Vodík vs. elektřina - porovnání energetické náročnosti pohonů pro EV vozidla
Loading...
Date
Authors
ORCID
Advisor
Referee
Mark
B
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Vysoké učení technické v Brně. Fakulta strojního inženýrství
Abstract
Téma znižovania emisií a zvyšovanie podielu výroby energie z obnoviteľných zdrojov je v roku 2021 veľmi aktuálna téma. Aj preto ma zaujalo spracovať túto bakalársku prácu s cieľom porovnať a kriticky zhodnotiť energetickú náročnosť prevádzky vozidla s pohonom na elektrinu (batériový elektromobil) a na vodík (elektromobil s palivovými článkami). Teoretická časť práce všeobecne opisuje spomínané pohony, ku ktorým je zahrnutý aj plug-in hybridný systém pohonu vozidla. Praktická časť práce je zameraná na výpočty emisnej a energetickej náročnosti pohonov pre rok 2021 a s racionálnym odhadom pre rok 2050. Pre výpočet emisnej a energetickej náročnosti pohonov je kľúčový spôsob výroby elektrickej energie a spôsob výroby vodíka. Na základe požitých parametrov vyplýva, že najnižšie energetické nároky na prevádzku dosahujú batériové elektromobily v krajinách s vysokým podielom výroby elektriny z obnoviteľných zdrojov energie. Naopak, ak je výroba elektrickej energie tvorená prevažne z fosílnych palív, je energeticky výhodnejšie prevádzkovať vodíkový automobil. Z výpočtov je zrejmé, že z pohľadu produkcie nepriamych emisií počas prevádzky a z pohľadu energetickej náročnosti, sú na tom najhoršie plug-in hybridné vozidlá a rozdiel medzi batériovými elektromobilmi a automobilmi na vodík, závisí na energetickom mixe konkrétnej krajiny. V závere práce sú taktiež zhodnotené výhody, nevýhody a technické výzvy posudzovaných druhov pohonov.
The topic of emission reduction and the increase in the share of energy produced from renewable sources remains actual and highly discussed in 2021. It was the major reason why I chose to compose this bachelor’s thesis, in which I aim to critically evaluate and compare the energy performance of an electrical vehicle and a hydrogen vehicle. The theoretical part of the thesis outlines the aforementioned drivetrains as well as the plug-in hybrid drivetrain. The practical part of the thesis focuses on calculations of the energy performance of the drivetrains for the year 2021 with a rational estimate for 2050. The methods of electricity and hydrogen production are crucial for energy performance evaluation. Data shows that electric cars operated in countries with a high share of energy produced from renewable sources are the least energetically demanding. On the other hand, if the energy production depends predominantly on fossil fuels, it is more efficient to operate a hydrogen vehicle. Calculations show that when considering the indirect emissions during the operation as well as the energy performance, the plug-in hybrid vehicles are the least efficient. The difference in efficiency between electric and hydrogen vehicles varies depending on the mode of energy production of that specific country. The conclusion of this thesis also discusses advantages, disadvantages and technological challenges concerning the aforementioned drivetrains.
The topic of emission reduction and the increase in the share of energy produced from renewable sources remains actual and highly discussed in 2021. It was the major reason why I chose to compose this bachelor’s thesis, in which I aim to critically evaluate and compare the energy performance of an electrical vehicle and a hydrogen vehicle. The theoretical part of the thesis outlines the aforementioned drivetrains as well as the plug-in hybrid drivetrain. The practical part of the thesis focuses on calculations of the energy performance of the drivetrains for the year 2021 with a rational estimate for 2050. The methods of electricity and hydrogen production are crucial for energy performance evaluation. Data shows that electric cars operated in countries with a high share of energy produced from renewable sources are the least energetically demanding. On the other hand, if the energy production depends predominantly on fossil fuels, it is more efficient to operate a hydrogen vehicle. Calculations show that when considering the indirect emissions during the operation as well as the energy performance, the plug-in hybrid vehicles are the least efficient. The difference in efficiency between electric and hydrogen vehicles varies depending on the mode of energy production of that specific country. The conclusion of this thesis also discusses advantages, disadvantages and technological challenges concerning the aforementioned drivetrains.
Description
Citation
ŠÁNDOR, K. Vodík vs. elektřina - porovnání energetické náročnosti pohonů pro EV vozidla [online]. Brno: Vysoké učení technické v Brně. Fakulta strojního inženýrství. 2021.
