجي. وستُولّد المحطة، التي يبلغ عمرها الافتراضي 80 عامًا، الكهرباءَ من خلال شلالٍ من خزانٍ علويٍّ عبر قناةٍ مائيةٍ جوفيةٍ بطول 250 كيلومتر. ومن المقرر أن تدخل المحطةُ الخدمةَ بنهاية عام 1.2، وستتمتع بكفاءةٍ تبلغ 2024%.

ومن المثير للاهتمام أن هذا سوف يساوي تقريبًا كفاءة الطاقة لسيارة كهربائية!