Sežere kamion Tesly stejně elektřiny jako 4000 domácností? A je to hodně nebo málo?

Na internetu se nám minulý týden rozmohl takový nešvar, kdy noviny jako Lidovky.cz nebo Aktuálně.cz a další přetiskly zprávu Financial Times o tom, že nový tahač Tesly spotřebuje pro nabíjení tolik energie, jako 4000 domácností. Pravděpodobně navíc plných jenom sirotků, matek samoživitelek a chráněných dílen pro tělesně postižené válečné veterány (nebo kdo je dnes na internetech milován).

Není to příliš lež – jenže bez srovnání s jinými možnostmi je to stále hloupost.

Spotřeba energie?

Po dobu nabíjení kamionu skutečně odběr odpovídá pár tisícům domácností. Stejně tak ale lze tvrdit, že natankování auta na benzín spotřebuje stejně energie, jako za stejnou dobu N tisíc domácností. Lití benzinu do nádrže rychlostí desítek litrů za minutu a tím způsobený transfer chemicky uložené energie by byl stejný, jako odběr malého města, kdyby běželo na agregátech.

Hrubým výpočtem jde při tankování benzínu o „výkon“ přibližně 30 MW (50 l, ~0.75 kg/l, 46.7 MJ/kg, 1 minuta doba plnění: 50 × 0,75 × 46,7 ÷ 60 = 29,19). Což by při číslech uveřejněných v novinách bylo 75000 domácností...

Zdá se vám to hodně? Ve skutečnosti mililitr benzínu ukrývá víc než 60 kJ energie, takže už 0.4 ml na jednu domácnost za minutu v pohodě její energetické nároky pokryje. Samozřejmě motory spalující benzín využijí maximálně 1/4 té energie na pohyb a zbytek jde do odpadního tepla, ale ta uložená energie v daném množství je.

Lidé si moc dobře neuvědomují, jakou hustotu energie benzín skutečně ukrývá, a že průměrná spotřeba domácnosti není to samé, co zapnutý přímotop. Právě protože je benzín tak fantastický zdroj energie při celkem nízké hmotnosti, je pro elektromobilitu tak složité jej překonat. Ale pojďme dále.

Zatížení infrastruktury

S přenosovou sítí samozřejmě takto skokové zvýšení odběru nedělá nic moc pozitivního. Je skutečně technický oříšek tu energii pumpovat jedním kabelem do akumulátorů v kamionu, a nějak ji na to místo taky dopravit a vypořádat se s výkyvy odběru, které to způsobuje (tzn. zátěž infrastruktury). To však lze částečně řešit třeba dalšími akumulátory, které budou průběžně hromadit energii a pak ji akorát přelijí do náklaďáku.

Je fakt, že dnešní přenosová síť na podobnou skokovou zátěž příliš připravená není – stejně tak ale nelze očekávat, že našimi ulicemi začnou jezdit desítky Tesla trucků ze dne na den. Pokud totiž vezmeme v potaz, jak se v posledním století průběžně dimenzovala distribuční síť, uvědomíme si, že to není až tak dávno, kdy naše babičky a dědečkové využívali v domech elektřinu pouze ke svícení. Později se přidal ohřev vody, vaření nejprve na odporových plotnách (dnes indukčních deskách o mnohem vyšším maximálním příkonu) a vrcholem techniky pak byl provoz televizorů.

Sami si můžete všimnout například ve starších domech nebo chalupách, že v místnosti bohatě postačovaly dvě elektrické zásuvky. To je dnes naprosto nereálný scénář, vezmeme-li v úvahu průměrného středoškoláka s mobilem, tabletem, stolním PC, monitorem, reproduktory, lampičkou a spoustou jiných k životu nezbytných věcí...

A jelikož spotřeba elektrické energie v běžných domácnostech průběžně stoupala a dále stoupá s tím, jak domácnosti (a nejen ony) inovují vlastní rozvody a technickou vybavenost, chytré mozky v ČEPSu napadlo „co kdybychom naddimenzovali transformátory, ať to chvilku vydrží?“. A tak se také stalo, avšak ekonomické hledisko zde opět zahrálo výsostnou roli – proč také budovat transformátory s automatickou regulací napětí pro každou odbočku vedení, když tam máme vcelku konstantní zátěž?

Regulace zde však hraje významnou roli, začne-li se zátěž výrazně měnit. Jak jsme si již řekli dříve, skokové zvýšení odběru dokáže nadělat v síti pořádnou neplechu. O největší neplechu se v současnosti mohou postarat výkonné elektromotory (např. vodárenská čerpadla), při jejichž přímém rozběhu je možno ze sítě odebírat až jejich zkratové proudy (což závisí primárně na konstrukci daného motoru).

Z tohoto důvodu musí být v každém okamžiku v každém bodu sítě (a to se transformátorů týká velmi významně, jelikož nebývají úplně levné a nemění se každý rok) k dispozici výkonová rezerva – pokud by nebyla, docházelo by k přetěžování transformátorů, rozvoden, apod. Ale hlavně – rapidně by v síti spadlo napětí. Při poklesu napětí by pak docházelo k výpadkům různých zařízení, což je např. při přehrávání BIOSu obzvláště zábavný jev.

Pro demonstraci tohoto jevu je možno uvést např. graf znázorňující výkyvy napětí na jedné nejmenované střední škole v průběhu posledního týdne, kde minima v odběrových špičkách dosahují až k 226 V a maxima k 241 V. Tento příkon však zdaleka neodpovídá odběru, který může krátkodobě způsobit nabíjející se kamion plný lithia.

