TƯƠNG LAI CỦA Ô TÔ ĐIỆN
This Academic pill will answer a few fundamental questions about Electric Vehicles (EVs):
What is an Electric Vehicle?
What are the key benefits of electric vehicles over fossil fuel-powered vehicles?
How can EVs enable the energy transition?
Hiển thị tiếng Việt
Viên Academic pill lần này sẽ giải đáp vài thắc mắc cơ bản về Ô tô điện như dưới đây:
Ô tô điện là gì?
Những mặt lợi ích chính của xe điện so với xe chạy bằng nhiên liệu hóa thạch là gì?
Ô tô điện có thể chuyển đổi năng lượng như thế nào?
First, let’s begin with the definition of an electric vehicle.
Electric vehicle is a type of vehicle propelled by an electric drivetrain taking power from a rechargeable battery or from a portable electrical energy source (like fuel cell, solar panels, etc.), which is manufactured for use on public roads.
The key point to be noted here is the electric drivetrain. This is what differentiates an electric vehicle from a conventional fossil-fuelled vehicle where the drivetrain is mechanical.
Hiển thị tiếng Việt
Trước hết, hãy bắt đầu với khái niệm về một chiếc ô tô điện.
Ô tô điện là một loại phương tiện giao thông được dẫn động bởi một bộ truyền động bằng điện lấy năng lượng từ một bộ pin sạc hoặc từ một nguồn điện lưu động (như pin nhiên liệu, tấm pin mặt trời,...), được sản xuất để chạy trên những con đường công cộng.
Điểm chính ta cần để lưu ý ở đây là bộ truyền động bằng điện. Nó làm nên sự khác biệt của ô tô điện so với việc dùng bộ truyền động cơ khí trên những ô tô sử dụng nhiên liệu hóa thạch truyền thống.
What is interesting to note is that the first cars were indeed electric in the end of the 19th and the early 20th century. In the meanwhile, fossil fuel-powered cars with internal combustion engines became available in early 20th century.
An intense competition began between the two types of vehicles. But the fossil fuel powered cars won this competition due to two main reasons.
Firstly, due to poor battery technology, electric vehicles had a low range in those days and could never travel the long distances reached by a gasoline powered car. Further, charging them took much longer than refueling gasoline.
The second reason was that the mass production of cars like Ford Model-T made gasoline cars affordable, with abundantly available and cheap fuel. Fossil fuel powered cars became the clear winner over electric cars.
Hiển thị tiếng Việt
Điều đặc biệt cần nhớ ở đây là những chiếc ô tô đầu tiên ra đời vào cuối những thế kỷ 19 và đầu thế kỷ 20 thực chất là Ô tô điện. Trong khi đó, những chiếc ô tô dùng nhiên liệu hóa thạch với động cơ đốt trong mới xuất hiện vào đầu thế kỷ 20.
Vậy là một cuộc cạnh tranh nảy lửa giữa hai loại ô tô nổ ra. Nhưng những chiếc ô tô sử dụng nhiên liệu hóa thạch đã giành phần hơn vì hai lý do chính.
Đầu tiên, vì công nghệ pin kém phát triển, những chiếc ô tô điện ngày đó có phạm vi hoạt động ngắn và không bao giờ có thể đi được quãng đường xa bằng ô tô xăng. Hơn nữa, việc sạc đầy cho chúng mất nhiều thời gian hơn việc đổ xăng.
Lý do thứ hai là việc sản xuất hàng loạt những chiếc ô tô như Ford Model-T làm cho những chiếc ô tô chạy xăng có giá phải chăng, nguồn nhiên liệu thì dồi dào và rẻ.
So với những chiếc ô tô điện, những chiếc ô tô chạy xăng rõ ràng đã trở thành những kẻ thắng cuộc.
As a result, the internal combustion engine car has gradually dominated the market since then until this day. However, decades of research and development in batteries, motor & power electronics technologies have helped bring back electric vehicles to the forefront.
We now have affordable EVs with a 320 kilometers range that can be charged in less than an hour.
More than 10 million electric cars are already on the roads globally in 2020, and this number is only expected to exponentially rise in the future.
