مطالعه امکان‌سنجی فنی، اقتصادی و زیست‌محیطی ساخت نمونه خودروی هیبرید باتری- پیل‌سوختی در ایران

صفحه اصلی

معرفی کمیته

ورود به ناحیه کاربری

نام کاربری :

رمز عبور :

ثبت نام

رمز عبور را فراموش کرده ام

دوشنبه 14 دی 1388

گروه خبری: ایران

نمایش: 264

مطالعه امکان‌سنجی فنی، اقتصادی و زیست‌محیطی ساخت نمونه خودروی هیبرید باتری- پیل‌سوختی در ایرانپروژه مطالعه امکان‌سنجی فنی، اقتصادی و زیست محیطی ساخت نمونه خودروی هیبرید باتری- پیل‌سوختی در ایران با هدف تعریف پارامترهای فنی و اقتصادی، تعیین گلوگاه‌ها و ریز فعالیت‌ها و انتخاب بهترین گزینه‌های ممکن با توجه به پتانسیل‌های موجود در کشور تعریف گردید. این مطالعه توسط مرکز تحقیقات خودرو، سوخت و محیط‌زیست دانشگاه تهران در فروردین 88 آغاز شد و اکنون گزارش نهایی آن آماده گردیده است. از موضوعات اشاره شده در سند راهبرد ملی توسعه فناوری پیل‌سوختی کشور، پرداختن به مقوله خودروی پیل‌سوختی با توجه به مزایای قابل‌توجه این خودروها در بهینه‌سازی مصرف انرژی، کاهش آلودگی با عدم استفاده از خودرو با سوخت فسیلی و ... می‌باشد. مطالعات امکان‌سنجی ساخت نمونه خودروی هیبرید باتری- پیل‌سوختی، گام اول ایجاد این تکنولوژی است که با مطالعه و بررسی و تعریف دقیق پروسه اجرایی نمونه‌سازی خودرو برداشته خواهد شد. لذا این پروژه با هدف تعریف پارامترهای فنی و اقتصادی، تعیین گلوگاه‌ها و ریز فعالیت‌ها و انتخاب بهترین گزینه‌های ممکن با توجه به پتانسیل‌های موجود در کشور تعریف گردید تا با این روش به شکلی مستدل و بر پایه مطالعه و تحقیق علمی وارد گام بعدی یعنی ساخت نمونه و در نهایت تولید شود. این مطالعه توسط مرکز تحقیقات خودرو، سوخت و محیط‌زیست دانشگاه تهران در فروردین 88 آغاز شد.
مرکز تحقیقات خودرو، سوخت و محیط‌زیست
مرکز تحقیقات خودرو، سوخت و محیط‌زیست با هدف کلی توسعه پژوهش و ایجاد دانش فنی در زمینه خودرو، کاهش مصرف سوخت و حفاظت از محیط زیست در سطح پیشرفته جهانی با بهره‌گیری از توانایی‌های دانشگاه تهران در زمینه تأمین نیروی متخصص مورد نیاز و امکانات گسترده صنایع خودروسازی کشور، سازمان بهینه‌سازی مصرف سوخت کشور و سازمان حفاظت محیط‌زیست در تاریخ 21 اسفندماه سال 1381 در پی امضای اساس‌نامه آن توسط هیأت‌ رئیسه دانشکده فنی دانشگاه تهران، مدیرعامل سازمان بهینه‌سازی مصرف سوخت کشور، ریاست هیأت عامل سازمان گسترش و نوسازی صنایع ایران در حضور معاون رئیس‌جمهور و ریاست سازمان حفاظت محیط‌زیست به ریاست آقای دکتر وحید اصفهانیان استاد دانشکده مکانیک دانشگاه تهران تأسیس گردید.
زمینه‌های کاری اصلی پروژه‌های انجام شده و جاری مرکز عبارتند از: موتورهای احتراق داخلی اعم از بنزینی، دیزل و گازسوز، محیط‌زیست، هواشناسی، خودروهای هیبریدی، پیل‌های‌سوختی و باتری.
