Elektrikli Araçlarda Enerji Tüketimi

Dünya genelindeki 2013’ten 2022 sonuna kadar olan elektrikli araç satış verilerine bakıldığında rakamlar 206’dan 10522’ye çıkmıştır, diğer bir yandan pazar payı artışına bakıldığında yine aynı aralıkta % 0,2 olan Pazar payı 2022 sonunda %13’lere yükselmiştir.

2023’ün sonunda bu sayısının diğer yıllara oranla daha fazla artış göstereceği yapılan çalışmalar ve izlenen gelişmeler doğrultusunda öngörülmektedir. Çünkü 2023 yılında şehir içi, şehirler arası araçlarda L6 tipinden scooteruna, taksiden kamyona minibüse kadar her türlü araç çeşidinde elektrikli modeller üretilmeye ve piyasaya sürülmeye başlanmıştır.

Teknolojik gelişmeler, elektrikli araç (EV) performans ve verimliliğini daha da arttırmak için her geçen gün tasarımların da ve güç aktarma organları ekipmanlarında iyileştirilmeye neden olmaktadır. Bu durumda EV’lerde enerji tüketimi konusunu ön plana çıkarmaktadır.

Elektrikli araç (EV) enerji tüketimi, elektrikli bir araca güç sağlamak ve onu belirli bir mesafeye iletmek için gereken elektrik enerjisi miktarını ifade eder. Genellikle mil başına kilowatt saat (kWh) veya 100 mil başına kilowatt saat (kWh/100 mil) gibi birimlerle ölçülür ve elektrikli bir aracın verimliliğini değerlendirmek için kullanılır.

Bir aracın enerji tüketimini anlamak birkaç nedenden dolayı önemlidir:

• Menzil Tahmini: Bir EV’nin mil başına veya 160 mil başına ne kadar enerji tükettiğini bilmek, sürücülerin tam şarjla araçlarının menzilini tahmin etmelerine yardımcı olur. Menzil kaygısı araç sahiplerinin ortak endişesidir, bu nedenle menzilin doğru tahmini çok önemlidir.
• Maliyet Hesaplaması: Elektrikli araç sahipleri, elektrikli araçlarını çalıştırmanın maliyetini yerel elektrik oranlarına ve aracın enerji tüketimine göre hesaplayabilir. Bu bilgi, içten yanmalı motorlu araçlar için benzin veya dizel yakıtın maliyeti ile karşılaştırılabilir.

• Çevresel Etki: Enerji tüketiminin değerlendirilmesi, kullanıcıların EV’lerinin çevresel etkisini ölçmesine olanak tanır. Şarj için kullanılan elektriğin daha temiz kaynaklardan (güneş, rüzgar, hidrojen vb.) gelmesi durumunda, daha düşük enerji tüketimi genellikle sera gazı emisyonlarının azalmasına neden olur.

Elektrikli bir aracın enerji tüketimini çeşitli faktörler etkiler:

• Araç Modeli: Farklı EV modelleri farklı düzeylerde enerji verimliliğine sahiptir. Daha küçük ve daha hafif EV’ler, daha büyük ve daha ağır olanlara göre enerji açısından daha verimli olma eğilimindedir. Aerodinamiği ve ağırlığı da dahil olmak üzere aracın tasarımı önemli bir rol oynuyor.
• Sürüş Koşulları: Enerji tüketimi hız, arazi ve hava durumu gibi sürüş koşullarına bağlı olarak değişebilir. Yüksek hızlarda veya yokuş yukarı sürüş daha fazla enerji gerektirir.

Engebeli veya dağlık arazide araç kullanmak, tepelere tırmanmak için gereken ekstra çaba nedeniyle enerji tüketimini artırabilir. Rejeneratif frenleme, yokuş aşağı yollarda enerjinin bir kısmının geri kazanılmasına yardımcı olur.

• Sürüş Tarzı: Agresif hızlanma ve frenleme enerji tüketimini artırır. Daha yumuşak ve kademeli bir sürüş tarzı genellikle daha fazla enerji tasarrufu sağlar.

• Sürüş Hızı: Enerji tüketimi genellikle yüksek hızlarda artar. Otoyol hızlarında araç kullanmak genellikle düşük hızlarda araç kullanmaktan daha fazla enerji gerektirir. Elektrikli araçlar şehir içi veya dur-kalk trafiğinde genellikle daha fazla enerji tasarrufu sağlar.
• Pilin Şarj Durumu (SoC): Bir EV’nin enerji tüketimi, pilin şarj durumuna bağlı olarak değişir. Pil belirli bir SoC aralığında, genellikle kapasitesinin % 20 ila % 80’i arasında çalışırken verimlilik genellikle en yüksek seviyeye ulaşır.
• Hava ve Sıcaklık: Hem sıcak hem de soğuk aşırı sıcaklıklar, EV’nin enerji tüketimini etkileyebilir. Soğuk hava pil verimliliğini azaltırken sıcak hava, klima talebini artırarak enerji kullanımını etkiler.
• Aerodinamik: Aerodinamik ve lastik seçimi gibi faktörler de dahil olmak üzere araç tasarımı, enerji tüketimini etkiler.
• Yardımcı Sistemler: Isıtma, iklimlendirme, eğlence sistemleri gibi yardımcı sistemlerin kullanılması enerji tüketimini arttırabilmektedir. Bazı modern EV’ler bu etkiyi azaltmak için ısı pompaları ve diğer verimli teknolojileri kullanır.
• Şarj Verimliliği: Şarj işlemi sırasında şarj kayıpları meydana gelebilir ve bu da bir EV’nin genel verimliliğini azaltır. Daha yüksek şarj hızlarında şarj etmek veya hızlı şarj cihazları kullanmak verimliliğin biraz düşmesine neden olur.

