Λύσεις — Κεφάλαιο 7: Αυτοκίνητα εναλλακτικών καυσίμων (σελ. 251) – ΜΗΧΑΝΕΣ ΕΣΩΤΕΡΙΚΗΣ ΚΑΥΣΗΣ ΙΙ Γ΄ ΕΠΑΛ

Λύσεις — Κεφάλαιο 7: Αυτοκίνητα εναλλακτικών καυσίμων (σελ. 251)

Λύσεις των 10 ερωτήσεων του κεφαλαίου 7 (οι 1, 3, 10 με αριθμητικές απαντήσεις).

Ερώτηση 1 — Υδρογονάνθρακες υγραερίου και φυσικού αερίου

Ερώτηση: Από ποιους υδρογονάνθρακες αποτελείται το υγραέριο και από ποιους το φυσικό αέριο;

Απάντηση:

• Υγραέριο (LPG) (σελ. 221): είναι μείγμα προπανίου (30 %) και βουτανίου (70 %). Το προπάνιο έχει μόριο με 3 άτομα άνθρακα και 8 άτομα υδρογόνου (C₃H₈) και το βουτάνιο 4 άτομα άνθρακα και 10 άτομα υδρογόνου (C₄H₁₀) — υδρογονάνθρακες με σχετικά απλή χημική δομή, που παράγονται συνθετικά (παράγωγα διύλισης αργού πετρελαίου, 4-5 %) ή φυσικά· αποθηκεύεται υγρό (4-12 bar) και χρησιμοποιείται αέριο, είναι βαρύτερο από τον αέρα. Φυσικό αέριο (CNG) (σελ. 223): αποτελείται σε ποσοστό που φτάνει το 98 % από μεθάνιο (CH₄ — ο απλούστερος υδρογονάνθρακας), ενώ η περιεκτικότητα σε βαρύτερους υδρογονάνθρακες (αιθάνιο, προπάνιο κ.λπ.) ανέρχεται το πολύ σε 0,8 %· είναι ελαφρύτερο από τον αέρα, με αριθμό οκτανίου 135. Και τα δύο έχουν μικρότερη αλυσίδα άνθρακα από τη βενζίνη, γι' αυτό παράγουν λιγότερους ρύπους.

Σύνοψη: Υγραέριο: προπάνιο C₃H₈ (30 %) + βουτάνιο C₄H₁₀ (70 %)· φυσικό αέριο: μεθάνιο CH₄ έως 98 % (+ βαρύτεροι υδρογονάνθρακες ≤ 0,8 %).

Κριτήρια αξιολόγησης:

• Δύο συστάσεις.

Ερώτηση 2 — Γιατί οι φιάλες φυσικού αερίου τοποθετούνται στην οροφή

Ερώτηση: Γιατί οι φιάλες αποθήκευσης του φυσικού αερίου πρέπει να τοποθετούνται πάνω από την οροφή του αυτοκινήτου;

Απάντηση:

• Χαρακτηριστική ιδιότητα του φυσικού αερίου — και σημείο διαφοροποίησης από το υγραέριο — είναι ότι είναι ελαφρύτερο από τον αέρα (το μεθάνιο έχει μικρότερη πυκνότητα από τον ατμοσφαιρικό αέρα, σελ. 224). Γι' αυτό οι φιάλες αποθήκευσής του σε οχήματα, όπως τα λεωφορεία, τοποθετούνται στην οροφή: σε περίπτωση ατυχήματος ή διαρροής, το αέριο διαφεύγει αμέσως προς τα πάνω, στην ατμόσφαιρα, και διασκορπίζεται χωρίς να περάσει μέσα από περιοχές του οχήματος όπου πιθανόν υπάρχουν εστίες θερμότητας ή σπινθήρες (κινητήρας, εξάτμιση, ηλεκτρικές συσκευές, χώρος επιβατών) — μειώνοντας τον κίνδυνο ανάφλεξης/έκρηξης. Αντίθετα, το υγραέριο είναι βαρύτερο από τον αέρα, σε διαρροή συγκεντρώνεται στο επίπεδο του εδάφους και αυξάνει την πιθανότητα έκρηξης — γι' αυτό τα δοχεία του τοποθετούνται χαμηλά (χώρος αποσκευών με στεγανό διαχωριστικό ή κάτω από το δάπεδο με προστατευτικό έλασμα) και απαιτούνται ειδικά μέτρα ασφαλείας. Επιπλέον, οι φιάλες CNG είναι υψηλής πίεσης (200 bar, όριο 600 bar) και ογκώδεις, οπότε η οροφή προσφέρει και τον απαραίτητο χώρο.

