Считаем энергию для электрокаров в мировом масштабе. Упражнение по арифметике

В качестве предисловия.

В последнее время всё чаще и чаще на разных ресурсах и форумах стали попадаться статьи про электрокары типа Теслы. Статьи идут в основном восторженного свойства: машины соответствуют самым жестким экологическим требованиям, и относительно простые по конструкции, и при массовом производстве аккумуляторов будут стоить не дорого, и вообще... А на политизированных ресурсах к восторгам добавляются язвы от отдельных товарищей в сторону России, типа ватная рашка «всё – сливай вода», ещё чуть-чуть и весь мир пересядет с бензиновых машин на электрические, тогда правильные пацаны перестанут покупать у мордора нефтю и вот тогда рашке окончательно придёт карачун.

*) Пока пилил статью, некто Почтальон Печкин (которому недавно присудили пожизненный цык с гвоздями вечный бан) разместил подобного типа пост. Многие помнят сей "прекрасный" пост, а кто не читал, то вот полюбопытствуйте: Причиной следующего обвала рынка нефти станут электромобили.

*) Или вот ещё из прекрасного. В Париже на всемирной конференции по климату COP21 Великобритания, Германия, Нидерланды и Норвегия, а также несколько американских штатов после 2050 года готовы «запретить использование и продажи автомобилей на горючем топливе». Пост с этой информацией разместил gangapsh в статье: В 2050 году многие страны хотят прекратить продажи бензиновых и дизельных автомобилей.

Если есть возможность ответить, то я всегда делаю замечание и начинается короткий диалог типа:

- Ну, хорошо. Предположим, что многое из того, что написано про чудо-машины, так. А вот, где та волшебная розетка, через которую будут заправляться все чудо-машинки?

Мне отвечают:

- Ты чё, дурак? Да ты ваще знаешь, что Маск в Омериге заправляет свои автокары елестричеством бесплатно? Маск сейчас вкладывается в солнечные электростанции и ему по-барабану, елестричество всё равно дармовое.

Я спрашиваю дальше:

- И что, когда все пересядут на такие авто, он и дальше будет всех заправлять задарма?

И далее я спрашиваю:

- А Вы хоть знаете, сколько потребуется электричества для всей тучи миллионов машин?

Мне отвечают:

- Да, сколько бы ни было, всё электричество даст Солнце. А, кстати, сколько нужно энергии?

   И вот далее точный ответ я дать не могу, потому что такие цифры мне нигде на глаза не попадались. Точнее, периодически попадается инфа, что для указанных целей необходимо примерно столько же электроэнергии, сколько её вырабатывается сейчас, но расчетов нет.

  И вот я от нечего делать, академического интереса ради, задался целью сделать прикидочный расчет, сколько же нужно вырабатывать электрической энергии для электрокаров, представив гипотетический вариант, что весь наличествующий на сегодня автотранспорт в мире будет оснащён не углеводородным ДВС, а электрическим двиглом, т.е. типа авто Теслы.

*) Да, я знаю пост камрада tiriet о том, что на планете Земля нет достаточного количества ни лития, ни кобальта (статья: Размечтались: Причиной следующего обвала рынка нефти станут электромобили?) для производства столь значительного количества аккумуляторов. Но представим себе, что будут найдены другие материалы для производства аккумуляторов.

С учётом того, что АШ «повёрнут» на энергетике, здесь на АШ есть очень много спецов, которые и поправят меня, где это нужно, и сделают дополнения. После обсуждения статьи и её возможной доработки, я  смогу при ответе на последний вопрос диалога, приведенного выше, тупо давать ссылку на статью.

Итак, прокатимся поехали.

1. Начнём с определения количества автотранспорта в мире на сегодня.

Число автомобилей, зарегистрированных в масштабах всего мира, перевалило за миллиард еще в 2010 году. Об этом стало известно благодаря исследованию, проведенному компанией Wards Auto. 

Вот, на всякий случай, ещё инфа по количеству автотранспорта в разрезе по странам, первая двадцатка:

Для прикидочного расчёта возьму число  10⁹ штук автомашин, хотя с 2010 года число машин явно выросло и на сегодня цифры чуть больше.

Но. Было бы не плохо ещё разделить машины по типам, хотя бы на легковые и грузовые, потому что для передвижения большегруза требуется по естественным физическим причинам больше энергии, чем для передвижения легкового авто. По данным федерального портала protown.ru, что для 1995 года, что для 2006 года соотношение легковых, грузовых и автобусов одно и то же: 89% легковых, 10% грузовых и 1% автобусов.

Итого по пункту 1. Для расчетов примем число легковых машин равным 9*10⁸ штук, число грузовых машин (к ним приравняем автобусы) примем равным 10⁸ штук.

     2. Технические характеристики электрокаров.

Такие технические характеристики, как крутящие моменты на колесах, мощность движка, время зарядки батарей, время разгона до 100 км/ч и прочие распальцовки  приводятся на рекламных страницах в изобилии, но они в данном случае не интересны. Для решения задачи меня интересует километраж выбега авто за 1 заправку на количество затраченной энергии. Я выбрал значение 420 км пробега на 85 кВт*ч затраченной энергии. Взято для модели Tesla Model S. Вроде как это значение среднее.

