Az elektromos motorizáció időszerűsége – kötelező házi feladat?

0
336
views

Szerző: Szabó István, PhD, MBA Tanácsadó, ElectroMagnetic Consulting

3 év az információ technológiában pont egy „emberöltő”. Meglepő módon az elmúlt évek fejleményei jelentős változásokat hoztak az egyébként lassú mozgású autóipar trendjeiben valamint a környezeti fenntarthatósággal kapcsolatos ügyekben is. A változások minden korábbi képzeletet felülmúlóan írják felül az autós iparág korábbi szabályait, megszokott és bevált kényelmes megoldásait. A diesel botrány, a környezetvédelem aktualitásai és Elon Musk hihetetlen innovációs sikerei egyértelműen jelölik ki az utat, merre van az ELŐRE. Jelen cikk áttekinti az elektromos autózás aktualitásait, valamint jövőbemutató, teljeskörű és időtálló szempontokat javasol a fejlesztési célok kijelöléséhez.

Sok a bulvárhír, a nagyotmondás az elektromobilitás és a kapcsolódó hi-tech témák terén, amelyeket a média előszeretettel közvetít. Fontos kérdés, hogy szakmai oldalról reálisan és átfogóan közelítjük-e meg a „e–motion” kérdéskört, vagy „e’móciók”-kal? Mindenesetre a kettő egymást nem „kizáró vagy”. logikai kapcsolatban vannak.

Az autók és általában a fosszilis alapú motorizáció termékei hihetetlen mérnöki „triplaleszúrtritzbergerekkel” egy igazán bonyolult gordiuszi csomókká váltak. Egyfelől a motorok esztétikai megjelenése, másik oldalról a feloldhatatlan környezeti konfliktusok generálják a „csomósodást”, a bonyolódást.

A mai belső égésű motorok minden határon túl lettek finomítva, túl lettek fejlesztve (túl lettek tolva). Milliók megélhetését biztosítják a motor alapfunkcióját támogató rendszerekben fellelhető alkatrészek. Ezek a segédrendszerek a teljesítménybeli és környezetvédelmi jótéteményük mellett igencsak megnövelik a rendszermeghibásodások gyakoriságát. A baj csak az, hogy halandó már nem látja át ezeket a rendszereket, egy otthoni diagnosztika, kisjavítás is elképzelhetetlen misszióvá vált. Egy lámpa kivillan a műszerfalon, netán letilt a fedélzeti komputer és máris kész a másnapi, jövőheti vagy akár az egész hónapos szervízes javítási program.

Azon túl, hogy egy mai motor bonyolult, nem is túl szép. Maga a motortér eltakarása is egy új műfajjá vált az utóbbi évtizedben, a takaró már akár szép megjelenésűnek is mondható lenne J  eltakarandó a „gordiuszi csomót”. Mindemellett eszembe jut az az örökbecsű mondás: Ami nem szép, az nehezen hihető, hogy jó is lehet.

Sok autós média ezeket a látszólagos problémákat látja megoldani az elektromos meghajtású autóval és villamos logisztikai-mozgatási rendszerekkel.

Ha megnézzük az elektro(tech)nika és a belső égésű motorok illetve az autógépész technológiák fejlődési sebességének ütemét látható, hogy minden, ami digitális, az 2-3 évente új generációval jelenik meg a piacon azonos termékkörben, fejlesztési platformban, hardverben, megoldásban. Mindez a fejlődési ciklus az autóiparban 5-7 év, ami 2-3-szor lassabb fejlődési sebességet jelent.

Logikusan ez a különbség azt eredményezte, hogy az elmúlt években hihetetlen mennyiségű elektronikus kütyü épült bele az autókba. A közelmúltban megindult az önvezető autók fejlesztése, lassan értelmét veszti a saját tulajdonú autó birtoklása a közlekedésben. Ezek már a közeli jövő realitásaiként jelennek meg, nem tűnik futurizmusnak ezen technológiai rendszerek felemlegetése. Mindeközben az autó motorja és így a kiszolgáló töltőállomás-hálózati logisztika technológiai lényegét tekintve 100 éve nem változott. Így tehát egy „fejlettebb technológia” megvalósítása a meghajtás elvében is időszerűvé vált, legalábbis az elektromos meghajtás szerelmesei szerint. De valóban új és fejlettebb ez a technológia?

