Elektrisch voertuig

Uit Wikipedia, de vrije encyclopedie
Ga naar: navigatie, zoeken
Elektrische trein in Rusland

Een elektrisch voertuig (EV) rijdt deels of volledig op elektriciteit. De term omvat alle soorten voertuigen, waaronder elektrische auto's, elektrische treinen en elektrische fietsen. De toevoer van elektriciteit kan op drie verschillende manieren: via externe aanvoer, met een ingebouwde generator of met een ingebouwde opslag.

Elektrische voertuigen zijn geen nieuwe uitvinding. In de 19e eeuw werden al elektrische voertuigen gebouwd, vooral treinen. Elektrische wagens werden toen minder gebruikt, omdat de olieprijzen laag waren. Sinds de olieprijzen in de jaren zeventig begonnen te stijgen, wordt er weer aandacht besteedt aan elektrische auto's.[1]

Geschiedenis[bewerken]

Elektrische modelwagen van Ányos Jedlik
Elektrische wagen ontworpen in Luik in 1900

De Hongaar Ányos Jedlik bouwde in 1828 een kleinschalige modelwagen die werd aangedreven door een elektromotor. Vervolgens kwam de ontwikkeling van elektrische voertuigen in een stroomversnelling. In het begin van de 19e eeuw werden elektrische voertuigen vooral ontworpen in Schotland en de Verenigde Staten. Tussen 1832 en 1839, het precieze jaartal is onbekend, maakte de Schot Robert Anderson het eerste prototype van de elektrische koets. In 1835 ontwikkelde de Amerikaan Thomas Davenport de eerste elektromotor voor commerciële doeleinden.[2]

In het jaar 1851 financierde de Amerikaanse senaat een experimentele elektrische spoorweg tussen Washington D.C. en Baltimore. Het experiment mislukte omdat de batterijen barstten en de spoelen oververhit raakten.[1]

In Engeland ontwikkelde Magnus Volk in het jaar 1883 de eerste succesvolle commerciële elektrische tram.

In het jaar 1897 werd in New York voor het eerst geëxperimenteerd met elektrische wagens, die als taxi dienden. Nog hezelfde jaar werd wagenproducent Pope Manufacturing Company de eerste grootschalige fabrikant van elektrische voertuigen.[3]

In het begin van de 20e eeuw werden de eerste elektrische voertuigen geproduceerd die sneller dan 100 km/h konden rijden. Daarnaast veroverden de elektrische wagens 28% van het marktaandeel in de VS. Het succes was deels te verklaren doordat de motor niet zorgde voor vibratie, geluid of geuren. Verder was het schakelen tussen de versnellingen niet nodig. Ondanks het succes zorgde de Paniek van 1907 ervoor dat er in 1912 in Amerika geen elektrische taxi's meer reden en de interesse bij de consument afzwakte. Daardoor moesten grote producenten van elektrische voertuigen hun deuren sluiten.

In de jaren dertig begonnen de elektrische voertuigen te verdwijnen en namen auto's met verbrandingsmotor.

In het jaar 1973 zorgde een embargo van de OPEC ervoor, dat de brandstofprijzen drastisch stegen. Daardoor ontstond vernieuwde interesse in elektrische voertuigen.

In de jaren negentig komen de grote producenten, waaronder Toyota en General Motors met elektrische wagens. Sindsdien blijft de productie stijgen.

Elektriciteitsbronnen[bewerken]

Er bestaan verschillende manieren waarop voertuigen elektriciteit kunnen verkrijgen.

Externe aanvoer[bewerken]

Tram met bovenleiding in Gent
De Hyundai ix35 Fuel Cell

Een veelgebruikte manier is via externe aanvoer. Dat wordt vooral gebruikt in het openbaar vervoer. Met behulp van het elektrificatiesysteem worden de voertuigen van elektriciteit voorzien. Dat kan op twee manieren, via een bovenleiding of een derde rail. In België en Nederland zijn de trams en de meeste treinen voorzien van een bovenleiding.

In de Brusselse, Amsterdamse en Rotterdamse metro wordt een derde rail gebruikt.[4]

Op 9 maart 2010 zorgde het Korea Advanced Institute of Science and Technology (KAIST) voor een primeur met OLEV (On-Line Electric Vehicles). Hierbij worden ondergrondse elektrische kabels aangelegd. Het magnetisch veld dat hierdoor ontstaat, wordt in de voertuigen met behulp van inductie weer omgezet in elektriciteit.[5]

Ingebouwde generator[bewerken]

Een andere manier om een voertuig elektrisch te later rijden is met behulp van een ingebouwde generator. Een zonnewagen gebruikt zonne-energie om te rijden. Door een zonnepaneel als generator te gebruiken, wordt de zonne-energie omgezet in elektriciteit.