Σύνοψη: (ενδεικτική) Γιατί το φυσικό αέριο είναι ελαφρύτερο από τον αέρα: σε διαρροή/ατύχημα διαφεύγει προς τα πάνω στην ατμόσφαιρα χωρίς να περάσει από εστίες θερμότητας ή σπινθήρες (αντίθετα από το βαρύτερο υγραέριο που μαζεύεται στο έδαφος).

Κριτήρια αξιολόγησης:

• Ελαφρύτερο → οροφή.

Ερώτηση 3 — Στοιχειομετρικές αναλογίες υγραερίου και φυσικού αερίου

Ερώτηση: Ποιες είναι οι στοιχειομετρικές αναλογίες αέρα καυσίμου για την καύση του υγραερίου και του φυσικού αερίου;

Απάντηση:

• Υγραέριο: η στοιχειομετρική αναλογία υγραερίου-αέρα είναι 15,7:1 κατά βάρος — δηλαδή 15,7 kg αέρα για 1 kg υγραερίου (σελ. 222). Αυτό πρέπει να λαμβάνεται υπόψη κατά τη χρήση αναλυτή καυσαερίων για τη ρύθμιση του μείγματος: πολλοί αναλυτές έχουν επιλογή καυσίμου βενζίνη/υγραέριο· αν δεν υπάρχει, οι μετρήσεις (λ) πρέπει να υπολογίζονται με βάση την αναλογία 15,7:1 και όχι το 14,7:1 της βενζίνης. Φυσικό αέριο: η αναλογία στοιχειομετρικού μείγματος φυσικού αερίου-αέρα είναι 17,25:1 (17,25 kg αέρα ανά 1 kg φυσικού αερίου — σελ. 224). Οι τιμές είναι μεγαλύτερες από της βενζίνης (14,7:1), επειδή τα αέρια καύσιμα έχουν μεγαλύτερη αναλογία υδρογόνου/άνθρακα και απαιτούν περισσότερο οξυγόνο ανά μονάδα μάζας για πλήρη καύση.

Σύνοψη: Υγραέριο 15,7:1 κατά βάρος (15,7 kg αέρα / 1 kg LPG)· φυσικό αέριο 17,25:1 (έναντι 14,7:1 της βενζίνης) — ρύθμιση του αναλυτή με την αντίστοιχη αναλογία.

Κριτήρια αξιολόγησης:

• Δύο τιμές.

Ερώτηση 4 — Γιατί δεν τοποθετείται αισθητήρας κρουστικής καύσης

Ερώτηση: Γιατί δεν τοποθετείται αισθητήρας κρουστικής καύσης στους κινητήρες που καταναλώνουν υγραέριο ή φυσικό αέριο;

Απάντηση:

• Ο αισθητήρας κρουστικής καύσης χρειάζεται στους βενζινοκινητήρες για να ανιχνεύει τα «πειράκια» και να μειώνει ο εγκέφαλος τον αβάνς. Στα αέρια καύσιμα αυτό δεν είναι αναγκαίο, γιατί παρουσιάζουν πολύ υψηλή αντοχή στην κρουστική καύση: α) στο υγραέριο, η δομή των μορίων του προπανίου και του βουτανίου (απλοί, μικροί υδρογονάνθρακες) μειώνει την πιθανότητα εμφάνισης κρουστικής καύσης σε τέτοιο βαθμό ώστε δεν απαιτούνται ούτε αντικροτικά πρόσθετα (όπως ο τετρααιθυλιούχος μόλυβδος στη μολυβδούχα ή οι αρωματικοί υδρογονάνθρακες στην αμόλυβδη βενζίνη), και η αντοχή αυτή επιτρέπει σχέση συμπίεσης έως 12:1 (σελ. 221-222)· β) το φυσικό αέριο χαρακτηρίζεται από υψηλή αντοχή σε κρουστική καύση, αφού ο αριθμός οκτανίου του φτάνει το 135 (σελ. 224) — τα αέρια καύσιμα γενικά έχουν οκτάνια 110-135 (σελ. 232). Επειδή λοιπόν με τα αέρια καύσιμα δεν εμφανίζεται πρακτικά κρουστική καύση ακόμη και σε υψηλή σχέση συμπίεσης και υψηλό φορτίο, ο εγκέφαλος μπορεί να λειτουργεί με σταθερό/βέλτιστο αβάνς και ο αισθητήρας κρουστικής καύσης δεν έχει τι να ανιχνεύσει — περιττεύει (τα σύγχρονα διπλά συστήματα τον διατηρούν μόνο για τη λειτουργία με βενζίνη).

