Blue or Green: Ο ηλεκτρολόγος σκαφών Νίκος Δωρόπουλος γράφει για τα δύο πιο «καθαρά» χρώματα στην τεχνολογία της ηλεκτροκίνητης αυτοκίνησης.
Blue or Green: Στην τεχνολογία τα χρώματα αυτά κατοχυρώνουν δύο έννοιες: Α. τη χρήση ηλεκτρικής ενέργειας που έχει παραχθεί από καθαρές πηγές (ηλιακή ή αιολική). Β. τη φιλικότητα προς το περιβάλλον και την αειφόρο ανάπτυξη του πλανήτη μας.
Οι μεταφορές ανθρώπων και αγαθών που καταναλώνουν το μεγαλύτερο μέρος της παραγόμενης ενέργειας στη γη, θα πρέπει να εναρμονιστούν με τα παραπάνω χρώματα, αν θέλουμε να συνεχίσουμε να υπάρχουμε σαν νοήμον είδος.
Για να γίνει κατανοητή η ηλεκτροκίνηση θα πρέπει να δώσω μερικά σημαντικά ονόματα, ορισμούς και τα σημαντικά χρονικά σημεία.
Nikola Tesla. Εφευρέτης της ηλεκτρογεννήτριας, του εναλλασσόμενου ρεύματος και του ηλεκτρικού κινητήρα.
Ο ηλεκτροκινητήρας και η ηλεκτρογεννήτρια ουσιαστικά είναι η ίδια συσκευή, μια που χαρακτηρίζονται από αντιστρέψιμη λειτουργία. Δηλαδή ένας κατάλληλος ηλεκτρικός κινητήρας, αν του δοθεί περιστροφική κίνηση, παράγει ηλεκτρική ενέργεια στα σημεία τροφοδοσίας του. Και φυσικά το αντίστροφο! Ωραίο ε; Η ιδέα του Nikola για τον ηλεκτροκινητήρα ξεκίνησε από την αρχή της έλξης και της απώθησης των πόλων των μαγνητών. Έφτιαξε λοιπόν ένα κυλινδρικό κέλυφος που γέμισε την περιφέρειά του με 4 κουλούρες καλωδίου (πηνία / ηλεκτρομαγνήτες) απέναντι η μία στην άλλη. Όταν έδινε ηλεκτρικό ρεύμα σε δύο απέναντι κουλούρες καλωδίου δημιουργούσε έναν μαγνήτη που η μια μεριά ήταν ο Βόρειος πόλος και η άλλη ο Νότιος. Στη μέση του κυλίνδρου έβαλε έναν άξονα που κατά μήκος του είχε έναν φυσικό μαγνήτη (ρότορας). Όταν οι κουλούρες των καλωδίων δεν ήταν συνδεδεμένες με ηλεκτρική πηγή, ο άξονας ήταν ακίνητος. Όταν όμως φόρτιζε δύο κουλούρες, οι ηλεκτρομαγνήτες απωθούσαν τους ομότιμους πόλους του μαγνήτη του ρότορα και ο άξονας έκανε περιστροφική κίνηση. Μετά φόρτιζε τα άλλα δύο πηνία και οι ηλεκτρομαγνήτες ασκούσαν έλξη στους πόλους του μαγνήτη του ρότορα και έκανε ακόμα ένα μέρος περιστροφικής κίνησης. Φτιάχνοντας ένα έξυπνο σύστημα διακόπτη για τη ρευματοδότηση των πηνίων/ηλεκτρομαγνητών κατάφερε να κάνει τον ρότορα να περιστρέφεται κανονικά 360 μοίρες. Αυτή λοιπόν είναι η απλή μορφή του ηλεκτροκινητήρα (ρότορας εσωτερικά, στάτορας εξωτερικά).
Μπαταρία. Το μαγικό κουτί που αποθηκεύει ηλεκτρική ενέργεια.
Ο ελεγκτής ταχύτητας του μοτέρ (Controller).
Ο φορτιστής της μπαταρίας.