Hiển thị tiếng Việt
Kết quả là ô tô dùng động cơ đốt trong đã từng bước thống trị thị trường suốt từ thời đó cho đến bây giờ. Tuy nhiên, nhờ việc nghiên cứu và sự phát triển của công nghệ pin, động cơ & điện tử công suất nhiều thập kỷ qua đã giúp mang lại vị trí đứng đầu cho những chiếc ô tô điện.
Bây giờ chúng ta đã có thể sở hữu những chiếc xe điện có phạm vi hoạt động 320 ki-lô-mét mà có thể sạc lại trong khoảng thời gian chưa đầy một giờ.
Hơn 10 triệu chiếc ô tô điện đã lăn bánh trên toàn cầu trong năm 2020, và con số này dự kiến sẽ tăng theo cấp số nhân trong tương lai.
Electric vehicles shortly referred to as EVs have numerous advantages over conventional fossil fuel vehicles. They have four main advantages: Sustainability; Efficiency; Convenience & Economy.
The first one is Sustainability. As most of you must be aware, the main driver for moving to electric vehicles is because they have no tail-pipe emissions. This reduces the pollution due to carbon-di-oxide, sulphur oxides, nitrogen oxides, particulate matter and improves the air quality in our cities.
Moreover, when electric vehicles are charged with electricity generated from renewable energy sources such as wind turbines or solar photovoltaic panels, the emissions due to the electricity generation are zero as well.
EVs play a key role in the transition to renewable energy. This is because the main bottleneck for the expansion of renewable energy is the variability in the generation and the need for energy storage. Since EVs are essentially a big battery on wheels, the EVs can be used to store the surplus renewable energy by charging the EV with solar energy in the day and wind in the night. In the future, there is another function that the EV is able to achieve, called Vehicle-to-Grid (V2G). When the grid is overloaded in the peak time, the EVs can feed their power back to support the grid.
Hiển thị tiếng Việt
Những chiếc ô tô điện gọi tắt là EVs (Electric Vehicles) có nhiều lợi thế so với những chiếc ô tô chạy bằng nhiên liệu hóa thạch truyền thống. Chúng có bốn mặt lợi ích chính: Bền vững; Hiệu quả; Tiện lợi & Kinh tế.
Đầu tiên là Bền vững. Như hầu hết các bạn đã biết, động lực chính để chuyển sang xe điện là do chúng không có khí thải ống xả. Điều này làm giảm ô nhiễm môi trường do các-bon-đi-ô-xít, ô-xít lưu huỳnh, ô-xít ni-tơ, bụi mịn nên cải thiện chất lượng không khí ở các thành phố của chúng ta.
Hơn nữa, khi xe điện được sạc bằng điện tạo ra từ các nguồn năng lượng tái tạo như tua-bin gió hoặc tấm quang điện mặt trời, thì lượng khí thải từ việc sản xuất điện cũng bằng không.
Xe điện đóng một vai trò quan trọng trong việc chuyển đổi sang sử dụng năng lượng tái tạo. Điều này là bởi vì trở ngại chính của việc triển khai sử dụng năng lượng tái tạo là phải liên tục biến đổi trong việc tạo ra điện và đòi hỏi nguồn lưu trữ năng lượng. Vì EV về bản chất là một bộ pin lớn đặt trên các bánh xe, nên EV có thể được sử dụng như pin để lưu trữ nguồn năng lượng tái tạo dư thừa bằng cách nạp cho EV năng lượng mặt trời vào ban ngày và năng lượng gió vào ban đêm. Trong tương lai, có một chức năng khác mà EV có thể đạt được, được gọi là Vehicle-to-Grid (V2G). Khi mạng lưới điện bị quá tải trong những thời gian cao điểm, những chiếc xe điện có thể cấp điện ngược lại hỗ trợ lưới điện.
The second advantage is Efficiency. Well-to-Wheel efficiency is the specific life cycle assessment used for transport fuels and vehicles considering all energy losses right from the source of fuel, all the way to the wheels of the vehicles. The Well-to-Wheel analysis is used to assess total energy consumption, energy conversion efficiency and emissions, including their carbon footprint.
In this flowchart, we can see the well-to-wheel efficiency for both the EV & ICE, that is calculated from the energy efficiency of each conversion stage.
