Chi phí sản xuất BEV so với xe thơng thƣờng có thể đƣợc ƣớc tính thơng qua một loạt các bộ phận thay thế, trong đó các thành phần khơng cần thiết trong EV đƣợc loại bỏ và thay vào đó là các lịnh kiện cần thiết. Phƣơng pháp này đƣợc sử dụng rộng rãi và đƣợc xây dựng trên một khung xe thơng thƣờng.
31
Hình 2.9. Hệ thống truyền lực của xe truyền thống kiểu FR
Hệ thống kiểu này bao gồm hộp số, ly họp, trục các đăng, vi sai…… Nhƣng với động cơ điện thì khác: Khơng cần hộp số, trục các đăng….
Hình 2.10. Hệ thống truyền lực xe điện
Rõ ràng, chiếc xe điện cơ bản sẽ có hệ thống truyền lực nhỏ hơn và rẻ hơn và chi phí này chúng ta có thể dành cho các kết cấu khung gầm thép có độ bền cao, vật liệu nhơm hay composite sợi carbon
32
Hình 2.11. Hình ảnh thực tế hệ thống truyền lực xe điện II.5. Hệ thống phụ kiện cho BEV II.5. Hệ thống phụ kiện cho BEV
Để có thể sạc ắc quy, yêu cầu phải có một bộ sạc đi kèm trên xe thậm chí tích hợp vào các khối điều khiển động cơ. Hiện nay, hệ thống sạc này đã đƣợc tiêu chuẩn hóa và quy định tại SAE J1771. Tiêu chuẩn này cho phép sạc ở mức công suất 16,6 kW (120 – 240 VAC, 70A)
II.6. Chi phí vận hành và bảo trì hệ thống khơng năng lƣợng
Ngồi chi phí nhiên liệu điện, xe điện cịn mang lại lợi thế và chi phí bảo trì thấp hơn so với xe thông thƣờng. Có rất ít chi tiết chuyển động trong xe điện, động cơ điện cơ bản
có thế coi là bảo trì miễn phí và khơng có nhu cầu thay đổi định kỳ. Ắc quy có nhu cầu kiểm tra định kỳ nhƣng chi phí bảo dƣỡng tổng thể cho xe điện sẽ tƣơng đối thấp.
II.7. Chi phí năng lƣợng sử dụng cho xe điện
Những phần dƣới đây mô tả việc sử dụng năng lƣợng của xe điện và các chi phí liên quan đến nhiên liệu điện mà chúng tiêu thụ. Không giống nhƣ xe hybrid hay xe sử dụng pin nhiên liệu, chi phí nạp nhiên liệu của xe điện là tƣơng đối đơn giản và dễ hiểu.
33
II.7.1. Năng lƣợng sử dụng của xe điện
Việc sử dụng năng lƣợng của xe điện thƣờng đƣợc thể hiện qua Wh/mile hoặc Wh/km. Giá trị này thƣờng dao động từ khoảng 124Wh/km cho các loại xe điện cỡ nhỏ và lên đến 249 Wh/km cho các loại xe lớn hơn. Ví dụ, Toyota RAV4 có giá trị sử dụng năng lƣợng là 187 Wh/km.
Khi công nghệ ắc quy từ từ đƣợc cải thiện trong tƣơng lai, năng lƣợng sử dụng trên xe điện cũng giảm đƣợc phần nào. Điều này có thể là kết quả của việc cải tiến động cơ và điều khiển, cải thiện hiệu suất sử dụng của pin và chi phí cho các hệ thống phụ trợ thấp hơn
II.7.2. Chi phí nhiên liệu điện
Điện cho ắc quy xe điện nói chung có chi phí thấp hơn so với các loại nhiên liệu khác. Ắc quy thƣờng đƣợc sạc vào ban đêm khi việc sạc không làm ảnh hƣờng nhiều đến sinh hoạt và cùng với đó là đồng hồ điện riêng biệt để việc sử dụng điện cho xe điện khơng tích lũy vào hóa đơn của hộ gia đình. Do vậy chi phí nhiên liệu cho xe điện đƣợc giảm xuống mức tối đa, điều này là thực sự quan trọng cho việc thâm nhập thị trƣờng của chúng.
