מקמ”ש לקווט”ש

פיתוח כלי תחבורה חשמליים צובר תאוצה, אך המדדים של כלי הרכב החשמליים שונים לגמרי מאלו המוכרים ממנועי הבעירה הפנימית. אילו מונחים חדשים צריך ללמוד ולהפנים, ומה משמעותם.

תחבורה והנעה חשמלית בימינו

אחת לשנתיים מתקיימת תערוכת מכוניות הנוסעים הגדולה בעולם בעיר פרנקפורט שבגרמניה ובאמצע ספטמבר 2009 מתוכננת התערוכה הבאה. בתערוכה זו צפויים להיות מוצגים חידושי תעשיית הרכב, והיא תכלול כלי רכב בעלי הנעה חשמלית. החידושים בתחום ההנעה החשמלית כוללים מגוון של רכבי כלאיים מסורתיים – הפועלים באמצעות שילוב של מנועי בעירה פנימית ומנועי חשמל, רכבי כלאיים נטענים – שניתן לטעון את המצברים המספקים להם אנרגיה הן על ידי מנוע בעירה והן על ידי טעינה משקע חשמלי, וגרסאות חדשות של כלי רכב המונעים באמצעות הנעה חשמלית טהורה.

מספר חברות רכב הציגו לאחרונה תוכניות לפיתוח כלי רכב חשמליים. חברת “ג’נרל מוטורס”, הוציאה מהמגרות תוכניות לפיתוח רכב חשמלי בשם “שברולט וולט”, חברת “מיצובישי” היפנית הציגה את ה – “i-MiEV”, חברת “ניסאן” פרסמה לאחרונה על כוונתה לייצר דגם בשם “Leaf”, וגם חברת רנו הכריזה על כוונה לפתח 3 דגמים של כלי רכב חשמליים.

התחבורה החשמלית אינה ממתינה לתעשיית הרכב השמרנית. חברת “טסלה מוטורס” הייתה בין המתקדמות בפיתוח רכב חשמלי קטן יחסית, ואליה מצטרפים יצרנים קטנים שונים הפועלים ברחבי העולם. אחד היצרנים הפחות מוכרים אך הבולטים יותר הוא “קודה אוטומטיב” הצפוי להציע את כלי הרכב החשמלי הזול ביותר. מדובר במכוניות משפחתית בעלת 4 דלתות המסוגלת לנוע על כביש מהיר ומחירה הצפוי 30,000 – 40,000 דולר. לשם השוואה יצוין כי דגם ה –”רודסטר” של חברת “טסלה מוטורס” צפוי להימכר בסכום העולה על 100,000 דולר.

מלבד המכוניות בעלות המראה המסורתי, מתפתחים ומתפשטים בעולם בקצב מהיר מגוון של כלי רכב חשמליים קלים המסוגלים לספק שירות לנהג בודד למרחקי נסיעה עירוניים. כלי הרכב הקלים כוללים קטנועים חשמליים, קורקינטים שונים, הכוללים את דגמי הרכינוע – “Segway” השונים, ודגמים נוספים של אופניים ומגלשיים מונעי חשמל. כלים קלים אלו, שמשקלם אינו עולה על 50 קילוגרם, מסוגלים לשאת בדרך כלל נוסע בודד. הם אינם ממתינים לפיתוח סוללות חדשות, ועושים שימוש בטכנולוגיות קיימות של סוללות, כמו סוללות “ליתיום-יון”, “ניקל-קדמיום”, “ניקל-מגנזיום” ואפילו במצברי עופרת מסורתיים. ניתן לטעון אותם בשקעים ביתיים רגילים והם מוגבלים לטווחים שבדרך כלל אינם עולים על 40 קילומטרים של נסיעה לאחר טעינה של מספר שעות.

כלי הרכב החשמליים קונים בהדרגה את אמון הציבור ומוכיחים כי ניתן לעשות בהם שימוש מועיל ושקט – אף כי לעת עתה לצרכים ולמרחקים מוגבלים.

