كيف تعمل السيارات الكهربائية وما مدى كفاءتها في استهلاك الطاقة؟

السيارات الكهربائية هي عبارة عن سيارات تستخدم محركًا كهربائيًا لتتحرك. يعتمد هذا المحرك على الكهرباء المخزن في بطاريه واحده أو أكثر. وعادة ما تكون هذه البطاريات القابلة لإعادة الشحن بطريقة ما.

يجري الحديث حاليًا حول أهمية زيادة عدد السيارات الكهربائية في العالم بهدف الحد من التلوث البيئي وغازات الاحتباس الحراري التي تطلقها السيارات التي تعتمد على الاحتراق الداخلي.

إن السيارات الكهربائية المتوفرة للبيع في الوقت الحالي تعتبر ذات كفاءة عالية في استهلاك الطاقة وتوفيرها بالمقارنة مع نظيرتها التي تعتمد على الاحتراق الداخلي، لكن السبب في عدم انتشارها يعود إلى محدودية الأماكن التي يمكن فيها إعادة شحن البطاريات، إضافة إلى العمر القصير لهذه البطاريات.

تعمل معظم شركات إنتاج السيارات في العالم على إنتاج موديلات ونماذج سيارات كهربائية بمواصفات مختلفة، وهذا أدى إلى تنافسٍ شرسٍ ساهم في تطور هذا القطاع وزيادة عدد السيارات الكهربائية التي تسير في الشوارع حول العالم، بالإضافة إلى تطور التقنيات وإنتاج أنواع جديدة من البطاريات التي تدوم لفترة أطول ويمكن شحنها بسهولة أكبر.

ما هي البطاريات المستخدمة في السيارات الكهربائية؟

إن البطاريات القابلة لإعادة الشحن هي من أهم أجزاء السيارات الكهربائية، وحاليًا، تستخدم السيارات الكهربائية الموجودة في العالم بطاريات الليثيوم (ليثيوم أيون – بوليمر ليثيوم – ليثيوم الحديد وغيرها). لكن في الماضي، تم صناعة العديد من أنواع البطاريات التي تعتمد على حمض الرصاص.

فيما يلي بعض التقنيات الواعدة والتي يتم تطويرها من قبل شركات السيارات العالمية لإنتاج أنواع جديدة من البطاريات الخاصة بالسيارات الكهربائية:

  • تقوم شركة تويوتا اليابانية منذ عام 2011 بتطوير نوعٍ جديدٍ من البطاريات من نوع ليثيوم أيون يمكن شحنها خلال 7 دقائق فقط.
  • يعمل باحثون في جامعة نانيانغ للتكنولوجيا في سنغافورة على إنتاج بطاريات تعتمد على ثاني أوكسيد التيتانيوم، وفي عام 2014، قدموا أول بطارية من هذا النوع والتي يمكن شحنها بنسبة 70 بالمئة خلال دقيقتين فقط.
  • تمكنت شركة “ستور دوت” الإسرائيلية في عام 2017 من إنتاج بطارية جديدة يمكن شحنها بالكامل خلال 5 دقائق فقط، ثم استخدامها في السيارات الكهربائية لقطع مسافة تصل إلى حوالي 480 كيلومترًا، كما يمكن استخدامها لتشغيل السيارات الكهربائية كبيرة الحجم. لكن النموذج الأولي لهذا النوع من البطاريات واجهة مشكلات عديدة أهمها أنها تحتاج إلى إعادة الشحن بعد قطع 100 كيلومتر.

نظر لأن البطاريات تعتبر أغلى أجزاء السيارة الكهربائية، كانت هذه السيارات في الماضي باهظة الثمن، لكن مع التنافس الشديد من قبل الشركات على تطوير بطاريات ذات كفاءة عالية وانخفاض أسعارها، انخفضت أسعار السيارات الكهربائية حتى أن بعضها الآن يباع بأسعار أقل من سيارات الاحتراق الداخلي.