• Aksesuarlar ve Yükler: Tavan bagajları, kargo taşıyıcıları veya çekici römorklar gibi ek aksesuarlar, aracın aerodinamiğini ve ağırlığını etkileyerek enerji tüketimini artırır.Elektrikli araçların (EV) enerji tüketimi, geleneksel içten yanmalı motorlu (ICE) araçlarla karşılaştırıldığında çeşitli avantajlar sunar. İşte temel faydalardan bazıları:
• Enerji Verimliliği: EV’lerin içten yanmalı motorlu araçlara göre enerji verimlilikleri daha fazladır. Şebekeden gelen elektrik enerjisinin daha yüksek bir yüzdesini tekerleklerde kullanılabilir güce dönüştürürler, bu da enerji israfını azaltır ve daha iyi bir genel verimlilik sağlar.
• Azalan İşletme Maliyetleri: Elektrikli araçlar genellikle benzinli veya dizel motorlu araçlara kıyasla daha düşük işletme maliyetlerine sahiptir. Elektrik, kilometre başına genellikle benzinden daha ucuzdur ve EV’ler, daha az hareketli parçaya sahip olduklarından (örneğin, motor yağı değişimi yok, daha az fren onarımı) daha az bakım gerektirir.
• Daha Düşük Yakıt Maliyetleri: Bir EV’yi şarj etmek genellikle bir benzin deposunu doldurmaktan daha ucuzdur. EV’nizi yoğun olmayan saatlerde şarj ederseniz veya yenilenebilir enerji kaynakları kullanırsanız bu maliyet avantajı daha da önemli hale gelebilir.
• Azaltılmış Sera Gazı Emisyonları: Elektrikli araçlar sıfır egzoz borusu emisyonu üreterek onları daha çevre dostu hale getirir. Sera gazı emisyonlarındaki azalma, şarj için kullanılan elektriğin kaynağına bağlıdır. Rüzgar veya güneş gibi yenilenebilir enerji kaynaklarıyla çalıştırıldığında elektrikli araçlarla ilişkili emisyonlar son derece düşük olabilir.
• Sessiz ve Sorunsuz Çalışma: Elektrik motorları doğası gereği içten yanmalı motorlara göre daha sessizdir ve daha akıcı ve sessiz bir sürüş deneyimi sağlar. Bu kentsel alanlardaki gürültü kirliliğinin azalmasına yol açabilir.
• Anında Tork: Elektrik motorları anında tork sağlayarak çabuk hızlanma ve tepki verme olanağı sağlar. Bu özellik sürüş deneyimini geliştirir ve EV’lerin benzer büyüklükteki İYM’li araçlara göre daha güçlü hissetmesini sağlayabilir.
• Rejeneratif Frenleme: Birçok EV, yavaşladığınızda veya fren yaptığınızda enerjiyi yakalayan ve depolayan rejeneratif frenleme özelliğine sahiptir. Bu sadece enerji verimliliğini arttırmakla kalmaz, aynı zamanda fren balatalarındaki aşınma ve yıpranmayı da azaltır.
• Petrole Bağlılığın Azaltılması: Elektrikli araçlar, ekonomik ve jeopolitik faydaları olabilecek fosil yakıtlara olan bağımlılığı azaltır. Bu, petrol fiyatlarındaki dalgalanmalara karşı hassasiyeti azaltır ve enerji güvenliğini artırır.
• Evde Şarj Kolaylığı: EV sahipleri, standart elektrik prizlerini veya özel şarj istasyonlarını kullanarak araçlarını evde rahatlıkla şarj edebilirler. Bu, benzin istasyonlarına sık sık gitme ihtiyacını ortadan kaldırır.
• Şebeke Entegrasyonu: Elektrikli araçların benimsenmesi arttıkça, Türkiye’de de dağıtılmış enerji depolama cihazları olarak hizmet vererek elektrik şebekesinin dengelenmesine yardımcı olacaktır. Bu durum, daha dayanıklı ve sürdürülebilir bir enerji sistemine katkı sağlayacaktır.

[1]’de yapılan çalışmaya göre; Farklı hava ve sürüş koşulları altında bataryalı EV’ler (BEV) enerji tüketimi ve sürüş menzilindeki değişiklikler incelenmiştir. Buna göre, aynı modele ait 197 BEV’nin 12 ay boyunca 0,1 Hz’lik bir yoklama frekansında kaydedilen gerçek dünyadaki sürüş aktivitesini temsil eden bir veri seti, farklı sürüş uygulamalarındaki BEV performansını tahmin etmek için her mevsimde analiz edilmiştir.

