Auto >> Fordonsteknik >  >> Bilvård

Kan vi driva alla bilar helt från vindkraft?


För att svara på denna fråga måste vi sluta tänka på energi som en enkel vara - något som ska produceras och konsumeras. Tänk istället på mänskligt beteende, körmönster och vanor och på vind och väders nycker. Tänk sedan på hur alla dessa faktorer kommer att blandas och balansera ut den kraft som faktiskt kan produceras av vind och när och hur den kommer att användas av förare.

Om du har funderat på det, då är svaret du troligen kom fram till, "nej". Och du skulle ha rätt - åtminstone till en viss grad. Det fullständiga svaret ligger, som sagt, i många variabler. Så, som du kommer att se, är det möjligt (men osannolikt), att svaret en dag kan bli "ja."

Frågan om bilar som drivs av vindelektricitet handlar mindre om utbud och efterfrågan, och snarare om sociologiska och kulturella förändringar i vanor och tänkande. Att gå från miles per gallon till kilowattimmar per mil betyder mer än att plocka ett batteri där bensintanken brukade vara. Det handlar om att ändra körvanor, resvanor och till och med vårt koncept med arbete och pendling. Men när (och om) dessa kulturella traditioner förändras, skulle vindkraft fortfarande få brist på tillgång. Visst, det kunde generera den nödvändiga kraften, men bara om det fanns tillräckligt med vindkraftsparker och bara om det fanns tillräckligt med sätt att distribuera kraften - om och om och om. Men vinden är ett ombytligt odjur, trots moderna prognostekniker. Vinden är säsongsbetonad, vinden är beroende av stormar och vinden är varierande och föränderlig - mycket mer än mänskligt beteende.

Men det är möjligt att vindkraft kan bli en del av en portfölj av alternativa energiresurser som en dag kan ersätta mer traditionella kol-, naturgas- och oljekraftverk. Fortsätt läsa för att ta reda på varför vindkraft inte kan driva en nationell flotta av bilar, men kan fungera bra som ett verktyg i en större verktygslåda med energikällor som väntar på att göra USA till ett grönare och mer bränsleeffektivt land.

Innehåll
  1. Vinden är oförutsägbar
  2. Ensam vindkraft räcker inte
  3. Hur hjälper Wind?

>Vinden är oförutsägbar


Massachusetts Institute of Technology (MIT) professor Stephen Connors har studerat samspelet mellan alternativ energi och elproduktion sedan innan termen global uppvärmning kom in i det gemensamma språket.

Han sa att när man tittar på vindkraftens potential att driva el för landets elfordonsflotta, borde folk se tid snarare än geografi. Kort sagt, snarare än att se var elen skulle komma ifrån, bör man titta på när elen behövs.

"Det stora problemet med elfordon är att folk vill ladda över natten," sa Connors.

För närvarande produceras det mesta av el med användning av ångturbiner som eldas med gas, kol eller petroleum. Istället för att låta turbinerna gå på tomgång över natten håller företagen generatorerna igång under de mörka timmarna, vilket producerar ett enormt överskott av elektricitet - även vid reducerad kapacitet - när människor behöver det som minst. Såvida du inte är en elbilsägare som ansluter till elnätet över en natt, då fungerar överskottsgenereringen och följaktligen lägre pris till din fördel.

Vindkraften följer dock inte detta mönster. Istället är vindkraften mindre beroende av en förutsägbar klocka och mer på vädermönster – bara något förutsägbara och inte följa mänskliga mönster.

"Det finns en ganska stor skillnad i mönstren med laddning av elfordon och när vindenergi blir tillgänglig," sa Connors.

Connors sa att den bästa tiden att producera vindenergi är under vintermånaderna, då vindarna ofta är som starkast. Inom de större säsongsmönstren finns också dagliga mönster, som varierar i varje väderregion i landet. Det är dessa trender som dikterar den mer omedelbara vindenergiproduktionen. I grund och botten kan vind komplettera en elbilsflottas elbehov men kan inte vara den enda källan baserat på de säsongsmässiga och regionala mönstren som förser den vind som krävs för att producera energin.

"Denna säsongsbetonade komponent uppfyller inte behoven för närvarande," sa Connors.

>Ensam vindkraft räcker inte


Att driva landets bilpark med vindkraft tar hänsyn till många antaganden. Först och främst är antagandet att flottan skulle vara eldriven. Enligt statliga och privata källor skulle detta vara en bedrift i sig.

Men även om detta scenario inträffade, vilket Connors och andra tror är osannolikt förrän åtminstone 2050, är ​​siffrorna fortfarande skrämmande.

Aktuella siffror visar att USA:s förbrukning av bensin för resor ligger på cirka 400 miljoner gallons (1,5 miljoner liter) per dag. En elbil, med dagens moderna teknik bakom sig, kräver ungefär 40 kilowattimmar för att uppnå samma sträcka som en bil med i genomsnitt cirka 15 miles per gallon (6,4 kilometer per liter).