شحن السيارات الكهربائية

جميع السيارات الكهربائية تتطلب إعادة شحن بطارياتها بشكل دوري، وفي معظم الحالات، يتم شحن هذه البطاريات باستخدام التيار الكهربائي. يأتي هذا التيار الكهربائي من محطات توليد الكهرباء التي تعتمد على موارد مختلفة كمصدر للطاقة، فبعضها يستخدم الطاقة غير المتجددة والملوثة للبيئة مثل الفحم أو الغاز أو الديزل. فيما تستخدم محطات أخرى طاقة متجددة وغير ضارة بالبيئة، مثل محطات الطاقة الكهرومائية من السدود أو المحطات التي تعتمد على طاقة الرياح، وفي بعض البلدان يتم الاعتماد على الطاقة النووية كمصدر رئيسي للتيار الكهربائي كما هو الحال في فرنسا.

يمكن شحن بطاريات السيارات الكهربائية الشهيرة مثل Nissan Leaf و Tesla Model S و Renault Zoe و BMW i3 بنسبة 80 بالمئة خلال 30 دقيقة تقريبًا.

السيارات الكهربائية التي تنتجها شركة تسلا مثل Tesla Model S و Tesla Model X يمكن أن تسير مسافة 290 كيلومترًا بعد شحن البطاريات لمدة 30 دقيقة.

بالإضافة إلى ذلك، تم تطوير بعض الأنواع من البطاريات التي يمكن شحنها في المنزل عند الحاجة باستخدام مقبس التيار الكهربائي العادي. على سبيل المثال، يمكن شحن بطارية سيارة Nissan Leaf في المنزل بشكل كامل خلال ثماني ساعات.

على الرغم من أن عمليه الشحن البطاريات تتطلب بعض الوقت، إلا أن ذلك لا يشكل مشكلة حقيقية، وذلك لأن جميع السيارات سيكون لها الوقت الكافي أثناء وقوفها في موقف السيارات حيث يمكن شحنها في هذا الوقت.

اليوم، هناك ثلاثة معايير تستخدم لشحن البطاريات في السيارات الكهربائية. ففي حال كان التيار الكهربائي متناوبًا، يستخدم مقبس Type 2 بشكلٍ رئيسي، لكن إذا كان التيار الكهربائي متواصلًا، فيستخدم نوعان من المقابس وهي CCS Combo 2 و CHAdeMO.

في الدول الأوروبية، جميع محطات الشحن السريع تدعم المعايير الرئيسية الثلاثة هذه. لكن محطات الشحن التي تستخدم التيار المتناوب تدعم فقط مقبس الشحن من نوع Type 2.

استبدال البطارية

يعتبر استبدال البطاريات الفارغة بأخرى مشحونة أحد الخيارات المتاحة دون الحاجة للانتظار في محطات الشحن حتى يتم شحن البطارية الفارغة. حيث توجد في بعض أنواع السيارات الكهربائية بطارية إضافية يمكن استخدامها عند الحاجة، يكون وزن هذه البطارية حوالي 20 – 40 كيلوغرامًا، ويتم وضعها أسفل مقعد الركاب أو بين العجلات أو تحت صندوق السيارة.

هناك عدة طرق يمكن استخدامها لاستبدال البطاريات. حيث يمكن الاستعانة بأشخاص متخصصين يعملون في محطات الوقود، أو استخدام أنظمة إلكترونية لا تطلب سوى عدة ثوانٍ للقيام بذلك. لكن بشكلٍ عام، تعتبر عملية استبدال البطارية مكلفة جدًا إذا تمت مقارنتها بعملية إعادة الشحن.

إحدى أشهر السيارات الكهربائية التي تتضمن ميزات استبدال البطاريات هي سيارة Tesla Model S. كما أن شركه تسلا أعلنت في عام 2013 أنها ستقوم بتطوير نوع جديد من محطات إعادة الشحن التي تتميز بالقدرة على استبدال البطاريات خلال فترة لا تتعدى 90 ثانية فقط، أي ما يعادل نصف المدة التي تستغرقها عملية تعبئة الوقود في سيارات الاحتراق الداخلي.

أسعار السيارات الكهربائية وتكلفة تشغيلها

سيارة تسلا موديل 3 الكهربائية

غالبًا ما يعتمد سعر السيارة الكهربائية على تكلفة البطاريات وأنواعها وقدراتها. بالإضافة إلى عمر البطارية الكلي والوقت الذي تستغرقه لإعادة شحنها بالكامل.

