Αυτές είναι οι κατηγορίες υβριδικών & ηλεκτρικών μοντέλων!

Πολλές φορές ακούμε ορολογίες που λόγω επανάληψης μας είναι οικίες, στην πραγματικότητα όμως δεν γνωρίζουμε τι ακριβώς σημαίνουν.

Είναι αλήθεια ότι τα τελευταία χρόνια η τεχνολογία έχει κάνει άλματα όσον αφορά στην εξάπλωση της παραγωγής συστημάτων εναλλακτικών με το θερμικό κινητήρα. Αξίζει εδώ ν’ αναφερθεί πως όταν ξεκίνησε η αυτοκίνηση πίσω στις αρχές του 19ου αιώνα υπήρξαν αρκετές προσεγγίσεις στην ηλεκτροκίνηση. Τελικά όμως κυριάρχησε ο κινητήρας εσωτερικής καύσης ή θερμικός κινητήρας. Ο εν λόγω κινητήρας που συνήθως λειτουργεί με τους θερμοδυναμικούς κύκλους Otto (βενζίνη), Diesel (πετρέλαιο) ή Atkinson (βενζίνη) έχει ένα βασικό μειονέκτημα εξ’ ορισμού: Το συντελεστή απόδοσης. Ακόμη και με τη χρήση υπερτροφοδότησης ή και άλλων συστημάτων, η συνολικά απόδοση δεν ξεπερνά στις βέλτιστες των περιπτώσεων το 40%.

Αυτό στην πράξη σημαίνει ότι αν η χημική ενέργεια του καυσίμου που χρησιμοποιούμε είναι 100 μέρη σε κινητική ενέργεια μετατρέπονται μόνο τα 40 μέρη. Τα υπόλοιπα 60 μέρη πάνε χαμένα σε θερμική ενέργεια. Αντίθετα ο συντελεστής απόδοσης του ηλεκτροκινητήρα είναι 100%, δηλαδή το σύνολο της ηλεκτρικής ενέργειας που βρίσκεται αποθηκευμένη στις μπαταρίες μετατρέπεται σε κινητική ενέργεια. Επιπλέον ο ηλεκτροκινητήρας δεν εκπέμπει άμεσα ρύπους στο σημείο που κινείται το όχημα σε αντίθεση με το θερμικό κινητήρα. Τέλος η ηλεκτρική ενέργεια μπορεί να παραχθεί από ΑΠΕ χωρίς σημαντική επιβάρυνση στο περιβάλλον.

Ανάγκη: Καλύτερη απόδοση με λιγότερους ρύπους

Η ατμοσφαιρική ρύπανση, η αλματώδης ζήτηση νέων αυτοκινήτων, η αστικοποίηση οδήγησαν τους μηχανικούς στα κέντρα έρευνας και εξέλιξης των εταιρειών στην αναζήτηση λύσεων ώστε να καλυτερεύσει η απόδοση του θερμικού κινητήρα και να μειωθούν οι ρύποι. Αναζητήθηκαν πολλές λύσεις, η ευρεία χρήση υπερτροφοδότησης, οι καταλύτες, τα φίλτρα DPF, το AdBlue είναι μερικές από τις πιο ευρεία διαδεδομένες που πέρασαν στην παραγωγή. Φυσικά αυτά δεν επαρκούν καθώς δε λύνεται το βασικό θεμελιώδες πρόβλημα του θερμικού κινητήρα οι θερμικές απώλειες. Κάποιοι σκέφτηκαν, επιστρέφοντας στην αρχή της αυτοκίνησης, τους ηλεκτροκινητήρες. Το πρόβλημα εδώ είναι στους συσσωρευτές, τις μπαταρίες όπως λέγονται στην καθομιλουμένη. Είναι μεγάλες, βαριές, με φαινόμενο μνήμης, ασταθείς, επηρεάζονται από τη θερμοκρασία και άλλα πολλά. Επενδύθηκαν τεράστια ποσά τα τελευταία χρόνια στην εξέλιξη των μπαταριών. Οι γνωρίζοντες λένε ότι σύντομα θα δούμε μπαταρίες στο μέγεθος μιας παλάμης, με δυνατότητα αποθήκευσης τριψήφιου αριθμού kwh.

Μέχρι τότε όμως και για να προχωρήσουν οι μηχανικοί στο στόχο της εξοικονόμησης ενέργειας και ρύπων εξέλιξαν υβριδικά συστήματα. Υβριδικό λοιπόν ονομάζεται το όχημα που φέρει υβριδική μηχανή. Δηλαδή μια μηχανή που αποτελείται από το συνδυασμό δυο τουλάχιστον κινητήρων, ενός θερμικού και ενός ηλεκτρικού. Ένα χαρακτηριστικό παράδειγμα είναι η F1 όπου η FIA θέλοντας να δείξει το δρόμο για τα πράγματα που έρχονται στο μέλλον της αυτοκίνησης, άλλαξε τους κανονισμούς στα τέλη της προηγούμενης δεκαετίας. Με βάση αυτούς τους κανονισμούς η F1 πέρασε το 2014 στην υβριδική εποχή. Τα σύγχρονα μονοθέσια της F1 λοιπόν κινούνται με υβριδικές μηχανές οι οποίες αποτελούνται από 6 μέρη: Θερμικό κινητήρα 1.6lt, V6, turbo, ECU, μεγάλο ηλεκτροκινητήρα (MGUK), μικρό ηλεκτροκινητήρα (MGUH) και μπαταρίες. Η απόδοση για εφάμιλλο ρυθμό περιστροφής σε σχέση με τους παλιούς θερμικούς κινητήρες βελτιώθηκε κατά 35%!

