Praktické zkušenosti: jakou spotřebu má v zimě elektromobil v porovnání s dieselem?

Zejména v zimních měsících byly velice diskutovanými tématy dojezd a spotřeba elektromobilu při nižších teplotách. Na tento popud jsem se rozhodl zimní spotřebu zdokumentovat a srovnat data také se spalovacím pohonem. Je nutné dodat, že se nejedná o přesné laboratorní měření ve všech režimech a teplotách, ale o hrubé porovnání obou typů pohonu při reálných cestách. K dispozici jsem měl během zimy dvě vozidla. BEV Hyundai Kona s 40kWh baterií a tepelným čerpadlem a spalovací auto Škoda Octavia II 2.0 TDI. Obě auta jsou podobné třídy s výkonem okolo 100 kW.

Zimní provoz auta má svá specifika bez ohledu na typ pohonu. Zejména po mrazivé noci je auto ztuhlé a jak pohonnou jednotku, tak interiér vozidla je nutno po startu zahřát na požadovanou teplotu. Obě vozidla jsem parkoval venku bez přístřešku, takže bylo nutné při vyjetí občas odstranit sníh a seškrábat alespoň nahrubo okna potřebná pro výhled ven. Obě vozidla tak měla po ránu srovnatelné podmínky. U cest při nižších teplotách má na celkovou spotřebu vozidla značný vliv také délka cesty. U vozidel jsem proto zaznamenával vedle spotřeby samotné také teplotu okolí, délku cesty a u spalovacího auta také teplotu motoru.

U spotřeby energie je to trošku komplikovanější. Je nutné srovnat u obou typů pohonu používané jednotky. Jelikož nemá smysl měřit spotřebu elektromobilu v litrech paliva, zvolil jsem pro oba pohony kWh/100 km. Výhřevnost motorové nafty dosahuje 43,6 MJ/kg, což činí při hustotě okolo 0,84 kg/l zhruba 36 MJ/l. Tuto hodnotu je nutné ještě vydělit 3,6 a dostáváme se k cca 10 kWh na litr nafty. Pokud chceme přepočítat spotřebu z litrů nafty na kWh, jednoduše lze násobit hodnotu v litrech deseti.

Ke srovnání obou pohonů je zároveň nutné vzít k porovnání jednotnou metodiku. Při použití metodiky TTW (tank to wheel) se porovnává spotřeba vozidla od tankování. U spalovacího vozu jsem tak bral běžnou spotřebu dle palubního počítače. U elektromobilu bylo nutné započítat také účinnost nabíjení. Tu mám dlouhodobě změřenou na svém wallboxu a dosahuje za období cca 1,5 roku hodnoty okolo 85 procent. Hodnotu spotřeby dle palubního počítače je tedy nutné ještě vydělit 0,85 a výsledná čísla je možné spolu takto porovnávat.

Nárůst spotřeby? Ano, ale žádné drama

Za období od půlky ledna do půlky března bylo zapsáno s oběma vozidly dohromady 90 cest s ujetou vzdáleností okolo 2000 kilometrů. Ujetá vzdálenost byla ve skutečnosti vyšší, ale část cest nebylo možné započítat například z důvodu jízdy s lyžemi nebo přívěsným vozíkem, což by výslednou spotřebu uměle navyšovalo. Průměrná vzdálenost na jednu cestu dosahovala 22,4 km, medián 17,8 km. Pouze dvě cesty byly delší než 200 km. Převážně se tak jedná o kratší vzdálenosti.

Co se teploty týče, pouze 7 procent cest bylo při mínusových teplotách, 29 procent cest do 5 °C, 47 procent cest v intervalu 6 až 10 °C a 17 procent cest pak v intervalu 11 až 15 °C. I když se nejedná o teploty za celé období zimy (data byla sbírána až od ledna), vystihují tyto hodnoty realitu současnosti, kdy se teplota v zimním období oproti minulosti výrazně zvýšila.

Graf: Horizontální osa značí ujetou vzdálenost, svislá osa spotřebu energie v kWh; Zdroj: Radek Šindel

Průměrné hodnoty spotřeby za celé období dosáhly 17 kWh/100 km u elektrického vozu a 57 kWh/100 km u vozu dieselového. Při čistě mínusových teplotách činila průměrná spotřeba elektromobilu 18,7 kWh/100 km. Oproti dlouhodobému průměru se u elektrického vozidla jedná o osmiprocentní nárůst. V případě čistě mínusových teplot činí nárůst asi 18 procent oproti dlouhodobému průměru. U vozidla dieselového spotřeba v tomto období vzrostla o zhruba šest procent. Nárůst spotřeby je tak u elektrického vozidla vyšší, ale i tak je spotřeba energie u dieselového vozidla v tomto režimu více než třikrát vyšší oproti vozidlu elektrickému.

