Elektromobilność – przyszłość czy zagrożenie dla motoryzacji?

Pojazdy elektryczne pomimo relatywnie wysokich cen zakupu coraz prężniej zdobywają rynek. Dzieje się tak ponieważ kres aut spalinowych jest bliższy niż mogłoby się to wydawać. Zgodnie z projektem „Fit for 55” zakaz sprzedaży aut napędzanych paliwami kopalnymi w krajach członkowskich UE miałby zostać wprowadzony już w 2035r. Niektóre kraje założyły nawet skrócenie tego okresu np. Norwegia do 2030 roku.

Zagadnienie elektromobilności obejmuje wszystkie kwestie związane z pojazdami elektrycznymi zaczynając od ich produkcji, poprzez zakup oraz eksploatację. Kluczowe jest również zapoznanie się z infrastrukturą ładowania oraz aspektami prawnymi, społecznymi i ekonomicznymi.

Rodzaje pojazdów elektrycznych

Obecnie oferowane na rynku auta elektryczne można podzielić na kilka podstawowych kategorii:

HEV (Hybrid Electric Vehicle) – obecnie najbardziej rozpowszechniony rodzaj pojazdu. Posiada podwójny system zasilania – tradycyjny silnik spalinowy wspomagany silnikiem elektrycznym zasilanym z baterii akumulatorów. Silnik elektryczny pracuje zazwyczaj do określonej prędkości, następnie załącza się silnik spalinowy. Akumulatorów nie można ładować z zewnętrznego źródła, ładowane są podczas jazdy – energią toczenia się oraz hamowania pojazdu. Pojazd HEV charakteryzuje się osiągami porównywalnymi do tradycyjnych aut, zastosowanie elektrycznego napędu pozwala zmniejszyć spalanie (głównie w ruchu miejskim).

PHEV (Plug-in Hybrid Electric Vehicle) – hybryda typu plug-in to rodzaj samochodu hybrydowego, który można ładować z zewnętrznego źródła energii. Auto tego typu może pokonać kilkadziesiąt kilometrów, korzystając wyłącznie z silnika elektrycznego. To oznacza, że w tym czasie zachowuje się jak samochód w pełni elektryczny. Jego zasięg jest jednak większy niż typowego samochodu elektrycznego gdyż w razie konieczności może korzystać z tradycyjnego spalinowego napędu.

BEV (Battery Electric Vehicle) – pojazdy BEV są pojazdami w pełni elektrycznymi, co oznacza, że nie mają silnika spalinowego. Jedynym źródłem energii dla silnika elektrycznego jest akumulator (zasięg pojazdu zależy od jego pojemności), który ładujemy energią elektryczną z ładowarki AC lub DC.

Budowa samochodu elektrycznego

Głównym źródłem, które napędza samochód elektryczny jest energia elektryczna. Auto elektryczne od klasycznego – spalinowego różni się głównie jednostką napędową oraz przeniesieniem napędu. Jako główne komponenty wyróżnić możemy silnik elektryczny zasilany prądem przemiennym, inwerter oraz pakiet baterii akumulatorów.

Silnik elektryczny nie wymaga zapłonu mieszanki paliwowo-powietrznej, nie ma tłoków ani cylindrów oraz osprzętu typu alternator, rozrusznik czy pasek rozrządu. Dzięki temu nie jest konieczne smarowanie ruchomych części olejem ani chłodzenie silnika. Układ napędowy pojazdu typu BEV praktycznie nie emituje żadnych dźwięków, jest również czystszy i prostszy w budowie od swojego spalinowego odpowiednika. Silnik elektryczny do wytworzenia momentu napędzającego nie wymaga spalania paliwa ale dostarczenia energii elektrycznej. Moment obrotowy silnika elektrycznego dostępny jest od zerowej prędkości obrotowej, w wyniku czego pojazd jest bardziej dynamiczny, nie ma również konieczności stosowania sprzęgła (koła napędzane są bezpośrednio lub przez zespół przekładni mechanicznych).

Największym elementem całego układu jest akumulator trakcyjny, wykonany z szeregowo połączonych ogniw umieszczonych w podwoziu auta. Energia zgromadzona w akumulatorze przekazywana jest do silnika poprzez falownik zmieniający prąd stały DC na prąd przemienny AC.

Sposoby ładowania

Szybki wzrost ilości aut elektrycznych wymusza rozwój stacji ładowania. Coraz częściej możne je spotkać na stacjach benzynowych, przyautostradowych parkingach, galeriach handlowych, budynkach użyteczności publicznej czy też prywatnych domach. Szacuje się, że w Polsce funkcjonuje obecnie (wrzesień 2022) około 2460 ogólnodostępnych stacji ładowania pojazdów elektrycznych (3 337 punktów). W zależności od sposobu przesyłu energii możemy wyróżnić te ładujące prądem stałym (DC) oraz zmiennym (AC). Stacje AC dzielimy na wolnostojące oraz tzw. wallboxy.