Σύνοψη: (ενδεικτική) Γιατί τα αέρια καύσιμα έχουν πολύ υψηλή αντοχή σε κρουστική καύση: η δομή προπανίου-βουτανίου ελαχιστοποιεί τα πειράκια (χωρίς αντικροτικά πρόσθετα, συμπίεση έως 12:1) και το φυσικό αέριο έχει 135 οκτάνια (αέρια 110-135) — άρα δεν εμφανίζεται κρουστική καύση και ο αισθητήρας περιττεύει.

Κριτήρια αξιολόγησης:

• Αντοχή σε κρουστική καύση.

Ερώτηση 5 — Αλλαγές σε βενζινοκινητήρα για υγραέριο

Ερώτηση: Ποιες αλλαγές πρέπει να γίνουν σε έναν συμβατικό βενζινοκινητήρα για να καταναλώνει υγραέριο;

Απάντηση:

• Η μετατροπή γίνεται με σχετικά απλές διαδικασίες (σελ. 232-233): 1. Η σχέση συμπίεσης μπορεί να αυξηθεί έως 12:1, λόγω της ανθεκτικότητας του αερίου στην κρουστική καύση (οκτάνια 110-135). 2. Αν ο κινητήρας χρησιμοποιούσε μολυβδούχα βενζίνη, πρέπει να αντικατασταθούν οι βαλβίδες και οι έδρες τους με αντίστοιχες για αμόλυβδη, από ανθεκτικό χάλυβα, γιατί το αέριο δεν περιέχει τετρααιθυλιούχο μόλυβδο, που εκτός από αντικροτικές έχει και λιπαντικές ιδιότητες για τα μέρη αυτά. 3. Μετατροπές στο ψυγείο/κύκλωμα ψύξης ώστε να υπάρχει τροφοδοσία και επιστροφή ψυκτικού για τη θέρμανση του πνεύμονα (εξαέρωση του υγραερίου). 4. Τοποθέτηση του δοχείου υψηλής πίεσης (με πολυβαλβίδα: πλήρωσης, ανακούφισης, διακοπή πλήρωσης στο 80 %, μανόμετρο) σε σημείο ελάχιστα ευαίσθητο σε συγκρούσεις, με προσεκτική συγκράτηση — στον χώρο αποσκευών με στεγανό διαχωριστικό έλασμα (να μην μπαίνουν διαρροές στην καμπίνα) ή κάτω από το δάπεδο με προστατευτικό έλασμα. 5. Τοποθέτηση του πνεύμονα (υποβιβαστή-ρυθμιστή) σε σημείο που δέχεται τα θερμά ρεύματα αέρα του κινητήρα, με σωστή θέση και φορά κατά τον κατασκευαστή. 6. Τοποθέτηση του αναμείκτη υγραερίου-αέρα σε κατάλληλο σημείο του συστήματος εισαγωγής (πάνω ή κάτω από την πεταλούδα). 7. Όλες οι σωληνώσεις μεταφοράς αερίου σύμφωνα με τα ειδικά πρότυπα. 8. Στο σύστημα βενζίνης ηλεκτρομαγνητική βαλβίδα διακοπής της ροής όταν λειτουργεί το αέριο, μαζί με ηλεκτρομαγνητική βαλβίδα υγραερίου και διακόπτη επιλογής καυσίμου· στα ηλεκτρονικά συστήματα, μονάδα ελέγχου με σήματα στροφών/λ και βηματικό μοτέρ ή μπεκ αερίου.