Een ander soort generator is een dieselmotor. Door de motor te koppelen aan een elektrische generator, kan elektriciteit worden opgewekt.

Elektriciteit kan ook worden opgewekt door brandstofcelen. Lange tijd werden enkel prototypes geproduceerd van brandstofcelwagens, maar in 2012 nam Hyundai de Hyundai ix35 Fuel Cell in seriematige productie. Toch zal het nog tot 2015 duren vooraleer duizend eenheden per maand geproduceerd zullen worden en prominent in de showroom zullen staan.[6] In hetzelfde jaar worden ook de eerste brandstofcelboten verwacht. Voor vliegtuigen werden al testen uitgevoerd, maar zal het nog lang duren vooraleer die verkocht gaan worden.

Ten slotte kan ook kernenergie gebruikt worden om voertuigen aan te drijven. Dat wordt sinds 1955 vooral gebruikt bij onderzeeërs, omdat dan langere duiktijden mogelijk zijn. Daarnaast zijn er ook vliegdekschepen die hun elektriciteit uit kernenergie halen.

Ingebouwde opslag[bewerken]

Bij ingebouwde opslag wordt de elektriciteit vooraf gegenereerd door een externe bron en opgeslagen. Tijdens het rijden wordt de opgeslagen elektriciteit gebruikt. Het bekendste voertuig dat deze techniek gebruikt is de wagen die op oplaadbare batterijen (accu's) rijdt. Met behulp van een externe stroombron kan men de batterij van de auto herladen. Een andere manier is om met statische elektriciteit een supercondensator te laden. Ten slotte kan men ook kinetische energie opslaan met de zogenaamde FES-techniek.

Soorten voertuigen[bewerken]

Auto[bewerken]

Nuvola single chevron right.svg Zie Elektrische auto voor het hoofdartikel over dit onderwerp.

Elektrische auto's kunnen worden onderverdeeld in drie categorieën: elektrisch-hybride voertuigen, plug-in hybride voertuigen en batterij-elektrische voertuigen.[7] Elektrische wagens zijn vooral belangrijk vanwege hun bijdrage aan een beter milieu.

Elektrisch-hybride wagen[bewerken]

Nuvola single chevron right.svg Zie Hybride auto voor het hoofdartikel over dit onderwerp.

Een elektrisch-hybride wagen beschikt over een kleine batterij en een elektromotor in combinatie met een verbrandingsmotor. Dergelijke wagens werken heel efficiënt, omdat de motor niet draait wanneer het vervoermiddel stilstaat. Wanneer het voertuig weer vertrekt, gaat de motor automatisch weer draaien.

Er zijn twee soorten elektrische hybride wagens: de mild hybrids en de full hybrids. Een mild hybrid kan niet volledig op elektriciteit rijden, een full hybrid wel. Aangedreven door de elektromotor kan een snelheid van maximaal zo'n 60 km/h[7] gehaald worden, daarboven neemt de verbrandingsmotor het over. De batterij wordt herladen door een benzinemotor en door recuperatief remmen. Van dit type voertuig zijn al verschillende wagens geproduceerd, waaronder de Ford Fusion Hybrid en de Toyota Prius.[8]

Plug-in hybride wagen[bewerken]

Een plug-in hybride wagen werkt eveneens met twee motoren, de elektromotor en de verbrandingsmotor. Het verschil met een elektrische hybride auto is dat er gewoonlijk een grotere batterij nodig is en een stopcontact om die te laden.

Het grote voordeel van een plug-in hybride wagen is dat men grotere afstanden kan rijden (15 tot 60 kilometer) uitsluitend door gebruik te maken van elektriciteit. Iemand die dagelijks korte afstanden rijdt, kan dus volledig elektrisch rijden indien hij 's nachts zijn batterij herlaadt. De batterij kan ook worden herladen door een benzinemotor en door recuperatief remmen.

Er zijn twee manieren waarop de elektromotor en de verbrandingsmotor kunnen gebruikt worden: in parallel of in serie. Indien de wagen in parallel werd geconfigureerd, kunnen zowel de elektrische als de verbrandingsmotor de wielen laten draaien. Bij een configuratie in serie rijdt de auto volledig op elektriciteit en wordt de verbrandingsmotor alleen gebruikt om de batterij te laden.[9]

In januari 2007 kwam een primeur op de markt, namelijk de Chevrolet Volt. Deze wagen kan in zowel serie als parallel rijden. Dat betekent dat de wagen zowel elektrisch als hybride is.[10]

Batterij-elektrische wagen[bewerken]

Een batterij-elektrische wagen werkt volledig op elektriciteit. Daarbij wordt een batterij gebruikt die een elektromotor aandrijft. Om de batterij te laden, kan een stopcontact gebruikt worden.