إن سعر البطاريات يختلف بحسب التقنيات المستخدمة في صناعتها والمواصفات التي تقدمها، فهمتك أنواع من البطاريات لا يتعدى سعرها عدة آلاف من الدولارات، في حين يصل أسعار البطاريات عالية الكفاءة إلى حوالي 50 بالمئة من سعر السيارة الكهربائية، وهذا هو السبب الرئيسي الذي يجعل أسعار السيارة الكهربائية مرتفعًا بالمقارنة مع السيارة التي تعتمد على الوقود الأحفوري، لكن وبحسب الخبراء والمحللين الاقتصاديين، ستنخفض أسعار البطاريات بشكلٍ كبير خلال الأعوام القادمة نتيجة التطور في البحوث التي تقوم بها الشركات المختلفة والمنافسة فيما بينها. بالإضافة إلى ذلك، تعتبر البطاريات من الأجهزة القابلة لإعادة التدوير، وهذا يقلل من تكاليف استبدالها، كما أن السيارة الكهربائية ولأنها لا تعتمد على محرك يحرق الوقود السائل، تكون أسهل وأقل تكلفة في الصيانة.

جانب آخر يجب ذكره عند الحديث عن السيارات الكهربائية وهو تكلفة التشغيل، فالسيارات الكهربائية تكلف حوالي 5 سنتات فقط في كل كيلومتر تقطعه. وهذا أقل من تكلفة تشغيل السيارات التي تعتمد على البنزين والتي تقدر بالضعف تقريبًا. ولا ننسى إضافة تكاليف ضريبة استخدام البنزين في بعض الدول، ففي إيطاليا على سبيل المثال، تفرض الدولة ضريبة على أسعار البنزين ما يجعل تكلفة تشغيل سيارات البنزين أغلى بـ 3 – 4 مرات من تكلفة تشغيل سيارات الكهرباء.

قامت العديد من الدول بمنح إعفاءات ضريبية ومساعدات وقروض للمواطنين بهدف حثهم على شراء السيارات الكهربائية. وقد أدى هذا إلى انتشارها على نطاق واسع في تلك الدول كما هو الحال في النرويج.

في عام 2017، قامت وكالة بلومبرج الأمريكية بإجراء بحث حول مستقبل السيارات الكهربائية وتكاليف استخدامها، وتبين أنه مع التطور المستمر، ستنخفض تكاليف استخدام هذا النوع من السيارات بشكلٍ تدريجي خلال الأعوام القادمة وسوف تصبح أرخص من السيارات التي تعتمد على الاحتراق الداخلي بحلول عام 2030.

في بعض المدن حول العالم، تم منح امتيازات للسيارات الكهربائية مثل السماح لها بالوقوف في مواقف السيارات مجانا أو توفير محطات شحن مجانية أو رخيصة أو حتى السير في الخطوط المخصصة لسير الحافلات أو سيارات الأجرة.

الأثر البيئي الشامل

عند الحديث عن الجانب البيئي، تبين أن إنتاج الكهرباء ونقله وتخزينه وشحن البطاريات وفقدان الطاقة نتيجة التفريغ الكهربائي ومعدل استهلاك الطاقة في السيارات الكهربائية أفضل بكثير من الوقود المستخدم في سيارات الاحتراق الداخلي.

إذا كان التيار الكهربائي يتم إنتاجه بالاعتماد على مصادر طاقة متجددة يكون الأثر البيئي الإيجابي للسيارات الكهربائية كبيرًا للغاية.

بشكلٍ عام، يساهم استخدام السيارات الكهربائية في النقل داخل المدن أو السفر في تقليل انبعاثات الغازات المسببة لتلوث البيئة.