Σύνοψη: (ενδεικτική) Σχέση συμπίεσης έως 12:1· βαλβίδες-έδρες ανθεκτικού χάλυβα (αν είχε μολυβδούχα)· κύκλωμα ψυκτικού για θέρμανση του πνεύμονα· δοχείο υψηλής πίεσης με πολυβαλβίδα σε ασφαλή θέση (στεγανό ή προστατευτικό έλασμα)· πνεύμονας σε θερμή θέση· αναμείκτης στην εισαγωγή· σωληνώσεις κατά τα πρότυπα· ηλεκτρομαγνητικές βαλβίδες βενζίνης/υγραερίου + διακόπτης επιλογής.

Κριτήρια αξιολόγησης:

• Λίστα 7.4 + σύστημα 7.2.

Ερώτηση 6 — Τύποι υβριδικών αυτοκινήτων

Ερώτηση: Αναφέρετε τους τύπους υβριδικών αυτοκινήτων με βάση το σύστημα παραγωγής και μετάδοσης της κίνησης.

Απάντηση:

• Τα υβριδικά αυτοκίνητα συνδυάζουν κινητήρα εσωτερικής καύσης και ηλεκτροκινητήρα, για να απαλειφθούν τα μειονεκτήματα του ηλεκτρικού (αυτονομία, χρόνος-εγκαταστάσεις φόρτισης) και να μειωθούν κατανάλωση-ρύποι (σελ. 244-245). Δύο εκδοχές: 1. Σειριακό σύστημα παραγωγής ενέργειας: ο κινητήρας εσωτερικής καύσης κινεί μια ηλεκτρογεννήτρια, η οποία φορτίζει τους συσσωρευτές· η κίνηση παράγεται αποκλειστικά από τον ηλεκτρικό κινητήρα, που τροφοδοτείται από τους συσσωρευτές (ΜΕΚ → γεννήτρια → συσσωρευτές → ηλεκτρικός κινητήρας → τροχοί). Όταν η τάση των συσσωρευτών είναι πάνω από ένα όριο, η ΜΕΚ δεν λειτουργεί· αν η ζήτηση ισχύος δεν καλύπτεται από τους συσσωρευτές ή η τάση πέσει κάτω από το όριο, η ΜΕΚ τίθεται σε λειτουργία και το ρεύμα καταναλώνεται από τον κινητήρα και τη φόρτιση. 2. Παράλληλο σύστημα: ΜΕΚ και ηλεκτρικός κινητήρας συνδέονται με μηχανισμό διαφορικού/κιβώτιο και μπορούν να κινούν και οι δύο τους τροχούς· ο ηλεκτρικός λειτουργεί πάντα, η ΜΕΚ όταν υπάρχει ανάγκη πρόσθετης ισχύος ή φόρτισης· η κίνηση μεταδίδεται από το διαφορικό στους κινητήριους τροχούς· υπό συνθήκες ο ηλεκτρικός κινητήρας μετατρέπεται σε γεννήτρια για φόρτιση των συσσωρευτών — και κατά το φρενάρισμα (ανάκτηση ενέργειας). Μειονέκτημα και των δύο: συνύπαρξη δύο κινητήρων και πολύπλοκα-δαπανηρά συστήματα μετάδοσης-ελέγχου.

Σύνοψη: (ενδεικτική) Σειριακό: ΜΕΚ → γεννήτρια → συσσωρευτές → ηλεκτρικός κινητήρας → τροχοί (η ΜΕΚ δουλεύει μόνο όταν πέσει η τάση ή ζητηθεί μεγάλη ισχύς)· παράλληλο: ΜΕΚ + ηλεκτρικός συνδεδεμένοι με διαφορικό/κιβώτιο, ηλεκτρικός πάντα, ΜΕΚ για πρόσθετη ισχύ/φόρτιση, ηλεκτρικός γίνεται γεννήτρια (και στο φρενάρισμα).

Κριτήρια αξιολόγησης:

• Δύο τύποι.