Η ιστορία της έρευνας για την ανάπτυξη της ηλεκτροκίνησης
Έχοντας τεχνολογικά δημιουργήσει όλα τα παραπάνω υλικά, ο άνθρωπος τα χρησιμοποίησε πρώτα για πολεμικούς σκοπούς. Η πρώτη αποδεδειγμένη ηλεκτροκίνηση μεγάλου μέσου εφαρμόζεται στα υποβρύχια κατά τον Δεύτερο Παγκόσμιο Πόλεμο.
Η έρευνα και η ανάπτυξη για την ηλεκτροκίνηση τα χρόνια μετά τον ΔΠΠ βρήκαν δυσκολίες από τα πετρελαϊκά συμφέροντα. Παρόλα αυτά σήμερα έχουμε τα παρακάτω αποτελέσματα:
1. Ηλεκτροκινητήρες υψηλής απόδοσης, αναστρέψιμους, με σχετικά μικρό όγκο και βάρος.
2. Ανάπτυξη μπαταριών με κύριο συστατικό το λίθιο. Αυτό σημαίνει ότι για την ίδια ενέργεια που αποθηκεύαμε σε μπαταρίες μόλυβδου, τώρα μπορούμε να την αποθηκεύσουμε σε μπαταρίες λιθίου με κατά πολύ μικρότερο όγκο και βάρος.
Ενέργεια ανά κιλό μπαταρίας οξέος μόλυβδου: 30 Wh/kg
Ενέργεια ανά κιλό μπαταρίας ιόντων λιθίου: 150 Wh/kg
3. Ταυτόχρονα βλέπουμε να βελτιώνονται ταχύτατα οι ελεγκτές στροφών (το γκάζι στην καθομιλουμένη), οι αυτοματισμοί για την εν κινήσει φόρτιση των μπαταριών και οι φορτιστές των μπαταριών.
Άρα η συνταγή είναι έτοιμη και ο πλανήτης εισέρχεται στην «Εποχή του Λιθίου».
Οι προβληματισμοί σχετικά με την εφαρμογή της ηλεκτροκίνησης
Οι προβληματισμοί για την εφαρμογή της Ηλεκτροκίνησης στη μετακίνηση (γη, θάλασσα, αέρα) είναι κοινοί και είναι οι παρακάτω:
Ασφάλεια
Αξιοπιστία / Αντοχή στον χρόνο
Αυτονομία
Κόστος
Το θέμα της ασφάλειας αφορά κυρίως στις μπαταρίες που υπάρχουν στα αυτοκίνητα, πλοία, αεροπλάνα. Η αστάθεια του υλικού του λιθίου σε περίπτωση υπερθέρμανσής του ή πιθανής πρόσκρουσης - παραμόρφωσης και έκθεσης στο οξυγόνο είναι ο κύριος προβληματισμός.
Σε αυτό το θέμα, οι εταιρείες ηλεκτρικών αυτοκινήτων χρησιμοποιούν τα «δύσκαμπτα» πατώματα των αυτοκινήτων σαν αποθήκες χιλιάδων μπαταριών. Τα πατώματα/αποθήκες, στατιστικά και μετά από μελέτες, έχουν τις μικρότερες καταπονήσεις σε συγκρούσεις.
Παράλληλα εφαρμόζουν πολλαπλά ηλεκτρονικά συστήματα παρακολούθησης και διαχείρισης μπαταριών που μεγιστοποιούν την ασφάλεια χρήσης των μπαταριών χωρίς υπερθερμάνσεις.
Επίσης, η ανάπτυξη της τεχνολογίας στο θέμα των μπαταριών χρόνο με τον χρόνο τις καθιστά ακόμα πιο ασφαλείς και «αδρανείς» σε εξωτερικούς παράγοντες.
Στη θάλασσα, στα μεγάλα πλοία, οι μπαταρίες βρίσκονται σε επιφανειακά απορριπτόμενα (σε περίπτωση κινδύνου) κοντέινερ. Στα μικρά σκάφη ελαχιστοποιείται ο σοβαρός κίνδυνος πρόσκρουσης και μηχανικής καταπόνησης των μπαταριών. Τέλος τα ηλεκτρονικά συστήματα ασφάλειας είναι παρόμοια με των αυτοκινήτων.
