Tækniframfarir leiða til orkusparnaðar

Bjarni Jónsson

Orkusparnaður og bætt orkunýtni eru í brennidepli nú um stundir, því að orkunotkun hefur í mörgum tilvikum í för með sér myndun gróðurhúsalofttegunda og eiturefna, sem brýnt er talið að stemma stigu við, og takmarkað, hvað brenna má miklu jarðefnaeldsneyti án þess, að hlýnun lofthjúpsins verði óviðráðanleg (2°C). Þar að auki felur bætt orkunýtni yfirleitt í sér fjárhagslegan sparnað til lengdar.

Bílaiðnaðurinn hefur náð stórkostlega góðum árangri við þetta og dregið að sama skapi úr losun koltvíildis, níturoxíða og annarra óæskilegra efna út í andrúmsloftið á hvern ekinn km.  Er líklega ekki ofmælt, að eldsneytisnotkun fólksbíla og jeppa hafi  minnkað um 50 % á hvern ekinn km undanfarinn áratug. Það er feikilega góður árangur hjá bílaiðnaðinum, og hefur þýzkur bílaiðnaður að mörgu leyti leitt þessa þróun.

Meginhvatarnir hafa verið loftslagsváin og væntingar um síhækkandi eldsneytisverð allt fram á árið 2014, þegar olíuverð tók að lækka og helmingaðist á um 8 mánuðum á heimsmarkaði.  Með auknum hagvexti gæti olíuverð stigið á ný.  Meginskýringarnar á árangri bílaiðnaðarins  eru bætt nýtni sprengihreyflanna, bæði bensínvéla og dísilvéla, eðlisléttari bifreiðar með meiri notkun áls og annarra léttefna í stað stáls og þróun smíðatækni úr áli, minni loftmótstaða bíla m.v. sama hraða og minni mótstaða frá snertifleti hjólbarða. Þessi þróun hönnunar heldur enn áfram.

Hins vegar er bílaiðnaðurinn nú að halda inn á nýja braut, sem er sérstaklega áhugaverð fyrir okkur Íslendinga, en hún er framleiðsla rafmagnsbíla.  Þessi tækni mun hafa í för með sér mesta minnkun á losun gróðurhúsalofttegunda, svo að ekki sé minnzt á heilsuskaðlegri losunarefni, í löndum með raforkukerfi án bruna jarðefnaeldsneytis í orkuverunum, eins og á Íslandi og að mestu leyti í Noregi, en hlutfall endurnýjanlegra orkugjafa í raforkuvinnslu flestra landa er reyndar undir 30 % enn þá, og er kjarnorkan þar ekki meðtalin (sem endurnýjanlegur orkugjafi). 

Sé litið til kraftsins í þessari tæknibyltingu bílaiðnaðarins, er ekki óraunhæft markmið, að öll íslenzk samgöngutæki, á landi, á legi og í lofti, verði knúin innlendri orku árið 2050.  Það mun hafa mjög jákvæð áhrif á þjóðarbúskapinn og á bókhald losunar gróðurhúsalofttegunda, eins og það hefur verið skilgreint eftir Kyoto samkomulagið.   

Bílaframleiðendur bjóða enn sem komið er yfirleitt ekki upp á meiri drægni rafgeymanna en 100 km á hverri hleðslu, og þeir eru þungir m.v. orkuinnihald, en búizt er við hraðstígum framförum í orkuþéttleika rafgeyma í kWh/kg á næstu 5 árum. Rafgeymar eru dýrir, og þessi skammdrægni setur notkunarsviði rafmagnsbíla skorður á meðan net hraðhleðslustöðva hefur ekki verið sett upp.  Til þess að flýta fyrir rafbílavæðingu, sem sparar gjaldeyri og hjálpar til við að ná metnaðarfullu markmiði Íslands um að draga úr losun gróðurhúsalofttegunda um 40 % árið 2030 m.v. árið 1990, og 100 % árið 2050, að teknu tilliti til mótvægisaðgerða með landgræðslu og skógrækt, ætti ríkissjóður að veita fyrirtækjum styrk við að koma upp hraðhleðslustöðvum meðfram helztu þjóðleiðum og fylgja þar með fordæmi ríkisstjórnarinnar í Berlín.

