sl_lopatnikov (sl_lopatnikov) wrote,
sl_lopatnikov
sl_lopatnikov

Фигею, дорогие товарищи....

.






Недавно я писал, что демократия невозможна хотя бы потому, что как показал эксперимент, из всех возможных видов колбасы средний человек, неспециалист выбирает НАИХУДШУЮ, "химическую"...

Но даже я не ожидал, что закон сохранения энергии способен быть НАСТОЛЬКО "загадочным для публики".

Приходится повторять еще раз.

Во-первых, речь шла исходно о сравнении эффективности ДВС с ЭЛЕКТРОМОБИЛЯМИ. Но товарищи упорно путали и продолжают путать электромобили - источником энергии для которых является  ЭЛЕКТРИЧЕСТВО ВЫРАБОТАННОЕ НА ЭЛЕКТРОСТАНЦИЯХ ИЗ УГЛЯ, УРАНА, КИНЕТИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ ВОДЫ или там ветра и ГИБРИДЫ, ИСПОЛЬЗУЮЩИЕ ИСКЛЮЧИТЕЛЬНО ЭНЕРГИЮ БЕНЗИНА В БАКЕ.

Во-вторых быстро свалились, не удерживая в голове 1 мысли - что электромобили - НЕ гибриды, на сравнение гибридов и машин с ДВС. И здесь тоже проявили просто чудеса сообразительности. 

Поэтому поясняю еще раз, последний. И начну с ГИБРИДОВ.

Вот картинка сравнивающая потоки энергии в обычной и гибридной машине.


В обоих случаях единственным источником энергии, в отличие от электромобиля, является БЕНЗИН В БАКЕ. Наличие аккумулятора электродвигателя, таким образом не превращает машину с ДВС в электромобиль, ибо единственным источником энергии и в обычной машине, и в гибриде, является БЕНЗИН. Поскольку бензин непосредственно в электрическую энергию не преобразуется, первым преобразованием является преобразование химической энергии бензина  в МЕХАНИЧЕСКУЮ ЭНЕРГИЮ с КПД, одинаковым и для обычной машины и для "гибридной".

Надеюсь, хоть эта мысль затруднений не вызовет. Далее эта механическая энергия расходуется на полезную энергию и ПОТЕРИ.  

К полезной энергии относится все то, что определяет РЕЖИМ ДВИЖЕНИЯ - неважно где - в городе, в деревне, по трассе, в горах , по горным речкам.  Величина полезной энергии определяется исключительно "внешними параметрами автомобиля - массой, давлением на грунт, аэродинамическим сопротивлением плюс особенностями дороги. Но НИКАК НЕ ФАКТОМ, ЯВЛЯЕТСЯ ЛИ АВТОМОБИЛЬ МАШИНОЙ С ДВС, ЭЛЕКТРОМОБИЛЕМ, ИЛИ ГИБРИДОМ. 

Кроме полезной энергии есть еще ПОТЕРИ. Потери делятся ровно на две части: конструкционные потери в двигателе и трансмиссии и ДОРОЖНЫЕ ПОТЕРИ НА ТОРМОЖЕНИЕ.

Рассмотрим гибрид, у которого "обычная часть" точно такая же, как у "обычной машины". Это значит, что все особенности "обычной части" сохранены и повышение эффективности возможно только за счет РЕКУПЕРАЦИИ ЕДИНСТВЕННОГО ВИДА "УСТРАНИМЫХ ПОТЕРЬ" - ПОТЕРЬ НА ТОРМОЖЕНИЕ.

С чего возникает такая возможность? А очень просто - с того, что торможение - есть процесс уменьшения кинетической энергии автомобиля. Это процесс в обычной машине необратим только потому, что она переводится в ТЕПЛО, которое рассеивается в окружающей среде. Но это делать необязательно. Эту энергию можно НАКОПИТЬ В ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ФОРМЕ. например в виде кинетической энергии маховика. Энергии магнитного поля, скажем, в сверхпроводящем магните, наконец в химической форме в обычном аккумуляторе.

Это - РЕКУПЕРАЦИЯ энергии. Таким образом, гибридный автомобиль - это обычный автомобиль ПЛЮС система рекуперации. Но система рекуперации НЕ СОЗДАЕТ ДОПОЛНИТЕЛЬНОЙ ЭНЕРГИИ. Она только возвращает в систему часть энергии, потраченной в обычном автомобиле на нагрев окружающей среды.

