Domů
Akumulace energie
Baterie versus jiné zdroje energie nejen pro pohon vozidel (1. část)

Baterie versus jiné zdroje energie nejen pro pohon vozidel (1. část)

Baterie a konkrétně nabíjecí baterie hrají v dnešním světě čím dál tím větší roli, osazují se do nejrůznějších stacionárních i mobilních aplikací. V tomto článku se podíváme na to, jak lithium iontové baterie konkurují vodíku a dalším zdrojům, ačkoliv baterie, či přesněji akumulátory, samy nejsou primárním zdrojem energie. Řeč bude o vodíku, stlačeném vzduchu, setrvačnících, fosilních palivech a dalších. Porovnávat budeme jednotlivé formy z pohledu energetické hustoty, čímž můžeme zanedbat účinnost přeměn jednotlivých forem energie na jiné formy.

Energetická hustota a účinnost přeměny

V případě srovnávání různých druhů paliv s bateriemi vyvstává otázka, který parametr je relevantní. V případě běžných paliv je možné porovnávat jejich výhřevnost či spalné teplo dle typu aplikace. Pro srovnání na poli pohonu vozidel se nabízí parametr výhřevnosti, jelikož jde o množství energie, které lze efektivně vyčerpat z daného množství látky.

Pokud bychom uvažovali pouze teplo, které se uvolní dokonalým spálením paliva, tak by řeč byla o spalném teple - v případě vozidel je však takřka nereálné počítat se skupenským teplem vody obsažené ve spalinách.

U baterií však k žádnému spalování nedochází, a tudíž je nutné pohlížet na jejich energetickou hustotu. Ta je sice v porovnání s fosilními palivy velmi nízká, ale nelze opomenout skutečnost, že baterie dodávají přímo elektrickou energii. U většiny ostatních zdrojů energie je ještě potřeba uvažovat účinnost přeměny energie z tepelné formy na mechanickou či elektrickou.

Elektrochemické zdroje

Rozeznáváme dva druhy elektrochemických zdrojů. Primární nelze nabíjet a po použití je nutno je vyměnit. Na druhé straně sekundární baterie lze znovu nabít a jejich výměna je nutná až po skončení jejich užitečné životnosti. Ta může činit i několik tisíc nabíjecích/vybíjecích cyklů. Nejčastější primární baterie jsou na bází zinku a uhlíku, alkalické a nenabíjecí lithiové.

Jejich měrné kapacity dosahují hodnot od zhruba 0,04 kWh/kg u článků Zn-C, 0,2 kWh/kg u alkalických po 0,5 kWh/kg (Lithiové - LiSOCl2). U nabíjecích baterií stojí za zmínku olověné baterie které mají měrnou energetickou hustotu zhruba 0,04 kWh/kg, nikl-kadmiové dosahují 0,06 kWh/kg, nikl-metalhydridové uloží zhruba 0,1-0,12 kWh/kg a konečně Li-Ion baterie mají měrnou kapacitou v rozmezí 0,08 - 0,33 Wh/kg.

Vodík

Vodík je nejlehčí známý element a díky obrovskému množství vody na světě představuje prakticky nevyčerpatelný zdroj. Jeho měrná hmotnostní energetická hustota je nejvyšší ze všech paliv a činí 39,3 kWh/kg. Mnohé napadne otázka, proč není vodík tedy hojně využíván ve velké škále aplikací.

Důvodem je jeho nízká objemová energetická hustota, při tlaku 350 barů je množství uložené energie v jednom litru pouze 0,75 kWh/l. Tato hodnota soupeří s Li-Ion bateriemi, které se běžně pohybují okolo 0,5-0,65 kWh/l. Samozřejmě vodík lze skladovat i při vyšším tlaku. To však klade vyšší nároky na tlakové nádoby a další komponenty, které musí tak vysokému tlaku odolat. Vodík navíc umí difundovat do krystalických mřížek mnoha materiálů a postupně způsobovat změnu mechanických vlastností, což výrazně ovlivňuje životnost vodíkových systémů.