Nhƣ vậy với sự phát triển không ngừng của Ắc quy, ta thấy xe điện ngày càng di chuyển đƣợc quãng đƣờng xa hơn sau một lần sạc đầy. Với nguồn động lực này luận văn giới thiệu một nghiên cứu so sánh về tính kinh tế và tác động mơi trƣờng của các loại xe đang sử dụng trên thị trƣờng với xe điện, để đƣa ra biện pháp tối ƣu về nguồn năng lƣợng chính Ắc quy khi áp dụng xe điện trong chuyên trở khách nội đơ.
34
CHƢƠNG III: SO SÁNH VỀ TÍNH KINH TẾ VÀ TÁC ĐỘNG MƠI TRƢỜNG GIỮA CÁC LOẠI XE VỚI XE ĐIỆN.
Trong 10 – 15 năm qua, chúng ta đã quen thuộc với những phƣơng tiện không chỉ sử dụng nguồn động lực là động cơ đốt trong (nhiên liệu xăng, diesel hay khí), mà cịn sử dụng từ động cơ điện. Những chiếc xe hybrid đảm bảo khả năng giảm mức tiêu thụ năng lƣợng và giảm lƣợng khí thải khi xe đi trong thành phố, nhƣng tham vọng của chúng ta là những chiếc xe điện khơng có khí thải và cho phép lái xe với những quãng đƣờng xa hơn với một lần nạp đầy năng lƣợng điện.
Chiếc xe đầu tiên đƣợc sản xuất vào đầu thế kỷ trƣớc là chiếc xe điện, trang bị ắc quy chì – a xít, nhƣng chúng sớm bị lãng quên vì sự hạn chế của hiệu suất pin cùng với đó là sự sẵn có và giá cả hợp lý của nhiên liệu hóa thạch dùng cho động cơ đốt trong. Tuy nhiên, tình thế đã hoàn toàn thay đổi trong những năm gần đây khi giá nhiên liệu tăng cao và sự suy giảm mạnh mẽ của mơi trƣờng làm cho chúng ta nhìn nhận lại việc sử dụng các loại pin có hiệu quả cao đặc biệt là từ đầu những năm 1990 trở lại đây. Một số loại pin đƣợc sử dụng nhƣ Nickel-metal hydride (vẫn sử dụng phổ biến đến năm 2009, ví dụ nhƣ trong Toyota Prius và Honda Insight) và pin Li-ion sắp tới (đang đƣợc sử dụng gần đây trong sản xuất xe điện , ví dụ nhƣ Nissan Leaf và Mitsubishi i-MiEV) có năng lƣợng đạt u cầu và các tính năng điện đảm bảo.
Việc thay thế bằng các hệ thống truyền động khác sẽ đƣợc đánh giá về chi phí cuộc đời (thời gian sử dụng), mức tiêu thụ nhiên liệu và tác động tới môi trƣờng. Công việc đánh giá này sẽ tác động vào hiểu biết của ngƣời dân và giúp sự xâm nhập thị trƣờng của những chiếc xe điện dễ dàng hơn. Tuy nhiên theo một cuộc điều tra, phần lớn các lái xe ít chú ý đến vấn đề môi trƣờng và hiệu suất tích cực của xe mà họ quan tâm nhiều hơn đến chi phí ban đầu bỏ ra để mua chiếc xe. Về vấn đề này, các chính sách ƣu đãi đối với HEV và EV đóng một vai
35
trị cơ bản. Cơ sở hạ tầng cũng hết sức quan trọng cho việc phổ biến của xe chạy bằng pin vì nó giải quyết đƣợc những lo lắng ban đầu của ngƣời tiêu dùng.