Sonuçlar, BEV’lerin elektrik tüketiminin, seyahat düzenlerinin ve şarj düzenlerinin hem araç uygulamasına hem de mevsime göre önemli ölçüde değiştiğini göstermiştir. Örneğin ortalama 1,6 günde bir şarj edilen, 160 km menzile sahip BEV modelleri, kişisel araçların çoğu yolculuk ihtiyacını karşılayabiliyor.

Ancak aynı BEV modeli araç paylaşımı veya taksi amacıyla kullanıldığında çok daha fazla sürülmekte ve daha sık şarj edilmektedir. Sonuçlar aynı zamanda gerçek BEV elektrik tüketiminin (EC), Yeni Avrupa Sürüş Döngüsü (NEDC) testi tarafından tahmin edilen tüketimden önemli ölçüde farklı olduğunu ve gerçek dünyadaki EC’nin, NEDC test döngüsü tarafından tahmin edilenden % 7 ila %10 daha yüksek olduğunu göstermektedir.

Çalışmada, ortam sıcaklığının 10 ⁰C’nin altına düştüğü durumlarda sıcaklıktaki her 5 ⁰C’lik düşüş için elektrik tüketiminin 2,4 kWh/100 km arttığı görülmüştür. Sıcaklık 28 ⁰C’nin üzerine çıktığında EC, sıcaklıktaki her 5 ⁰C’lik artış için 2,3 kWh/100 km artmıştır.

[2]’de yapılan çalışmada ise enerji tüketimi araştırmasını desteklemek amacıyla, bir dakikalık sürüş sürecini kapsayan parçalı bir örnekle zaman, toplam menzil, hız, araçların konumu, akü ve motorun akım ve gerilimi gibi öğeler elde edilmiştir. Ayrıca saatlik sıcaklık verileri zaman hizalamasına göre sürüş verileriyle birleştirilmektedir. Araçla ilgili faktörler temel olarak hız, hızlanma ve fren enerjisinin yenilenmesini içerir.

Hız ve ivme, aracın çalışma durumunu tanımlayan parametrelerdir ve akünün ve motorun güç çıkışlarıyla ilişkilidir. EV’lerin enerji tüketimi temel olarak üç alt bileşene bağlıdır; bunlar arasında araç tahriki için kullanılan enerji tüketimi, yardımcı maddeler tarafından tüketilen enerji ve yavaşlama durumu sırasında enerji yenilenmesi yer alır.

Enerji tüketimi hız, hızlanma profilleri, temel bileşenlerin verimliliği ve hava durumu, trafik koşulları ve sürücünün davranışlarından etkilenebilecek yardımcı bileşenlerin kullanımıyla büyük ölçüde ilişkilidir [1].[3]’de tüm araç türleri dikkate alındığında çoklu regresyon sonuçlarından elde edilen çıktılar şu şekildedir:

• Araç kütlesindeki her 100 kg artış, sertifika ve gerçek verilerdeki enerji tüketimi sırasıyla 0,4 kWh/100 km ve 0,6 kWh/100 km artırır; Kütlenin her iki katına çıkması ise yine sertifika ve gerçek enerji tüketimini sırasıyla % 58 ve % 42 oranında artırdığı sonucuna ulaşılmıştır.
• Genel olarak yüksek verimliliklerine rağmen, elektrikli araçlar sertifikasyon ve gerçek kullanım sırasında her yıl sırasıyla % 0,8 ve % 1,0 daha verimli hale geliyor; gerçek dünya koşullarında enerji tüketimleri her yıl 0,1 kWh/100 km azalıyor.

Görüşmek dileğiyle…

Referanslar

1- Hao, X., Wang, H., Lin, Z., & Ouyang, M. (2020). Seasonal effects on electric vehicle energy consumption and driving range: A case study on personal, taxi, and ridesharing vehicles. Journal of Cleaner Production, 249, 119403.

2- Zhang, J., Wang, Z., Liu, P., & Zhang, Z. (2020). Energy consumption analysis and prediction of electric vehicles based on real-world driving data. Applied Energy, 275, 115408.

3- Weiss, M., Cloos, K. C., & Helmers, E. (2020). Energy efficiency trade-offs in small to large electric vehicles. Environmental Sciences Europe, 32(1), 1-17.

4- Gürbüz, H. (2021). Yerli elektrikli aracın elektrik sarfiyatını güneş ve rüzgâr enerjisi ile karşılama potansiyeli. Avrupa Bilim ve Teknoloji Dergisi, (25), 58-69.

5- Di Martino, A., Miraftabzadeh, S. M., & Longo, M. (2022). Strategies for the Modelisation of Electric Vehicle Energy Consumption: A Review. Energies, 15(21), 8115.

6- http://webmanual.hyundai.com/STD_GEN5W/AVNT2/EU/English/evelectricvehicle3.html

7- https://www.motortrend.com/news/evs-more-efficient-than-internal-combustion-engines/