Obamovy zelené automobily

Prezident USA Barack Obama začíná naplňovat svůj energetický program. Jako první krok zpřísnil federální standardy spotřeby paliva pro automobily.

Pojďme se dnes zamyslet nad tím, zda toto opatření, směřované především do amerického automobilového průmyslu, může mít nějaký dopad na elektroenergetiku.

Opravdu velmi hezké,ovšem technologický řetězec pokračuje od zásuvky až do elektrárny
Zdroj: Nazeleno.cz

V polovině února jsem zde prezentoval energetický program nového prezidenta USA. Otázka snižování spotřeby automobilů hrála v tomto (tehdy ještě více méně předvolebním) programu významnou roli, protože byla novou americkou administrativou vnímána jako významný příspěvek USA ke globální politice snižování emisí skleníkových plynů. Nový prezident nastoupil do úřadu před pěti měsíci, nastal tedy čas přechodu od slov k činům.

Barack Hussein Obama, 44. prezident USA
Zdroj: http://www.barackobama.com/

Tiskový úřad Bílého domu oficiálně zveřejnil dne 18. května 2009 plán na snížení emisí a zvýšení energetické úspornosti automobilů. V praxi to znamená návrh na zpřísnění tzv. standardů CAFE (Corporate Average Fuel Economy), které byly přijaty Kongresem USA v roce 1975 jako reakce na ropné embargo uvalené v roce 1973 ze strany zemí OAPEC (arabští členové OPEC plus Egypt a Sýrie). Nižší spotřeba vozů, a to povinně Tým poradců nového prezidenta předpokládá každoroční přitvrzování standardů CAFE o 5%, počínajíc modely pro rok 2012, a to až do roku 2016. Cílem je dosáhnout průměrné hodnoty dojezdu resp. spotřeby osobních vozidel 39 US mpg (6 l/100 km). Jednotka „US mpg“ odpovídá počtu US mil (1,61 km) ujetých na US galon (3,78 l) paliva. Stávající platný standard pro osobní automobily činí 27,5 US mpg (8,5 l/100 km). Podle odkazované tiskové zprávy by realizace tohoto programu mohla v USA celkem uspořit 1,8 miliard barelů ropy a 900 milionů tun emisí skleníkových plynů, což představuje ekvivalent ukončení provozu 177 milionů automobilů nebo uzavření 194 uhelných elektráren. Zároveň by to znamenalo výrazné omezení závislosti USA na dovozu ropy. Americké automobilky, které jsou momentálně svírány hlubokou ekonomickou krizí, tento krok přivítaly očekávajíce výraznou finanční podporu z federálních finančních fondů. Zachrání nás hybridy? Jakým způsobem můžeme docílit výrazného snížení spotřeby paliva? Jedním z řešení jsou samozřejmě hybridní automobily. Na světovém trhu jsou již několik let dostupné první průkopnické typy hybridních automobilů – např. Toyota Prius. U těchto typů hybridů je hnací ústrojí primárně poháněno spalovacím motorem a elektromotor je koncipován pouze jako pomocný pohon pro specifické jízdní režimy, především pro popojíždění malou rychlostí ve městech. Kapacita baterie je dimenzována na tento provozní režim, takže při jízdě výhradně na elektrický pohon se baterie vybije již v řádech minut a po ujetí několika kilometrů, což dokládá i tento český test.

Nejnovější Toyota Prius (2009)
Zdroj: Toyota

Chevrolet Volt – hybrid blíže k elektromobilu Mnohem perspektivnějším řešením jsou tzv. „plug-in“ hybridní automobily s tzv. „sériovým pohonem“, tj. s primárním elektrickým pohonem a možností dobíjení elektrické baterie z běžné domovní zásuvky. Tyto hybridy využívají spalovací motor pro pohon elektrického generátoru, nikoliv tedy pro přímý mechanický pohon vozidla.

Schéma sériového hybridu
Zdroj: Wikipedia (EN)







Legenda: Reservoir – palivová nádrž; Engine – spalovací motor; Generator – generátor; Battery – baterie; Charger – usměrňovač; Flywheel or Capacitor – setrvačník nebo kondenzátor; Converter – měnič; Electric motor – elektrický motor

Když už jsme v Americe, můžeme nyní odhlédnout od aktuálních velmi závažných problémů koncernu GM a jako příklad hybridního automobilu se sériovým pohonem uvést vývojový typ Chevrolet Volt, familiárně nazývaný Chevy, který by se měl objevit na americkém trhu koncem roku 2010. Při provozu výhradně na elektrický pohon umožňuje lithium-iontová (Li-Ion) baterie s celkovou kapacitou 16 kWh dojezd až 40 mil (64 km), což podle průzkumů dostačuje třem čtvrtinám Američanů pro každodenní dojíždění do práce. Z důvodu zachování životnosti baterie (předpoklad 10 let/150 000 mil) je omezen pracovní cyklus nabíjení/vybíjení pouze na polovinu celkové kapacity baterie v rozmezí 80%-30% (tj. 8 kWh).

