مقدمه

وسایل نقلیه مجهز به موتور الکتریکی، قبل از اختراع خودروهایی با موتور احتراق داخلی ساخته شدند. اولین مدل ها در سال های ۱۸۳۰ تا ۱۸۴۰ مونتاژ شدند که البته دستگاه هایی با ترکیب نامناسب و نامطمئن بودند که با سرعت بسیار پایین حرکت می کردند.

پایان قرن نوزدهم – آغاز قرن بیستم را می توان جهش حرکت الکتریکی نامید. در این دوره تولید خودروهای برقی در اروپا و ایالات متحده راه اندازی شد. تولید خودروهای الکتریکی تا آغاز قرن بیستم به ۱۰ هزار نسخه در ایالات متحده رسید و تعداد آن ها چندین برابر تعداد خودروهای بنزینی شد.

در سال ۱۸۹۹، یک خودروی الکتریکی توانست رکورد سرعت ۱۰۰ کیلومتر بر ساعت را بشکند. این رویداد مهم در شهر آشر فرانسه در نزدیکی پاریس رخ داد. رکورد خودروی الکتریکی توسط Camille Jenatzy بلژیکی ایجاد شد. این خودرو بدنه ای ساده از آلیاژ آلومینیوم و تنگستن داشت. ظاهر آن شبیه اژدر نصب شده روی شاسی بود. این خودروی برقی مجهز به دو موتور بود و حدود ۱ تن وزن داشت. این خودروی الکتریکی به سرعت ۱۰۵.۸۸ کیلومتر در ساعت رسید. در شکل ۱ تصویری از این خودرو نشان داده شده است.

شکل ۱. ماشین الکتریکی Camille Jenatzy بلژیکی، سال ۱۸۹۹

در دهه های اول قرن بیستم، اتومبیل هایی با موتورهای احتراق داخلی و وسایل نقلیه الکتریکی در خیابان های شهرهای بزرگ وجود داشت. وسایل نقلیه الکتریکی در محیط شهری دارای مزایای غیرقابل انکار بودند. به عنوان مثال، در نیویورک، در دهه ۱۹۱۰، تا ۷۰ هزار تاکسی با برق وجود داشت.با این حال، درصد خودروهای برقی در بین وسایل نقلیه، به آرامی کاهش یافت. در سال ۱۹۲۰ تعداد آنها به ۱ درصد کاهش یافت.

در حال حاضر بازار خودروهای الکتریکی کوچک است و دلیل آن هم این است که خودروهای برقی هنوز یک کالای لوکس محسوب می شوند. طبق پیش بینی مؤسسه بلومبرگ، میزان فروش خودروهای برقی برای سال های ۲۰۲۰ ، ۲۰۲۵ و ۲۰۳۰ به ترتیب ۲ ، ۸ و ۲۰ درصد از بازار فروش خودرو خواهد بود تا در نهایت در سال ۲۰۴۰ بین ۳۵ تا ۴۷درصد از فروش خودروهای جدید به خودروهای برقی تعلق خواهد داشت.

همچنین از لحاظ تعداد خودرو در بازه زمانی بین سال های ۲۰۱۵ تا ۲۰۴۰ سهم خودروهای برقی از ۲ میلیون خودرو در سال ۲۰۱۶ به بیش از ۴۰ میلیون خودرو از مجموع ۱۹۰ میلیون فروش خودرو در سال ۲۰۴۰ خواهد رسید. همچنین در این گزارش آورده شده است که در سال ۲۰۴۰، ۶۷ درصد از فروش خودروهای نو در اروپا متعلق به خودروهای برقی خواهد بود.

این مقدار در آمریکا و چین به ترتیب ۵۸ و ۵۱ درصد گزارش شده است. از مزایای وسیله نقلیه الکتریکی می توان به سازگاری با محیط زیست و عدم انتشار گازهای گلخانه ای، هزینه ارزان تر، و سوخت ارزان (الکتریسسته) اشاره کرد.

در سال های گذشته یکی از مهم ترین عوامل افزایش قیمت این خودروها، هزینه بالای تولید باتری (باتری لیتیوم-یونی) بود که در سال های آینده با کاهش قیمت این باتری ها میتوان خودروهای برقی را با هزینه کمتری تولید و روانه بازار کرد.

طبق پیش بینی های صورت گرفته توسط متخصصین این حوزه باتری های لیتیم یون در سال ۲۰۲۵ قیمتی درحدود ۱۰۹ دلار/کیلووات ساعت خواهند داشت که این مقدار در سال ۲۰۳۰ تا ۷۳دلار به ازای هر کیلووات ساعت قابل کاهش خواهد بود.

در ادامه کارایی انواع مختلف خودروها با هم مقایسه شده اند.