A motor esztétikai képnél és rendszermegbízhatósági és alkalmazás-túlburjánzási dilemmáknál azonban nagyobb súllyal bíró probléma a fenntarthatósági antagonizmus. Erről részletesen számolok be később.

Meglepő, de az elektromotor, az elektromosság közlekedési és logisztikai alkalmazások alapjai jóval megelőzték a gépészettudományok mai robbanómotoros fejlesztéseit. De akkor miért lettek az autók és nehézgépek belső égésű motorral szinte egyeduralkodók évtizedeken keresztül? A válasz az energiahordozó logisztikájában, valamint a térfogategységben tárolt energia nagyságában keresendő.

A robbanómotoros szekerek megjelenésekor – valamikor a XX. század elején – még az elektromos energia használata nem volt általános, csupán világításra használták. Ugyanakkor a korábban világításra használt petróleum logisztikailag minden településen könnyen elérhető anyagként megvásárolható volt. A petroleumnak „jó volt a píárja”.

Ezen felül az elektromos energia tárolására használt akkumulátorok mind a mai napig térfogatsűrűségben többszörösen alulmúlják az azonos térfogatú hagyományos fosszilis üzemanyagokból kinyerhető mechanikai hajtóenergia mennyiségét. Súlyban is szintén a hagyományos üzemanyagok állnak nyerésre az elektromos energiával szemben. A kellően nagy kapacitású akkumulátorok túl nehezek és emiatt az autó hatótávolság – ésszerű konstrukció – ár koordináták mentén örlődnek a konstruktőrök.

Ezen az adott szituáción csak a tárolás kapacitásának és/vagy az energiahozzáférés gyakoriságának növelésével lehet javítani. Senki nem szeretne lassabban illetve kevésbé kényelmesen utazni, mint ahogyan azt ma teszi. A villamos felsővezeték illetve a metro rendszerű alsóvezetékes sín rendszerek jól megoldják ezeket az elektromos energiahozzáférési problémákat. Hátránya az, hogy ezzel a járművek kötött pályán kényszerülnek haladni. Vannak ilyen kísérletek kamionok kötöttpályás elektromos vezetékrendszerek kiépítésére, amely rendszerrel komoly eredmények érhetők el. Indukciós táplálású és akkumulátoros rendszerek kombinációjával a kamionos fuvarozás kérdéskör hamarosan már teljes egészében megoldottá válik. Megemlíthető sok más fejlesztés mellett a töltőállomáson illetve elosztott felületen az autóút alatt hosszabb szakaszokon elhelyezett indukciós töltőrendszerek fejlesztése is.

Jelenleg az igazán komfortos autók még mindig hibrid rendszerekkel üzemelnek. Őrületes K+F verseny alakult ki az akkumulátor technológiák fejlesztésében. Ami várható, hogy mind kapacitásában, mind élettartamában, mind árában kereskedelmi megoldásokkal 3-5 éven belül totális áttörés fog lezajlani az elektromos autózás terén. Ami igazán érdekes lesz, hogy amennyiben ez a mennyiségi és árkorlát megszűnik, az autók elektromos verziói igazán közel-karbantartásmentes és nagyon olcsó közlekedési eszközökké válnak, amelyek hangvezérléssel, automatikusan visznek bennünket az úticélunkhoz. Ez a nagyon közeli jövő, amely már nem sci-fi, és ez a változás hihetetlen gyorsasággal fog ránktörni és győzni. Mai tudatunkkal a 2030-ban megvalósuló 100%-ban elektromos alapú közlekedés futurizmusnak tűnik, pedig ez valóban így fog megtörténni. Kérem olvasóinkat, erre emlékezzenek hogy ezt itt olvasták.