Tego typu urządzenia charakteryzują się niewielką mocą ładowania oraz mniejszą efektywnością samego procesu, ponieważ w celu naładowania akumulatorów musimy skorzystać z dodatkowej przetwornicy zamontowanej w pojeździe. Moce znamionowe typowych ładowarek AC mieszczą się w przedziale od 3,7 kW do 22 kW, jednak kluczowa jest tu maksymalna moc zastosowanego w aucie prostownika – np. Nissan Leaf posiada prostownik o mocy 3,6 kW i mimo zastosowania urządzenia 11 kW nie osiągniemy tej wartości.

Atutem stacji ładowania prądem zmiennym jest cena – typowy wallbox kosztuje kilka tysięcy złotych i to ten wariant najczęściej wybierany jest przez osoby prywatne bądź małe firmy. W stacjach DC proces przekazywania energii jest dużo prostszy – nie występuje tu dodatkowa przetwornica a akumulatory ładowane są bezpośrednio z sieci elektroenergetycznej. Moce ładowarek DC oscylują od kilkudziesięciu do kilkuset kilowatów, ich wadą jest natomiast cena – sięgająca nawet kilkuset tysięcy złotych. Stosowane są tam, gdzie jest potrzeba szybkiego naładowania auta w krótkim czasie (stacje benzynowe, duże parkingi).

Bezpieczeństwo

Wiele jest obaw związanych z bezpieczeństwem użytkowania pojazdu elektrycznego. Znajduje się bowiem na jego pokładzie akumulator o napięciu dochodzącym do kilkuset woltów. Rozważyć możemy tu dwa typy awarii – samozapłon akumulatora oraz wypadek. Jednak zarówno pierwszy jak i drugi wariant według badań nie powoduje, że auta elektryczne są większym zagrożeniem niż ich klasyczne, spalinowe odpowiedniki.

W teście zderzeniowym Euro-NCAP wiele elektryków zdobyło maksymalną ocenę, czyli pięć gwiazdek. Oznacza to, że muszą chronić pasażerów i pieszych przed ryzykiem odniesienia obrażeń w wyniku wypadku w jasny i ściśle określony sposób.

Według raportu „Eksperci: Samochody elektryczne nie palą się częściej, ani groźniej niż samochody spalinowe” opublikowanego przez Polskie Stowarzyszenie Paliw Alternatywnych wynika, że „Samochody elektryczne są pozbawione układu paliwowego, świec i katalizatora, nie stosuje się w nich wysoce łatwopalnych cieczy, jak paliwo czy olej silnikowy. Tym samym nie niosą ze sobą ryzyka pożarów, które mogą być spowodowane budową i sposobem działania ich spalinowych odpowiedników”. Oczywiście należy mieć na uwadze, że ryzyko wystąpienia samozapłonu istnieje i raport szczegółowo opisuje zagrożenia jakie mogą wystąpić oraz sposoby ich usuwania.

Odpowiedni poziom bezpieczeństwa jest zapewniony przez szereg systemów i zabezpieczeń kontrolujących pracę nie tylko samego akumulatora ale również całego pojazdu. Systemy BMS (Battery Management System) może monitorować napięcie akumulatora, temperaturę, rezystancję wewnętrzną oraz może mierzyć baterie z dużą dokładnością, aby poinformować użytkownika o dokładnym jej stanie czy jej awarii. Bezpieczeństwo układu elektrycznego o wysokim napięciu zwiększane jest poprzez stosowanie grubej (i wyraźnie zaznaczonej kolorem pomarańczowym) izolacji przewodów, która jest odporna na uszkodzenia i warunki atmosferyczne. Dodatkowo po wypadku napięcie w instalacji elektrycznej i zasilanych urządzeniach musi w ciągu pięciu sekund zmniejszyć się z kilkuset do mniej niż 60 woltów, co pozwala na bezpieczną akcję ratunkową.

Dla zachowania bezpieczeństwa ważne jest aby auto elektryczne było odpowiednio serwisowane. Należy unikać niesprawdzonych warsztatów, gdyż brak fachowej obsługi może (nawet po pewnym czasie) doprowadzić do zwarcia i pożaru instalacji elektrycznej pojazdu. W naszym kraju już coraz więcej firm i zakładów oferuje profesjonalną obsługę oraz serwis.

Eksploatacja samochodu elektrycznego

Podczas eksploatacji samochodu z silnikiem elektrycznym należy pamiętać o kilku ważnych kwestiach.
Kluczowym elementem auta elektrycznego jest akumulator. Odpowiednia eksploatacja pozwoli na znaczne ograniczenie procesu jego degradacji, przez co nie ograniczy z czasem zasięgu. Należy pamiętać, aby akumulatora nie rozładowywać do końca, najlepiej kiedy tylko jest możliwość podłączać auto do ładowania. Warto unikać szybkich ładowarek DC, gdyż one również mogą powodować zmniejszanie pojemności.

Samochód elektryczny nie jest całkowicie bezobsługowy. Oczywiście jego serwis jest dużo mniej wymagający i skomplikowany niż auta spalinowego, jednak tu również należy pilnować terminów przeglądów i wymian płynów oraz części eksploatacyjnych. Do takich zabiegów należą np. klocki i tarcze hamulcowe czy płyn chłodzący. Większa masa auta oraz duża dostępność momentu obrotowego może powodować szybsze zużywanie opon.