برق تامین شده برای شارژ وسایل نقلیه الکتریکی را می توان در نیروگاه های هسته ای یا از منابع انرژی تجدید پذیر (از طریق انرژی خورشیدی، آبی یا بادی) به دست آورد. با این حال، محاسبه اثربخشی این روش‌های تولید برق دشوار است، بنابراین برای محاسبات، برق تولید شده در نیروگاه‌های حرارتی از طریق سوزاندن گاز طبیعی در نظر گرفته شد.

جدول ۱. جدول مقایسه ای بازده انرژی برای انواع مختلف خودروها [۲]

همانطور که در این جدول قابل مشاهده است، کم مصرف ترین خودرو، یک خودروی الکتریکی با کارایی ۱.۸۴ کیلومتر بر مگا ژول است.

کل راندمان انرژی خودروی الکتریکی ۲ برابر بیشتر از نزدیکترین رقیب خود یعنی خودروهای هیبریدی و سلول های سوختی هیدروژنی است.

بازده انرژی خودروی الکتریکی بسیار بالاست (۱.۸۴ کیلومتر بر مگا ژول. محاسبات در مورد وسایل نقلیه با موتور احتراق داخلی نشان میدهد که راندمان موتورهای دیزلی در حدود ۴۰ درصد است. البته شاید در سرعت بهینه، موتور دیزلی ۴۰ درصد راندمان داشته باشد.

با این حال، اگر شرایط واقعی را در نظر بگیریم، راندمان دیزل بیش از ۲۰٪ نیست (در این صورت، ماشین الکتریکی بازدهی نزدیک به ۱۶۰٪ خواهد داشت)؛ بنابراین برای تامین انرژی خودروهای الکتریکی، با جایگزینی کامل ناوگان خودروهای مدرن، به ۴ برابر انرژی کمتر نیاز خواهید داشت. با این حال، از آنجایی که وزن یک وسیله نقلیه الکتریکی مدرن در جوامع محلی افزایش می یابد، تعداد نیروگاه های برق نیز افزایش خواهد یافت. در مقابل، وسایل نقلیه الکتریکی می توانند به عنصر مهمی از سیستم انرژی جهان تبدیل شوند و افت شبانه مصرف برق را هموار کنند.

جدول ۲. محاسبات میانگین هزینه های ماشین الکتریکی در شرایط مدرن [۲]

جدول ۲ نشان می دهد که میانگین نرخ روزانه هزینه خودرو بیش از ۲.۵ برابر مصرف خودرو برقی است.

در کنار مزایایی گه برای خودروهای الکتریکی وجود دارید یک سری معایب و مشکلاتی نیز وجود دارد که البته بعضی از آنها همچنان بدون راه حل باقی مانده است [۳].
– مشکل اصلی ظرفیت باتری است: یک بار شارژ در بهترین حالت فقط ۶۰ تا ۱۰۰ کیلومتر را طی می کند.

– همانطور که قبلا ذکر شد، کمبود ایستگاه های شارژ باتری و هزینه بر بودن احداث جایگاه های جدید [۳].

– استفاده همگانی همه مردم از خودروهای الکتریکی مستلزم توجه و حمایت بیشتر دولت ها از شرکت های تویعه دهنده و ارائه دهنده این خدمات است. باتری های استفاده شده در اینگونه خودروها وزن بسیار بالایی دارد.

– تنوع پایین و قیمت بالا آنها نیز یکی دیگر از معایب این خودروهاست که هنوز نمیتوانند با خودروهای سوختی رقابت کنند.

نتیجه گیری

کارایی خودرو الکتریکی در میزان پیمایش با هر بار شارژ همواره یکی از جدی ترین سوالاتی بوده که در ذهن مردم بوده برای استفاده و خرید این خودروها؛ چرا که عموما در هر بار شارژ این وسایل حدود ۱۵۰ مایل مسافت را می پیمایند و بعد از این مسافت نیاز به یک دوره شارژ طولانی (قبلا حدود ۶تا۸ ساعت و امروزه با پیشرفت شارژرهای سریع حدود ۱ساعت) دارند.

از طرف دیگر لزوم توجه هرچه بیشتر به محیط زیست و کاهش آلاینده های زیست محیطی، به خصوص کربن دی اکسید که نقش بسیار موثری در گرمایش جهانی دارد، در سال های آینده بسیاری از دولت ها را به سوی استفاده بیشتر از خودروهای الکتریکی سوق خواهد داد.

در همین راستا شرکت های سازنده خودروهای الکتریکی در حال حاضر بر روی مسائلی همچون افزایش بهره وری و قدرت موتورهای الکتریکی، افزایش داوم و پایداری باتری ها، کاهش حجم و وزن باتری و افزایش ایمنی باتری های مورد استفاده در خودرهای الکتریکی متمرکز شده و تحقیقات خود را با سرعت بسیار زیادی انجام می دهند.