الميزة الأساسية التي تتمتع بها السيارات الكهربائية عند مقارنتها مع غيرها من السيارات هي أنها ذات كفاءة عالية في استهلاك الوقود خاصة عندما تكون في الأماكن المزدحمة أو تتوقف لفترة طويلة أو تسير بسرعة منخفضة جدًا، فعلى سبيل المثال يكون الازدحام في المدن الكبرى سببًا في خسارة الكثير من الوقود والطاقة، وسيارات الاحتراق الداخلي تستمر في حرق الوقود حتى عندما تسير بسرعة منخفضة. في حين تكون السيارة الكهربائية قادرة على خفض استهلاك الطاقة حسب سرعة السيارة ما يجعلها مفيدة للغاية في التوفير عند السير في المدن.

انتشار للسيارات الكهربائية

أكثر دولة في العالم التي يستخدم سكانها السيارات الكهربائية هي النرويج بنسبة 23 بالمئة، ثم هولندا بنسبة 10 بالمئة، ثم السويد والدنمارك وفرنسا والصين وبريطانيا.

يكمن النجاح الذي حققته النرويج في الحوافز الاقتصادية التي قدمتها الدولة للسكان من أجل شراء السيارات الكهربائية، حيث يستطيع المواطن في النرويج على الحصول على قروض وإعفاءات ضريبية متنوعة لشراء هذا النوع من السيارات بسهولة، بالإضافة إلى الضريبة العالية التي تم فرضها على السيارات التي تستخدم البنزين.

هناك عامل هام للغاية يؤثر على انتشار هذا النوع من السيارات في العالم وهو محطات الشحن في المدن وعلى الطرقات السريعة. فحتى الآن، لا تتوفر محطات شحن سيارات الكهرباء في عدد كبير من الدول. مما يجبر السكان على الاستمرار في استخدام سيارات البنزين.

يستخدم الخبراء مصطلح خاص لتقييم مدى انتشار محطات الشحن السريع. وهو يعرف بـ “مؤشر نقاط الشحن السريع”، والذي يتم فيه تحديد متوسط عدد نقاط الشحن السريع في كل 100 كيلومتر من الطرقات. ففي الاتحاد الأوروبي على سبيل المثال، يكون مؤشر نقاط الشحن السريع 32 نقطة في كل 100 كيلومتر.

ما هو مستقبل سوق السيارات الكهربائية؟

يزداد عدد السيارات الكهربائية التي يتم إنتاجها وبيعها في العالم بشكلٍ متسارع كل عام، ومنذ عدة سنوات فقط، كانت السيارات الكهربائية مجرد تقنية يتم الحديث عنها في وسائل الإعلام، لكنها أصبحت اليوم متوفرة في العديد من دول العالم وتستخدم على نطاقٍ واسع. والآن، معظم شركات صناعة السيارات أطلقت أو تعمل على إطلاق نماذج وموديلات جديده من سيارات كهربائية.

بحسب البيانات المتوفرة، يبلغ عدد السيارات الكهربائية المستخدمة في العالم 7.7 مليون سيارة، منها أكثر من 2.25 مليون سيارة تم إنتاجها وبيعها في عام 2019 فقط. هذه الأرقام لا تشكل سوى نسبةٍ ضئيلةٍ جدًا من عدد السيارات الموجودة في العالم، لكن عند مقارنة أعداد السيارات الكهربائية، نستطيع أن نستنتج بأن عدد هذه السيارات ازداد بمعدل 40 ضعفًا خلال الأعوام السبعة الأخيرة.

ما هو الفرق بين السيارة الكهربائية والسيارة الهجينة؟

نسمع في وسائل الإعلام وعلى شبكة الإنترنت حديثًا عن أنواع عديدة من السيارات، منها السيارات الكهربائية بالكامل والسيارات الهجينة، فما الفرق بين النوعين:

السيارات الكهربائية بالكامل هي مركبات تستخدم التيار الكهربائي الذي يأتي من البطارية كمصدر للطاقة بنسبة 100 بالمئة. ويتم تخزين الطاقة الكهربائية هذه بواسطة نظام كهروكيميائي ضمن بطاريه واحدة أو أكثر. ويقوم محرك كهربائي واحد أو أكثر باستخدام هذه الطاقة الكهربائية وتحويلها إلى طاقة ميكانيكية تدفع السيارة.