*) Пока писалась статья из Сингапура поступила забавная новость: Владелец Tesla Model S оштрафован властями Сингапура за превышение нормы по выбросам СО2. Власти Сингапура считают, что показатель затрат энергии для Tesla Model S составляет 444 Вт*ч/км, что отличается от официальной цифры компании Маска примерно в 2 раза в сторону увеличения. Так что …

Честно говоря, не знаю как определить нужное значение пробег/энергия для грузовых электромобилей. Все существующие в настоящее время грузовые электромобили это грузовички городского типа. Грузовиков для перевозки от 20 до 50 тн с условным названием электротягач для фуры сейчас не существует. Правда существуют движки мощностью 700 л.с., например, для авто модели  Tesla Model S P85D, которые теоретически могли бы быть использованы для такого типа машин.

Поэтому, для упрощения задачи придётся принять бездоказательное допущение, что километраж выбега больших электрогрузовиков в 3 раза меньше, чем у легковых машин. Исходил я из соотношений мощностей нынешних ДВС, стоящих на нынешних тягачах и легковых авто (что скорее всего не совсем правильно). Т.е. я принял значение 140 км пробега за 1 заправку на 85 кВт*ч затраченной энергии. Это спорная цифра и я был бы признателен, если кто-то сможет доказательно её скорректировать.

     3. Теперь определимся с числом заправок аккумуляторных батарей за год на 1 авто.

Для того, чтобы определить это число нужно определить средний пробег машин в км за год. Согласно данным аналитического агентства «АВТОСТАТ» средний пробег легкового автомобиля в России составляет 16,7 тыс.км в год.

А вот, например, средний пробег автомобиля за год в США - около 15 тыс. миль, что составляет 15 х 1,609 = 24 тыс.км. А число машин в США – примерно 1/3 от общего числа машин в мире.

Поэтому я принял значение среднего годового пробега легкового автомобиля в 20 тыс.км.

*) Ну, и потом, если Маск заправляет автокары за бесплатно, то чё не кататься то на халяву? )))

Для грузовых машин я принял значение среднего годового пробега в 50 тыс.км, хотя дальнобои накатывают и по 100 тыс.км. Много данных по среднему пробегу машин я нашел здесь.

Собственно число заправок аккумуляторов за год:

- для легковых: 20000км/ 420км/1заправка = 48 заправок;

- для грузовиков: 50000км/ 140км/1заправка = 357 заправок.

     4. Переходим к главному пункту.

Сколько же нужно энергии за год в абсолютных значениях для заправки всей прорвы авто в 10⁹ штук. Когда цифры подготовлены, то всё просто:

- для легковых автокаров:  9*10⁸штук х 48заправок х 85кВт*ч = 3,6*10¹² кВт*ч;

- для грузовиков: 10⁸штук х 357заправок х 85кВт*ч = 3,0*10¹² кВт*ч.

Итого искомая цифра составляет 6,6*10¹² кВт*ч  или  6,6*10⁶ ГВт*ч.

     5. Много это или мало энергии 6,6*10⁶ ГВт*ч в год?

Пожалуй, эту цифру нужно сравнить с цифрой выработки всей электроэнергии в мире за 1 год. Есть данные по производству электроэнергии по странам за 2014 год. Всю таблицу приводить не буду, только скажу, что всего в мире в 2014 году было произведено  23 536 500 ГВт*ч электроэнергии. Цифры, представленные на сайте Global Energy Statistical Yearbook 2015 немного отличаются, но очень близкие.

    Итоговые результаты. Как Вы видите, получившийся результат количества электроэнергии 6,6*10⁶ ГВт*ч, необходимой для всех электрокаров - это примерно 30% от общей выработки электроэнергии в мире в 2014 году.  Лично я ожидал увидеть другие цифры, больше в разы. Возможно, где-то скрывается ошибка или надо обоснованно изменить входящие расчетные данные.

Но можно взглянуть на полученный результат и по-другому. В абсолютных цифрах 6,6*10⁶ ГВт*ч - величина гигантская. Судите сами. Какова должна быть мгновенная мощность генерирующих станций, чтобы получить столько электроэнергии за год?   N = 6,6*10⁶ ГВт*ч / 365 дн / 24 ч = 753 ГВт. Это, на минуточку, соответствует 753 блокам АЭС установочной электрической мощностью по 1000 МВт каждый. И все должны работать на полную катушку со 100% нагрузкой. Для сравнения, в 2014 году во всём мире функционировало  391 энергетических ядерных реакторов общей мощностью 337 ГВт. Т.е. надо построить и запустить ещё примерно в 2 раза больше ядерных реакторов, сколько работает сейчас. И это только для заправки аккумуляторов авто. Не реально. Так шта, от авто с углеводородными ДВС нам никуда не уйти. От них (ДВС) не уйдём во всяком случае до тех самых пор, пока не появятся новые способы генерации электроэнергии на новых физических принципах, значительно удешевляющих процесс генерации. 

    А вот сколько потребуется нагромоздить по всему миру квадратных километров солнечных панелей, чтобы обеспечить выработку электроэнергии мощностью 753 ГВт, мож кто прикинет?  Таксазать, для окончательного разрешения вопроса с энергией для электрокаров.

ПС. Если и когда в мире разразится настоящий кризис, о котором так много пишут на АШ, не только лишь все смогут приобрести суперпуперэлектрокар, мало кто сможет это сделать его приобрести.