Zajímavý je i tvar spojnice trendu u obou pohonů. Obě vozidla se musí po startu zahřát, což spotřebuje jednorázově určité množství energie a po zahřátí už průměrná spotřeba klesá. U elektromobilu je nicméně patrné, že samotná délka trasy nemá na výslednou spotřebu příliš významný vliv. Je to zřejmě dáno charakterem kratších cest, kdy pomalá úsporná jízda vykompenzuje energii na zahřátí. U dieselového vozidla je vidět pravý opak. Spotřebu na krátkých trasách evidentně daleko více ovlivňuje nízká účinnost studeného motoru. Spotřeba pak výrazně klesá až po desítkách ujetých km, kdy se motor zahřeje na provozní teplotu a začne pracovat s přijatelnou účinností.

• Tip: Praktické zkušenosti: roční provoz fotovoltaiky a elektroauta dopadl až nečekaně dobře

U elektromobilů je zároveň vidět poměrně velký rozptyl hodnot spotřeby. Elektromobil má z principu oproti dieselu daleko vyšší účinnost. Vozidlo je proto mnohem citlivější na podmínky jízdy – rychlost, teplotu, styl jízdy apod. Na spotřebě se například znatelně projeví i sklon trasy, kdy se změna nadmořské výšky do spotřeby rychle propíše. To není z principu špatně, ale je nutné tyto faktory zohlednit při plánování nabíjení na delších trasách, zejména do hor.

Sázka na tepelné čerpadlo se elektromobilům vyplácí

Jak je vidět z naměřených hodnot, spotřeba elektromobilu v zimě opravdu s klesající teplotou stoupá a při větších mrazech může tento rozdíl dosahovat až 20 procent oproti dlouhodobému průměru. Je to dáno několika faktory. Elektrický pohon je velice účinný a v zimě není možné pro vytápění interiéru využít ztrátové teplo. Pro vytápění se proto využívá tepelného čerpadla, které ale musí brát energii z trakční baterie, což následně zvyšuje spotřebu energie. Zde je ale nutné dodat, že se příkon tepelného čerpadla pohybuje v řádech stovek wattů, takže celková spotřeba energie na topení není ve výsledku nějak extrémní.

U nízkých teplot hluboko pod bodem mrazu tepelné čerpadlo pracuje s velice nízkým topným faktorem, případně vůbec. Proto u velmi nízkých teplot spotřeba elektromobilu narůstá výrazněji. Méně známý je vliv hustoty vzduchu. Ta je závislá na teplotě a při 0 °C má vzduch zhruba o šest procent vyšší hustotu než při 15 °C. Zejména při vyšších rychlostech se pak vyšší hustota okolního prostředí na spotřebě negativně projeví. Částečně se projeví i vliv vyššího valivého odporu zimních pneumatik.

• Tip: Horní Jiřetín ukazuje energetiku bez uhlí. Chceme více fotovoltaiky i bioplyn, říká starosta Buřt

U spalovacího motoru se v zimě částečně využije jeho nízká účinnost, kdy je možné využívat ztrátové teplo k topení. Vliv hustoty vzduchu a zimních pneumatik je u spalovacího motoru částečně kompenzován vyšší účinností motoru při nižších teplotách. Zvýšení spotřeby paliva v zimě tak není u spalovacího motoru tolik patrné. Pro dieselový pohon je tak optimálním režimem jízda po dálnici, kdy je motor zahřátý na provozní teplotu a běží s vyšším výkonem v optimálních otáčkách.

Jak je vidět z naměřených dat, spotřeba elektromobilu je i v zimním období oproti spalovacímu vozu znatelně nižší. Mezi hlavní důvody patří vysoká účinnost elektrického pohonu, nižší koeficient aerodynamického odporu (takzvaný Cx) a v neposlední řadě možnost rekuperace brzdné energie.

Nárůst spotřeby spojený se snížením dojezdu sice může být v některých případech nepříjemný, nicméně v reálných podmínkách to ve výsledku není zas takové drama, jak se to v neodborném tisku někdy líčí. Opravdu silné mrazy s výraznějším nárůstem spotřeby se týkají v současnosti několika dnů v roce. Pokud potřebuji zrovna v tyto dny zajet někam dále po dálnici, zvolím pomalejší tempo, což nárůst spotřeby částečně kompenzuje. Vzhledem k převažujícím krátkým trasám pokládám celkově ježdění elektromobilem v zimě oproti spalovacímu pohonu příjemnější, protože se vozidlo velice rychle zahřeje, a díky tomu v mnoha případech úplně odpadá nutnost škrábání oken. Celkově se tedy zimního provozu u elektroauta není potřeba obávat.

Autor: Radek Šindel, absolvent oboru konstrukce vozidel na Fakultě strojní ČVUT, technický vedoucí projektů v oblasti vývoje regionálních vlaků ve společnosti Siemens Mobility, nadšenec nových technologií v oblasti energetiky a mobility jako cesty k udržitelnější budoucnosti

Úvodní foto: Unsplash