Sumir framleiðendur, t.d. Volkswagen-samsteypan, sem ver árlega meira fé til rannsókna og þróunar en nokkurt annað fyrirtæki á jörðunni, hafa þróað mjög áhugaverða millibilslausn, sem leysir drægnivandamálið og skort á hraðhleðslustöðvum.  Þar er um að ræða tvinnbíl  frá Audi-verksmiðjunum með rafhreyfil og bensínhreyfil.  Hægt er að velja um 3 meginaksturshami, þ.e. á rafhreyfli, á bensínhreyfli og á báðum saman. 

Drægnin á hverri rafgeymahleðslu, 8,8 kWh, er allt að 50 km.  Séu eknir 11´000 km/ár á rafhreyfli einvörðungu, fara til þess um 2,5 MWh/ár frá húsveitunni (að meðreiknuðum töpum).  Þetta mundi þýða hjá þessum blekbónda hér 44 % aukningu raforkunotkunar á 13,8 kr/kWh og hækkun rafmagnsreiknings, á meðan ekki fæst næturtaxti, um 34´000 kr/ár, og aksturskostnað á rafmagni 3,1 kr/km.

Samkvæmt upplýsingum Heklu, umboðsfyrirtækis framleiðanda þess tvinnbíls, sem hér er til viðmiðunar, er heildarakstursdrægni bílsins 940 km í samkeyrsluhami beggja hreyfla.  Ekki er gefið upp við hvers konar skilyrði það er, en við þau skilyrði er þá bensínnotkunin 4,5 l/100 km. Þetta er gríðarlega góð eldsneytisnýtni,  sem á sér m.a. þá skýringu, að hemlunarorka er flutt til rafgeymanna.  Þetta er bezta nýtni á bensíni til aksturs, sem um getur í bíl, sem er yfir 1,3 t að eigin þyngd.

Ef eknir eru 3000 km/ár á bensíni, verður eldsneytiskostnaður þessa bíls um 26´600 kr/ár m.v. núverandi eldsneytisverð eða 8,9 kr/km.  Þar sem áætluð aksturssamsetning er 79 % á rafmagni og 21 % á bensíni í þessu tilviki, nemur meðalorkukostnaður á þessum grundvelli 4,3 kr/km.  Þetta er innan við fjórðungur af þeim eldsneytiskostnaði, sem algengur er á meðal bensínbíla í notkun nú um stundir, enda er bílaflotinn enn nokkuð við aldur. Undir kjörorðinu, „Vorsprung durch Technik“ – Forskot með tækni, næst með þessu móti mjög mikill eldsneytissparnaður án nokkurs afsláttar á notkunarsviðinu m.v. hefðbundinn eldsneytisbíl. 

Aksturseiginleikar rafmagnsbíla eru góðir vegna þeirra eiginleika jafnstraumshreyfla að veita fast vægi óháð snúningshraða.  Í því tilviki, sem hér um ræðir, Audi A3 Sportback e-tron, er hröðunin um 3,7 m/s2, sem svarar til þess að ná hraðanum 100 km/klst á 7,6 s úr kyrrstöðu.  Af sömu orsökum veitir drifbúnaður bílsins tiltölulega mikið tog eða 350 Nm, þegar báðir hreyflar leggjast á eitt. Hér er um einstaka eiginleika að ræða, þegar allt er skoðað.

Metanbílar komast ekki í samjöfnuð við þessa aksturseiginleika, orkukostnað og mengun andrúmslofts, því að þeir losa yfir 100 g/km, en rafmagns-bensíntvinnbíll losar aðeins 22 g/km m.v. 21 % aksturs á bensíni og 79 % á „kolefnisfríu“ rafmagni.  Kolefni gripið úr efnaferlum til að vinna metan má senda niður í iður jarðar, þar sem það binzt berginu, í stað þess að valda hlýnun lofthjúps jarðar. Þá mun fiskiskipaflotinn geta tekið við öllu metanoli, sem framleiðanlegt er úr kolefnislosandi  efnaferlum á Íslandi með hagkvæmum hætti, og þannig er skynsamlegra að nýta það en á bifreiðar.