السيارات الهجينة هي سيارات فيها نوعين مختلفين من وسائل تخزين الطاقة وتحويلها إلى حركة. وفيها يتم استخدام محرك كهربائي بالإضافة إلى محرك يعتمد على الاحتراق الداخلي من أجل تحويل الطاقة إلى حركة، وفيها يوجد بطارية كهربائية وخزان للوقود.

هل من الجيد شراء سيارة كهربائية؟

بالنسبة لمعظم الأشخاص، السيارات الكهربائية وسيلة نقل لا يمكن استخدامها في الوقت الحالي وذلك لعدم توفر البنية التحتية في بلدانهم والتي تسمح بإعادة شحن هذه السيارات واستخدامها على الطرقات. لكن هذا لا يعني أن هذا النوع من السيارات قد أصبح منتشرًا، فكما قلنا، هناك حوالي 7.7 مليون سيارة تسير على الطرقات في الولايات المتحدة الأمريكية ودول أوروبا والصين واليابان وغيرها من الدول.

إن تكلفه شراء سيارة كهربائية وتشغيلها في حال توفرت البنية التحتية في الدولة لشحن وصيانة هذا النوع من السيارات يعتبر أقل من تكلفة أي نوع آخر من السيارات، بالإضافة إلى أنها أكثر كفاءة وقدرة على توفير الطاقة عند استخدامها في المدن الكبرى والأماكن المزدحمة. ولا ننسى أيضا الأثر البيئي لهذا النوع من السيارات وبشكل خاص في الدول التي تعتمد على مصادر الطاقة البديلة والمتجددة لتوليد التيار الكهربائي.

باختصار، إن كنت تعيش في دولة تملك البنية التحتية ومحطات الشحن السريع للسيارات الكهربائية في المدن والطرق السريعة، فان شراء سيارة كهربائية يعتبر خيارًا مثاليا بالنسبة لك.

يمكننا تلخيص المزايا الرئيسية التي تتمتع بها السيارات الكهربائية فيما يلي:

سيارات مستدامة أكثر كفاءة في استهلاك الوقود وأقل ضررًا على البيئة ويمكن صيانتها بسهولة وبتكلفة أقل.

هناك العديد من النماذج والموديلات المختلفة لهذا النوع من السيارات والتي يمكن تجربتها.

يمكن أن يمنحك شراء سيارة كهربائية مجموعة من المزايا التي تقدمها الدولة مثل إعفاءات ضريبية تتعلق بسعر السيارة والضرائب المفروضة على الوقود الأحفوري مثل البنزين، بالإضافة إلى السماح بالشحن المجاني أو الرخيص أو إمكانية ركن السيارة مجانًا.

لمزيد من التفاصيل حول الإعفاءات الضريبية والمزايا التي تقدمها الدولة لأصحاب السيارات الكهربائية، ننصحك بالتواصل مع الهيئة المعنية بتنظيم النقل في مدينتك أو دولتك. أو التواصل مع الشركات المصنعة مباشرةً أو وكلائها في بلدك.

ما هي الأشياء التي يجب الانتباه لها عند شراء سيارة كهربائية؟

إذا كنت ترغب في شراء سيارة كهربائية، فإن عليك أخذ النقاط التالية بعين الاعتبار:

  1. سعة البطارية: تعتبر سعة البطارية بمثابة سعة خزان الوقود في سيارات الاحتراق الداخلي، ويشار إليها بواحدة هي الكيلو واط في الساعة.
  2. سرعة الشحن: تتعلق سرعة الشحن بعدد من العوامل منها تيار الشحن (10 أمبير – 16 أمبير – 24 أمبير – 32 أمبير). تبلغ سرعه الشحن 3 كيلو واط وهي سرعة شحن بطيئة في التيار المتناوب والتي تتم عن طريق مقبس كهرباء المنزل. في حين تبلغ 350 كيلو واط في محطات الشحن السريع التي تعتمد التيار المتواصل.
  3. كبل الشحن: في كل سيارة يوجد نوع واحد أو نوعين كحد أقصى من الكابلات المخصصة للشحن والتي تأتي مع السيارة عند شرائها أو استئجارها. يمكن استخدام هذه الكابلات في محطات الشحن العامة أو في المنزل.
  4. توفر البنية التحتية للسيارة الكهربائية: هذه إحدى أهم العوامل التي يجب أخذها بعين الاعتبار إذا كنت ترغب في شراء سيارة كهربائية، فإذا كنت تعيش في دولة تتوفر فيها محطات الشحن السريع في المدن والطرقات السريعة، يكون خيار شراء سيارة كهربائية جيدًا بالنسبة لك.