Các ngành công nghiệp chính phải thích ứng đƣợc với sự thay đổi và cơ cấu lại để đáp ứng đƣợc yêu cầu phát triển bền vững, sản xuất xe là một ngành cơng nghiệp đóng vài trị đáng kể trong công cuộc này. Một trong những yêu cầu phát triển bền vững đối với ngành công nghiệp ô tô là làm ra những chiếc xe ít thậm chí là khơng gây ơ nhiễm khơng khí trong q trình hoạt động. Một chiếc xe đƣợc thiết kế dựa trên u cầu đó địi hỏi phải phát triển về hệ thống truyền động, xử lý nhiên liệu, các công nghệ chuyển đổi năng lƣợng. Trong việc phân tích một nguồn động lực và hệ thống cung cấp nhiên liệu cần thiết phải xem xét đến tất cả các giai đoạn bắt đầu từ việc khai thác các tài nguyên thiên nhiên để sản xuất nhiên liệu và kết thúc với việc chuyển đổi năng lƣợng đƣợc lƣu trữ trên xe thành năng lƣợng cơ học cho chiếc xe chuyển động và vào các mục đích khác (sƣởi ấm, làm mát, chiếu sang, tín hiệu,..). Đánh giá tổng thể sự ảnh hƣởng của các giai đoạn này tới mội trƣờng chi phí – hiệu quả cũng là một yếu tố quyết định góp phần vào sự phát triển của giao thông vận tải với môi trƣờng khu vực.
Chƣơng này giới thiệu nghiên cứu của Granfranco Pistoia về các phƣơng pháp tiếp cận, đánh giá dựa trên dữ liệu chi phí thực tế, các chỉ số vòng đời sản xuất xe, các giai đoạn sử dụng và thực hiện một so sánh ba hình thức sử dụng nhiên liệu dùng cho các loại động cơ khác nhau. Bên cạnh đó,nghiên cứu này cùng so sánh hiệu quả kinh tế và tính ơ nhiễm của ba loại xe hiện có trên thị trƣờng nhƣ sau:
Xe xăng thông thƣờng (nhiên liệu xăng và ICE)
Xe hybrid (nhiên liệu xăng, bộ chuyển đổi pin sạc lớn) Xe điện (pin điện dung lƣợng lớn, động cơ điện)
Ba trƣờng hợp nghiên cứu đƣợc cụ thể hóa bằng các dịng xe đã đƣa vào thị trƣờng từ năm 2001 đến năm 2004, các phƣơng tiện cụ thể nhƣ sau:
36
Toyota Corolla (xe thông thƣờng), Toyota Prius (xe hybrid),
Toyota RAV4EV ( xe điện).
Lƣu ý: các phân tích này đƣợc dựa trên dữ liệu đƣợc công bố từ nhà sản xuất và thử nghiệm.
III.1. Tiêu chuẩn kỹ thuật và kinh tế
Một số thông số kinh tế trọng điểm đặc trƣng xe, nhƣ giá xe, chi phí nhiên liệu, và phạm vi lái xe. Trong phân tích dƣới đậy, chúng ta bỏ qua chi phí bảo trì. Tuy nhiên, đối với các xe hybrid và điện, chi phí thay thế pin trong suốt thời gian đƣợc hạch toán. Cũng lƣu ý rằng phạm vi lái xe xác định tần số (số lƣợng và khoảng cách tách biệt) của trạm tiếp nhiên liệu cho từng loại xe. Tổng chi phí nhiên liệu và tổng số km lái xe có liên quan đến cuộc sống xe.
Các thơng số kỹ thuật và kinh tế đóng vai trị nhƣ các tiêu chí để phân tích so sánh các xe đƣợc chọn (bảng 3.1)
Bảng 3.1: Thông số kỹ thuật và kinh tế của các loại xe
Loại xe Nhiên liệu Giá ban đầu (USK$) Nhiên liệu tiêu thụ (MJ/100k m) Giá nhiên liệu (US$/100k m) Quãng đƣờng đi đƣợc (Km) Gía thành ắc quy trong vịng đời 10 năm Thơng thƣờng Xăng 15.3 236.8 2.94 540 1 x 0.1 Hybrid Xăng 20.0 137.6 1.71 930 1 x 1.02 Điện Điện 42.0 67.2 0.901 164 2 x 15.4
37
- Qua bảng thống kê ta thấy xe Electric cho ta mức tiêu thụ nhiên liệu thấp nhất chỉ với 67,2MJ/100km và 0,901USD/100km
- Tuy nhiên xe Electric chỉ lái xa đƣợc có 164km là phải nạp nhiên liệu
Giá trung bình hằng năm của các loại nhiên liệu tiêu biểu trong thập kỉ qua đƣợc trình bày trong hình 3.1, dựa trên thơng tin từ Cơ quan Quản lý thông tin năng lƣợng (Energy Information Administration).
