من أين تحصل السيارات الكهربائية على طاقتها ، وكيف تخزنها ، ولماذا هي جيدة بشكل خاص في تحويل الطاقة إلى زخم؟
كفاءات الطاقة
تتمثل إحدى أعظم فوائد السيارة الكهربائية (EV) في كفاءة الطاقة - والتي تتعلق بكمية الطاقة المدخلة في السيارة التي تتحول إلى طاقة محركة فعلية. في حالة المركبات الكهربائية ، يمكن أن يصل ذلك إلى 80٪.
من المثير للدهشة أن سيارات محرك الاحتراق الداخلي التقليدية (ICE) عادة ما تكون أقل كفاءة من 20٪. هذا يبدو مروعًا. ماذا يحدث لبقية الطاقة من الوقود؟
يتم جزء كبير من تسرب الطاقة من خلال الحرارة من نظام العادم والانبعاث من كتلة المحرك نفسها. هناك أيضًا طاقة مفقودة من احتكاك الأجزاء المتحركة داخل السيارة. كما أن ترك السيارة في وضع الخمول عندما لا تتحرك فعليًا ، كما هو الحال أثناء توقف إشارات المرور ، يزيد أيضًا من الفاقد. أخيرًا ، لا يعمل المحرك دائمًا بكفاءة مثالية ، لا سيما عند التسارع أو القيادة بسرعات عالية على الطرق السريعة.
فقط نسبة صغيرة من الطاقة المخزنة في الوقود ينتهي بها الأمر في الواقع إلى قلب العجلات عندما يتعلق الأمر بسيارات ICE.
من ناحية أخرى ، فإن العكس هو الصحيح بالنسبة للسيارات الكهربائية ، التي يمكنها تحويل ما يصل إلى 80٪ من الطاقة مباشرة إلى حركة.
تعتبر المحركات الكهربائية أفضل في نقل الطاقة إلى عجلات مدفوعة ، فهي 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.
تم أيضًا تصميم وتطوير المركبات الكهربائية الحديثة خصيصًا لتحقيق الكفاءة ؛ من الخارج الديناميكي الهوائي الذي يقلل من مقاومة الهواء ، والإطارات منخفضة المقاومة للدوران ، إلى استخدام مواد أخف في البناء (للتعويض عن وزن البطارية الإضافي).
أخيرًا ، الحيلة الذكية التي تستخدمها السيارات الكهربائية هي القدرة على استعادة الطاقة أثناء التباطؤ والتوقف ، وذلك بفضل "الكبح المتجدد". الكبح جزئيًا أو كليًا ، يمكن أن يستخدم المحرك الكهربائي نفسه لإبطاء السيارة ، بدلاً من الكبح التقليدي المطبق على العجلات. هذا لا يقلل بشكل كبير من الطاقة المفقودة من خلال احتكاك الكبح فحسب ، بل يقلل أيضًا بالمناسبة من انبعاثات غبار المكابح.
أثناء الكبح المتجدد ، يعمل المحرك الكهربائي كمولد أثناء التباطؤ ويمكنه تحويل الطاقة الحركية مرة أخرى إلى طاقة كهربائية ، والتي يتم تخزينها بعد ذلك في البطارية. نعم ، لقد فهمت ذلك بشكل صحيح. فعل إبطاء السيارة الكهربائية وكبحها يمكن أن يعيد شحن البطاريات بالفعل!
كيف تخزن البطاريات الطاقة؟
تستخدم البطاريات نفسها سلسلة من التفاعلات الكيميائية لتخزين الطاقة. تتكون كل منها من مجموعة من الخلايا ، كل منها يحمل قطبًا موجبًا وإلكترودًا سالبًا وإلكتروليتًا. أثناء الشحن ، تنتقل أيونات الليثيوم من القطب الموجب إلى القطب السالب ، حيث يتم تخزينها. عندما تستنزف الطاقة من البطارية ، تنعكس العملية.
يرتبط مقدار الطاقة التي يمكن تخزينها في البطارية بقدرتها والمواد المستخدمة بداخلها. على الرغم من ذلك ، تتحسن تقنية البطارية باستمرار ، حيث يسعى المصنعون إلى معالجة قلق النطاق وتحسين سرعة شحن المركبات الكهربائية.
أين تأتي الطاقة من؟
كثيرًا ما يُزعم أن السيارات الكهربائية لا تحل تمامًا مشكلة تلوث الغلاف الجوي وانبعاثات الكربون ، بل تنقلها ببساطة إلى محطات الطاقة. وبالمثل ، يمكن القول إن كفاءة استخدام الطاقة لمحطات الطاقة نفسها يجب أن تُدرج أيضًا في المعادلة.
بشكل عام ، تتمتع معظم محطات الطاقة بمعدل كفاءة تحويل للطاقة يتراوح بين 33٪ و 50٪.
محطات الطاقة التي تستخدم الوقود الأحفوري (الفحم والغاز الطبيعي والنفط) هي الأقل كفاءة بسبب احتراق الوقود وفقدان الحرارة والبنية التحتية المادية والآلات المعنية.
ومع ذلك ، فإن أولئك الذين يستخدمون مصادر الطاقة المتجددة ، مثل الطاقة الشمسية وطاقة الرياح والطاقة الكهرومائية يميلون إلى أن يكونوا أكثر كفاءة. في الواقع ، تم العثور على محطات الطاقة الكهرومائية لتكون موفرة للطاقة بنسبة تصل إلى 90٪.
وتجدر الإشارة إلى أن محطات توليد الطاقة من توربينات الغاز ذات الدورة المركبة يمكن أن تحقق كفاءة تصل إلى 60٪ ، بينما تدير محطات الطاقة النووية حوالي 40٪ من الكفاءة.
في دولة الإمارات العربية المتحدة ، توليد الكهرباء في طور التحول من محطات توليد الطاقة بالغاز إلى مصادر الطاقة المتجددة والنووية. بحلول عام 2050 ، تهدف الإمارات إلى توليد 50٪ من الكهرباء من مصادر متجددة (44٪) والطاقة النووية (6٪). تدير حاليًا ثلاثة مفاعلات للطاقة النووية وتضم ثلاثة من أكبر محطات الطاقة الشمسية في العالم.
على سبيل المثال ، في دبي ، من المتوقع أن تولد منشأة طاقة شمسية تبلغ مساحتها 4000 فدان ، وهي الأكبر في الشرق الأوسط ، طاقة كافية لتشغيل 800 ألف منزل بحلول عام 2030.
بالإضافة إلى ذلك ، تقوم دولة الإمارات العربية المتحدة ببناء محطة ضخمة لتوليد الطاقة الكهرومائية في سد حتا ، وهي الأولى من نوعها في منطقة دول مجلس التعاون الخليجي. مع العمر المتوقع الذي يبلغ 80 عامًا ، ستولد المحطة 250 ميجاوات الكهرباء من خلال شلال من خزان علوي عبر قناة مياه جوفية بطول 1.2 كيلومتر. من المقرر أن يدخل حيز التشغيل بحلول نهاية عام 2024 ، وسوف يتباهى بعرق نسبة الكفاءة 78.9٪.
ومن المثير للاهتمام أن ذلك سيعادل فعليًا كفاءة استخدام الطاقة للمركبة الكهربائية!