המדדים של אמצעי התחבורה החשמליים שונים לגמרי מאלו המוכרים ממנועי הבעירה הפנימית. מדדי התחבורה החשמלית כוללים מונחים חדשים שצרכני הרכב אינם מורגלים אליהם והם יצטרכו ללמוד ולהפנים את משמעותם.

מתח, זרם, הספק ואנרגיה חשמליים

וואט היא יחידה למדידת הספק חשמלי, השווה ליחידת המתח וולט 1 כפול יחידת הזרם אמפר 1. הזרם במנוע החשמלי נמדד באמפר, ככל שהאמפר גבוה יותר כך גם עולה תאוצת המנוע. המתח החשמלי בכלי תחבורה חשמלי יכול להיות מסופק על ידי מקור מתח קבוע – כמו זרועות פנטוגרף המחברות רכבות חשמליות לקווי מתח, או על ידי מצברים ניידים המוצבים בכלי הרכב החשמליים. המתח החשמלי הוא נתון הנקבע על ידי המבנה של מקור המתח.

וואט שעה היא יחידה אנרגיה הנדרשת כדי לספק וואט אחד במשך שעה, וקילוואט שעה שווה לצריכת אנרגיה של – 1,000 וואט במשך שעה.

כדי להמחיש מושגי הספק אנרגיה חשמליים נדגים את ההספק של מוצרי חשמל ביתיים מוכרים. מערבל ביתי לשימוש במטבח דגם “קיימיקס” תוצרת “קנווד” צורך 500 וואט – או 0.5 קילוואט. הדגם המתחרה תוצרת “קיטשנאייד” צורך 0.325 קילוואט. מערבל מקצועי יותר דגם “קיי. אם. טיטאניום שף” צורך 1.4 קילוואט. מכונת כביסה ביתית בעלת קיבולת של 6.5 ק”ג, צורכת בשלב החימום והשטיפה סדר גודל של 2,000 – 2,400 וואט, ובשלב הסחיטה 430 – 580 וואט. במילים אחרות מכונת כביסה דורשת הספק בסדרי גודל של 0.43 – 2.4 קילוואט.

משק בית ישראלי צורך בממוצע 500 קילוואט שעה בחודש, או 6,000 קילוואט שעה במשך שנה.

לרכינוע שני מנועים חשמליים, כל אחד בהספק של 250 וואט המניעים את 2 גלגליו,  ובסך הכול 500 וואט או חצי קילוואט, בדומה למערבל מטבח ביתי. באתר החברה נטען כי רוכב ממוצע יסתפק בצריכה של חצי קילוואט ליום, או כ – 15 קילוואט לחודש.

קורקינט חשמלי תוצרת “Razor” פועל בהספק של 250 וואט, המוזן מסוללת עופרת של 24 וולט. קורקינט חשמלי דגם “X-600” תוצרת “X-Tream” בעל הספק של 600 וואט, והוא ניזון מסוללות של 36 וולט.

מכונית היברידית מסורתית עושה שימוש בסוללת “ניקל-מגנזיום” המספקת 1 – 2 קילוואט. הסוללות ברכבי הכלאיים המסוגלים להיטען עוצבו לעבוד על הספק של 12 – 16 קילוואט.  חבילת הסוללות המתוכננת בדגם “שברולט וולט” צפויה לפעול על הספק של 16 קילוואט. חבילת הסוללות של דגם ה-“ליף” של “ניסאן” צפויה לספק 24 קילוואט, ואילו חבילת הסוללות של “טסלה רודסטר” צפויה לספק 52 קילוואט.

צריכת חשמל לתחבורה

צרכן רכב בעל מנוע בעירה פנימית יכול להשוות את צריכת הדלק השוטפת של רכבו באמצעות המדד של צריכת דלק למרחק נסיעה, אשר נמדד במונחים דוגמת מספר קילומטרים לליטר דלק, או מספר מיילים לגלון דלק, או צריכת נפח דלק לקילומטר נסיעה, או ל – 100 קילומטרים נסיעה, וכיוצא בכך.