پروژه‌های صنعتی-تحقیقاتی اجرا شده و در دست اجرای این مرکز در زمینه پیل‌های‌سوختی، باتری و خودروهای هیبرید شامل طراحی و ساخت اتوبوس هیبرید الکتریکی، شبیه‌سازی باتری‌های سرب- اسیدی، مستندسازی دانش فنی خودروهای هیبرید الکتریکی، مطالعات امکان‌سنجی خودروهای هیبرید مکانیکی و مطالعه و بررسی نیازمندی‌های فنی و اقتصادی نمونه‌سازی خودروی سواری هیبرید باتری- پیل‌سوختی در ایران می‌باشد.
در زمینه پیل‌های سوختی، باتری و خودروهای هیبرید 4 پایان‌نامه‌ی دکترا، 4 پایان‌نامه‌ی ارشد و 8 پایان‌نامه‌ی کارشناسی در این مرکز انجام شده است و تاکنون 6 مقاله در مجلات معتبر و 31 مقاله در کنفرانس‌های برگزار شده در زمینه پیل‌های سوختی، باتری و خودروهای هیبرید از این مرکز منتشر شده است.
پروژه مطالعه امکان‌سنجی فنی، اقتصادی و زیست محیطی ساخت نمونه خودروی هیبرید باتری- پیل‌سوختی در ایران
این پروژه به مدیریت پروژه دکتر محسن اصفهانیان تعریف شده و 11 نفر از همکاران ایشان در بخش‌های مکانیک،مکاترونیک و مدل‌سازی با ایشان همکاری دارند. 6 فاز اصلی این پروژه عبارتند از:
1- مرحله اول: مطالعات اولیه
2- مرحله دوم: تعیین چارچوب اولیه طراحی
3- مرحله سوم: انتخاب خودروی پایه مناسب
4- مرحله چهارم: مطالعات مفهومی و انتخاب اولیه تجهیزات
5- مرحله پنجم: مطالعات امکان‌سنجی
6- مرحله ششم: تعریف مسأله
تیم تحقیقاتی پروژه طی سمیناری در مورخ 23/9/88 در سازمان انرژ‌ی‌های نو ایران، به ارائه گزارش از نتایج مطالعات و تحقیقات خود پرداخت.
ابتدا مهندس حامد مقتدری اصفهانی دانشجوی دکترای مهندسی مکانیک به ارائه کلی پروژه و تفکیک فازهای شش‌گانه و هم‌چنین شرح کامل فاز اول و دوم پرداخت:
وی در ابتدا مختصری راجع به تاریخچه خودروهای برقی، هیبریدی و به‌طور خاص پیل‌سوختی صحبت نمود. جالب توجه است که اولین خودروی برقی در سال 1839 توسط رابرت اندرسن ساخته شد که قبل از شروع استفاده از خودروهای بنزینی می‌باشد. در سال 1897 با اختراع باتری‌های سرب-اسیدی، تولید خودروهای برقی توسط کمپانی تاکسی لندن به فاز جدیدی وارد شد. در سال 1898 نخستین نمونه خودروی هیبرید توسط فردی به نام فردیناند پورشه اختراع شد. به موازات پیشرفته‌های انجام شده در خودروهای برقی در سال 1904، شرکت فورد خط تولید انبوه بنزینی را راه‌اندازی نمود و با توجه به قیمت ارزان و بازده بهتر این خودروها، خودروهای برقی و هیبریدی به حاشیه رفتند. ایده خودروهای هیبریدی با دو محرک بنزینی و برق، اولین بار به صورات رسمی توسط یک مهندس آمریکایی به نام پایپر در سال 1905 ثبت اختراع ‌شد. در سال 1967، شرکت جنرال موتورز اولین خودروی پیل‌سوختی را ‌ساخت. با به‌وجود آمدن بحران نفت در سال‌های 1973 تا 1976 و همچنین بحران‌های زیست‌محیطی در دهه‌های بعد، موضوع خودروهای برقی و هیبریدی مجدداً مطرح ‌شد و حجم تحقیقات صنعتی روند رو به رشدی را طی نمود تا در سال 2000 اولین خودروهای هیبریدی که قابل رقابت با خودروهای متداول بودند، همچون تویوتا Prius ساخته و روانه بازار شدند. سال 2005 نیز آغاز تولید نیمه‌صنعتی خودروهای هیبریدی چون هوندا Clarity به شمار می‌رود.