Vodík lze samozřejmě skladovat a využívat i v kapalné formě. Zkapalňování je však velice energeticky náročný proces. BMW v minulosti zkoušelo kapalným vodíkem pohánět normální spalovací motor. Kapalný vodík je oblíbené palivo pro vesmírnou techniku. Společně s kapalným kyslíkem nabízí vysokou účinnost pohonu raket. Jeho objemová hustota je stále relativně nízkých 2,6 kWh/l.

Zemní plyn

Zemní plyn je z velké části tvořen metanem. Molekula metanu je složená z jednoho uhlíku a čtyřech vodíků. Hmotnostní energetická hustota činí 12,1 kWh/kg a objemová 3,1 kWh/l když uvažujeme tlak 250 barů. Hodí se pro pohon vozidel, jelikož s ním bez větších problémů spolupracují spalovací motory. Stlačený zemní plyn se označuje jako CNG. Lze ho transportovat a uchovávat i v kapalné formě za nízkých teplot (-160 stupňů Celsia), pak se označuje jako LNG a jeho energetická hustota činí 5,8 kWh/l.

LPG

LPG neboli zkapalněný ropný plyn je velice populární palivo. Jedná se o směs propanu a butanu. Lze ho skladovat v kapalném stavu za relativně nízkých tlaků. Energetická hustota je zhruba 13,5 kWh/kg respektive 6,6-7,8 kWh/l v kapalném stavu. Díky jeho nezatíženosti spotřební daní je jedním z jeho největších předností nízká cena. Vzhledem k tomu, že je v plynném stavu těžší než vzduch tak nelze běžně s vozidly na LPG parkovat v podzemních parkovištích.

Benzín a motorová nafta

Tato fosilní paliva netřeba příliš představovat. Hmotnostní energetická hustota je pro obě paliva téměř stejná a činí zhruba 12,5 kWh/kg, objemově je rozdíl větší kvůli rozdílné hustotě, kterou má nafta vyšší. Pro benzín se bavíme o 9,7 kWh/l, u nafty o hodnotě 10,7 kWh/l. Volatilita a tlak par je u nafty nižší než u benzinu.

Líh

Dnes již běžná přísada do benzínu představující asi 5% podíl. K dostání je i ve variantě E85, palivo obsahuje 85% lihu a 15% benzínu. Energetická vydatnost se pohybuje okolo 7,9 kWh/kg a 6,1 kWh/l. V porovnání s benzínem je nižší a měrná spotřeba zpravidla vyšší.

Článek pokračuje druhou částí.

Komentáře

(23)

lubos

10. červen 2021, 08:50

V dnešní době je rodina bez auta stejně nepředstavitelná jako rodina bez telefonu nebo rodina bez internetu. Polovina obyvatel ČR by bez osobního auta předčasně uhynula. Za posledních pár let se nám v rodině zvýšil počet ročně najetých kilometrů na dvojnásobek a to prosím bez obvyklých cest na dovolenou. Místo aby ubývalo administrativy, tak jí přibývá. Staráme se v rodině o tři důchodce bez auta a bez řidičáku, vozíme ja jako kočka koťata z jednoho úřadu na druhý, od jednoho doktora ke druhému, všude nejmíň dvakrát na vyřízení jedné věci. Problé bude, až sami odejdeme za rok do důchodu a jako důchodci pořád budeme muset dotovat naše staré rodiče osobní autodopravou. Ve společnosti platí, že chudí lidé levné věci potřebují a bohatí lidé levné věci milují. Osobní doprava není výjimkou.

Jaroslav Novák

9. červen 2021, 20:45

Zásadními akumulačními kapacitami EE jsou (a vždy historicky byly) PVE tím že v době přebytku EE čerpaly vodu z DN do HN a vytvářely akumulaci EE v objemech GWh za velmi přijatelných provozních nákladů!

Shora uváděné způsoby: bateriové úložiště, vodík, LPG, LÍH, PHM, a jiné ZPŮSOBY nejsou kapacitou srovnatelné s PVE, a pouze odvádějí pozornost VLÁDY ČR od PVE, matou veřejnost a sají zbytečné dotační prostředky!!!

ZAČNĚME JEDNAT STRATEGICKY a konečně se vymaňme z bludných řešení akumulace zdrojů OZE a dekarbonizace!!!