Hiển thị tiếng Việt
Ưu điểm thứ hai là: Hiệu suất. Hiệu suất Well-to-Wheel là sự đánh giá vòng đời của xe một cách cụ thể, được dùng trên nhiều loại nhiên liệu vận tải và trên phương tiện giao thông, bằng việc xem xét tất cả những tổn thất năng lượng tính từ nguồn nhiên liệu, đến tất cả các đường đi tới các bánh xe của phương tiện. Phân tích Well-to-Wheel được sử dụng để đánh giá tổng số năng lượng tiêu thụ, hiệu suất chuyển đổi năng lượng và lượng khí thải, bao gồm cả lượng khí thải các-bon của chúng.
Trong sơ đồ này, chúng ta có thể thấy hiệu suất Well-to-Wheel cho cả EV & ICE, được tính toán từ hiệu suất năng lượng của từng giai đoạn chuyển đổi.
First of all, when comparing the efficiency of the vehicle from the fuel tank to the wheel, the efficiency of the EV drivetrain is around 85%, which is much higher than the 25% efficiency of the ICE vehicles.
Secondly, the EV has a Well-to-Wheel efficiency of 35%, which is around 50% higher than the ICE vehicle Well-to-Wheel efficiency of close to 22%. This goes to show the far superior performance of the electric drivetrain.
Hiển thị tiếng Việt
Trước hết, khi so sánh hiệu suất của ô tô từ bình nhiên liệu đến các bánh xe, hiệu suất của bộ truyền động EV là khoảng 85%, cao hơn nhiều so với hiệu suất 25% của xe ICE.
Thứ hai, EV có hiệu suất Well-to-Wheel là 35%, cao hơn khoảng 50% so với hiệu suất Well-to-Wheel của xe ICE là gần 22%, điều này cho thấy hiệu suất của hệ thống truyền động ô tô điện vượt trội hơn nhiều.
Further, this is a diagram which shows the Well-to-Wheel greenhouse gas emission versus the total Well-to-Wheel energy usage.
Ideally, one would like to have a vehicle that is close to the origin, low on emissions and low on energy usage. From this pic we can see that the Gasoline and diesel engines footprint is located in right upper corner, which indicates high Well-to-Wheel emissions as well as high energy usage. In the contrary, EVs charged by wind and solar are located in left-hand lower corner, and that means low well-to-wheel emissions and energy demand.
Hiển thị tiếng Việt
Hơn nữa, đây là một biểu đồ cho thấy mức phát thải khí nhà kính Well-to-Wheel nhiều hơn so với tổng mức sử dụng năng lượng Well-to-Wheel.
Người ta muốn có một chiếc xe lý tưởng giống với nguyên bản, ít khí thải và tiết kiệm năng lượng. Từ hình ảnh này, chúng ta có thể thấy rằng những dấu chấm đại diện cho động cơ xăng và diesel nằm ở góc phía trên bên phải, cho thấy lượng khí thải Well-to-Wheel và mức sử dụng năng lượng cao. Ngược lại, nằm ở góc phía dưới bên trái, xe điện được sạc bằng năng lượng gió và năng lượng mặt trời yêu cầu nguồn năng lượng và phát thải Well-to-Wheel thấp.
Hence, we can conclude that the EVs have lower Well-to-Wheel emissions than ICE irrespective of the type of electricity production, even if it is 100% coal powered.
Further, it is easier to manage emissions from a power plant such as coal or diesel as emissions are from a single source. Hence, EVs are more health and environmental friendly than the ICE Vehicles.
Hiển thị tiếng Việt
Do đó, chúng ta có thể kết luận rằng xe điện có lượng khí thải Well-to-Wheel thấp hơn so với ICE, bất kể loại hình sản xuất điện nào, ngay cả khi nó sử dụng 100% than đá.
Hơn nữa, việc quản lý khí thải từ một nhà máy điện như than hoặc dầu diesel sẽ dễ dàng hơn vì nó là khí thải từ một nguồn duy nhất. Do đó, xe điện tốt cho sức khỏe và thân thiện với môi trường hơn xe ICE.
The third benefit of EVs is Convenience.
EVs have no gears and are much easier to drive than conventional cars. The lack of a combustion engine and mechanical drivetrain makes EVs much quieter than their ICE counterparts, especially at low speeds.