Het nadeel aan deze wagen is dat hij duurder is dan andere elektrische wagens. Dat wordt op termijn terugverdiend, doordat er geen verbrandingsmotor aanwezig is.[11] Dat betekent ook dat er geen uitlaatgassen zijn.

Trein en tram[bewerken]

Nuvola single chevron right.svg Zie Elektrische tram voor het hoofdartikel over dit onderwerp.
Nuvola single chevron right.svg Zie Elektrische trein voor het hoofdartikel over dit onderwerp.
Derde rail

In het begin van de 20e eeuw, was er een enorme groei van elektrische treinen en spoorlijnen.

Wereldwijd zijn er verschillende manieren waarop het elektrificatiesysteem wordt toegepast. De treinen kunnen zowel op gelijkspanning als op wisselspanning rijden. Als er wisselspanning wordt gebruikt, moet de trein met behulp van een bovenleiding rijden. Als de bron gelijkspanning levert, is er ook de mogelijkheid een derde rail.[12]

Wanneer er wordt gewerkt met een bovenleiding, moet er steeds een collector in verbinding staan met de trein, zodat die steeds in contact staat met een stroombron. Wanneer een derde rail gebruikt wordt, zal de trein een extra onderdeel hebben dat steeds in contact staat met de derde rail, om zo de nodige elektriciteit op te nemen. Onder andere uit veiligheidsoverwegingen wordt bij trams gewoonlijk geen derde rail gebruikt.

Bus[bewerken]

Nuvola single chevron right.svg Zie Elektrische bus voor het hoofdartikel over dit onderwerp.

De technieken die in auto's zijn toegepast, worden ook voor bussen gebruikt.

Ook het OLEV-systeem van het KAIST kan voor bussen gebruikt worden. De noodzaak de weg voor te bereiden, maakt inzet van dit systeem voor personenwagens minder praktisch.

Boot[bewerken]

Elektrische huurbootjes in Gent
Nuvola single chevron right.svg Zie Fluisterboot voor het hoofdartikel over dit onderwerp.

Een elektrische boot, ook wel eens fluisterboot genoemd, kan door verschillende soorten elektromotoren worden voortbewogen. Gewoonlijk wordt gebruik gemaakt van een borstelloze elektromotor. Als batterij kunnen meerdere loodaccu's gebruikt worden. Die hebben een relatief grote capaciteit om te kunnen functioneren in een boot. Sommige boten varen op zonne-energie, die de elektromotor aanstuurt.[13]

Fluisterboten worden vaak gebruikt voor korte afstanden, en voor kleine, stille boten in natuur- en stiltegebieden.[14] Schepen die een historisch belang hebben, worden zoveel mogelijk gespaard op het gebruik van de motor. Daarom wordt vaak een elektromotor geïnstalleerd. Andere elektrisch aangedreven vaartuigen zijn vissersboten en in mindere mate zeilschepen, kajaks en kano's.

Vliegtuig[bewerken]

Nuvola single chevron right.svg Zie Elektrisch vliegtuig voor het hoofdartikel over dit onderwerp.

Vliegtuigen verbruiken enorm veel energie. Daarom is het vooral daar belangrijk om over te gaan op elektriciteit, maar net daar is het ook het moeilijkst. Toch wordt de laatste jaren steeds meer onderzoek gedaan naar manieren om vliegtuigen elektrisch aan te drijven.

Een van de mogelijkheden is een zonnevliegtuig, dat op zonne-energie vliegt. Het bekendste project is de Solar Impulse. In juni 2012 maakte dit vliegtuig zijn eerste intercontinentale vlucht.

Toch zijn er nog veel problemen op te lossen alvorens elektrisch vliegen praktisch bruikbaar wordt.[15] Momenteel zijn er vooral testvluchten aan de gang met kleine toestellen, en lijkt elektrisch vliegen nog niet weggelegd voor de nabije toekomst.

Scooter en motorfiets[bewerken]

Nuvola single chevron right.svg Zie Elektrische scooter voor het hoofdartikel over dit onderwerp.
Nuvola single chevron right.svg Zie Elektrische motorfiets voor het hoofdartikel over dit onderwerp.

Fiets[bewerken]

Elektrische fiets van Smart
Nuvola single chevron right.svg Zie Elektrische fiets voor het hoofdartikel over dit onderwerp.

Elektrische fietsen bieden trapondersteuning tijdens het rijden. Hiertoe zijn een accu en een elektromotor aanwezig. Naast de accu heeft de elektrische fiets ook een bewegingssensor en soms ook een krachtsensor.