Ηλεκτροκίνηση: Τα θέματα αξιοπιστίας, αυτονομίας, συντήρησης, κόστους
Για το θέμα της αξιοπιστίας και της αντοχής στον χρόνο, σε όλα τα μέσα (γη, θάλασσα, αέρα), η ηλεκτροκίνηση με λίγα λόγια είναι ο εφιάλτης του κλασικού μηχανικού. Οι ηλεκτροκινητήρες είναι πολύ απλές μηχανές που αποτελούνται από δύο μέρη: τον ρότορα που στο κέντρο του βρίσκεται ο άξονας περιστροφής (κίνησης) και τον στάτορα που είναι ο μηχανισμός που περικλείει τον ρότορα. Αυτά τα δύο μέρη ενώνονται μεταξύ τους με δύο ρουλεμάν. Ελάχιστα μέρη τριβής και κίνησης σε σχέση με κινητήρες εσωτερικής καύσης (που αποτελούνται από: τρόμπα και σύστημα τροφοδοσίας καυσίμου, σύστημα ελέγχου καυσίμου και ανάφλεξης, σύστημα χρονισμού εισαγωγής καυσίμου και εξαγωγής καυσαερίων, θαλάμους καύσης με σύστημα εμβόλων συζευγμένων σε στρόφαλο με αντίβαρα, σύστημα λίπανσης όλων των προηγουμένων με αντλία λαδιού, σύστημα ψύξης όλων των παραπάνω με εναλλάκτη θερμότητας με υγρό μέσο κ.λπ.). Νομίζω ότι η διαφορά είναι εμφανής. Είναι προφανές ότι πιθανότητες βλαβών σε ηλεκτρικά οχήματα είναι χαμηλές προς ελάχιστες.
Η προληπτική συντήρηση συνήθως περιορίζεται σε αναβάθμιση λογισμικού, συντήρηση κλιματισμού, τακάκια φρένων πολύ αραιά, γιατί το φρενάρισμα γίνεται αναστρέφοντας τα μοτέρ σε γεννήτριες οπότε τα τακάκια και οι δισκόπλακες χρησιμοποιούνται κατά το 20%.
Για το θέμα της αυτονομίας στην ηλεκτροκίνηση, η τεχνολογία έχει τον πρώτο λόγο, συνεπώς έτσι βλέπουμε τα τελευταία πέντε χρόνια μεγάλες αλλαγές στη χωρητικότητα των μπαταριών. Επίσης έμμεσα στο θέμα της αυτονομίας παίζει ρόλο και ο χρόνος φόρτισης των μπαταριών, ο οποίος έχει πάρει φθίνουσα πορεία αλλά έχει ακόμα δρόμο εξέλιξης.
Στη θάλασσα το θέμα της αυτονομίας είναι πολύ πιο διαχειρίσιμο, μια που υπάρχουν μεγαλύτεροι χώροι αποθήκευσης μπαταριών και σε κάποιες περιπτώσεις το παραπάνω βάρος είναι θεμιτό.
Για το θέμα του κόστους στην ηλεκτροκίνηση, θα πρέπει να πούμε ότι είναι σαν τον γάμο… Δηλαδή, είναι θέμα συμβιβασμών. Η τεχνολογία είναι καινούρια –state of the art– και δεν παρουσιάζει φθορές, δεν απαιτεί κόστος συνεργείων, δεν απαιτεί κατανάλωση χρόνου για συντηρήσεις, η χρήση είναι εντελώς φιλική στο περιβάλλον, αθόρυβη, ανακυκλώσιμη, καθαρή και τελευταία επιδοτήσιμη. Από την άλλη, χρειάζεται να βάλεις καλά το χέρι στην τσέπη αλλά σε πολλές περιπτώσεις όχι απαγορευτικά. Ένα ηλεκτρικό αυτοκίνητο ή σκάφος δεν είναι όνειρο πια.
20°