Jiří

9. červen 2021, 21:32

Jste tak hloupý, nebo jste si nepřečetl pořádně ani nadpis?

Nebo snad si snad na vozíku za autem taháte PVE? A mimo to přijatelné náklady PVE už dávno nejsou. 4GWh PVE u nás nepostavíte ani za 20 mld. Kč.

Carlos

9. červen 2021, 21:47

Ale jo, nějak byste se do těch 5G/GWH vlezl...

Jinak ten člověk žije v nějakém alternativním vesmíru či co.

Jiří

9. červen 2021, 22:51

Nevlezl, to jsou Dlouhé Stráně zvýšené o inflaci, jenže např. platy rostly více než inflace a vyrojila se tu hromada ekologických aktivistů, nevěřím, že by se podobné dílo dalo zvládnout pod 25 mld. a 10 let výstavby.

Carlos

9. červen 2021, 23:05

Podobného ne, většího... Roky existuje projekt, který by se musel dělat v kooperaci s Rakouskem, který by se měl velmi pohodlně do těchto cen vlézt.

Další možností jsou konverze na Vltavě, ale tam je to pravda někde kolem GWh, ale zase je to jenom za cenu těch soustrojí, takže měrně na GWh by neměl být problém.

Jaroslav Novák

9. červen 2021, 23:00

20 mld. Kč IN = 20 let při HV = 1,0 mld.Kč/rok, tzn. 1 000 cyklů/rok, PVE DS dosáhly v r.2020 již 1022 cyklů/rok! dalších 100 let vyděláváte cca 1-2 mld. Kč/rok, a ceny EE PL porostou!!!

Jiří

10. červen 2021, 14:11

Žádné číslo z těch co jste napsal není pravda. Nevím co je podle vás cyklus, ale Dlouhé stráně mají kapacitu necelé 4 GWh a 1000 cyklů za rok je tedy necelé 4 TWh, ve skutečnosti to bylo v roce 2019 jen 637 GWh, tedy zhruba 170 cyklů (půl cyklu denně). Za 20 let to je pod 13 TWh a tedy 1,5 Kč/kWh rozpočítané investiční náklady, k tomu si připočtete za co elektřinu kupuje děleno účinnost + provozní náklady a vyjde vám cena >3 Kč/kWh, tedy mnohem větší než mám já na faktuře v malé domácnosti.

petr

9. červen 2021, 21:04

Dobrý večer, předně bych rád poděkoval autorovi článku za určitý přehled a srovnání jednotlivých medií.

Jsem v celku i zastáncem alternativních pohonů (celá moje firma jezdí na CNG), ale obávám se, že ta výhoda benzinu a nafty, kdy když dojedeme na "benzinku" tak za ani ne 2 minuty natankujeme energii, která nám umožní cestovat i 1000 km, prostě s jinou energií srovnávat ani není možné...

Přesto si myslím, že určitý inteligentní hybrid může být cestou, která umožní prvních cca 100 -150 km cestovat elektricky, ale v případě dovolené třeba ve Španělsku, pak dojede na klasiku... a po celý rok pro dojíždění do práce to vystačí...

hezký večer všem

Josef

10. červen 2021, 00:45

Stát vás donutí nahradit auto se spalovacím motorem elektromobilem. Na běžné ježdění to stačí, protože nová auta ujedou 300km a více , ale na dovolenou nikoli. Protože až pojedou všichni k moři bude nereálné si na dálnici nabíjet bez hodin čekání na stojan. Takže bohatí budou mít hybridy nebo klasiku a chudší lidé nebudou vlastnit auta na dlouhé trasy.

Jiří Kelnar

10. červen 2021, 09:10

Proto se také staví vysokokapacitní nabíječky s tím, že stejně po cestě na tu půl hodinu zastavíte, abyste se najedl, dal si kafe a děti se zašly na záchod.