De aandrijvingstechnieken van de fietsen verschillen per merk. Sommige fietsen hebben de motor in het voorwiel, maar dat wordt afgeraden omdat het mogelijk nerveuze rijeigenschappen met zich mee kan brengen. Veel elektrische fietsen hebben de motor daarom in het achterwiel. Het nadeel daarvan is dat je voor het hebben van versnellingen dan alleen van een derailleur gebruik kunt maken en niet van een naafversnelling. Ten slotte is het ook mogelijk om de aandrijving op de trapas te monteren.[16]

De actieradius is bij elke fiets anders, maar moderne elektrische fietsen hebben een actieradius van meer dan 100 kilometer.[17]

Voor- en nadelen[bewerken]

Milieu[bewerken]

Het bekendste voordeel van elektrische voertuigen is ongetwijfeld de ontlasting van het milieu. De milieu-impact van productie en recycling van elektrische voertuigen, inclusief batterijen, zijn slechts een fractie van de totale milieu-impact van een verbrandingsmotor. Het risico ligt in de herkomst van de elektriciteit. Als de elektriciteit geproduceerd wordt door vervuilende kolencentrales, zal een elektrisch voertuig meer uitstoten dan een verbrandingsmotor. Wordt de batterij opgeladen met duurzame energie, is er geen uitstoot. In België stoot een elektrisch voertuig ongeveer 30 gram CO2 per kilometer uit, productie, recyclage en onderhoud inclusief. Voor een gemiddelde dieselmotor is dat 180 gram CO2 per kilometer en een benzinemotor haalt zelfs 220 gram CO2 per kilometer.[18]

Elektrische voertuigen hebben dus aantoonbaar minder uitstoot van broeikasgassen. Het gaat hier om koolstofdioxide (CO2), stikstofoxiden (NOx) en fijnstof.[19]

Actieradius[bewerken]

De beperkte actieradius is een van de nadelen van elektrische voertuigen. De actieradius is afhankelijk van het gebruikte voertuig. Vooral voor vliegtuigen vormt dat een groot probleem. Voor wagens is de accu echter voldoende om redelijke afstanden te bereiken zonder herladen. Het gemiddelde wordt geschat op 160 kilometer.

Het weer heeft ook een invloed op de actieradius, omdat de accu ook de energie voor verwarming en airconditioning levert.

Prijs[bewerken]

Een veelbesproken nadeel is de prijs van elektrische voertuigen. Een elektrische fiets kost al snel 800 euro, en ook elektrische wagens kosten bijzonder veel. Toch komen er steeds meer betaalbare modellen op de markt. Subsidies, afhankelijk per land, beperken de aankoopprijs.

Er zijn verschillende oorzaken waardoor elektrische wagens duurder zijn. Een voor de hand liggende oorzaak is dat de onderzoekskosten van compleet nieuwe aandrijflijnen terugverdiend moeten worden. De accu's zelf zijn ook duur, aangezien de vraag wereldwijd het aanbod overtreft. De kortingen op elektrische wagens zijn ook lager. De productiekosten zijn nog erg hoog, waardoor veel fabrikanten de wagens verkopen met weinig marge.[20]

Zelfs al is de aanschafprijs hoog, de extra investering ten opzichte van een brandstofauto wordt gewoonlijk terugverdiend. Het United States Department of Energy heeft berekend dat een gemiddeld elektrisch voertuig 70 kilometer kan rijden voor elektriciteit ter waarde van een dollar.[21]

Bronnen, noten en/of referenties
  1. a b (en) Electric Cars and History
  2. (en) History of Electric Vehicles
  3. (en) A Brief History Of Electric Vehicles
  4. Lijst van electrificatiesystemen
  5. (en) The Development and Deployment of OLEV
  6. Hyundai ix35 Fuel Cell
  7. a b (en) Types of Electric Vehicles
  8. (en) Hybrid Electric Vehicles
  9. (en) Plug-In Hybrid Electric Vehicles
  10. (en) What is a series hybrid/extended range electric vehicle?
  11. (en) All-Electric Vehicles
  12. (en) Electric Traction Power Supplies
  13. (en) Types of Electric Boats
  14. Startgids elektrisch vervoer
  15. Waar blijven de elektrische vliegtuigen?
  16. Elektrische fietsen
  17. De elektrische fiets
  18. Elektrische voertuigen hebben milieu en financiele voordelen
  19. Elektrisch rijden: duurzaam en praktisch haalbaar
  20. Elektrische auto: aanschafprijs en restwaarde
  21. (en) Advantages and Disadvantages of EVs