Metanbílar eru að vísu ódýrari en rafmagns-tvinnbílar til notenda á Íslandi, en verðmunurinn þarf að vera meiri en MISK 1,0 til að metanbíll verði fjárhahagslega hagkvæmari en slíkur tvinnbíll yfir afskriftatíma sinn m.v. 8,0 % ávöxtunarkröfu, og verðmunur sambærilegra bíla er ekki nægur um þessar mundir til að metanbíll sé hagkvæmari en rafmagnsbíll eða raf-tvinnbíll.

Hagkvæmast er frá umhverfisverndarsjónarmiði, frá sjónarmiði gjaldeysissparnaðar og frá sjónarmiði hins hagsýna notanda, að bílafloti landsmanna verði rafknúinn.  Stjórnvöld hafa lagt þung lóð á vogarskálar þess, að svo megi verða með því að fella niður vörugjöld og virðisaukaskatt af bifreiðum með koltvíildislosun undir ákveðnum mörkum.  Stjórnvöld í Berlín vinna eftir áætlun frá 2009 um rafvæðingu þýzka bílaflotans, og verður greint frá henni síðar á þessum vettvangi.   

Að óyfirveguðu ráði tók vinstri stjórnin á Íslandi 2009-2013 upp ráðleggingu ESB um hvata á formi lækkunar innflutningsgjalda af dísilbifreiðum.  Nú hefur komið í ljós, að ekki fer saman lítil losun koltvíildis á hvern ekinn km og lítil losun hinna heilsuskaðlegu níturoxíða frá dísilvélum, því að hreinsibúnaðurinn fyrir þau er töluvert orkukræfur.  Ef fullnægja á ströngum kröfum yfirvalda í BNA til hverfandi losunar níturoxíða frá dísilvélum, verður hreinsibúnaðurinn að vera stöðugt á á meðan vélin er í gangi.  Í Evrópu eru hins vegar ekki jafnstrangar kröfur til losunar níturoxíða.  Stjórnvöld á Íslandi ættu að hætta að gera upp á milli bensínbíla og dísilbíla, gjaldalega, en búa þess í stað í haginn fyrir tiltölulega hraða rafvæðingu bílaflotans, en rafbílar verða enn innan við 1000 talsins í árslok 2015. 

Í hraðhleðslustöðvum tekur 80 % hleðsla 20-30 mín, en rafgeymar viðmiðunar tvinnbílsins í þessari grein eru hins vegar ekki gerðir fyrir hraðhleðslu.  Hleðslutæki þeirra tengjast 16 A tengli, og tekur full hleðsla þá 3,75 klst.  Með öflugra hleðslutæki má stytta hleðslutímann um 1,5 klst. Þessir tvinnbílar eru þess vegna aðeins hlaðnir í áfangastað. Þetta er að flestu leyti skynsamleg og hagkvæm ráðstöfun.

Álagið er að jafnaði 2,7 kW yfir hleðslutíma tvinnbílsins.  Þegar slík álagsaukning, og jafnvel tvöföld, verður komin á hverja íbúð, er ljóst, að rafkerfið annar henni ekki að óbreyttu.  Þess vegna er brýnt til sparnaðar að innleiða næturtaxta fyrir heimilin, svo að dreifa megi álaginu og hlaða bílaflotann að næturlagi. Þegar bíll er yfirgefinn, er hægt að velja hleðslutímann og sérmæla raforku, sem notuð er, t.d. á tímabilinu kl. 2300-0700. Þar með sleppa dreifiveitur við styrkingu síns kerfis vegna þessarar álagsaukningar, en dreifingarkostnaðurinn nemur 38 % af heildar rafmagnskostnaði bílsins, þar sem fastagjaldið er undanskilið, og nýting alls raforkukerfisins mundi jafnast, sem er þjóðhagslega hagkvæmt.

Byggðalínan mun þó ekki anna þessu aukna álagi að óbreyttu, enda fullnýtt og ofnýtt m.v. orkutöpin, og það mun þurfa að virkja um 700 GWh/a fyrir 200´000 bíla, sem er þó aðeins um 4 % aukning á raforkuþörf landsins m.v. núverandi notkun. Rafvæðing skipavéla og flugflota krefst meiri fjárfestinga, en þær verða væntanlega mjög hagkvæmar, þegar þar að kemur.

Hemild: bloggið