toe = tonne of Oil Equivalent = 11,63 MWh Katedra elektrických pohonů a trakce K 314 - ČVUT Praha MOBILITA VE SPOLEČNOSTI A JEJÍ ENERGETICKÉ DŮSLEDKY Zdeněk Čeřovský FEL ČVUT Praha

toe = tonne of Oil Equivalent = 11,63 MWh Katedra elektrických pohonů a trakce K 314 - ČVUT Praha Obsah přednášky. Současná spotřeba energie společnosti. Současný podíl energie potřebné pro mobilitu. Význam automobilů v celkové mobilitě. Perspektivy růstu počtu automobilů. Energetické důsledky vyvolané rostoucí mobilitou. Růst škodlivých vlivů na životní prostředí. Změny klimatu ? Jaké možnosti řešení přináší současná technika ? Závěry.

toe = tonne of Oil Equivalent = 11,63 MWh Katedra elektrických pohonů a trakce K 314 - ČVUT Praha Současná spotřeba energie společnosti Podíl energie potřebné pro mobilitu na celkové spotřebě Význam slova mobilita je velmi široký. Není ani do dneška ustálený. V plné šíři slova jde o všechny aktivity spojené s přepravou osob, zboží a surovin. Pro názornost uvádím přehled spotřeby energie ve světě podle účelu použití. Státy ve skupině Růst celkové energie Růst energie pro mobilitu Procento energie pro mobilitu OECD 1,21 1,47 33% Sev. Am. 1,13 1,3 30% Evropa 1,1 1,35 22% 1 toe = 1 tonne of oil equivalent = 11,63 MWh OECD Organisation for Economic Cooperation and Development: 34 významných států světa. Evropa, USA, Japonsko, a další Růst energie ve státech OECD, severní Ameriky a Evropy. Podíl spotřeby energie pro mobilitu Spotřeba energie ve státech OECD, severní Ameriky a Evropy 1 toe = 1 tonne of oil equivalent = 11,63 MWh OECD Organisation for Economic Cooperation and Development: 34 významných států světa. Evropa, USA, Japonsko, a další

toe = tonne of Oil Equivalent = 11,63 MWh Katedra elektrických pohonů a trakce K 314 - ČVUT Praha Vývoj spotřeby energie v letech 1999 až 2009 v České republice. PJ = Peta Joule = deset na patnáctou Joule PJ = Peta Joule = deset na patnáctou Joule Spotřeba energie v České republice. V letech 2006 a 2007 dokonce klesá. Vliv krize? Spotřeba energie pro mobilitu však stále roste. Roste i její podíl na celkové spotřebě a blíží se 30%.

toe = tonne of Oil Equivalent = 11,63 MWh Katedra elektrických pohonů a trakce K 314 - ČVUT Praha Význam automobilů v celkové mobilitě. Dopravní výkon se počítá každý rok jako 100%. Graf neznázorňuje růst spotřeby, ale sleduje podíl různých druhů dopravy. Dopravní výkon v počtu dopravených osob x km Podíly jednotlivých druhů dopravy na výkonech V České republice

toe = tonne of Oil Equivalent = 11,63 MWh Katedra elektrických pohonů a trakce K 314 - ČVUT Praha Okamžitý závěr: Současná mobilita spotřebuje 30% energie spotřebovávané na světě. Největší podíl je tvořen silniční dopravou. Automobily tvoří největší spotřebu. Perspektivy růstu počtu automobilů. miliardy léta Odhad počtu automobilů s respektováním Číny, Indie a rozvojových zemí

toe = tonne of Oil Equivalent = 11,63 MWh Katedra elektrických pohonů a trakce K 314 - ČVUT Praha Jak získáváme energii pro dopravu ? Většina energie používaná pro dopravu pozemní, leteckou a lodní pochází ze spalování ropy. Energetické důsledky vyvolané rostoucí mobilitou. Problém spotřeby přírodní ropy. Současné analysy neprokazují nebezpečí bezprostředního vyčerpání přírodních zásob, ale upozorňují na světovou nervozitu a snahy zabezpečit si zdroje pro konkrétní národní ekonomiky. Vyskytnuvší se úvahy o tom, že je možná nová technologie výroby umělé ropy pomocí řas a jiných organizmů nelze v současné době pokládat za konečné řešení. Problém produkce skleníkových plynů. Ohrožuje životní prostředí velkoměst a možná i planety Země. Nový přírodní zdroj energie „ložiska břidlicového zemního plynu“

toe = tonne of Oil Equivalent = 11,63 MWh Katedra elektrických pohonů a trakce K 314 - ČVUT Praha Produkce CO2 v Evropě vyvolaná různými lidskými činnostmi Zdroj: European Environment Agency   Energetický sektor 28 % Doprava 21% Průmysl 20% Domácnosti 17% Zemědělství 10% Ostatní 4%

toe = tonne of Oil Equivalent = 11,63 MWh Katedra elektrických pohonů a trakce K 314 - ČVUT Praha Různé regiony světa Roční produkce uhlíkových emisí v různých regionech světa Emisní křivky jednotlivých oblastí jsou obdobné. Jsou pouze časově posunuté. Pokud by v budoucnu nedošlo k nějaké změně, mohly by být nebezpečné. Vliv skleníkových plynů na oteplování klimatu planety Země je často velmi vzrušeně diskutován na různých úrovních s různou vědeckou seriózností.