هل تساهم السيارات الكهربائية في تلوث الهواء؟

هذا يعتمد بشكلٍ أساسي على مصدر الطاقة الذي يتم استخدامه لتوليد التيار الكهربائي، في فرنسا على سبيل المثال، يتم توليد أكثر من نصف التيار الكهربائي في البلاد عن طريق محطات نووية، وهي طاقة نظيفة لا تسبب أي انبعاثات لغازات ملوثة للبيئة، لذلك، يعتبر استخدام السيارات الكهربائية في فرنسا مفيدة للبيئة كثيرًا.

حتى إذا كانت محطات توليد الطاقة الكهربائية تعتمد على الوقود الأحفوري، يمكن أن تكون السيارات الكهربائية مفيدة للبيئة، فهي وعلى الرغم من أنها تستخدم الطاقة المولدة من مصدر ملوث للبيئة، تكون نظيفة في المدن الكبرى ولا تولد انبعاثات مما يساهم في تقليل التلوث الذي تواجهه المدن. هذا يساعد بشكل فعال في تقليل الآثار الصحية الضارة التي تنجم عن انبعاثات عوادم السيارات. ويقلل من احتمال إصابة السكان في المدن بأمراض الجهاز التنفسي وما يترتب على ذلك من تكلفة مادية تشمل الرعاية الصحية للمرضى.

بالإضافة إلى ذلك، لا يجب علينا أن ننسى تأثير السيارات الكهربائية على التلوث الضوضائي، فمعظم هذه السيارات تكون محركاتها صامتة أو شبه صامتة، مما يساهم في تحسين نوعية الحياة في الأماكن التي تسير فيها هذه السيارات.

هل تعتبر السيارات الكهربائية أكثر كفاءة في استهلاك الطاقة؟

إذا قمنا بمقارنه الطاقة التي تستهلكها السيارة الكهربائية مع سيارة البنزين عند السير لنفس المسافة، سنجد أن السيارة الكهربائية تستهلك طاقة أقل بثلاث مرات، هذا يعني أننا لو استخدمنا نفس الكمية من الطاقة في السيارتين، ستتمكن السيارة الكهربائية من قطع مسافة أكبر بثلاث مرات من سيارة البنزين.

إن هذه الكفاءة في استهلاك الطاقة يمكن أن يساعد في توفير الكثير من الأموال وتحقيق الأهداف التي حددتها اتفاقية باريس لخفض انبعاثات الغازات الملوثة للبيئة.

كيف تساعد السيارات الكهربائية في تحسين شبكات الكهرباء؟

بالإضافة إلى الفوائد التي ذكرناها، هناك فائدة لم نتطرق لها، وهي أن السيارات الكهربائية يمكن أن تستخدم أنظمة شحنٍ ذكية بحيث تشحن نفسها في أوقات معينة فقط، كما هو الحال في الأوقات التي ينخفض فيها استهلاك التيار الكهربائي أو حين يكون صعر الشحن أرخص.

أيضًا، تجري العديد من الشركات والباحثين تجارب لتطوير نماذج من سيارات كهربائية تحتوي على ألواح طاقة شمسية يمكنها شحن بطارياتها مجانًا باستخدام طاقة الشمس عندما تكون مركونة.

المصادر

السيارات الكهربائية – ويكيبيديا الإيطالية

https://www.enelx.com

قد يعجبك ايضا

اترك رد

لن يتم نشر عنوان بريدك الإلكتروني.

تذكر أنه لا يلفظ من قول إلا لديه رقيب عتيد

هذا الموقع يستخدم Akismet للحدّ من التعليقات المزعجة والغير مرغوبة. تعرّف على كيفية معالجة بيانات تعليقك.