Ερώτηση 7 — Νέα όργανα και όργανα που λείπουν στο ηλεκτρικό αυτοκίνητο

Ερώτηση: Ποια νέα όργανα υπάρχουν στον πίνακα οργάνων ενός ηλεκτρικού αυτοκινήτου και ποια δεν υπάρχουν σε σχέση με ένα συμβατικό αυτοκίνητο;

Απάντηση:

• Στον πίνακα οργάνων του ηλεκτρικού αυτοκινήτου (σελ. 236) υπάρχουν δύο νέα όργανα, απαραίτητα για τη σωστή λειτουργία: 1. Ο δείκτης κατάστασης φόρτισης των συσσωρευτών — χρησιμεύει στη σωστή χρήση και προστασία των συσσωρευτών (αποφυγή βαθιάς εκφόρτισης, εκτίμηση αυτονομίας)· η αξιόπιστη λειτουργία του εξαρτάται από την ηλικία των συσσωρευτών (οι παλιοί έχουν μικρότερη χωρητικότητα), τη θερμοκρασία τους (οι κρύοι συσσωρευτές μολύβδου-οξέος έχουν μικρότερη χωρητικότητα) και το ρεύμα εκφόρτισης (υψηλό ρεύμα → μικρότερη χωρητικότητα). 2. Ο μετρητής στιγμιαίας κατανάλωσης ρεύματος — δίνει ένδειξη για τη στιγμιαία κατανάλωση και για το στυλ οδήγησης (οικονομική οδήγηση)· υπάρχει σε όλα τα ηλεκτρικά αυτοκίνητα. Δεν υπάρχουν τα όργανα που σχετίζονται με τον κινητήρα εσωτερικής καύσης: στροφόμετρο (ο ηλεκτρικός κινητήρας δίνει ροπή από μηδενικές στροφές και δεν έχει ρελαντί/κιβώτιο) και δείκτης θερμοκρασίας ψυκτικού κινητήρα (δεν υπάρχει κύκλωμα ψύξης ΜΕΚ) — και αντίστοιχα δεν υπάρχουν δείκτης στάθμης καυσίμου/πίεσης λαδιού.

Σύνοψη: (ενδεικτική) Νέα: δείκτης κατάστασης φόρτισης συσσωρευτών (προστασία, αυτονομία — εξαρτάται από ηλικία, θερμοκρασία, ρεύμα εκφόρτισης) και μετρητής στιγμιαίας κατανάλωσης ρεύματος (στυλ οδήγησης)· λείπουν: στροφόμετρο και δείκτης θερμοκρασίας ψυκτικού κινητήρα.

Κριτήρια αξιολόγησης:

• 2 νέα, 2 λείπουν.

Ερώτηση 8 — Μέθοδοι φόρτισης συσσωρευτών ηλεκτρικών αυτοκινήτων

Ερώτηση: Ποιες μέθοδοι φόρτισης των συσσωρευτών των ηλεκτρικών αυτοκινήτων εφαρμόζονται;

Απάντηση:

• Η φόρτιση είναι σύνθετη ηλεκτροχημική διαδικασία με την οποία η ενέργεια που έδωσε ο συσσωρευτής «συμπληρώνεται» από το δίκτυο, μέσω φορτιστή που μετατρέπει το εναλλασσόμενο σε συνεχές (σελ. 242-243). Εφαρμόζονται τρεις βασικοί τύποι: 1. Κανονική (αργή) φόρτιση: με τον φορτιστή, που συχνά είναι τοποθετημένος μέσα στο αυτοκίνητο, από το μονοφασικό δίκτυο των σπιτιών· χαρακτηρίζεται από μεγάλη χρονική διάρκεια, αλλά είναι η πλέον οικονομική (φθηνό νυχτερινό τιμολόγιο). 2. Ταχεία φόρτιση: εκτελείται σε σύντομο χρόνο και είναι συμπληρωματική της κανονικής· περιορίζεται από τα χαρακτηριστικά του συσσωρευτή και την αντοχή του ηλεκτρικού δικτύου· γίνεται με ειδικές συνδέσεις για γρήγορη-ασφαλή φόρτιση και τριφασικό ρεύμα (μεγάλη κατανάλωση ισχύος)· την καλύτερη συμπεριφορά έχουν οι συσσωρευτές Νικελίου-Καδμίου, που επαναφορτίζονται κατά 80 % σε 2 ώρες. 3. Φόρτιση εξισορρόπησης: η συστοιχία αποτελείται από πολλά ίδια στοιχεία, των οποίων οι τάσεις και οι καταστάσεις φόρτισης αποκλίνουν μετά από κύκλους φόρτισης-εκφόρτισης· ο συσσωρευτής υπερφορτίζεται για κάποιο διάστημα με ρεύμα χαμηλής έντασης, ώστε να εξισορροπηθούν η κατάσταση και η τάση όλων των στοιχείων· εκτελείται σε τακτά διαστήματα ως προληπτική συντήρηση. (Επιπλέον, τα φρένα με ανάκτηση ενέργειας — κινητήρας ως γεννήτρια — επαναφορτίζουν μερικώς τους συσσωρευτές κατά την κίνηση, μειώνοντας την κατανάλωση 5-15 %.)