Hình 3.1 Giá nhiên liệu qua các năm III.2. Tiêu chí tác động mơi trƣờng III.2. Tiêu chí tác động mơi trƣờng
Hai yếu tố tác động tới môi trƣờng đƣợc đƣa ra trong nghiên cứu này để đánh giá các loại phƣơng tiện tiết kiệm nhiên liệu là: ơ nhiễm khơng khí (AP: Air Pollution) và khí nhà kính (GHG: GreenHouse Gas). Các loại khí nhà kính chủ yếu là CO2, CH4, N2O, và SF6 (sulphur hexafluoride) với hệ số ảnh hƣởng so với CO2 lần lƣợt là 1, 21, 310, 24.900, SF6 đƣợc sử dụng nhƣ một loại khí bao phủ trong quá trình đúc magiê, một vật liệu đƣợc sử dụng trong sản xuất xe. Các loại khí gây ơ nhiễm khơng khí là CO, NOx, SOx và VOC (hợp chất hữu cơ dễ bay hơi) với hệ số tác động so với NOx lần lƣợt là 0.017, 1, 1.3 và 0.64. Các giai
38
đoạn sản xuất xe tác động tới môi trƣờng từ các bƣớc khai thác và xử lý các nguồn nguyên liệu cho đến việc sản xuất xe. Các số liệu trong bảng 3.2 dựa trên cơ sở tính tốn cho khối lƣợng khơng tải của xe. Phát thải AP tính cho một đơn vị khối lƣợng khơng tải, kí hiệu APm, thu đƣợc cho một trƣờng hợp xe thông thƣờng bằng cách áp hệ số các chất ơ nhiễm khơng khí theo cơng thức:
APm= ∑mi.wi Bảng 3.2. Các chất gây ô nhiễm Các giai đoạn CO (kg) NOx (kg) GHGs (kg) SX Vật Liệu 0.0120 0.00506 1.930 Chế Tạo 0.000188 0.00240 1.228 Tái Chế 1.77 x 10-6 3.58 x 10-5 0.014 Tổng 0.0122 0.00750 3.172
Trong đó, i là chỉ số các chất gây ơ nhiễm khơng khí (CO, NOx, SOx hoặc VOC), mi là khối lƣợng chất gây ơ nhiễm khơng khí thứ i, wi là hệ số ảnh hƣởng của chất gây ơ nhiễm khơng khí thứ i.
Các kết quả đánh giá tác động môi trƣờng cho những giai đoạn sản xuất xe đƣợc thể hiện trong bảng 3.3 đối với từng xe.Nghiên cứu cho rằng khí nhà kính và phát thải AP tỉ lệ thuận với khối lƣợng xe, nhƣng các tác động liên quan đến môi trƣờng liên quan đến việc sản xuất các thiết bị đặc biệt nhƣ hybrid, điện và pin nhiên liệu ví dụ nhƣ pin NiMeH thì đƣợc đánh giá riêng. Theo đó lƣợng phát thải khí GHG và AP đƣợc tính tốn cho các loại xe thơng thƣờng là:
AP = mcar. APm GHG = mcar.GHGm
Đối với loại xe hybrid và xe điện là:
AP = (mcar – mbat). APm + mbat. APbat GHG = (mcar – mbat). GHGm + mbat. GHGba
39
Ở đây, mcar , mbat tƣơng ứng là khối lƣợng của xe, của pin NiMeH. APm, APbat GHGm, GHGbat là lƣợng khí thải nhà kính cho
pin NiMeH và khối lƣợng pin nhiên liệu.