И она ограничена!. Система рекуперации ограничена тем, что ЗА ОДИН АКТ ТОРМОЖЕНИЯ она способна вернуть только часть изменения в ходе торможения кинетической энергии. Это означает, что если МАШИНА ТОРМОЖЕНИЙ НЕ СОВЕРШАЕТ, СИСТЕМА РЕКУПЕРАЦИИ не возвращает ничего. вообще ничего. То есть при движении по трассе, когда торможений практически нет, гибрид даже теоретически не дает ни малейшего выигрыша. Потерь на торможения нет и рекуперировать нечего. Хотя, поскольку кинетическая энергия машина пропорциональна скорости в квадрате, за единственный акт остановки система рекуперирует столько же энергии, сколько за несколько торможений в городе. Так, например, если скорость по трассе 90 км в час. А скорость в городском потоке 30 км в час (без остановок) то одно полное торможение на трассе будет равносильно 9 остановкам в городе. Много это или мало? А для этого надо сравнить полезные затраты энергии за время движения до торможения с кинетической энергией автомобиля. Если кинетическая энергия автомобиля мала по сравнению с потраченной до момента торможения энергией, то не о чем говорит: экономия от гибридизации пренебрежимо мала.          

В городе ситуация иная. В городском режиме торможения есть.

Но, трение о дорогу то же самое, так как зависит только от массы автомобиля. Аэродинамические потери на трассе больше примерно как квадрат скорости. То есть на трассе они больше примерно на порядок, если считать, что скорость равномерного движения в городе втрое ниже (не средняя скорость - она может быть еще ниже!), чем по трассе и аэродинамическими потерями в городе, скорее всего можно пренебречь. Зато и кинетическая энергия, которая может быть рекуперирована, на тот же порядок ниже!

То есть если, как товарищи любят сравнивать, по расстоянию, эффективность рекуперации на трассе равна:

 Ktr=R*0.5*M*Vt^2/((k*M*g+ 0.5* C*r*S*Vt^2)*Lt+0.5*M*Vt^2+ Pt)

Аналогично в городе:

Kg=R*0.5*M*Vg^2/(k*M*g*Lg+ 0.5* C*r*S*Vg^2 +0.5*M*V^2 +Pg)

здесь я обозначил Krt - эффективность рекуперации на трассе, M- масса машины, k - коэффициент трения с полотном, g - ускорение свободного падения C- коэффициент обтекания машины, который можно смело положить равным 0.5, S - площадь лобового сечения машины, r - плотность воздуха, Vt - скорость машины на трассе, P - механические потери энергии  непосредственно в двигателе, трансмиссии. R - КПД системы рекуперации - то есть КПД всей цепочки от системы "снятия трения" до преобразования обратно в механическую энергию, "помогающую двигателю"и Lt - пробег до момента торможения.  Аналогично Kg - коэффициент эффективности системы рекуперации, Vg - скорость в городе, Lg - расстояния пробега до торможения. Механические потери в двигателе можно грубо считать пропорциональными числу оборотов двигателя на время проезда расстояния, то есть Pt=A*Lt/Vt и Pg=A*Lg/Vg. Где A некая константа и считается, что среднее число оборотов  в городе примерно равно среднему числу оборотов на трассе.

Поскольку , как нетрудно видеть, если P>0, то это только ухудшает эффективность рекуперации., рассмотрим "идеальный случай" отсутствия таких потерь ВООБЩЕ, чтобы не возиться с анализом А, мы положим просто P=0 в обоих режимах. С учетом Р, эффективность будет только хуже.

Тогда рассмотрим следующие параметры: M=1000 kg, k=0.1, g=9.91 m/s^2, C=0.5, r=1 kg/m^3, Vt=30 m/sec (108 км/час) S=1, Lt = 10000 m (10 км) Lg=500 m, Vg=10 m/s (36 км/час). И положим КПД рекуперации 0.5.

Ktr=0.01798561151

Kg= 0.04520795660

Результат печален: рекуперация на трассе обеспечивает повышение экономичности двигателя на 1.7%!

А в городе.... аж 4.5%! - Это даже хуже, чем я изначально представлял себе!

Но с учетом потерь в механике, которые мы положило равными нулю, эффективность рекуперации ЕЩЕ НИЖЕ.
 