toe = tonne of Oil Equivalent = 11,63 MWh Katedra elektrických pohonů a trakce K 314 - ČVUT Praha Může růst emisí způsobit změny klimatu ? Reálný nárůst průměrné teploty Země během posledních 120 let. Tato čísla jsou malá, ale tání ledovců potvrzují, že jsou pravdivá. Ze všech diskuzí je nepochybné, že žijeme v době měnícího se klimatu, ale jaké jsou příčiny?

toe = tonne of Oil Equivalent = 11,63 MWh Katedra elektrických pohonů a trakce K 314 - ČVUT Praha Jaké jsou příčiny ? 1. Jde pouze o produkci uhlíkových emisí? Tedy v činnost člověka? 2. Nebo jde o změny přirozené? Zemské klima se přece měnilo, mění a nadále bude měnit. Většina známých klimatických procesů je vyvolána glaciálními a interglaciálními cykly. Avšak vliv lidské činnosti na klimatické změny nelze také zanedbávat a podceňovat. Lidé ve větším a větším měřítku produkují skleníkové plyny. Jde o spalování fosilních paliv. K tomu je nutno přičíst i agresivní zemědělství. To je vypalování a odlesňování nových zemědělských ploch. CO2 negativní vliv na klimatické změny má !. Jednoznačná a bezesporná odpověď dosud neexistuje.

toe = tonne of Oil Equivalent = 11,63 MWh Katedra elektrických pohonů a trakce K 314 - ČVUT Praha Možné odpovědi jsou tři. 1. To co se měří a pozoruje je přirozené. Jsou to přirozené avšak dosud ne zcela objasněné změny, probíhající mezi jednotlivými glaciálními cykly. To co se měří a pozoruje je vyvoláno lidskou činností. To co se měří a pozoruje je výslednicí obou vlivů. Nejsem schopen se přiklonit bezvýhradně ani k první ani ke druhé odpovědi. Zbývá odpověď třetí. Jaký je v této situaci úkol techniky?

toe = tonne of Oil Equivalent = 11,63 MWh Katedra elektrických pohonů a trakce K 314 - ČVUT Praha Jaké možnosti přináší současná technika ? Oblast strojní: Výzkum a inovace spalovacích motorů. Přechod na jiná paliva. Oblast strojní a elektrotechnická: management motoru s využitím l sondy. Oblast elektrotechnická: Elektrická hybridní vozidla. Čistě elektrická vozidla.

toe = tonne of Oil Equivalent = 11,63 MWh Katedra elektrických pohonů a trakce K 314 - ČVUT Praha Oblast strojní Přechod na plynná paliva hlavně zemní plyn plyn Objevila se ložiska v břidlicích v USA, Rusko a jinde LNG liquid natural gas CNG stlačen zemní plyn Snížení emisí (g/km) u osobních vozidel s pohonem na zemní plyn a naftu (100 %)    Prach 10% SO2 10% HC 20% NO 20% CO 50%

Katedra elektrických pohonů a trakce K 314 - ČVUT Praha Snížení emisí (g/km) u osobních vozidel s pohonem na zemní plyn a benzín (100 %) HC 20% NO 80% CO 25% CO2 75% Nahradíme-li benzin zemním plynem, klesnou emise oxidů dusíku o 20 % [25], oxidu uhličitého o 25 % [25], oxidu uhelnatého o 75 % [25] a reaktivních uhlovodíků o 80 % [25]. Navíc se prakticky eliminuje vznik tuhých částic.

Právní normy platící pro průměry škodlivin všech ročně Katedra elektrických pohonů a trakce K 314 - ČVUT Praha Právní normy platící pro průměry škodlivin všech ročně vyrobených automobilů příslušné kategorie. Plán jednotného evropského dopravního prostoru EU. Nespecifikuje palivo, ale specifikuje nově vyráběné automobily. Nařízení č. 443/2009/ES: snížit u nových osobních automobilů produkci CO2 na 130 g/km od r. 2015 Nařízení č. 333/2014/ES snížit u nových osobních automobilů produkci CO2 na 95 g/km od r. 2020 Nařízení č. 510/2011/ES snížit u lehkých užitkových vozidel produkci CO2 na 175 g/km od r. 2017 Nařízení č. 253/2014/ES snížit u lehkých užitkových vozidel produkci CO2 na 147 g/km od r. 2020