כאשר עוסקים בהשוואה לכלי רכב חשמליים נתוני נפח דלק למספר קילומטרים אינם רלבנטיים, ויש לקבוע מדדי התייחסות אחרים, דוגמת קילוואט שעה לקילומטר, או למייל, או מספר קילומטרים שניתן לנוע תוך ניצול הספק של קילוואט שעה.

לדוגמא, אם “רכינוע” נע במהירות של 20 קמ”ש כשהוא צורך חצי קילוואט שעה, צריכת החשמל שלו היא 1 קווט”ש ל – 40 קילומטרים. קורקינט קטן עשוי לצרוך 1 קווט”ש ל – 50 קילומטרים. לפי פרסומי “ג’נרל מוטורס”, דגם ה – “שברולט וולט” צפוי לצרוך 1 קווט”ש לכ – 7 קילומטרים ודגם “רודסטר” של “טסלה מוטורס” צפוי לצרוך 1 קווט”ש לכ – 10 קילומטרים. מדובר בצריכת חשמל חסכונית ביותר בהתחשב במספר הנוסעים שכלי הרכב מסוגלים לשאת.

מכונית נוסעים בישראל נוסעת בממוצע 16,000 קילומטרים בשנה, ובהנחה שרכב חשמלי צפוי לצרוך 1 קווט”ש כל 7 קילומטרים, צריכת החשמל השנתית שלו תהייה כ – 2,280 קווט”ש. תוספת זו צפויה להוסיף לצריכת החשמל המשפחתית הנוכחית הממוצעת כ – 40%.

עלויות חשמל

קילוואט שעה עולה בישראל באמצע 2009 בסביבות חצי שקל חדש, או כ – 10 סנט של יורו. מחיר זה, גבוה ביחס למקובל במרבית מדינות ארצות הברית, שם קילוואט שעה עולה בממוצע כ – 10 סנט של דולר, אך זול ביחס למדינות אירופה.

בהתחשב בתפוקות של כלי הרכב החשמליים, מחיר האנרגיה הנצרכת בקילומטר נסיעה ברכב חשמלי זול לאין שיעור בהשוואה לרכב דומה בעל מנוע בעירה. לצורך ההשוואה נניח כי מכונית נוסעים ממוצעת צורכת בממוצע ליטר דלק כל 10 קילומטרים, ושליטר בנזין עולה 6.5 שקלים חדשים, כלומר עבור כל קילומטר שהמכונית מתקדמת הנהג משלם 65 אגורות עבור בנזין.

ה-“רכינוע” נוסע קילומטר כשהוא צורך 0.025 קווט”ש, עבורו הרוכב משלם אגורה ורבע. הקורקינטים הקלים יותר צורכים רק 0.02 קווט”ש לקילומטר, שעלותו אגורה אחת בלבד. ההנחה המקובלת היא שצריכת החשמל של רכב חשמלי משפחתי היא כעשירית מזו של רכב הצורך בנזין ובערכים של ימינו כ – 6 אגורות לקילומטר נסיעה. צריכת החשמל לצורך נסיעה שנתית של 16,000 קילומטרים ב-“שברולט וולט” צפויה לעלות 1,140 שקלים חדשים בלבד, לעומת תשלום עבור צריכת דלק למכונית דומה המונעת בדלק, שצפוי לעלות כ – 10,000 שקלים חדשים.

התמונה המורכבת

מהאמור לעיל מתקבל רושם כי עלות הנסיעה ברכב חשמלי חסכונית ביותר, בוודאי כאשר משווים את צריכת האנרגיה לקילומטר נסיעה בין מכונית חשמלית למכונית הצורכת דלק. התמונה המלאה מורכבת הרבה יותר, ושני סוגי המנועים מקיימים ביניהם תחרות של יתרונות וחסרונות. עד עתה המכונית החשמלית המסורתית לא התגברה על המסורת המושרשת של הנעת הבעירה הפנימית.