Na zasięg samochodu wpływa wiele czynników – teren w którym się poruszamy, styl jazdy, systemy pokładowe czy wszelkie opory powietrza i dodatkowe kilogramy. Dlatego w czasie jazdy należy unikać gwałtownych przyspieszeń i hamowań, wyłączać wszystkie zbędne odbiorniki prądu (czasem dla zwiększenia zasięgu warto np. włączyć podgrzewanie samego fotela zamiast nagrzewnicy) oraz zredukować masę (nie wozić niepotrzebnych rzeczy).

„Elektryka” można ładować ze zwykłego gniazdka – jest to metoda najwolniejsza i wymaga posiadania specjalnego przewodu (jest dołączany do auta), jednak w krytycznych sytuacjach pozwoli na przejechanie kilkudziesięciu kilometrów.

Zasięg auta w zimie oraz w czasie upałów może znacznie spadać – jest to spowodowane ochroną baterii, która wykorzystuje do ogrzewania lub chłodzenia system oparty na płynie chłodniczym. System ten aktywuje się, gdy potrzeba doprowadzić baterię do pracy w jej optymalnej temperaturze (ok. 20°C)

Dotacje – program „Mój Elektryk”

W lipcu 2021 r. wystartował program wspierający finansowo zakup auta elektrycznego – „Mój Elektryk”. Celem programu jest uniknięcie emisji zanieczyszczeń powietrza poprzez dofinansowanie przedsięwzięć polegających na obniżeniu zużycia paliw emisyjnych w transporcie – wsparcie zakupu/leasingu pojazdów zeroemisyjnych. W programie przewidywana jest możliwość dofinansowania przedsięwzięć polegających na zakupie/leasingu nowych pojazdów zeroemisyjnych wykorzystujących do napędu wyłącznie energię elektryczną akumulowaną przez podłączenie do zewnętrznego źródła zasilania lub energię elektryczną wytworzoną z wodoru w zainstalowanych w nim ogniwach paliwowych. Oznacza to, że samochód, który ma zostać dofinansowany w ramach programu, musi być w pełni elektryczny. Hybrydy i hybrydy plug-in nie są brane pod uwagę. Środki przeznaczone na finansowanie projektu “Mój elektryk” w 50 proc. pochodzą z programu unijnego, natomiast w pozostałej części – z podatku paliwowego.

W przypadku osób fizycznych podział dofinansowania wynosi:

– bez Karty Dużej Rodziny wynosi do 18.750 zł, maksymalny koszt pojazdu to natomiast 225.000 zł;
– z Kartą Dużej Rodziny jest to do 27.000 zł, przy jednoczesnym braku limitu ceny samochodu elektrycznego.

Budżet programu ustalono do kwoty 500 000 000 zł dla bezzwrotnych form dofinansowania. Okres wdrażania zaplanowano na lata 2021 – 2026, w tym okres zawierania umów do 31.12.2025 i okres wydatkowania środków do 30.06.2026 r. Okres kwalifikowalności kosztów ustalono na 01.05.2020 r. – 31.12.2025 r. Dopłatę do auta elektrycznego w ramach programu może otrzymać każda osoba fizyczna deklarująca, że w ciągu 2 lat od nabycia samochodu, ani go nie sprzeda, ani nie będzie wykorzystywała pojazdu w ramach działalności gospodarczej.

Samochody elektryczne – zalety i wady

Samochody elektryczne mają zarówno swoich zwolenników oraz przeciwników. Pomimo oczywistych zalet takich jak prosta budowa, cicha praca, dynamika jazdy czy niskie koszty eksploatacji należy krytycznym okiem spojrzeć na wady tego typu rozwiązania. Zaliczyć tu można przede wszystkim okrzykniętą „ekologię” – na obecną chwilę pojazdy elektryczne równają się tzw. śladem energetycznym ze spalinowymi, co oznacza, że do wyprodukowania jednego i drugiego potrzeba zużyć podobne ilości energii. Dodatkowo dochodzi kwestia ładowania – większość energii która ładuje akumulatory powstaje ze spalania paliw kopalnych co kosztowo równa się ze „spalinówką”.

Oprócz tego do wad zaliczyć można niski zasięg, co skutkuje koniecznością częstego ładowania (jest to uciążliwe zwłaszcza na trasie, gdyż wymusza robienie kilkugodzinnych postojów). Finalnie niskie koszty eksploatacji zaliczane do zalet są pochodną głównej wady, czyli kosztów zakupu auta elektrycznego. Póki co (pomimo dopłat) musimy zapłacić więcej za auto zasilane prądem elektrycznym, niż za samochód podobnej klasy napędzany benzyną lub ropą.

Dlatego decyzja o zakupie samochodu elektrycznego zależy od wielu czynników i nie ma jednoznacznej odpowiedzi na to pytanie.

Źródło informacji i fotografie: POIIB