Ozývaly se rovněž argumenty, podle nichž by podobné navýšení přenosové sítě bylo nereálné, protože tolik materiálu pro baterie na světě přece není. To je ovšem zhruba stejný pohled, jako kdyby v 19. století někdo argumentoval tím, že nebudeme jednou masově létat na dovolenou, protože helia je na Zemi málo.

Zvláště v Německu dnes ilustrují, že přečerpávací elektrárny věru nejsou jediná možnost, jak uložit energii. Do role přečerpávacích elektráren (ne nutně jen na vodu) se konvertují staré doly (Prosper-Haniel v Severním Vestfálsku), v menším měřítku lze něco podobného realizovat i s podvodními balóny a řadou dalších, kreativních postupů. Jinde (ve velkém čerstvě především v Austrálii) se jde cestou velkokapacitních instalací baterií. Výhledově lze ale rovněž čekat nahrazení i li-ion baterií, nejspíše superkapacitory, u nichž je chemický způsob uskladnění energie nahrazen fyzikálním.

Co je však pro síť ještě mnohem nebezpečnější, je skokové snížení odběru. Toto snížení totiž může vést na transformátorech k prudkému nárůstu výstupního napětí a vzniku napěťové špičky, která může poslat do křemíkového nebe spoustu zařízení, která nemají v lásce překvapení. Pokud tak chceme nabíjet kamion, je potřeba na to nejprve připravit distribuční síť, a to vysokým naddimenzováním distribučních transformátorů, popř. zavedením nebo změnou fungování řídicích systémů výstupního napětí těchto transformátorů.

Elektromobily a média

Původní studie reportovaná Financial Times tak skutečně má pravdu v tom, že nárůst elektromobility bude muset (pokud jej tedy chceme) jít ruku v ruce se značnými částkami do překopání infrastruktury. Nejenže je však tato informace sama o sobě zavádějící z mnoha důvodů, ale zároveň ji (nejen tuzemská) média reportovala poněkud jednostranně.

Bohužel, takto nešťastně formulované titulky (které dnes čte většina lidí) dávají namísto smysluplného varování „Aha, na elektrifikaci dopravy budeme potřebovat novou infrastrukturu“ (a ideálně k porovnání i propočet, kolik podpůrné infrastruktury bylo pro změnu potřeba pro fosilní dopravu) dojem, že Tesly mají spotřebu jako půl Texasu.

A k tomu se samozřejmě ve fyzice zběhlým při pohledu na některé formulace ježí vlasy na hlavě, pokud si je ještě nestihli všechny vytrhat u dřívějších podobných článků. Zmiňují výkon v kilowattech, ale mluví o něm, jako by to byla celkově odebraná energie, ne její momentální tok (P = W/t kde P je výkon; W = E: práce = energie; t je čas) – a to ještě tak, že to skoro vypadá, jako by měl mít kamion na elektřinu takový odběr za jízdy, ne při dobíjení, které musí být samozřejmě co nejrychlejší.

V dopravě je využívána obrovská energie jednoduše z toho důvodu, že rozpohybovat rychle mnoha(set)tunové kolosy jsme se ještě nenaučili dělat bez porušení fyzikálních zákonů. Třeba takový Boeing 747 při transoceánském letu spotřebuje tolik energie, jako vaše domácnost za víc než 60 let. Pokud nechceme používat koně (s nimiž se přes oceán jezdí špatně a ani těch 20 tun přívěsu neuvezou zrovna snadno a nemluvě o spotřebě sena, které na moři neschne zrovna dobře), z kontextu vytržený odběr proudu o užitečnosti / ekologičnosti / neekologičnosti řekne kulové.

U elektrického kamionu stojí za zmínku také velice užitečná rekuperace, která šetří životnost brzd (a zamoření vzduchu drobnými částečkami z nich) a na rozdíl od v současnosti využívaných retardérů ukládá s vysokou účinností energii zpět do baterií pro opětovné rozjetí. V extrémním případě lze zmínit jeden ve Švýcarsku fungující obří elektrický sklápěč, který vozí vytěženou rudu z kopce a tím do sítě energii dodává, protože při sjezdu je těžší. Doslova ho musíte občas zapojit do sítě a nechat ho vybít.

To celé nutně neznamená, že Tesla svůj elektrotruck skutečně zrealizuje jako masové udělátko a nahradím jím (výhledově) naftové kamiony. Zrovna tak je možné, že Teslu překoná jiný konkurent, či že bude silniční elektromobilita dlouhodobě tržními mechanismy prokázána jako neefektivní nebo neaplikovatelná pro všechny případy.

Případné selhání elektromobility se však skoro zcela jistě nebude dít pro údajnou vysokou spotřebu, nemožnost úpravy sítě nebo špatné technicko-vědecké reportování, tedy věci související s tímto konkrétním případem.

V éře, kdy většina lidí nečte pořádně, by přitom právě takový dojem mohlo majoritě dát rychlé přečtení zavádějícího technického článku. Pokud je nakonec pointou nutnost při absolutní elektrifikaci změnit/naddimenzovat infrastrukturu, správný titulek novin by měl být ve stylu „Kdyby měl elektrický tahač Tesly nahradit všechny kamiony, bylo by třeba zesílit rozvodnou síť“, a nedalo by se na to říct ani popel.

Kromě toho, že bylo na čase.

Příspěvek vyšel na facebookové stránce Vědátor. Publikujeme ho se souhlasem autorů.