Mindent tekintetbe véve racionálisan és gazdasági megtérülés ésszerűség alapon a fentiek még mindig nem indokolják meg, miért is kellene nekünk elektromos autózást és minden ipari-gépi mozgatást elektromos irányba terelni. A jelenlegi információk szerint a kőolaj és földgáz többszáz évre is elegendő volna.

A válaszokat a környezetvédelem és fenntarthatóság területeken szükséges keresni.

A világ jelenlegi legfontosabb baja, hogy az Ember „parazitaként” él a megélhetését biztostó „anyaállat” (Gaia –> Földanya) testében, a Földön. Ebben az élősködésben erősen túllőtte az anyaállat még egészséges továbbélését lehetővé tevő „élősködési szintet”. Emiatt az anyagállat betegségek tucatjainak előjeleit mutatja, már beteges, de szerencsére nem látszik rajta a „nagy lerobbanás”. Sajnos, ha az látszana, akkor már aligha volna esély arra, hogy a minket hordozó egészségét vitaminokkal illetve „antibiotikumokkal” helyreállítsuk. Most még van esély (sajnos, bizonyosság viszont nincs) egy átfogó -> fenntarthatósági programmal megfelelő szintre hozni a megrendült egészséget.

Ennek a kúrának (kultúrának) egy fontos eleme az elektromobilitás. Azonban a közlekedés környezettudatossá tételén túlmenően fontos megérteni és magunkévá tenni azt a globális bioszféra szemléletet, amely biztosíthatná a Föld megújulását és eltartóképességének fennmaradását. A feladat, amellyel elektromobilitás ügyekben – mintegy pilot projektként –  szembetalálkozunk, irdatlanul nagy és a kapcsolódó feladatok évtizedekre meghatározzák az Emberiség tevékenységét a jövő fennmaradása érdekében.

Egy igazán jól működő bioszférában az ember tevékenysége, társadalma és gazdasága egy egységet képez a természeti környezettel, az ember nem tekinti magát magasabbrendűnek a természetnél. A Jövő Embere tiszteli a biodiverzitást és a biológiai illetve természettudományi törvényeket. Ennek az univerzális ökotársadalmi rendszernek egy új világrend és társadalom felépítése az alapja, amely rend segíti, szintetizálja azokat a társadalmi és technológiai innovációkat, amelyek által előállhat egy valódi fenntartható társadalom és környezeti szimbiózis. Ennek kifejtése sajnos meghaladja mostani kereteinket. Mi most az e-motion propagálásával elkezdjük, pilot projektként sikerre visszük az egyik jelentős szennyezőanyag-kibocsájtást okozó közlekedés-logisztika teremtésfenntartó transzformációját.

Érdekes megvizsgálni az elektromos energia logisztikáját. Akkor lehet kibocsájtás-csökkenést elérni az elektromos autózás alkalmazásával, ha maga az elektromos energia előállítása is környezetsemleges módon történik. Ezért a mozgatás-technológia áttörésének, az e-mobilitásnak szerves részévé kell válnia az energiatermelés teljes átalakítása is néhány éven, vagy maximum 2 évtizeden belül. Amennyiben ez az átalakítás nem történik meg, úgy az elektromos autózás és közlekedés bevezetésével remélt kibocsátás csökkenése egyáltalán nem valósul meg, csupán „helyrajzilag” más koordinátákra tolódik.

Ez a néhány éves, évtizedes becsült energiarendszer átalakítási időpont-előrejelzés többnyire mindenkit megdöbbent, különösen az energia rendszerekben dolgozó szakemberek nem hiszik el, hogy ez valóban ilyen hirtelen és dinamikusan meg fog történni. De ez a változás közeledik, és szuperexpressz sebességgel fog ránktalálni egy évtizeden belül. A környezeti fenntarthatóság indokai miatt kétséget kizáróan nincs alternatívája a leírt rendszerátalakítási folyamatoknak. Nincs mód további évtizedes halogatásokra sem, csupán abban van némi mozgástér, hogy vagy hamarabb, vagy kellően jó előkészüléssel és tervezéssel kicsit később, de gyorsabban tesszük meg a szükséges lépéseket.