Chevrolet Volt by se měl v americké síti nabít za 6,5 hodin
Zdroj: GM

Hovoříme o kilowatthodinách, tudíž se od automobilového průmyslu konečně přesouváme k elektroenergetice. Jaké by tedy mohly být dopady masivního nasazení hybridních automobilů? Předpokládejme ideální provoz Chevyho z hlediska emisí, tj. každodenní jízdu výše uvedených 40 mil výhradně na elektrický pohon, což odpovídá spotřebě 8 kWh elektřiny. Pro 1 milion vozů to znamená 8 milionů kWh nebo-li 8 GWh. Doba nabíjení baterie Chevyho ze standardního severoamerického rozvodu nízkého napětí 120 V/15 A je udávána na 6,5 hodiny (tj. odběr zhruba 11A). Potřebné množství elektřiny pro dobíjení 1 milionu vozů v uvedeném čase je schopna vyrobit např. jedna jaderná elektrárna o hrubém výkonu cca 1300 MWe. Jadernou elektrárnu jsem zde uvedl zcela záměrně. Jedním z cílů snižování spotřeby paliva automobilů je redukce emisí skleníkových plynů. V tomto případě by příliš nedávalo environmentální smysl, kdybychom elektřinu pro dobíjení baterií vyráběli spalováním uhlí, popř. plynu. Za určitých omezujících podmínek rovněž připadají v úvahu obnovitelné zdroje energie, uváděny jsou např. vodní nebo větrné elektrárny. Kde se budou hybridy typu Chevrolet Volt nabíjet? V USA se každý rok prodá zhruba 10 milionů automobilů, přičemž celkový počet všech vozidel v roce 2007 činil 250 milionů. Pokud by bylo v provozu 10 milionů hybridů obdobné konstrukce jako Chevy, znamenalo by to provozování deseti jaderných elektrárenpouze na dobíjení baterií. Jedná se samozřejmě o přibližný odhad bez zohlednění možného časového rozložení spotřeby v rámci časových pásem v USA. A teď bychom mohli spekulovat o možných scénářích obnovy amerického vozového parku za hybridy a násobit dle libosti.

Chevrolet Volt - koncept vozu, který by se měl na silnice dostat už v roce 2010 nebo 2011
Zdroj: GM

Připomínám, že diskuzi stále vedeme pouze o hybridních automobilech, u kterých elektrický pohon více či méně pouze „pomáhá“ spalovacímu motoru. Už teď však vidíme, že období „stoprocentních elektromobilů“ je skutečně ještě hodně vzdálené i z hlediska zajištění výroby dostatečného množství elektřiny. Nicméně i z našeho velmi přibližného odhadu vyplývá, že „velká energetika“ je schopna se vyrovnat s navýšením spotřeby elektřiny pro dobíjení baterií hybridních automobilů. Naopak, masivní (a předpokládejme převážně noční) dobíjení baterií hybridů může napomoci vyrovnávat kolísání spotřeby v průběhu denního diagramu zatížení. Zvládne elektrická síť zapojení miliónů hybridů do zásuvky? Možné problémy se rýsují u provozovatelů sítí nízkého napětí. Představme si modelový případ. Stovky tisíc Američanů ve velkých městských aglomeracích se odpoledne po skončení pracovní doby vrátí z práce autem domů na předměstí, a první domácí povinností pro ně bude „vrazit“ dobíjecí kabel automobilu do zásuvky. Samozřejmě to bude znamenat poměrně výrazné lokální navýšení odběru elektřiny. Navíc v USA je napěťová hladina nízkého napětí 120 V, tj. nižší než v Evropě, což určitým způsobem limituje příkon připojených spotřebičů resp. zvyšuje velikost proudů v rozvodech. Nepříznivým faktorem rovněž bude poměrně vysoký koeficient soudobosti elektrické spotřeby (nebo-li velké množství lidí bude nabíjet baterie přibližně ve stejnou dobu), což provozovatelé elektrických sítí obecně neradi vidí, protože v tomto případě musí dimenzovat rozvody na vyšší proudové zatížení. Hromadné nasazení hybridních vozů bude rovněž znamenat podstatnou změnu stávající technické infrastruktury stavebních objektů. Představme si například parkovací dům s několika sty parkovacích míst pro hybridní vozy. Dostatečně dimenzovaný přívod elektrické energie pro dobíjení baterií se stane nejdůležitější podmínkou jeho funkce. Je nepochybné, že tento parkovací dům může mít požadavky na přívod elektrické energie například jako továrna.

Jaderná elektrárna Seabrook
1270 MWe, USA New Hampshire
Zdroj: Wikipedia (EN)

V záplavě oslavných článků a diskuzích o mílích, galonech a snižování emisí poněkud zaniká prostá fyzikální realita, kterou známe již ze základní školy: zákon zachování energie platí vždy a všude. Je zřejmé, že snížení spotřeby paliva v případě hybridních automobilů nevyhnutelně znamená navýšení spotřeby elektřiny, kterou bude nutné vyrobit, rozvést sítěmi velmi vysokého a vysokého napětí a každý den „dotlačit“ přes sítě nízkého napětí až do baterií hybridních vozů, aby mohla být druhý den využita k ekologickému způsobu přepravy. A výroba elektřiny samozřejmě má své environmentální dopady, včetně přímých či nepřímých emisí skleníkových plynů.

Je dobré si tyto souvislosti uvědomit, až zase budeme číst poněkud zjednodušené oslavné články o nástupu nové „bezemisní“ éry a gigantických úsporách energie.

(Psáno pro server Nazeleno.cz a blog.iDNES)

Petr Nejedlý