toe = tonne of Oil Equivalent = 11,63 MWh Katedra elektrických pohonů a trakce K 314 - ČVUT Praha Vlastnosti hybridních vozidel spotřeba paliva a produkce CO2 SIMULATION RESULTS First case. Hybrid electric car Second case. Conventional car Vehicle type, manufacturer Model Škoda Fabia 1.2HTP Driving Cycle NEDC Total mass (kg) 1450 1120 Specific Consumption during total NEDC (l/100km) 5.1 5.9 Total emissions CO2 (g) 1333 1540 Specific emissions (g/km) 123 142 Hybridization effect Percentage Specific Consumption during total NEDC (l/100km) decrease 13 % Total emissions CO2 (g) decrease Specific emissions (g/km) decrease

toe = tonne of Oil Equivalent = 11,63 MWh Katedra elektrických pohonů a trakce K 314 - ČVUT Praha Vlastnosti hybridních vozidel a elektromobilů Vliv hybridizace na účinnost pohonu Srovnání celkových „účinností“ v evropském jízdním cyklu NEDC FSI benzinový motor se vstřikem paliva TDI turbocharched diesel injection H2ICE spal. Motor na vodík FC palivový článek ELV Elektromobil Pramen: Výzkumné centrum JB. Prof. Macek

toe = tonne of Oil Equivalent = 11,63 MWh Katedra elektrických pohonů a trakce K 314 - ČVUT Praha Vlastnosti elektrických vozidel Účinnost a produkce CO2 Účinnost využití elektrické energie je vysoká až 70%, včetně rozvodu elektrické energie. Produkce CO2 v místě pohybu vozidla je nulová. Zůstala však v elektrárně.

toe = tonne of Oil Equivalent = 11,63 MWh Katedra elektrických pohonů a trakce K 314 - ČVUT Praha   Well to Tank CO2 [g/km] v NEDC Tank to Wheels CO2 Celkové emise Konvenční vozidlo: 25-35 90-180 115-215 Elektrické vozidlo: EU-27 mix 2010 27% Nukleární 85-105 20% Obnovitelné 53% Fosilní Francouzský mix 2010 75% Nukleární 20-25 5% Fosilní Větší využití obnovitelných zdrojů 30% Photovoltaické články ve voze 18-22 60% Další obnovitelné zdroje 10% Fosilní

toe = tonne of Oil Equivalent = 11,63 MWh Katedra elektrických pohonů a trakce K 314 - ČVUT Praha Typ zdroje primární energie

toe = tonne of Oil Equivalent = 11,63 MWh Fakulta elektrotechnická ČVUT v Praze – K 13114 ELEKTROMOBILITA Očekávané trendy v dojezdu automobilu s NiMH a Li-Ion akumulátory Výchozí parametry: Spotřeba vozidla: 12,5 kWh/100 km (bez přídavných spotřebičů při průměrné rychlosti 25 km/h) Hmotnost vozidla (včetně řidiče): 1 100 kg Hmotnost baterie (po celou sledovanou dobu) : 200 kg

Katedra elektrických pohonů a trakce K 314 - ČVUT Praha

Katedra elektrických pohonů a trakce K 314 - ČVUT Praha

toe = tonne of Oil Equivalent = 11,63 MWh Fakulta elektrotechnická ČVUT v Praze – K 13114 ELEKTROMOBILITA Úrovně nabíjecích výkonů v závislosti na velikosti vozidla a nabíjecí době 100% SOC procentuální nabití baterie Potřebné nabíjecí výkony pro rychlé nabíjení elektrických vozidel již nejsou běžně dostupné v domovní napájecí síti. Pro tyto výkony je nutné vybudovat speciální nabíjecí stanice s přípojkami na úrovni VN 22 kV. Než bude tato infrastruktura vybudována, najdou uplatnění autarkické hybridní pohony (HEV), které nevyžadují žádnou změnu infrastruktury. Řešitelné jsou pouze PHEV s nabíjecí dobou 6 -8 hodin výkonem cca 2-3 kW. 100% SOC procentuální nabití baterie

Katedra elektrických pohonů a trakce K 314 - ČVUT Praha

toe = tonne of Oil Equivalent = 11,63 MWh Katedra elektrických pohonů a trakce K 314 - ČVUT Praha Závěry Mobilita je největší spotřebitel energie 30% z celkové spotřeby energie Silniční doprava (automobily) 80% z energie pro mobilitu Energie pro silniční dopravu se získává z ropy Ropa je nevratný nosič energie. Její naleziště jsou předmětem mezinárodních zájmů Spalování produkuje CO2. Ročně vypouštíme do ovzduší 6400 miliónů metrických tun emisí uhlíkatých sloučenin Žijeme v době měnícího se klimatu. Mizení ledovců v Arktidě a Antarktidě Příčiny nejsou známé Produkce CO2 je tak velká, že může být jednou z vážných příčin Vědecký pokrok v technice přináší významné výsledky Inovace spalovacích motorů. Přechod na jiná paliva. Elektronické řízení motorů. l sonda. Hybridní vozidla. Snížení spotřeby paliva a emisí asi o 10% Elektromobily. Energetická účinnost až 70%. Snížení emisí až o 80% Akční rádius je asi 150km.

toe = tonne of Oil Equivalent = 11,63 MWh Katedra elektrických pohonů a trakce K 314 - ČVUT Praha DĚKUJI ZA POZORNOST