Elektromos autó

A 80-as években a freon alapú gázok kibocsátását az Emberiség egységesen betiltotta. kormányok és rendszertől független politikai erők egységesen léptek fel és valósították meg az adminisztratív intézkedéseket. A freon betiltása egyértelműen sikertörténet a környezet fennmaradása szempontjából. Ennek az akciónak eredményeként mára az UV sugarak ellen védő ózonpajzs részlegesen helyreállt és a közvetlen veszély elhárult.

A mai helyzet a károsanyag kibocsájtásokkal kapcsolatosan hasonló, hatásait tekintve azonban drasztikusabbak és volumenében is nagyságrendekkel pusztítóbbak a következmények. Csupán a veszély megítélése nem azonos. Mivel sokan a tényeket is tagadják, ezért vitára és hosszabb ideig tartó konszenzusra lehet számítani a környezeti kockázatok tekintetében. Mindenkinek figyelmébe ajánlom a „megfőtt béka” vagy „Andreas Lubitz utoldó repülése” esettanulmányokat közelmúltban megjelent könyvemben[1].

A korábban említett pilot projekt meghatározáson némileg túlmutató módon az elektromobilitás és az energiarendszer átalakítása csak-és-kizárólag egységben és szinergiában képzelhető el. Fontos hangsúlyozni az elektromos energiarendszer és az elektromos autózásban rendelkezésre álló, fizikailag megtalálható akkumulátor kapacitás együttműködésében rejlő lehetőségeket. Maga az elektromos autózás az egyes országok és gazdaságaik energiafogyasztását átirányítják a kőolaj- és földgázvezetékekről az elektromos energiaátvivő és -elosztó rendszerek vezetékeire.

Matematikailag egzakt analízis és bizonyítás nélkül is nyilvánvaló, hogy a jelenlegi rendszerek képtelenek – az autók mozgatásához szükséges energiatöbblet igénnyel együtt – a fogyasztókat ellátni. Így a hálózat és természetesen az energiatermelés fejlesztése elkerülhetetlen feltétele az elektromos autózás megvalósulásának. Ezt eleddig egyetlen országban sem vették figyelembe a rendszerek üzemeltetői. Így sajnos, azok az elektromos autózásban előrehaladt, magas fejlettségű országok – ahol már ma is jelentős e-autó flotta működik – nem tervezetten, a közlekedő elektromos mozgatású eszközök számának növekedésével nem párhuzamosan fejlesztették a villamos energiatermelő és -ellátó rendszereiket. Az ad-hoc fejlesztések, tűzoltások és „patkolások” a szituáció kezelés minőségét talán

jobban leírják. Az elektromos autózás és az elektromos energiatermelés és -elosztás kéz-a-kézben járnak. Nincs köztes út és „megúszható” beruházás, ezt a szakembereknek és döntéshozóknak mind az energiatermelés, mind az energiarendszer egészének működtetése oldalán jól kell értelmezie. Egy megoldás van, közös társadalmi összefogás és államilag irányított rendszerfejlesztés, a közjó maximális fókuszban tartása mellett. Már több korábbi publikációmban jeleztem, hogy kívánatos volna egy állami „agytröszt” csúcsszervezet felállítása a fenntarthatósági ügyek rendszerben történő kezelése és irányítása érdekében, illetve a működő civil szakmai szervezetek véleményének, javaslatainak és projekteredményeinek beépítése a szakmai anyagokba szintén kívánatos. Mindemellett egy Energiastratégia, egy Vízstratégia és egy Megújuló energiastratégia, Klímastratégia és minden kapcsolódó dokumentum évenkénti felülvizsgálata és szükség szerinti egységes szerkezetű időszaki módosítása is helyénvaló, természetes jellemzője egy stratégiai dokumentumnak.