Bảng 3.3. Phát thải vòng đời của xe
Loại xe Khối lƣợng (kg) Phát thải GHG (kg) Phát thải AP (kg) Phát thải GHG đi đƣợc 100km (kg/100km) Phát thải AP đi đƣợc 100km (kg/100km) Thông thƣờng 1,134 3.595.8 8.74 1.490 0.00362 Hybrid 1,311 4,156.7 10.10 1.722 0.00419 Điện 1,588 4,758.3 15.09 1.972 0.00625
Tác động môi trƣờng của việc sản xuất pin đƣợc trình bày trong Bảng 3.4, giả sử điện đƣợc sản xuất từ khí tự nhiên với hiệu suất trung bình 40%
Bảng 3.4. Phát thải do quá trình sản xuất ắc quy
Thiết bị Khối lƣợng (kg) Số lƣợng Ắc quy trong vòng đời xe Phát thải AP trong vòng đời xe (kg) Phát thải GHG trong vòng đời xe (kg) Ắc quy NiMH cho xe Hybrid 53 2 0.507 89.37 Ắc quy NiMH cho xe Hybrid 430 3 6.167 1,087.6
Tác động môi trƣờng của các giai đoạn sản xuất pin nhiên liệu đƣợc thể hiện qua ô nhiễm khơng khí và phát thải khí nhà kính
40
Để đánh giá tác động liên quan đến sản xuất xe điện những phƣơng án sản xuất điện đƣợc đƣa ra nhƣ sau:
• Phƣơng án 1: Điện đƣợc sản xuất từ các nguồn năng lƣợng tái tạo và năng lƣợng hạt nhân
• Phƣơng án 2: 50% điện năng đƣợc sản xuất từ các nguồn năng lƣợng tái tạo và 50% từ khí tự nhiên với hiệu suất 40%
• Phƣơng án 3: Điện đƣợc sản xuất từ khí tự nhiên với hiệu suất 40%
Lƣợng phát thải khí nhà kính trung bình từ hạt nhân hoặc năng lƣợng tái tạo đƣợc báo cáo là 18,4 tấn CO2 tƣơng đƣơng với GWh điện. Khí thải này đƣợc tính trong việc khai thác nguyên liệu, sản xuất điện hạt nhân, thủy điện, sinh khối, gió, mặt trời và các trạm phát điện địa nhiệt. Theo một nghiên cứu của Meier, khí nhà kính và khí thải AP trong sản xuất đƣợc tính ở một nhà máy phát điện khí thiên nhiên là khơng đáng kể so với lƣợng khí thải sinh ra trực tiếp trong quá trình sử dụng nó. Khí nhà kính và khí thải AP cho 3 trƣờng hợp trên đƣợc tính tốn và trình bày trong bảng 3.5.
Bảng 3.5. Phát thải do quá trình sản xuất điện
Phƣơng án SX điện Phát thải GHG (g/MJ) Phát thải AP (g/MJ) Phƣơng án 1 5.11 0.0195 Phƣơng án 2 77.5 0.296 Phƣơng án 3 149.9 0.573
Khí GHG và AP trong trƣờng hợp xe sử dụng xăng tổng hợp từ dầu thô cũng đƣợc báo cáo trong bảng 3.6
41
Bảng 3.6. Phát thải do quá trình sản xuất xăng
Nhiên liệu Phát thải GHG (g/MJ)
Phát thải AP (g/MJ) Xăng từ dầu thô 84.0 0.238
Tác động tới môi trƣờng của các giai đoạn sử dụng nhiên liệu cũng nhƣ tác động môi trƣờng tổng thể (bao gồm cả việc sử dụng nhiên liệu, sản xuất xe và các giai đoạn xử lý) đƣợc tóm tắt trong bảng 3.7
Bảng 3.7.Tác động mơi trƣờng tổng thể
Loại xe
Giai đoạn sử dụng nhiên
liệu Tổng thể vòng đời Phát thải GHG đi đƣợc 100km (kg/100km) Phát thải AP đi đƣợc 100km (kg/100km) Phát thải GHG đi đƣợc 100km (kg/100km) Phát thải AP đi đƣợc 100km (kg/100km) Thông thƣờng 19.9 0.0564 21.4 0.0600 Hybrid 11.6 0.0328 13.3 0.0370 Điện P.a 1 0.343 0.00131 2.31 0.00756 P.a 2 5.21 0.0199 7.18 0.0262 P.a 3 10.1 0.0385 12.0 0.0448
Phát thải tổng thể vịng đời đƣợc tính bằng phát thải của các giai đoạn sử dụng nhiên liệu trên mỗi 100km trong bảng 3.8 cộng với phát thải tính cho giai đoạn sản xuấ ảng 3.3
42
III.3. Tiêu chuẩn hóa và chỉ số chung
Để thuận lợi cho việc so sánh các loại xe khác nhau từ các chỉ số có sẵn (kỹ