Není to tak, že při cestě k moři budou všichni na jedné stanici, kde bude 8 stojanů, jak u benzínu. Bude jich víc, rozmělní se to apod. Proto se však teď musí investovat do výkonné infrastruktury, aby Vámi popisovaný problém nenastal a nabíječek bylo dost.

richie

10. červen 2021, 13:51

Nesuhlasim, zda sa, ze ste asi nikdy necestovali autom na dovolenku (Chorvatsko, Taliansko,..), pretoze v dovolenkovej spicke (vymena turnusov) nie je vobec vynimocne zazit stav, ze na niekolkych benzinkach po sebe su fronty - a to benzin natankujem za par minut a je tam tych stojanov bezne 6+.

Jan Veselý

10. červen 2021, 14:59

Poradím vám geniální trik, na který už před lety přišel můj otec. Netáhněte s ostatními "lumíky" a jeďte jindy než v pátek večer tam a v sobotu přes den zpět. To cestování bez kolon a bez utahaných řidičů, kteří po týdnu v práci jedou na jeden zátah k moři, to je úplně jiný zážitek.

Martin P

10. červen 2021, 09:00

Pane Petře, v mnoha věcech s Vámi souhlasím, ale s cestováním do Španělska vlastním vozem rozhodně ne. Pokud někdy pojedu víc než 1000km a budu chtít používat svoje auto v místě odpočinku, budu zvažovat jízdu vlakem s možností na zadních vagonech mít svoje auto - tedy systém, který již v Evropě místy funguje. Při dojezdu na místo bych byl navíc odpočatý a žádné přechody 1-2dny , protože jsem si noční jízdou rozházel spánkový režim.

Pořád mi hlava nebere tu nutnost mít dojezd u auta 1000km. Když si vybavím, jak se cítím po 350km jízdy na hory (s min.dvěma přestávkami na oběd + záchod), a zároveň naši evropskou hustou síť čerpacích stanic (pravda, při nočních jízdách ne všechny mají otevřeno po 20.hod.) , připadají mi nynější elektrovozidla už technicky dostačující ( s dojezdem 300km v zimě a 500km v létě) dnes. Mít nutnost kupovat ale nové auto, s elektroautem bych počkal na pokles cen (tak do 5ti let).

hellokitty

11. červen 2021, 15:40

kupovat si hybrid, aby som jeho fosilnu cast vyuzil raz za rok na dovolenku mi pride ako plytvanie zdrojmi na vystavbu fosilneho pohonu

Jiří

9. červen 2021, 21:28

Podívejte se na testy 1000 km challenge od Bjørna z Norska:

Vzorová Kia Ceed to dala za 9 hodin 25 minut a nejrychlejší BEV za 9 hodin 35 minut, tedy pouhých 10 minut zdržení navíc na nabíječkách.

Za nedlouho bude v autech i 130kWh baterie, s ní dojedete 700 km na jedno nabití a na 350kW nabíječce dobijete polovinu dojezdu za 15 minut, tedy na 1000km trase vám stačí tři pětiminutové pauzy, abyste dojel. a to dá málokdo s jakýmkoli spalovákem.

frost

9. červen 2021, 23:46

Nutno přiznat, že Bjornovy testy jsou na pomery EV příznivců velice pěkně zpracovány, když přiznávají teplotu, atd.

K vašemu A je ovšem třeba dodat i pověstné B.

Již samotný výběr výběr referenčního PHEV vs. aktuálně nejrychlejšího EV je diskutabilní. Ceed PHEV je pravděpodobně nejnesmyslnější automobil tohoto typu stvořený k daňovým úlevám vyznačující se zejména podstatným snížením užitné hodnoty, přičemž baterie má kapacitu směšných 9 kWh a atmosférický motor má přitom směšných 77 kW na 1,7 t provozní hmotnosti při objemu nádrže 37 l. Naproti tomu srovnáváte automobil zcela jiné třídy a tedy i cenové hladiny.

Jako referenční spalovací vůz by mohl sloužit kdejaký diesel, kde je výsledek jednoduchý - i pokud zůstaneme u modelu Ceed, vzdálenost v těchto podmínkách a plynulém provozu ujedete bez tankování. Čili toto by byla korektní referenční hodnota pro spalovací motory, navíc u vozu v ceně cca pouze 500 tKč.