آنچه به عنوان زمان تجاری‌سازی از سوی وزارت انرژی ایالات متحده پیش‌بینی شده است، تغییر محسوس سهم خودروهای هیبریدی از بازار مصرف از حدود سال 2010 و برای خودروهای پیل‌سوختی از سال 2030 به بعد می‌باشد. بر طبق پیش‌بینی این وزارت، ایالات متحده با استفاده از تکنولوژی خودروهای هیبریدی و پیل سوختی بین سال‌های 2040 تا 2050 از واردات نفت‌خام بی‌نیاز خواهد شد.
این کشور به همراه سایرکشورهای پیشرفته چون ژاپن و کره‌جنوبی سرمایه‌گذاری وسیعی در این زمینه انجام دادند به طوری که در امریکا در سال 2001 بیش از 100 میلیون دلار سرمایه‌گذاری انجام شد.
مدیر داخلی پروژه در مورد چارچوب اولیه طراحی نیز گفت: در جهان از سه نوع پیل‌سوختی پلیمری، اسیدفسفریکی و اکسیدجامد در صنعت خودرو استفاده شده که 97 درصد آن را پیل‌سوختی پلیمری تشکیل می‌دهد و غالباً از هیدروژن گازی به عنوان سوخت استفاده شده؛ البته در برخی خودروها از هیدروژن مایع و یا رفومر برای تبدیل گازطبیعی استفاده شده است. به‌طور کلی تاکنون 104 نمونه خودروی پیل‌سوختی ساخته شده که با توجه به کمی این تعداد و پراکندگی کاربرد آنها نمی‌توان محدوده‌های بهینه طراحی را استخراج نمود.
برای انتخاب خودروی مناسب، خودروهایی که پتانسیل تولید انبوه دارند مورد بررسی فنی قرار گرفتند و طراحی مفهومی روی آن‌ها انجام شد که عبارتند از: پراید، سمند و مینیاتور. بر روی این خودروها شبیه‌سازی، طراحی و اندازه‌بندی انجام شد که در نهایت گزینه سمند انتخاب شد.
سخنران بعدی مهندس حسن نهضتی، کارشناس مهندسی مکانیک بود که به ارائه فاز سوم یعنی همان انتخاب بهترین خودرو پرداخت که چارچوب اولیه طراحی و طراحی مفهومی و بررسی قطعات و بررسی اقتصادی بر اساس آن صورت می‌گیرد.
وی اظهار داشت: گام اول تعیین خطوط عملکردی و اهداف از طرف سازنده و مصرف‌کننده است. آنچه به عنوان ساختار کلی در نظر گرفته شد استفاده از هیبرید سری پیل‌سوختی و باتری و هم‌چنین تأمین بار حداکثر توسط باتری و تأمین بار متوسط و پیوسته توسط استک پیل‌سوختی است که به دلیل بار پیوسته می‌توان از تست سرعت ثابت استفاده نمود. علاوه‌بر این، مقدار مصرف سوخت و عملکرد قطعات بهینه‌سازی می‌شوند. در این راستا برای هر سه خودرو شبیه‌سازی صورت گرفت. البته شایان ذکر است کلیه محاسبات بر اساس مشخصات عملکردی استک پیل‌سوختی پلیمری 5/12 کیلووات موجود در سانا انجام شد و برای شبیه‌سازی توان بیشتر همان مشخصات با تناسب خطی مورد استفاده قرار گرفت.
در این میان خودروی سمند به لحاظ ضریب درگ کمتر، اندازه پیل‌سوختی کوچک‌تر و جانمایی بهتر به علت ابعاد بزرگ‌تر، مصرف سوخت کمتر و برد مسافتی بیشتر، از سایر گزینه‌ها بهتر شناخته شد.