Document type
Document version
Date of access to the full text
Language of document
sk
Study field
Základy strojního inženýrství
Comittee
prof. Ing. Josef Štětina, Ph.D. (předseda)
doc. Ing. Jaroslav Katolický, Ph.D. (místopředseda)
doc. Ing. Pavel Charvát, Ph.D. (člen)
doc. Ing. Lubomír Klimeš, Ph.D. (člen)
Ing. Vladimír Krejčí, Ph.D. (člen)
Date of acceptance
2021-06-18
Defence
Student seznámil zkušební komisi s průběhem řešení, výsledky a závěry své závěrečné práce. V návaznosti na posudek oponenta zodpovídal následující otázky oponenta:
1) V kapitole 5.6 je popsané rozdělení dnes používaných metod přípravy vodíku (96 % šedý vodík, 2 % modrý vodík, 2 % zelený vodík) bez uvedení zdroje. Objasněte původ těchto hodnot.
Hodnocení odpovědi: zodpovězeno
2) Jak je uvedeno v práci, při doplňování do vozidla musí být vodík stlačený z normálních podmínek na tlak přibližně 600-700 barů. Jak by kompresor s celkovou účinností 70 % stlačoval vodík adiabaticky na hodnotu 650 barů, určete spotřebu el. energie potřebnou na stlačení 1 kg vodíku. Přepočítejte kolik elektrické energie se spotřebuje na stlačení vodíku potřebného na ujetí 100 km Toyotou Mirai, podle hodnot spotřeby H2, které byly v práci vypočítané. Stručně porovnejte energetickou náročnost Toyoty Mirai při zohlednění energie na stlačení H2 s energetickou náročností bateriových elektromobilů a plug-in hybridů, které jsou v práci popsané.
Hodnocení odpovědi: první dva dotazy zodpovězeny. U třetího dotazu týkajícího porovnání energetické náročnosti Toyoty Mirai vznikla diskuze na téma různých hodnot energetické náročnosti u stejného vozu pro různé země v uvedeném grafu - student s drobnou nápovědou na dotazy v diskuzi odpověděl.
3) Jsou vodíkové automobily bezpečné? Jakým způsobem je bezpečnost vůči detonaci vodíku zaručena?
Hodnocení odpovědi: zodpovězeno
V rozpravě k BP byly položeny studentovi dále tyto otázky:
Prof. Štětina se zeptal: „Proč je v parkovacích domech LPG zakázáno?“
Hodnocení odpovědi: zodpovězeno
Prof. Štětina se zeptal: „Zda jste se při studiu BP setkal, jak lze jinak ukládat vodík v automobilu a vyhnout se problému s vodíkem např. při dlouhém parkování?“
Hodnocení odpovědi: zodpovězeno s drobnou nápovědou
Prof. Štětina se zeptal: „Jak lze zkonstruovat izotermický kompresor, jež jste navrh jako odpověď na dotaz oponenta?“
Hodnocení odpovědi: zodpovězeno s drobnou nápovědou.
Doc. Klimeš položil otázku: „ Jak by porovnání dopadlo, kdyby do porovnání byly zohledněny i náklady na výrobu automobilu?“
Hodnocení odpovědi: zodpovězeno
Doc. Klimeš podotkl poznámku k umístění referencí a k převzatému obrázku, kde zůstaly anglické popisky.
Doc. Charvát se zeptal na použitou referenci, která vycházela z jiné bakalářské práce, ale pravděpodobně nebyla tato myšlenka v této bakalářské práci původní.
Doktor Krejčí podotkl, že není úplně vhodné použití bezpatkového písma, i když vzorce jsou napsány patkovým písmem. Dále podotkl, že jedna z uvedených tabulek má velice malé písmo oproti ostatnímu textu a je tedy mírně nečitelná.
Prof. Štětina podotkl, že v seznamu symbolů chybí jednotky.
Doktor Krejčí se zeptal: „ Jak do porovnávacích výpočtů započítat i nutnou infrastrukturu, která je také potřeba vytvořit?“ Prof. Štětina podotkl, že zde je také problém se spořební daní (elektřina apod.), která může být pravděpodobně v budoucnu zavedena.
Hodnocení odpovědi: zodpovězeno
Result of defence
práce byla úspěšně obhájena
Document licence
Standardní licenční smlouva - přístup k plnému textu bez omezení