Σύνοψη: (ενδεικτική) 1) Κανονική/αργή: φορτιστής (συχνά στο αυτοκίνητο) από μονοφασικό δίκτυο, μεγάλη διάρκεια, φθηνότερη (νυχτερινό τιμολόγιο)· 2) ταχεία: σύντομη, συμπληρωματική, ειδικές συνδέσεις, τριφασικό, περιορισμοί συσσωρευτή-δικτύου, Ni-Cd 80 % σε 2 h· 3) εξισορρόπησης: υπερφόρτιση με χαμηλό ρεύμα για εξίσωση τάσης/φόρτισης των στοιχείων, τακτικά (προληπτική συντήρηση)· + ανάκτηση στο φρενάρισμα.

Κριτήρια αξιολόγησης:

• 3 τύποι.

Ερώτηση 9 — Διαφορές συσσωρευτή και ενεργειακής κυψέλης

Ερώτηση: Αναφέρετε τις διαφορές μεταξύ ενός συσσωρευτή και μιας ενεργειακής κυψέλης.

Απάντηση:

• Συσσωρευτής: διάταξη αποθήκευσης — αποθηκεύει ηλεκτρική ενέργεια μετατρέποντάς την σε χημική (δύο διαφορετικά ηλεκτρόδια σε ηλεκτρολύτη → διαφορά δυναμικού), διαδικασία που αναστρέφεται όταν χρειάζεται ρεύμα· τα ενεργά υλικά (Pb/PbO₂, NiO/Cd) βρίσκονται μέσα του και καταναλώνονται κατά την εκφόρτιση· η ενέργεια που δίνει είναι πεπερασμένη (χωρητικότητα, ενεργειακή πυκνότητα π.χ. 28-30 Wh/kg) και πρέπει να επαναφορτιστεί από το δίκτυο (ώρες, φορτιστής AC→DC, τύποι φόρτισης), έχει περιορισμένο κύκλο ζωής (π.χ. 500-1500 κύκλοι), μεγάλο βάρος και ανάγκη συντήρησης (Pb: απεσταγμένο νερό, εξισορρόπηση)· απόδοση φόρτισης-εκφόρτισης ~90 %. Ενεργειακή κυψέλη (fuel cell): ηλεκτροχημική συσκευή μετατροπής ενέργειας που μετατρέπει υδρογόνο και οξυγόνο σε ηλεκτρισμό και θερμότητα (+ νερό) — μοιάζει με συσσωρευτή, αλλά παράγει ενέργεια παράλληλα με την κατανάλωση, όσο τροφοδοτείται με καύσιμο· δεν «αδειάζει» και δεν φορτίζεται από το δίκτυο — η «επαναφόρτιση» είναι η τροφοδοσία με υδρογόνο (καθαρό ή από μετατροπέα υδρογονανθράκων/μεθανόλης) και οξυγόνο από τον αέρα· τα αντιδρώντα έρχονται από έξω και τα ηλεκτρόδια (άνοδος, κάθοδος με καταλύτη Pt, μεμβράνη) δεν καταναλώνονται· δίνει συνεχή τάση 0,7 V ανά στοιχείο (συστοιχίες), λειτουργεί στους ~80 °C (PEMFC), με απόδοση 80 % με καθαρό H₂ (30-40 % με μετατροπέα)· αυτονομία ανάλογη με το αποθηκευμένο καύσιμο, γρήγορος ανεφοδιασμός, χωρίς κύκλους φόρτισης· δυσκολία: αποθήκευση-διανομή υδρογόνου.