مهندس نهضتی، مسئول بخش مدل‌سازی و مکاترونیک، در راستای امکان استفاده از پیل سوختی 5/12 کیلووات موجود افزود: چون توان 5/12 کیلووات برای خودرو بسیار پایین است بایستی طراحی خودرو به صورت Plug In صورت گیرد و برای این حالت لازم است از 84 عدد باتری لیتیم پلیمر 40 آمپر ساعت استفاده گردد تا ظرفیت کم 5/12 کیلووات پیل‌سوختی جبران شود.
مهندس ساحل جعفری کارشناس ارشد مهندسی مکانیک و مسئول بخش مکانیک، مبحث بعدی را به انتخاب تجهیزات و جانمایی آن‌ها اختصاص داد.
تجهیزات مورد استفاده در خودروی پیل‌سوختی سمند شامل تجهیزات سوخت‌‌رسانی (پیل‌سوختی پلیمری، سیستم تأمین هوا، سیستم تأمین سوخت)، ذخیره‌سازی (باتری به عنوان مولد جانبی و منبع ذخیره‌سازی) و سیستم رانش خودرو (موتور، ادوات الکتریکی و اینورتر) می‌باشد.
مخازن تحت فشار هیدروژن گازی از میان سه گزینه هیدروژن گازی، هیدروژن مایع و هیدرید فلزی، مناسب‌تر تشخیص داده شد‌که البته این مخازن در محدوده 300، 500 و 750 بار موجودند که با توجه به حجم و فضا گزینه 350 بار از شرکت شل آمریکا انتخاب شد. مخازن هیدرید فلزی به دلیل مسائل تحریم و دردسترس نبودن تکنولوژی تولید، مطلوبیت لازم را دارا نیست. موتور الکتریکی از نوع AC سه فاز القایی و باتری لیتیم - پلیمر به دلیل وجود الکترولیت جامد و ایمنی بالاتر انتخاب شد.
سیستم مدیریت باتری در داخل در حال تولید است. این سیستم حفاظت از باتری در ولتاژها و آمپراژ بالا و پائین، حفظ ایمنی و افزایش عمر، تعیین سطح شارژ باتری با استفاده از تاریخچه و فناوری باتری و سطح سلامت و سطح کارایی را بر عهده دارد.
بر اساس درخواست سانا به عنوان کارفرما، این بررسی‌ها و طراحی و اندازه‌بندی اولیه با پیل‌سوختی 5/12 کیلووات موجود در ایران و بر مبنای طراحی بهینه اندازه پیل سوختی که بر اساس محاسبات 41 کیلووات خواهد بود، انجام گرفته است.
مهندس کامران ماهوچی کارشناس ارشد اقتصاد انرژی و محیط زیست، برآورد هزینه‌های مالی نمونه‌سازی خودروی هیبرید پیل‌سوختی- باتری با دو نوع استک 5/12 و 41 کیلووات و مطالعات امکان‌سنجی را چنین تشریح نمود: برای ارزیابی هزینه‌ها، هزینه‌های اصلی، قطعات، تست، نیروی انسانی و مونتاژ در نظر گرفته ‌شد. هزینه اصلی شامل سیستم پیل‌سوختی، باتری، موتور، جعبه دنده و اینورتر است که برای خودرو با استک 5/12 کیلووات 174 میلیون تومان و برای خودرو با استک 41 کیلووات 347 میلیون تومان برآورد گشت. در نهایت هزینه کلی نمونه‌سازی برای خودروی سمند با استک 5/12 کیلووات 745 میلیون تومان و با استک 41 کیلووات 916 میلیون تومان تخمین زده شد.
مسئول بخش اقتصادی پروژه توضیحاتی را راجع به امکان‌سنجی در ابعاد تولید انبوه ارائه کرد: برای امکان‌سنجی دو دیدگاه مصرف‌کننده و تولیدکننده در نظر گرفته شد. از دیدگاه مصرف‌کننده قیمت، ایمنی، تعمیر و نگهداری، سوخت مناسب، خدمات پس از فروش و بازدید دوره‌ای از جایگاه‌های سوخت‌گیری اهمیت دارد ولی از دیدگاه تولیدکننده درآمد، وجود زیرساخت، هزینه‌های دوره بهره‌برداری، هزینه‌های اجرایی، کشش بازار و بازار فروش عوامل اصلی می‌باشند. دریافت تأئیدیه‌های لازم، تولید انبوه، ایجاد جایگاه‌های عرضه سوخت و ایجاد فرهنگ از الزاماتی هستند که اکنون در زمینه حمل‌ونقل پیل‌سوختی وجود دارد و هم‌چنین بالا بودن هزینه ساخت، ارزان بودن سوخت فسیلی، یارانه‌ای بودن سوخت و عدم توجه به مسائل زیست‌محیطی از جمله موانع پیش‌رو در کشورمان است.