Ještě horší by ovšem bylo srovnání s EV souměřitelné třídy - VW ID3 82 kWh, aktuálně od 1,2 M Kč za 77 kWh - s výsledkem 10:20.

Dalším faktorem ovšem je, že s drobným přimhouřením oka diesel zvládne tuto disciplínu i za jiných, než optimálních podmínek, tj. při vyšší rychlosti, hlubokých mrazech, letních vedrech, plně obsazený a s plným kufrem... Vezměme si E-tron GT, kde rozdíl v dojezdu pro rychlosti 90 a 120 km/h je 23 % s horší hodnotou pouhých 378 km.

Já tedy vaše nadšení nesdílím z mnoha důvodů počínaje cenou EV, neexistencí skutečně rodinných vozů a v neposlední řadě komplikacemi s nabíjením po cestě. Mimochodem, kdy se asi dočkáme masivního rozšíření těch vašich 350 kW chargerů, kolik jich bude k dispozici bez nutnosti zajížděk z cesty, jaká bude obsazenost, kde pro ně vezmete a kudy přivedete el. energii, kolik bude takové nabíjení stát až se poskytovatelé nebudou podbízet (a státu vypadne příjem ze spotřební daně)? Na tyto všechny faktory a otázky jsem zatím nedostal uspokojivou odpověď.

kolik asi chargeru na kazde benzince, obsazenost a doba cekani

Vinkler

10. červen 2021, 06:25

Není možné, aby E auto bylo tak jako teď pro všechny, a několik v rodině.

Carlos

10. červen 2021, 08:18

Víte že množství aut v rodině, stejně jako jejich cena je funkcí počtu vyrobených aut za posledních dvacet let, že?

Jiří Kelnar

10. červen 2021, 09:16

Rodinné vozy chybí, to je pravda, ale to je způsobený tím, že všichni chtějí nepraktická SUV, proto se taky první dělají nepraktická SUV a hatchbacky (ty se taky prodávají). Auta typu Octavie přijdou až nyní. Ale třeba Peugeot a Citroen už uvedly elektrickou verzi Berlinga/Riftera s dojezdem nějakých 280 km, ale je tam daň za to, že to je krabice na kolech.

Ivan Novák

10. červen 2021, 11:14

O příjem státu ze spotřební daně bych se nebál. Až bude EV tolik, aby od nich majitelé nemohli hromadně utéct, osolí se nabíjení u silnice.

PetrD

10. červen 2021, 14:13

Spíše daň za každý ujetý km jako v Austrálii.

Jan Veselý

10. červen 2021, 15:12

Takže mýto jako u náklaďáků s palubní GPS jednotkou? To by asi šlo. Pak by to ještě chtělo, aby ta daň byla úměrná ničení vozovky vozidlem způsobené. Platí, že opotřebení silnice je přímo úměrné třetí mocnině zátěže na nápravu. Za drtivou většinu opotřebení cest a mostů mohou těžké náklaďáky a autobusy.

Přidat komentář

Vaše emailová adresa nebude zveřejněna u komentáře
Vyžadované informace jsou označeny *
Pravidla diskuze
Veškeré příspěvky v diskuzi na webu oEnergetice.cz musí splňovat Pravidla diskuze. Přidáním příspěvku do diskuse uživatel vyjadřuje souhlas s těmito pravidly a zavazuje se je dodržovat.
Komentáře pouze pro přihlášené uživatele
Upozorňujeme diskutující, že komentáře v diskuzi budou moci přidávat již brzy pouze přihlášení uživatelé. V diskuzi se stále častěji objevují příspěvky od anonymních uživatelů, které porušují pravidla diskuze. Věříme, že díky tomuto opatření bude diskuze pod články pro všechny přínosnější.
Pokud ještě účet nemáte, je možné si jej vytvořit na stránce registrace. Pokud již účet máte, přihlaste se do něj na této stránce.
V uživatelské sekci pak můžete najít poslední vaše komentáře.
OM Solutions s.r.o.
Kpt. Nálepky 620/7, Nové Dvory, 674 01
Třebíč
IČ: 02682516
SOCIÁLNÍ SÍTĚ
© 2021 oEnergetice.cz All Rights Reserved.