Elektriautosid peetakse õigustatult transpordisektori energiatarbimise vähendajateks. Rusikareeglina kulub arenenud riikides kolmandik kogu riigi energiatarbimisest transpordile. Tänu madalale sisepõlemismootori keskmisele kasutatavale kasutegurile (umbes 12%) ei kulu mistõttu enamik kallist mootorikütusest saadud energiast mitte mehaanilise energia andmiseks, vaid hoopiski ümbritseva õhu kütmiseks. Elektriauto energia kasutatavuse efektiivsuseks pakutakse u. 75 – 85 %, see on siis autosse laetud energia ning liikumiseks kasutatud energia suhe. Isegi 33% kasuteguriga soojuselektrijaamade kasutamisel oleks energia kasutamise koguefektiivsus sel juhul u. 25%, mis tähendaks vähemalt kahekordset kokkuhoidu võrreldes senise energiakasutusega.

Mõned tuntuimad näited praegu toodetavatest täiselektriautodest

Mitsubishi iMiev NissanLeaf3
Mitsubishi iMiev Nissan Leaf

Elektriauto on Eestis saanud kiirelt suhteliselt igapäevaseks nähtuseks ning oodata on, et tulevikus saab neid meie teedel olema järjest rohkem. Kui hetkel on elektriauto oodatav läbitav vahemaa tüüpiliselt umbes 100 km, siis tulevikus see kindlasti kasvab. Läbisõidu ligikaudse numbri leidmiseks tuleks arvestada elektriauto tüüpiliseks energiatarbeks u. 0,2 – 0,25 kWh / km ning 100 km jaoks on siis vaja akut energiasalvestusmahuga umbes 20 – 25 kWh. Praegused seeriatootmises olevad tipp-elektriautomargid on varustatud akudega, mille mahutavus küündib 85 kWh-ni. See tähendab sõiduulatust ühe laadimisega isegi üle 400 km, mis juba on täiesti võrreldav sisepõlemismootoriga autode sõiduulatusega.

BYD e6 tesla-model-s
BYD e6 Tesla Model S

Aku laadimisel tuleb arvesse võtta seda, et energia, mis salvestatakse akusse, peab sinna ka jõudma läbi elektrivõrgu ning läbi laadimisliidese. Seetõttu tuleb arvesse võtta ka piiranguid laadimiskiirusele, isegi nn. kiirlaadijate puhul. Näiteks kiirlaadija, mis pakub laadimiseks pinget 350 V ning voolu 100 A, suudab üle kanda võimsust P = U * I = 35 kW. Sellise võimsusega saaks varustada terve tänava jagu eramajasid. Ühe elektriauto laadimisel poole tunni jooksul saab üle kanda W = P * t = 17,5 kWh energiat, mis laadimise kasuteguri 85% korral tähendaks umbes 15 kWh, ehk siis peaaegu Eesti keskmise elektriauto akutäit (arvestades, et kiirlaadimisel saab laadida kuni umbes 80% aku mahuni). Kui aga kiirlaadijat ei ole meie käsutuses, siis tuleb arvestada veelgi pikema ajavahemikuga. Koduses majapidamises olev „europistik“ võib olla sobilik kuni 16 A voolu jaoks ning pinge selles on 230 V. Sellise ühendusega on võimalik saavutada laadimisvõimsus kuni 3,5 kW ning see tähendab ka 10 korda pikemat laadimisaega. 17,5 kWh energiat kantakse sellise ühenduse kaudu üle 5 tunniga. Ohutuse ja tüüpilise elektrivõrguga arvestamisel on paljudel autodel laadimisvool piiratud näiteks ka alla 10 A väärtusele. 10 A voolu korral oleks maksimaalne laadimisvõimsus 2,3 kW ning 17,5 kWh laadimiseks kulub juba 7,5 tundi, ehk siis võiks öelda, et terve öö.

Üldine ennustatav trend elektriautode laadimiseks on kodus laadimine, kasutades just eelpoolkirjeldatud tava-elektrivõrku. Et laadimisaeg on pikk, siis eeldatavasti ühendavad autoomanikud auto elektrivõrku laadima õhtul kohe peale koju jõudmist. Elektriauto laadimisvõimsus on ikkagi suhteliselt suur ning võrreldav terve maja omaga. Tänu pikale laadimisajale on sellist võimust vaja ka pika aja jooksul, nii et ühe auto laadimist võib koormuse mõistes pidada vastavaks ühe uue tarbija koormusele. Majaomaniku jaoks võib see tähendada eramu liitumiskilbis peakaitsme vahetust. On selge, et näiteks 15 A laadimisvoolu korral ei tohiks 16 A peakaitsme puhul olla samale faasile ühendatud ühtegi muud tarbijat. 25 A peakaitsegi võib osutuda ebapiisavaks, kui samas faasis on näiteks pesumasin/kuivati/keedukann. Lisaks sellele peaks elektriauto laadimiseks olema paigaldatud ka vastav kaabel, mis oleks sobilik pideva suure vooluga tarbimise jaoks. Seega võib elektriauto laadimiseks valmistumine tähendada ka teatavat väikest investeeringu vajadust.

Elektrivõrgu poolel aga sellega protsess alles algab. Elektrivõrgu jaoks on laadmine suure võimsusega tarbimine, mis energiamüügile on kahtlemata hea. Samas tüüpiliselt ei arvestata võrgu ehitusel sellega, et suure võimsusega koormus on võrgus pidevalt, samaaegselt ning pikaaegselt – ehk siis selliselt, milliseks kujuneb võrku ühendatud suurema hulga elektriautode kogukoormus. Lisaks on elektriautode laadimine mittelineaarne koormus, mille tarbitava vahelduvvoolu siinuskuju on moonutatud. See omakorda põhjustab moonutatud pingelangu võrgu komponentidel ning tulemuseks on moonutatud vahelduvpinge siinuskuju. Moonutatud võrgupinge jõuab kõikide tarbijateni ning suurte moonutuste korral on tõsine oht võrku ühendatud seadmetele – näiteks elektroonikaseadmete toiteplokkidele, mis võivad selle tulemusena rikneda. Praegune teaduslik uuring keskendubki sellele, kui suur on oodatav moonutuste tase võrgu vahelduvpinge siinuskujule, kui arvestada suuremat elektriautode kasutust. Selle eesmärk on juhiste loomine elektrivõrkude projekteerimiseks ja ehitamiseks, kuna elektrivõrgu eluiga on peale ehitamist vähemalt 40 aastat ning selle ajaga võib klientide omandusse lisanduda suuremal hulgal elektriautosid. Uurimistööst lähemalt allpool olevas videos.

Video:

Uurimistöö toimub koostöös Aalto Ülikooli Elektrotehnika Kõrgkooli Elektrotehnika instituudiga, TTÜ Elektrotehnika instituudi ning TTÜ Elektroenergeetika instituudiga. Aitäh TTÜ Mektroy’le uurimistöös elektriauto kasutamise eest!