You can charge your EVs whenever you wish at home, just like charging your mobile phone. This provides the convenience of not having to go to the fuel station.
EVs have a far lower number of components and a simpler drivetrain in comparison with ICE cars.
Hence, EVs hardly require any maintenance. Only mechanical parts such as bearings and brakes must be maintained.
Further, with clever design, modern EVs like the Tesla Model S has larger internal space with two boots, one in the front and one in the back.
Moreover, EVs would have complete self-driving capabilities in the future, opening a plethora of opportunities.
Hiển thị tiếng Việt
Lợi ích thứ ba của xe điện là Sự tiện lợi.
Xe điện không dùng bánh răng và dẫn động dễ dàng hơn nhiều so với ô tô thông thường. Việc không sử dụng động cơ đốt trong và hệ thống truyền động cơ khí làm cho xe điện vận hành êm dịu hơn nhiều so với các đối thủ ICE, đặc biệt là ở tốc độ thấp.
Bạn có thể sạc xe điện của mình bất cứ khi nào bạn muốn tại nhà, giống như sạc điện thoại di động. Điều này mang lại sự tiện lợi khi bạn không cần phải mang xe đến trạm nhiên liệu.
Xe điện có ít chi tiết hơn và hệ thống truyền động đơn giản hơn nhiều so với xe ICE. Do đó, xe điện hầu như không phải bảo dưỡng. Chỉ các bộ phận cơ khí như ổ trục và phanh mới cần phải bảo dưỡng.
Ngoài ra, với thiết kế thông minh, những chiếc xe điện hiện đại như Tesla Model S có không gian bên trong lớn hơn với hai khoang, một ở phía trước và một ở phía sau.
Hơn nữa, xe điện sẽ có khả năng tự lái hoàn toàn trong tương lai, mở ra rất nhiều cơ hội.
The final advantage is Economy.
Even though the buying price of an electric car is higher than a conventional gasoline car today, the total cost of ownership over the car's lifetime is lower for the EVs. EVs have a lower total cost or TCO in short, because of lower maintenance costs, lower taxes, cheaper fuel i.e. electricity, and due to a subsidy from the government.
Hiển thị tiếng Việt
Mặt lợi ích cuối cùng là Kinh tế.
Mặc dù ngày nay giá mua ô tô điện cao hơn ô tô chạy xăng thông thường, nhưng tổng chi phí sở hữu tính trên vòng đời của ô tô điện lại thấp hơn. Xe điện có tổng chi phí (TCO) thấp hơn do chi phí bảo trì thấp hơn, thuế thấp hơn, nhiên liệu rẻ hơn (như điện) và được chính phủ trợ cấp.
Even though electric vehicles have many advantages, it is also now faced with serious technical and economic challenges. I will highlight three of the major ones.
First, EVs require long charging times of a few hours. Which is still much longer than the two minutes needed to fill up a fuel tank.
Second, there is limited charging infrastructure available today in public places and along highways.
Finally, the capital cost of batteries are still high which hinders the battery size, driving range and cost electric cars currently in the market.
Hence, EVs still have an enormous potential to be improved upon, both in technical and economic terms
Hiển thị tiếng Việt
Mặc dù xe điện có nhiều ưu điểm, nhưng hiện nay cũng đang phải đối mặt với những thách thức nghiêm trọng về kinh tế và kỹ thuật. Tôi sẽ nêu ra ba điểm chính ở đây.
Đầu tiên, xe điện yêu cầu thời gian sạc dài đến vài giờ. Vẫn còn lâu hơn nhiều so với chỉ hai phút là đổ đầy một bình nhiên liệu.
Thứ hai, trạm sạc ở những nơi công cộng và dọc theo những con đường cao tốc còn hạn chế.
Cuối cùng, giá vốn của pin vẫn còn cao, điều này gây khó khăn cho kích thước pin, phạm vi hoạt động và giá thành của các loại xe điện hiện có trên thị trường.
Do đó, xe điện vẫn có tiềm năng rất lớn cần được cải thiện, về mặt kỹ thuật và kinh tế.
