Batteri eller direktmatning

Av det vi hittills läst framgår att eldrift är fördelaktigt redan nu och kommer att bli mer fördelaktigt i framtiden.

Nästa fråga är då hur eldrift skall gå till rent tekniskt.

Rent principiellt finns det två metoder, batteridrift och matning under färd. Båda dessa metoder är mer än hundra år gamla. Batteribilar var av mycket stort intresse redan i slutet av 1800- talet och trådbussar användes och ändvänds i många städer. Tåg och tunnelbana är till stor del elektrifierad. Så frågan är varför detta ej slagit igenom fullt ut. Svaret är att drivmedlen var mycket billiga och bensinmotorn och dieselmotorn utvecklades kontinuerligt och är nu ytterst effektiva. Batteriutvecklingen gick inte lika snabbt. Den stod nästan stilla under många decennier men nu sker en snabb utveckling som inger stora förhoppningar.

Trådbussarna i sin tur utvecklades inte mycket och det ansågs hindrande med trådar i luften i städerna varför de flesta linjer lades ner.

Hur skall då framtiden se ut? Om det av kostnadsskäl och faran med mer koldioxidutsläpp blir mindre intressant med bränsledrivna bilar kan elfordon på nytt bli intressanta. Här knyts mycket intresse till batteribilar. Tyvärr har batterier två stora problem, energitäthet och laddningstid.

Energitäthet

Även de allra bästa batterierna kan lagra 0.36 till 0.9 MJ/kg jämfört med diesel som har energiinnehållet 41 MJ/kg. Nu är skillnaden mindre om verkningsgraderna beaktas.

Litium jon batterier har 0.9 MJ*85%/(41 MJ*40%)*100 = 4.7 % av energiinnehållet i diesel. Det betyder att man måste ha ungefär tjugo gånger mer batteri än dieselbränsle för att åka samma sträcka mellan laddning/tankning. I själva verket skulle batterierna bli så stora att fordonsvikten ökade och ytterligare mer batterier skulle behövas.

Laddningstid

Nästa problem är laddningstid. Här görs mycket utveckling, men utmaningarna är oerhörda. Om en bil tankar 60 liter på två minuter skulle en laddning av en batteridriven bil kräva en effekt på 60 liter * 33 MJ / 120 sekunder *40 % verkningsgrad/ 85 % verkningsgrad = 7.8 MW

Om man tänker sig en bensinstation med tio pumpar skulle det krävas cirka 80 MW vilket är vad en mindre stad förbrukar. Det är fullt möjligt, men problemet ligger nog snarare i att klara tekniken att ladda batterierna så snabbt utan att de överhettas eller degraderas.

Lösning

För att lösa de ovan angivna problemen med elfordon föreslås en kombination av batterier och matning under färd. Nedanstående bild visar hur det kan gå till.

 

Figuren visar schematiserat ett vägnät med små och stora vägar. På de små vägarna som utgör huvuddelen av vägnätet kör fordonen på batterier medan man på de stora hög trafikerade vägarna har kontinuerlig matning av batterierna.

Sverige har ungefär 20 000 km Europavägar och länsvägar. Lägger man ut det som ett rutnät över hela Sverige blir rutstorleken ungefär 45 km. Dock är rutstorleken i Södra Sverige betydligt tätare och glesare i Norra Sverige. Batteribilarna skulle alltså bara behöva dimensioneras för att köra inom en ruta som utgörs av vägar med elektrisk matning. Det innebär att en räckvidd på 50 km skulle kunna vara tillräcklig, men om man har 100 km skulle det ge goda marginaler för att aldrig få urladdade batterier. Inom rutorna kan man också ladda från fasta laddare t.ex. i en sommarstuga är elbilen kan laddas över natten. Det gör att elbilarna kan fungera mycket bra eftersom inga längre sträckor behöver köras innan man kommer ut på en större väg där bilen laddas under drift.

För riktiga långfärder blir eldrift bättre än dagens system med bränsledrivna bilar. Det skulle gå att köra från Nordkap i norra Norge till Malaga i södra Spanien utan att stanna för bränslepåfyllning om systemet infördes i Europa.

Optimal storlek på rutnätet

Den optimala storleken på rutnätet beror på kostnaden att elektrifiera vägen jämfört med vad batterier kostar. Ju dyrare batterierna är och ju billigare väg- elektrifieringen är ju mindre rutor. Nedanstående bild visar ett antal kombinationer av elektrifiering och batterier. Det antas att batterierna kostar 350 USD/kWh vilket ännu ej är fallet, men är ett mål som anges vara uppnått inom tio år. Kostnaden för väg elektrifiering anges till fyra miljoner kronor per km vilket också är en bedömd kostnad för konduktiv matning av fordonen.

 

Som synes av bilden ger ovan angivna kostnadskombination en lägsta totalkostnad om 20 000 km väg elektrifieras.

 

Comments are closed.