החסרונות הבולטים במכונית החשמלית הם טווחי נסיעה קצרים יחסית בין טעינה לטעינה,  עלות ראשונית גבוהה של רכישת סוללות, משקל גבוה של הסוללות, ומחירים גבוהים יחסית לכלי רכב מסורתיים. לסוללות משך חיים המוגבל במספר מחזורי טעינה, שלאחריו מתח הטעינה הקבוע פוחת.

חבילת הסוללות של ה-“שברולט וולט” או של ה-“טסלה רודסטר” צפויה לעלות סדר גודל של 12,000 דולר, זהו מחיר גבוה בהשוואה לעלות הרכבתו של מיכל דלק, אך בטווח הארוך של חיי המכונית הוא מוחזר כתוצאה מיעילות צריכת האנרגיה של המכונית החשמלית ועלויות צריכת החשמל הזולות יחסית. הקורקינטים הקלים דרושים טעינת סוללות במשך 8 – 12 שעות, אחריה הרוכב מוגבל לנסיעה לטווחים של 14 – 40 קילומטרים, אשר תלויים באיכות המוצר ובתנאי הקרקע עליהם נוסעים. את פריצת הדרך לעת עתה מספקים בעיקר כלי תחבורה קלים, שחלקם אינו עומד בתקנים והם מסכנים את רוכביהם ואת סביבתם. כלים אלו הצליחו לפרוץ חסמי שוק לגומחות של נסיעות קצרות, למרות מעטפות ביצועים מוגבלות של מרחקי נסיעה, הנובעים משימוש בטכנולוגיות מצברים מקובלות. הפריצה של כלי הרכב החשמליים הקלים נובעת בעיקר עקב מחיריהם הזולים. מחירים אלו הם בסדרי גודל של 1,000 – 10,000 שקלים חדשים לדגמים הפשוטים יחסית ועד לסדרי גודל של 30,000 שקלים חדשים לדגמי רכנועים משוכללים. למרות קשיי החדירה של המכוניות החשמליות לשוק הרכב המסורתי ניתן להניח כי במוקדם או במאוחר הם יצליחו לפרוץ את החסמים המקובלים.

מקורות וחומר לעיון:

[1] Real “Sticker Shock”, Bill Moore, EV World, 20.8.09

[2] The Case for Watt Hours Per Mile – Part 2, Bill Moore, EV World, 16.8.09

[3] Electric Vehicles in the United States A New Model with Forecasts to 2030, Thomas A. Becker, 6.8.09 ,Center for Entrepreneurship & Technology, University of California, Berkeley

[4] האתר הרשמי של תערוכת המכוניות בפרנקפורט

[5] ניסאן “Leaf”

[6] קורקינטים חשמליים

http://electricscootersworld.com/Razor/RazorE300SElectricScooter.php

http://electricscootersworld.com/Xtreme/ElectricX-600Bike600WattsbyXtreme.php

[7] אתר “Segway”

[8] מפרטי מערבלים ביתיים

http://www.kenwoodworld.com/uk/Products/kMix-by-Kenwood/kMix-Stand-Mixer/KMX56/

http://www.kitchenaid.com/flash.cmd?/#/product/KSM152PSCP/

[9] מפרט מכונת כביסה

http://org.downloadcenter.samsung.com/downloadfile/ContentsFile.aspx?CDSite=in&CttFileID=2283992&CDCttType=UM&ModelType=C&ModelName=WF8652NFV&VPath=UM/200905/20090519105926781/WF8652NF-02610D_ENXTL.pdf

[10] התעריף הביתי לצריכת חשמל

http://www.israel-electric.co.il/bin/ibp.jsp?ibpDispWhat=object&ibpDisplay=view&ibpPage=IP&ibpDispWho=General^l1413&ibpZone=ConsumptionTariff&ibpVersion=0&

Leave a Reply