Ugyanakkor gyakorlati tennivalók vonatkozásában is érdemes átfogó szemlélettel eljárni, ha például fejleszteni kell az energiarendszert, érdemes szembenézni a fejlesztés jövőbiztos megvalósítási követelményével is. Mi a jövőbiztosság kritérium rendszere? Egyebek mellett:

  • Legyen szennyezés és CO2 mentes a termelés, mivel nem tudjuk, hogy a sok széndioxid jó-e nekünk, vagy sem. Tehát az óvatosság indokolt.
  • A beépített kapacitást az elektromobilitás térnyerésével és annak energiaigényével összhangban meg kell növelni.
  • A hálózati energiaátviteli utak kapacitását egyfelől meg kell növelni, illetve alternatív utakkal – megfelelő gráfelméleti háttérrel – redundánssá és így nagyobb kapacitásúvá szükséges bővíteni.
  • A hosszú átviteli utakat célszerű az „elosztott paraméterű” energiatermelés alkalmazásával drasztikusan lecsökkenteni. Ott kell termelni az energiát, ahol az igény van. Ezt a logisztikai alapelvet az energia rendszerekben is kell és lehet alkalmazni.
  • A fentiekben tárgyalt „elosztott paraméterű” termelés és átviteli redundancia egyben komoly energiabiztonságot is „okoznak” automatikusan. Hasonlóan egy jó céges ISO rendszer bevezetése után a tettenérhető megtakarításokat, hatékonyság növekedést automatikusan hozza a rendszer eredményként.
  • Meg kell oldani a „prosumer” típusú együttműködő rendszertagok összekapcsolását és rendszerintegrációját. El kell felejteni azt a hagyományos szemléletet, hogy az energiatermelést csak „nagy gyárakban” lehet megvalósítani; Vannak fogyasztók, milliós nagyságrendben, akik képesek önmaguk és környezetük energiáját házilag megtermelni (PROSUMER = PROducer+conSUMER; angol szavak összetételéből képzett új szó.). Ezen megoldások EU politika szinten támogatott megoldások.
  • Be szükséges építeni az elektromos ellátórendszerbe egy átfogó intelligenciát, amely képes hibajavításra, ellátja a rendszerirányítói feladatokat.
  • Közjó érdekek mentén képes felügyelni a teljes elektromos energiarendszer működését. Hiszen gazdagnak és szegénynek ugyanaz a villanya van (vagy nincs).

 

A fenti energiarendszerről a DMGK LII. évfolyam 1. számban Közép-Dunamenti SmartGrid (integrált beruházási programtervezet) címmel publikált cikkben részletesen beszámoltam, melynek aktualitását az elmúlt 3 év sem szűkítette, hanem masszívan erősítette. A különbség annyiban jelentős, hogy idő közben kiderült, hogy „hetente” melegebb a bolygónk és van egy COP21 megállapodásunk „jogerőre emelten”. A projekt megvalósítása hazánkban azért is előnyös, mert minden trendet és fejlesztési irányt, amely jelenleg elfogadott programként megjelenik, összhangban van. Továbbá ami egy versenyelőny hazánkban, hogy ennyire egységes tulajdoni szerkezetű energiarendszere nagyon kevés helyen – és többnyire nem a fejlettebb országokban – van a világon.

Mivel a helyzet „forrósodik”, egyre jobban nyilvánvaló lesz nemcsak e sorok írójának, hanem reményeim szerint mindenki számára, hogy a „megúszás” egyetlen módja a kemény munka és az elköteleződés jövőbiztos technológiai és társadalmi innovációk megvalósítására. Mint amilyen az elektromobilitás, a közösségi és helyi logisztikai ellátórendszerek („prosumer”) vagy a SmartGrid technológia._

 

SHARE

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here