Иными словами, гибриды - ЛАЖА даже в большей степени, чем я интуитивно представлял.... Внимание! - Есть более поздняя поправка, дающая более оптимистические результаты! Причина в том, что я взял завышенный коэффцициент трения. На это обратил внимание глубокоуважаемый г-нbeljakoff. Пересчитанные результаты дают экономию 3.7% на трассе  при скорости 108 км в сек и 10 км пробега до торможения и 14-20% в городе при скорости 36 км в час и расстоянии до торможения в 500 метров для машины с параметрами Приуса. Более подробно - внизу.

Автобусы - другое дело. Тут эффект есть. Не поленился, построил график коэффициента эффективности рекуперации как функцию массы автомобиля и расстояния между остановками, считая, что "крейсерская скорость" 36 км в час, полагая, что площадь лобового сечения 4 кв. метра.


Как видите, если расстояние между остановками порядка 100 метров (при этом масса транспорта влияет слабо) сэкономит можно уже 16%. Но если расстояние до тороможения станет меньше, что и скорость надо брать НИЖЕ Однако, при расстоянии уже в 500 метров эффект сходит почти на нет: в 5% повышения эффективности я не верю - это повышение будет скрыто тысячей других причин.

Но это, повторяю, НЕ ЭЛЕКТРОМОБИЛИ!

Электромобили - это то, что получает энергию не из бензобака, а с электростанции! Смотри следующий рисунок:



Все энергетические потоки в электромобиле устроены точно так же, как и в обычной машине. Рекуперация торможения, как мы видим, существенного вклада не вносит. Поэтому рекуперацией можно можно пренебречь в равной степени как для простых авто, так и для электромобилей. Что остается?

Остается очень простая вещь нужно сравнивать рассматривать КПД не ДВС с электродвигателем установленным на машине, а системы от производства горючего (для авто - бензина, для электромобилей - угля, газа, урана... и т.д.) до получения полезной энергии. И совершенно не факт, что "электромобильная" цепочка хоть в каком-то отношении выгодна. Скорее, наоборот. Просто это перенос ПРОИЗВОДСТВА энергии из капота на электростанции. Которых просто не хватит, чтобы запитать электромобили.  

PS.Как же экономит "практический гибрид"? Да так, как я объяснил: Иллюзионно. Просто покупателям впаривается МАШИНА С МАЛОМОЩНЫМ ДВИЖКОМ, ДОПОЛНЕННЫМ "ускорителем" в пиковые моменты. Ускорителем. который отбирает питается малой толикой энергии, возращенной в систему при торможении. Величина возврата МАЛА по сравнению с общей работой, совершенной двигателем. Но выделяется она "пиково" в правильный момент. Как правило на ускорении. Но разгон требует МАЛОЙ ЭНЕРГИИ по сравнению  с затратами энергии на дорогу.

... То есть и колбасу они тоже не умеют выбирать... Демократия, блин/

PS. Единственный правильный комментарий - это коэффициент ТРЕНИЯ Я ВЗЯЛ завышенный, по памяти. 0.1 - это для гравийных дорог . На асфальто-бетоне от минимальный и в 10 раз меньше, то есть 0.01, на поганом асфальте или мелкой брусчатке - 0.02. Поправка принята. 

Считаем тогда уж конкретно для "Тойоты Приус".

Габариты Приуса-IV ширина - 1.7 метра, высота - 1.5 метра. Площадь сечения -2.55 кв. метра. Масса - 1240 кГ. С данными параметрами при скорости 108 км в час на трассе и торможении через 10 км, имеем эффект 3.7% - вдвое больше, чем оценено выше. В городском цикле: при скорости 36 км в час и пробеге 500 метров имеем прилично - 20% .  Но это при идеальном асфальте. При обычном асфальте с k=0.015-0.2 имеем 14% процентов. Вот так я себе примерно и представлял. Некоторый выигрыш при прочих есть только если приходится часто тормозить.

А вот интересно в пробках как?  Берем скорость 3 метра в секунду - то есть примерно 10 км в час. И остановки кадые 10 метров: - Тут уже примерно 34%!.

В пробках - неплохо.

Но, все что сверх этого - иллюзия.




Subscribe
  • Post a new comment

    Error

    Anonymous comments are disabled in this journal

    default userpic

    Your IP address will be recorded 

  • 93 comments
Previous
← Ctrl ← Alt
Next
Ctrl → Alt →
Previous
← Ctrl ← Alt
Next
Ctrl → Alt →