بر طبق گزارشات وزارت انرژی امریکا، با تولید انبوه سالانه 500 هزار واحد، در سال 2009 هزینه ساخت به 61 دلار به ازای هر کیلووات و تا سال 2015 به 30 دلار بر کیلووات خواهد رسید. وزارت انرژی فعالیت‌‌ها و سرمایه‌گذاری‌های بسیاری انجام داده و اکنون موفق به دو برابر کردن زمان کارکرد پیل‌سوختی و دوام MEA، کاهش هزینه تولید، افزایش ظرفیت ذخیره هیدروژن، نمایش 140 خودروی پیل‌سوختی، توزیع جایگاه‌های سوخت‌گیری در بسیاری از محل‌ها، استانداردسازی، تربیت نیروی متخصص و تشکیل IPHE با 17کشور عضو توانسته گام‌های بسیار بلندی در این زمینه بردارد.
به‌طور کلی مطالعات امکان‌سنجی در سه بخش فنی، مطالعه بازار (ارزیابی عرضه و تقاضا) و آنالیز مالی صورت گرفته تا شاخص‌های مالی تعیین شوند. آنالیز مالی شامل هزینه‌های سرمایه‌گذاری، هزینه بهره‌برداری و درآمد می‌شود. البته در دنیا هزینه‌های زیست‌محیطی و خسارات اجتماعی را جهت تعیین رشد اقتصادی حقیقی محاسبه می‌کنند.
در تولید آلاینده‌ها منابع ثابت و متحرک دخیل‌اند ولی 90 درصد از آلاینده‌ها را منابع متحرک تشکیل می‌دهند که سهم بنزین و گازوئیل از بقیه بالاتر است. هزینه یک لیتر سوخت بنزین 197 ریال و یک مترمکعب گازطبیعی 358 ریال است که با توجه به مصرف روزانه 12 میلیون مترمکعب گاز طبیعی و 68-64 میلیون میلیون لیتر بنزین، هزینه روزانه خسارات اجتماعی حاصل از مصرف بنزین 132191 میلیون ریال و گازطبیعی 4308 میلیون ریال برآورد می‌شود.
در تولید انبوه مراحل نمونه‌سازی، خطوط تولید و خدمات پس از فروش در نظر گرفته می‌شود. هزینه نمونه‌سازی که قبلاً برآورد شده و هزینه مربوط به خطوط تولید که شامل چیدمان خط، افزودن جایگاه‌های جدید، تجهیزات و ابزارآلات جدید و استند تست می‌باشد در حدود 600 هزار میلیون ریال پیش‌بینی شده است. هزینه خدمات پس از فروش و نیز آموزش نیروی انسانی متخصص، تهیه دفترچه تعمیرات تهیه ابزار عيب‌یابی و ... می‌باشد.
در یک نتیجه‌گیری نهایی با اینکه در سبد سوخت ما تا سال 1993 شمسی اختصاص 1% ناوگان حمل‌ونقل به خودروهای هیبریدی و برقی پیش بینی شده ولی استفاده از خودروی هیبریدی پیل‌سوختی با توجه به عقب بودن این تکنولوژی در ایران در آینده دورتری نسبت به کشورهایی چون امریکا محقق خواهد شد.
در کلام آخر از دیدگاه بنگاه یا اقتصاد خرد، تولید انبوه خودروهای هیبرید پیل سوختی-باتری توجیه اقتصادی ندارد ولی از دیدگاه اقتصاد کلان و در نظر گرفتن هزینه خسارات اجتماعی کاملاً به صرفه خواهد بود.
منبع:نشریه هیدروژن و پیل سوختیپایان مطلب

صفحه اصلی اخبار

بازگشت به صفحه اصلی

دسترسی ها