Πόσο υβριδικό είναι;

Δεν είναι όλα τα υβριδικά συστήματα ίδια. Η βασική ιδέα είναι η χρήση υβριδικής μηχανής που συνδυάζει θερμικό κινητήρα και ηλεκτροκινητήρα με στόχο την αύξηση του συντελεστή απόδοσης. Ένα χαρακτηριστικό παράδειγμα και ταυτόχρονα προπομπός των πραγμάτων που έρχονται είναι το Toyota Prius. Ένα υβριδικό αυτοκίνητο που πλέον βρίσκεται στην 4η γενιά του. Το συγκεκριμένο μοντέλο διαθέτει υβριδική μηχανή η οποία ανακτά ενέργεια κατά τη διάρκεια της κίνησης. Συγκεκριμένα όταν το αυτοκίνητο ρολάρει ή φρενάρει αντιστρέφεται η πολικότητα του ηλεκτροκινητήρα και αυτός λειτουργώντας ως γεννήτρια, φορτίζει τη συστοιχία μπαταριών.

Η αποθηκευμένη ενέργεια στις μπαταρίες μπορεί να την χρησιμοποιήσει ο οδηγός για να επιταχύνει περισσότερο ή για να ξεκινήσει αμιγώς ηλεκτρικά από ένα υπόγειο γκαράζ. Αυτό είναι λοιπόν το απλό υβριδικό αυτοκίνητο, ένα όχημα στο οποίο ο οδηγός δεν μπορεί να ενεργοποιήσει μόνος του το θερμικό κινητήρα, η έναυση εξαρτάται από την ECU και το φορτίο. Η ειδοποιός διαφορά από ένα συμβατικό αυτοκίνητο είναι η ανάκτηση ενέργειας, η βελτίωση δε του συντελεστή απόδοσης είναι θεαματική εφόσον μιλάμε για χρήση στην πόλη. Εκεί καθότι το υβριδικό αυτοκίνητο είναι σβηστό όταν δε κινείται και ανακτά ενέργεια όταν δε πατάς γκάζι ο συντελεστής απόδοσης αυξάνεται τουλάχιστον κατά 50% και φτάνει ή ξεπερνά το 0.6. Όμως στο ταξίδι όταν λογικά το αυτοκίνητο κινείται υπό σταθερό φορτίο, το υβριδικό σύστημα δε προσφέρει πολλά, εν τέλει το επιπλέον βάρος των μπαταριών και του ηλεκτροκινητήρα ανεβάζουν την κατανάλωση σε σχέση και μ’ ένα απλό συμβατικό όχημα!

Βάλτο στην πρίζα

Εξελίσσοντας τις μπαταρίες οι μηχανικοί σιγά σιγά είχαν στη διάθεσή τους, για δεδομένο όγκο, μεγαλύτερη χωρητικότητα. Πλέον η ανάκτηση της ενέργειας κατά τη διάρκεια της κίνησης του αυτοκινήτου δεν επαρκούσε για την πλήρη φόρτιση των μπαταριών. Έτσι περάσαμε στο επόμενο βήμα, τα plug in hybrid μοντέλα. Όπως στα απλά υβριδικά έτσι και εδώ υπάρχει υβριδική μηχανή, μπαταρίες και ανάκτηση ενέργειας. Επιπλέον όμως αυτά τα αυτοκίνητα μπαίνουν στην πρίζα ώστε να γεμίσουν οι μπαταρίες τους. Όταν γίνει αυτό έχουν αυτονομία περί των 50km όπου μπορούν να κινούνται αμιγώς ηλεκτρικά εφόσον το επιθυμεί ο οδηγός.

Οι μελέτες των κατασκευαστών δεικνύουν ότι ο μέσος χρήστης οχήματος στην πόλη δε διανύει πάνω από 50km τη μέρα. Κοντολογίς μπορεί να φορτίζει αποβραδίς τις μπαταρίες και όλη η κίνησή του να είναι ηλεκτρική. Εδώ ο συντελεστής απόδοσης φτάνει το 1 καθώς η κίνηση γίνεται ηλεκτρικά. Επιπλέον δεν υπάρχει το μειονέκτημα της αυτονομίας καθότι ο θερμικός κινητήρας και το τεπόζιτο καυσίμου βρίσκονται πάντοτε εκεί εφόσον κάποιος θέλει να κάνει ένα μεγάλο ταξίδι. Ακόμη και σ’ αυτή την περίπτωση όμως, δεδομένου ότι ο ηλεκτροκινητήρας συνεπικουρεί στην κίνηση ο συντελεστής απόδοσης παραμένει υψηλότερος απ’ αυτόν ενός συμβατικού οχήματος για όσο διάστημα έχουν ρεύμα οι μπαταρίες.

Αμιγώς ηλεκτρικό!

Υπάρχουν όμως και αμιγώς ηλεκτρικά οχήματα τα οποία δε φέρουν θερμικό κινητήρα. Έχουν μόνο ηλεκτροκινητήρα και μπαταρίες. Είναι απολαυστικά στη χρήση, χάρη στη συνεχή, σταθερή ροπή του ηλεκτροκινητήρα από τις μηδέν στροφές, αθόρυβα, εξαιρετικά άνετα καθώς δεν απαιτούν αλλαγές σχέσεων και τρομερά οικονομικά καθώς η κατανάλωσή τους δε ξεπερνά τα 2 ευρώ/100km. Σταδιακά επιλύεται και το θέμα της αυτονομίας καθώς βλέπουμε μοντέλα που μπορούν να διανύσουν, πλέον, πολλά χιλιόμετρα με μια μόνο φόρτιση. Για παράδειγμα το νέο ηλεκτρικό Peugeot 208, που είναι ένα αυτοκίνητο πόλης, μπορεί να φτάσει ακόμη και στα 300 χιλιόμετρα αυτονομίας.