As a conclusion, EVs have made a comeback today owing to great leaps and bounds in battery, motor and power electronic technology. The key benefits of EVs are their zero tail-pipe emission, the possibility to sustainably power them from solar and wind energy, their superior well-to-wheel efficiency, low well-to-wheel emissions, convenience in driving and lower total cost of ownership.
Hiển thị tiếng Việt
Như vậy, xe điện ngày nay đã quay trở lại nhờ những bước tiến vượt bậc trong công nghệ pin, động cơ và điện tử công suất. Những lợi ích chính của những chiếc xe điện là không phát thải, có thể sử dụng nguồn năng lượng bền vững từ năng lượng mặt trời và năng lượng gió, hiệu suất well-to-wheel vượt trội, lượng khí thải well-to-wheel thấp, tiện lợi hơn và tổng chi phí sở hữu thấp.
VOCABULARY BANK:
Energy transition /ˈenədʒi trænˈzɪʃn/ (n) : Chuyển đổi năng lượng
Definition /ˌdefɪˈnɪʃn / (n) : Khái niệm, định nghĩa
Electric drivetrain /ɪˈlektrɪk draɪv tʃeɪn/ (n): Bộ truyền động điện
Rechargeable battery /ˌriːˈtʃɑːdʒəbl ˈbætri / (n): Pin có thể sạc lại được
Portable energy/ˈpɔːtəbl ˈenədʒi / (n): Năng lượng lưu động
Fuel cell /ˈfjuːəl sel/ (n): Pin nhiên liệu
Solar panel /ˌsəʊlə ˈpænl/ (n): Tấm pin mặt trời
Public road /ˈpʌblɪk rəʊd / (n): Đường xá công cộng
Battery technology /ˈbætri tekˈnɒlədʒi/ (n): Công nghệ pin
Range /reɪndʒ/ (n): Phạm vi
Mass production /ˌmæs prəˈdʌkʃn/ (n): Sản xuất hàng loạt
Abundantly available /əˈbʌndəntli əˈveɪləbl/ (adj): Dồi dào
Dominate /ˈdɒmɪneɪt/ (v): Thống trị
Power electronic /ˈpaʊə(r) ɪˌlekˈtrɒnɪk / (n): Điện tử công suất
Exponentially rise /ˌekspəˈnenʃəli raɪz / (v): Tăng theo cấp số nhân
Sustainability /səˌsteɪnəˈbɪləti / (n): Sự bền vững
Tail-pipe emission /teɪl-paɪp ɪˈmɪʃn/ (n): Khí thải từ ống xả
Air quality /ˈeə kwɒləti / (n): Chất lượng không khí
Wind turbine /ˈwɪnd tɜːbaɪn/ (n): Tua-bin gió (điện gió)
Solar photovoltaic panel /ˈsəʊlə(r) ˌfəʊtəʊˌvɒlˈteɪɪk ˈpænl/ (n): Tấm pin quang năng (tấm pin mặt trời)
Bottleneck /ˈbɒtlnek / (n): Trở ngại
Overload /ˌəʊvəˈləʊd / (n): Quá tải
Peak time /ˈpiːk taɪm / (n) : Giờ cao điểm
Energy loss /ˈenədʒi lɒs / (n): Tổn thất năng lượng
Assess /əˈses/ (v): Đánh giá
Energy consumption / ˈenədʒi kənˈsʌmpʃn/ (n): Năng lượng tiêu thụ
Energy conversion efficiency /ˈenədʒi kənˈvɜːʃn ɪˈfɪʃnsi / (n): Hiệu suất chuyển đổi năng lượng
Power plant /ˈpaʊə plɑːnt / (n) : Nhà máy điện
Fuel station /ˈfjuːəl ˈsteɪʃn / (n): Trạm xăng, cây xăng
Self-driving /ˌself ˈdraɪvɪŋ / (n): Tự hành, tự lái
Subsidy/ˈsʌbsədi / (n): Trợ cấp
Charging infrastructure /ˈtʃɑːdʒɪŋ ˈɪnfrəstrʌktʃə(r)/ (n) : Cơ sở hạ tầng cho việc sạc pin
Capital cost /ˌkæpɪtl kɒst/ (n): Giá vốn
Thank Delft University of Technology in Netherlands for materials and information using in this post.