Σύνοψη: (ενδεικτική) Συσσωρευτής: αποθηκεύει ηλεκτρική ενέργεια ως χημική (αναστρέψιμα), ενεργά υλικά μέσα του, πεπερασμένη χωρητικότητα, επαναφόρτιση από το δίκτυο (ώρες), περιορισμένοι κύκλοι ζωής, βάρος, συντήρηση· ενεργειακή κυψέλη: μετατρέπει H₂ + O₂ (από τον αέρα) σε ηλεκτρισμό + θερμότητα + νερό, παράγει όσο τροφοδοτείται (ανεφοδιασμός με καύσιμο αντί φόρτισης), ηλεκτρόδια δεν καταναλώνονται, 0,7 V/στοιχείο, 80 °C, απόδοση 80 % (30-40 % με μετατροπέα).

Κριτήρια αξιολόγησης:

• Αποθήκευση vs μετατροπή.

Ερώτηση 10 — Μείωση απόδοσης ηλεκτρικού αυτοκινήτου με ρεύμα από θερμοηλεκτρικά εργοστάσια

Ερώτηση: Γιατί η ενεργειακή απόδοση ενός ηλεκτρικού αυτοκινήτου μειώνεται αισθητά όταν για τη φόρτιση των συσσωρευτών του χρησιμοποιείται ρεύμα που παράγεται από θερμοηλεκτρικά εργοστάσια;

Απάντηση:

• Στο ίδιο το ηλεκτρικό αυτοκίνητο η απόδοση είναι εξαιρετικά υψηλή: απόδοση συσσωρευτών ~90 % (το 10 % παραγωγή/κατανάλωση θερμότητας) και ηλεκτρικού κινητήρα/συστήματος ελέγχου ~80 % → τελική απόδοση οχήματος ~72 % (σελ. 249). Όμως η ηλεκτρική ενέργεια πρέπει κάπου να παραχθεί. Αν παράγεται σε θερμικό (θερμοηλεκτρικό) εργοστάσιο — καύση λιγνίτη, πετρελαίου, αερίου — μόνο το 40 % της ενέργειας του καυσίμου μετατρέπεται σε ηλεκτρική (απώλειες καύσης, ατμοστροβίλων, ψύξης, μεταφοράς)· επιπλέον η φόρτιση απαιτεί μετατροπή εναλλασσόμενου σε συνεχές με απόδοση ~90 %. Έτσι η συνολική απόδοση της αλυσίδας γίνεται: \(0{,}72 \times 0{,}40 \times 0{,}90 \approx 0{,}26\), δηλαδή 26 % — η μείωση οφείλεται κυρίως στο 40 % του θερμοηλεκτρικού σταθμού, ώστε η απόδοση εξισώνεται σχεδόν με τα συμβατικά αυτοκίνητα (ΜΕΚ ~20 %, κυψέλη 24-32 %). Αντίθετα, αν η ενέργεια προέρχεται από υδροηλεκτρικά ή ανανεώσιμες πηγές (αιολική κ.λπ.), η φάση παραγωγής μπορεί να θεωρηθεί 100 % (δεν υπάρχει καύση) και η τελική απόδοση γίνεται ~65 % (0,72 × 0,90) — τότε το ηλεκτρικό υπερτερεί σημαντικά (ανακεφαλαίωση σελ. 250).

Σύνοψη: Γιατί μεσολαβεί η χαμηλή απόδοση του θερμοηλεκτρικού σταθμού (~40 %) και της φόρτισης (~90 %): ενώ το όχημα αποδίδει ~72 % (συσσωρευτές 90 % × κινητήρας 80 %), συνολικά 0,72 × 0,40 × 0,90 ≈ 26 %, όσο περίπου τα συμβατικά· με υδροηλεκτρικά/ΑΠΕ (100 %) η απόδοση φτάνει ~65 %.

Κριτήρια αξιολόγησης:

• Αλυσίδα αποδόσεων 72 → 26 → 65 %.