Dessa siffror är grova uppskattningar och tar inte hänsyn till terräng, fordonseffektivitet och en mängd andra faktorer. De pekar dock på en större bild, eftersom landets elproducenter skulle behöva skapa cirka 16 biljoner kilowattimmar energi per dag för att uppnå ungefär samma energinivå som produceras av bensinen som förbrukades under samma period.

I en mer personlig skala uppskattas det att en bil använder cirka 500 gallons (1 893 liter) bränsle varje år. Baserat på samma antal 40 kilowattimmar per gallon skulle en bil kräva cirka 20 000 kilowattimmar energi varje år för att pendla konservativa 10 000 miles (16 093 kilometer). 2006 uppskattade det amerikanska transportdepartementet antalet personbilar till cirka 251 miljoner. Crunch siffrorna och den slutliga räkningen är en annan skrämmande siffra. Men sedan var den totala mängden el som producerades i USA genom alla källor 2007 mer än 4 biljoner megawattimmar [källa:U.S. Energy Information Administration]. Och en megawattimme är lika med 1 000 kilowattimmar.

I huvudsak kan landet gå över till elfordon för att möta efterfrågan, men inte bara genom vindkraft. Istället kommer det att krävas en större portfölj av förnybar energi för att klara uppgiften.

>Hur hjälper Wind?


Även om den påverkas av säsongsvariationer, kan vind bli en källa för ren, förnybar energi.

Vindkraftverk finns i två huvudformer - vertikala och horisontella. Den horisontella varianten, som ser ut som gigantiska propellrar, visas oftast i reklam idag. Vertikala turbiner ser mer ut som modern skulptur, nästan som en gigantisk äggvisp på en åker.

Båda använder modifierade vingkonstruktioner för att fånga vinden som en drivkraft för att snurra turbinen. När de snurrar genererar de elektricitet. Denna el används antingen direkt som ett komplement till ett större system eller fångas upp och lagras.

En fördel med vind är att genereringspotentialen inte är linjär. Till exempel, vid linjär generering skulle ett varv av generatorn producera en kilowattimme el. Däremot producerar vindkraft el till en effekt av tre. Detta innebär att mängden vind som behövs för att snurra generatorn genom ett varv faktiskt producerar tre kilowattimmar.

Samtidigt som de har denna fördel är antalet vindkraftsparker (eller turbinbankar) relativt litet vid denna tidpunkt.

Connors, liksom många andra energiforskare, säger att vinddriven el skulle användas som en del av ett större paket av förnybara energikällor inklusive geotermisk energi, vattenkraft, solenergi och biomassa. Kärnkraft läggs ofta till på listan eftersom det är en kolfri energikälla.

Den här portföljen kommer sannolikt att utvecklas tillsammans med det växande antalet elfordon, såväl som en växande teknikbas inklusive det föreslagna "smarta" elnätet, som kommer att shunta överskottselen dit det behövs mest, baserat på efterfrågeberäkningar i realtid.

Men även då sa Connors att han tittade på år 2050 (åtminstone) för en helelektrisk fordonsflotta givet ett Moses-scenario. Ett Moses-scenario , sade han, var en idealisk uppsättning omständigheter där statliga regler, policy och den allmänna opinionen alla stämmer överens, vilket möjliggör en smidig, sömlös resa till ett framtida utlovat land.

"Det händer inte ofta", sa han. Faktum är att han använde hybridbilar som exempel. Den första kommersiellt tillgängliga hybriden, Toyota Prius, kom ut på den amerikanska marknaden för cirka 10 år sedan. Först nu, mer än ett decennium senare, blir de allmänt tillgängliga som bilalternativ. Och med tanke på det faktum att det tar allt från 15 till 20 år för landets bilflotta att helt avskaffa äldre modeller för nya, såväl som bristen på kommersiellt gångbara och accepterade elbilar, skulle 2050 vara ett idealiskt datum men inte ett som troligen kommer att bli nått.

Just nu ser det ut som om vinden kommer att flytta fler träd än bilar – men det kan komma att förändras inom en avlägsen framtid.

För mer information om förnybara energikällor, följ länkarna på nästa sida.

>Mycket mer information

Relaterade HowStuffWorks-artiklar

  • Så fungerar vattenkraftverk
  • Hur kärnkraft fungerar
  • Så fungerar kraftnät
  • Så fungerar solceller
  • Så fungerar vindkraft
  • Så fungerar laddare för vindturbiner
  • Hur geotermisk energi fungerar
  • Så fungerar elbilsbatterier

Fler bra länkar

  • American Wind Energy Association
  • USA Institutionen för energi
  • USA Energiinformationsförvaltningen

>Källor

  • American Wind Energy Association. (23 juni 2010)http://www.awea.org/
  • Connors, Stephen. Professor, Massachusetts Institute of Technology. Personlig intervju. Genomfördes den 19 november 2009.
  • USA Institutionen för energi. (23 juni 2010)http://www.energy.gov/
  • USA Energiinformationsförvaltningen. (23 juni 2010)http://www.eia.doe.gov/